طرح های بعدی در ردیف طرح هایی قرار دارند که نمونه اولیه آن نیروگاه برق آبی گارلند V. Blinov با جریان آزاد (مدل 1964) بود.

نیروگاه های برق آبی که مورد بحث قرار خواهند گرفت جریان آزاد هستند، با یک توربین نسبتا اصلی ساخته شده از روتورهای به اصطلاح Savonius، که بر روی یک شفت کار مشترک (شاید انعطاف پذیر، مرکب) قرار دارند. آنها برای نصب به سدها یا دیگر سازه های هیدرولیکی در مقیاس بزرگ نیاز ندارند. آنها قادر به کار با راندمان کامل حتی در آب های کم عمق هستند که در کنار سادگی، فشرده بودن و قابلیت اطمینان طراحی، این نیروگاه های برق آبی را برای کشاورزان و باغدارانی که زمین های آنها در نزدیکی آبراهه های کوچک (رودخانه ها) قرار دارد بسیار امیدوارکننده می کند. ، نهرها و خندق ها).

برخلاف سدها، نیروگاه های برق آبی با جریان آزاد تنها از انرژی جنبشی آب جاری استفاده می کنند. برای تعیین توان یک فرمول وجود دارد:

N=0.5*p*V3*F*n (1)،

N - قدرت روی شفت کار (W)،
- p - چگالی آب (1000 kt/m3)
- V - سرعت جریان رودخانه (m/s)
- F - سطح مقطع قسمت فعال (غرقاب) بدنه کار ماشین هیدرولیک (m2)؛
- n - راندمان تبدیل انرژی.

همانطور که از فرمول 1 مشاهده می شود، در سرعت رودخانه 1 متر بر ثانیه، به ازای هر متر مربع سطح مقطع قسمت فعال ماشین هیدرولیک، در حالت ایده آل (وقتی n=1) توانی برابر با 500 وات وجود دارد. . این مقدار به وضوح برای مصارف صنعتی کوچک است، اما برای زمین فرعی یک کشاورز یا ساکن تابستانی کاملاً کافی است. علاوه بر این، می توان آن را از طریق عملیات موازی چندین "گلدسته انرژی آبی" افزایش داد.

و یک نکته ظریف دیگر سرعت رودخانه در بخش های مختلف آن متفاوت است. بنابراین، قبل از شروع ساخت یک نیروگاه مینی برق آبی، لازم است پتانسیل انرژی رودخانه خود را با استفاده از روش ساده مشخص شده تعیین کنید. فقط به یاد بیاوریم که مسافت طی شده توسط شناور اندازه گیری و تقسیم بر زمان عبور آن با میانگین سرعت جریان در این ناحیه مطابقت دارد. همچنین لازم به ذکر است: این پارامتر بسته به زمان سال تغییر می کند.

بنابراین، محاسبات طراحی باید بر اساس میانگین (در طول دوره برنامه ریزی شده بهره برداری از نیروگاه مینی برق آبی) سرعت جریان رودخانه انجام شود.

عکس. 1. روتورهای ساوونیوس برای نیروگاه های برق آبی کوچک گلدسته خانگی:

a، b - تیغه ها؛ 1 - عرضی، 2 - انتهایی.

در مرحله بعد، شما باید اندازه قسمت فعال دستگاه هیدرولیک و نوع آن را تعیین کنید. از آنجایی که کل نیروگاه مینی هیدروالکتریک باید تا حد امکان ساده باشد و ساخت آن بدون پیچیدگی باشد، مناسب ترین نوع مبدل روتور ساوونیوس طراحی انتهایی است. هنگام کار با غوطه وری کامل در آب، مقدار F را می توان برابر با حاصل ضرب قطر روتور D و طول آن L و n=0.5 در نظر گرفت. فرکانس چرخش f با دقت قابل قبولی برای تمرین با استفاده از فرمول تعیین می شود:

f=48V/3.14D (rpm) (2).

برای اینکه نیروگاه برق آبی تا حد امکان فشرده شود، توان مشخص شده در محاسبات باید با بار واقعی که منبع تغذیه آن باید توسط نیروگاه مینی برق آبی تامین شود، همبستگی داشته باشد (زیرا برخلاف توربین بادی، جریان به طور مداوم به شبکه مصرف کننده عرضه خواهد شد). به عنوان یک قاعده، از این برق برای روشنایی، تغذیه تلویزیون، رادیو و یخچال استفاده می شود. علاوه بر این، تنها دومی به طور مداوم در طول روز مورد بهره برداری قرار می گیرد. بقیه وسایل برقی عمدتاً در عصر کار می کنند. بر این اساس، توصیه می شود بر روی حداکثر توان یک "گلدسته هیدروانرژی" در حدود 250-300 وات تمرکز کنید و اوج بار را با یک باتری شارژ شده از یک نیروگاه مینی برق آبی پوشش دهید.

انتقال گشتاور از شفت کار نیروگاه هیدرولیک به قرقره ژنراتور الکتریکی معمولاً با استفاده از یک انتقال میانی انجام می شود. با این حال، اگر ژنراتور مورد استفاده در طراحی یک نیروگاه میکرو هیدروالکتریک دارای سرعت چرخش کمتر از 750 دور در دقیقه باشد، این عنصر، به طور دقیق، قابل حذف است. با این حال، اغلب باید از ارتباط مستقیم امتناع کنید. در واقع، برای اکثریت قریب به اتفاق ژنراتورهای تولید داخل، سرعت چرخش عملیاتی در شروع خروجی توان در محدوده 1500-3000 دور در دقیقه قرار دارد. این بدان معنی است که هماهنگی بیشتری بین شفت نیروگاه برق آبی و ژنراتور الکتریکی لازم است.

خوب، اکنون که بخش تئوری مقدماتی پشت سر گذاشته شده است، بیایید به طرح های خاص نگاه کنیم.

به عنوان مثال، در اینجا یک نیروگاه مینی هیدروالکتریک با جریان آزاد نیمه ثابت با آرایش افقی دو روتور کواکسیال، چرخش 90 درجه نسبت به یکدیگر (برای تسهیل راه اندازی خودکار) و روتورهای ساوونیوس از نوع عرضی به طور صلب وجود دارد. علاوه بر این، قطعات و اجزای اصلی این نیروگاه برق آبی خانگی از چوب به عنوان مقرون به صرفه ترین و " مطیع" ترین مصالح ساختمانی ساخته شده است.

نیروگاه مینی برق آبی پیشنهادی زیردریایی است. یعنی قاب نگهدارنده آن در سراسر جریان آب در پایین قرار دارد و با طناب‌ها یا تیرک‌ها تقویت می‌شود (به عنوان مثال اگر در نزدیکی راهروها، اسکله قایق و غیره وجود داشته باشد). این کار به منظور جلوگیری از انتقال ساختار توسط خود جریان آب انجام می شود.

شکل 2. مینی نیروگاه برق آبی شناور با روتورهای عرضی افقی:
1 - پایه پایه (تیر 150x100، 2 عدد)، 2 - عضو متقاطع پایینی (تخته 150x45، 2 عدد)، 3 - عضو متقاطع وسط (تیر 150x120، 2 عدد)، 4 - رایزر (الوار گرد با قطر) از 100، 4 عدد)، 5 اسپار فوقانی (تخته 150x45، 2 عدد)، 6 - عضو متقاطع بالایی (تخته 100x40، 4 عدد)، 7 - شفت میانی (فولاد ضد زنگ، میله با قطر 30) ، 8 - بلوک قرقره ، 9 - جریان ژنراتور ثابت ، 10 - "گندر" با یک غلتک چینی و یک سیم عایق دو هسته ای ، 11 - صفحه پایه (200x40 تخته) ، 12 - قرقره محرک ، 13 - مجموعه بلبرینگ چوبی (2) قطعه)، 14 - روتور "گلدسته هیدروانرژی" (D600، L1000، 2 عدد)، 15 دیسک (از تخته هایی به ضخامت 20-40 میلی متر ضربه خورده به یک سپر، 3 عدد). عناصر اتصال فلزی (از جمله مهاربندها، توپی دیسک های بیرونی) نشان داده نمی شوند.

البته عمق رودخانه در محل نصب مینی نیروگاه برق آبی باید کمتر از ارتفاع قاب پشتیبانی باشد. در غیر این صورت، جلوگیری از ورود آب به ژنراتور الکتریکی بسیار دشوار (اگر نه غیرممکن) است. خوب، اگر مکانی که قرار است نیروگاه مینی برق آبی در آن قرار داشته باشد عمقی بیش از 1.5 متر داشته باشد یا مقدار آب و سرعت جریان زیادی وجود داشته باشد که در طول سال بسیار متفاوت است (که اتفاقاً این است. کاملاً معمولی برای آبراهه های برفی است)، پس توصیه می شود این طرح را با شناورها تجهیز کنید. همچنین این امکان را به شما می دهد که در هنگام نصب بر روی رودخانه به راحتی جابجا شود.

قاب پشتیبان یک نیروگاه برق آبی کوچک یک قاب مستطیل شکل ساخته شده از چوب، تخته و کنده های کوچک است که با میخ و سیم (کابل) بسته شده است. قطعات فلزی سازه (میخ، پیچ و مهره، گیره، نبشی و غیره) در صورت امکان باید از فولاد ضد زنگ یا سایر آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی ساخته شوند.

خوب ، از آنجایی که بهره برداری از چنین نیروگاه برق آبی مینی اغلب در شرایط روسیه فقط به صورت فصلی امکان پذیر است (به دلیل یخ زدن بیشتر رودخانه ها) ، پس از انقضای دوره بهره برداری ، کل ساختار کشیده شده به ساحل تحت بازرسی کامل قرار می گیرد. عناصر چوبی پوسیده و قطعات فلزی که زنگ زده اند، علی رغم احتیاط های انجام شده، به سرعت تعویض می شوند.

یکی از اجزای اصلی نیروگاه مینی برق آبی ما یک "گلدسته هیدروانرژی" از دو روتور کاملاً ثابت (و تشکیل یک کل واحد بر روی محور کار) است. دیسک های آنها را می توان به راحتی از تخته هایی با ضخامت 20-30 میلی متر ساخت. برای انجام این کار، با ساختن یک سپر از آنها، با استفاده از قطب نما دایره ای به قطر 600 میلی متر بسازید. پس از آن هر یک از تخته ها را مطابق منحنی به دست آمده روی آن برش می دهند. پس از کوبیدن قطعات کار روی دو نوار (برای ایجاد استحکام لازم)، همه چیز را سه بار - با توجه به تعداد دیسک های مورد نیاز - تکرار می کنند.

در مورد تیغه ها، توصیه می شود آنها را از آهن سقف درست کنید. یا بهتر است بگوییم از ظروف (بشکه) استوانه ای ضد زنگ با اندازه مناسب و به نصف (در امتداد محور) که معمولاً کودهای کشاورزی و سایر مواد تهاجمی در آنها ذخیره و حمل می شود. در موارد شدید، تیغه ها می توانند از چوب ساخته شوند. اما وزن آنها (به ویژه پس از مدت طولانی ماندن در آب) به میزان قابل توجهی افزایش می یابد. و این را باید هنگام ایجاد نیروگاه های مینی برق آبی روی شناورها به خاطر داشت.

تکیه گاه های میخ دار به انتهای "گلدسته هیدروانرژی" متصل می شوند. در اصل، اینها سیلندرهای کوتاه با یک فلنج پهن و یک شکاف انتهایی برای یک کلید هستند. فلنج با چهار پیچ به دیسک روتور مربوطه متصل می شود.

برای کاهش اصطکاک، بلبرینگ هایی روی میلگردهای میانی تعبیه شده است. و از آنجایی که بلبرینگ های معمولی یا رولبرینگ برای کار در آب نامناسب هستند، از ... چوبی های خانگی استفاده می کنند. طراحی هر یک از آنها شامل دو گیره و درج تخته با سوراخ برای عبور یک تکیه گاه تنون است. علاوه بر این، پوسته های یاتاقان میانی به گونه ای قرار گرفته اند که الیاف چوب به موازات شفت حرکت کنند. علاوه بر این، اقدامات ویژه ای برای اطمینان از اینکه تخته های درج در برابر حرکت جانبی محکم می شوند، انجام می شود. این کار با استفاده از پیچ و مهره های سفت کننده انجام می شود.

شکل 3. مجموعه بلبرینگ کشویی:
1 - براکت چین دار (St3، نوار 50x8، 4 عدد)، 2 - عضو متقاطع قاب میانی، 3 - درج چین دار (ساخته شده از چوب سخت، 2 عدد)، 4 درج قابل تعویض (ساخته شده از چوب سخت، 2 عدد) ، 5 - پیچ M10 با مهره گروور و واشر (4 ست)، 6 - گل میخ M8 با دو مهره و واشر (2 عدد).

هر ژنراتور خودرو به عنوان یک ژنراتور الکتریکی در نیروگاه میکرو هیدروالکتریک مورد بررسی استفاده می شود. آنها 12-14 ولت DC تولید می کنند و می توانند به راحتی هم به باتری و هم به لوازم الکتریکی متصل شوند. توان این ماشین ها حدود 300 وات است.

طراحی یک مینی نیروگاه برق آبی قابل حمل با آرایش عمودی "گلدسته" و یک ژنراتور نیز برای تولید خود کاملاً قابل قبول است. چنین ایستگاه برق آبی، به گفته نویسنده توسعه، کمترین مصرف مواد را دارد. ساختار پشتیبان تاسیسات، که موقعیت خود را در بستر رودخانه ثابت می کند، یک میله فولادی توخالی است (به عنوان مثال، از بخش های لوله). طول آن بر اساس ماهیت کف جریان آب و سرعت جریان انتخاب می شود. علاوه بر این، به گونه ای که انتهای تیز میله که به پایین رانده شده است، پایداری نیروگاه مینی برق آبی و عدم اختلال آن توسط جریان را تضمین می کند. استفاده اضافی از علائم کشش نیز امکان پذیر است.
با تعیین سطح فعال روتور با استفاده از فرمول (1) و اندازه گیری عمق رودخانه در محل نصب مینی نیروگاه برق آبی، محاسبه قطر روتورهای Savonius مورد استفاده در اینجا آسان است. برای ساده کردن طراحی و راه اندازی خود به خود، توصیه می شود یک "گلدسته هیدروانرژی" از دو روتور متصل به هم بسازید تا تیغه های اولی 90 درجه نسبت به دومی (در امتداد محور چرخش) جابجا شوند. علاوه بر این، برای افزایش بازده عملیاتی، سازه در سمت جریان مقابل مجهز به محافظی است که نقش یک پره راهنما را ایفا می کند. خوب، شفت کار در یاتاقان های کشویی تکیه گاه های بالایی و پایینی نصب شده است. در اصل، برای مدت کوتاهی از کارکرد یک نیروگاه برق آبی کوچک (به عنوان مثال، در یک سفر پیاده روی)، می توان از بلبرینگ های با قطر بزرگ استفاده کرد. اما در صورت وجود ماسه یا لجن در آب، این واحدها باید پس از هر بار استفاده در آب تمیز شسته شوند.

برنج. 4. مینی نیروگاه برق آبی با آرایش عمودی روتورهای نوع انتهایی:
1 - میله نگهدارنده، 2 - مجموعه بلبرینگ پایین، 3 - دیسک گلدسته هیدروانرژی (3 عدد)، 4 - روتور (D600، 2 عدد)، 5 - مجموعه بلبرینگ بالایی، 6 - محور کار، 7 - انتقال، 8 - ژنراتور الکتریکی، 9 - "گندر" با یک غلتک چینی و سیم عایق دو هسته ای، 10 - گیره نصب ژنراتور، 11 - پانل راهنمای متحرک. a, b - تیغه ها: مهاربندهای انتهای بالایی میله نگهدارنده نشان داده نمی شوند.

تکیه گاه ها بسته به وزن "گلدسته هیدروانرژی" و نیاز به جدا کردن آن به قطعات، پیچ و مهره شده و به میله جوش داده می شوند. انتهای بالایی شفت کار ماشین هیدرولیک نیز شفت ورودی ضریب است که برای آن (به عنوان ساده ترین و پیشرفته ترین تکنولوژی) می توان از تسمه استفاده کرد.

ژنراتور برق دوباره از یک ماشین گرفته شده است. به راحتی می توان آن را با یک گیره به میله نگهدارنده متصل کرد. و خود سیم هایی که از ژنراتور می آیند باید ضد آب قابل اعتمادی داشته باشند. در تصاویر، نسبت‌های هندسی دقیق انتقال میانی نشان داده نشده است، زیرا به پارامترهای ژنراتور خاصی که دارید بستگی دارد. خوب، تسمه‌های گیربکس را می‌توان از یک لوله داخلی ماشین قدیمی ساخت، آن را به نوارهایی به عرض 20 میلی‌متر برش داد و سپس آن را به صورت دسته‌هایی پیچاند.

برای تامین برق روستاهای کوچک، یک نیروگاه مینی برق آبی گلدسته طراحی شده توسط V. Blinov مناسب است که چیزی بیش از زنجیره ای از روتورهای بشکه ای Savonius با قطر 300-400 میلی متر است که به یک کابل انعطاف پذیر کشیده شده است. آن سوی رودخانه یک سر کابل به تکیه گاه لولایی و دیگری از طریق یک ضرب کننده ساده به شفت ژنراتور متصل می شود. در سرعت جریان 1.5-2.0 متر بر ثانیه، زنجیره روتورها تا 90 دور در دقیقه می رسد. و اندازه کوچک عناصر "گلدسته هیدروانرژی" امکان بهره برداری از این نیروگاه میکرو هیدروالکتریک را در رودخانه هایی با عمق کمتر از یک متر فراهم می کند.

باید گفت که قبل از سال 1964، V. Blinov موفق به ایجاد چندین ایستگاه مینی برق آبی قابل حمل و ثابت با طراحی خود شد که بزرگترین آنها یک نیروگاه برق آبی بود که در نزدیکی روستای Porozhki (منطقه Tver) ساخته شد. یک جفت گلدسته در اینجا دو ژنراتور استاندارد خودرو و تراکتور با قدرت کل 3.5 کیلو وات را هدایت می کند.

MK 10 1997 I. Dokunin

با توجه به افزایش مداوم هزینه منابع انرژی کربوهیدراتی، کارشناسان توجه روزافزونی به مزایای استفاده از برق به دست آمده به روش اقتصادی تر دارند. یکی از مقرون به صرفه ترین و سازگارترین راه ها برای تولید برق، یک نیروگاه برق آبی برای خانه است که هزینه های آن به ساخت و ساز اولیه و تعمیر و نگهداری تجهیزات کاهش می یابد. اما هر منطقه ای فرصت های طبیعی برای ساخت چنین سازه هایی ندارد، که نیاز به جریان آب قدرتمند و اختلاف ارتفاع زیاد ایجاد شده توسط سد دارد، در این مورد، مینی نیروگاه های برق آبی به کمک مهندسان برق می آیند.

اصل بهره برداری و مینی نیروگاه برق آبی

اصل کار این تجهیزات بسیار ساده است که به قابلیت اطمینان آن می افزاید. جریان آب که بر روی پره‌های توربین می‌افتد، یک درایو هیدرولیک متصل به یک ژنراتور الکتریکی را می‌چرخاند که تولید برق را تحت کنترل یک سیستم کنترل تضمین می‌کند.
نیروگاه های برق آبی مدرن مجهز به سیستم کنترلی هستند که امکان کار در حالت خودکار را با انتقال فوری به کنترل دستی در مواقع اضطراری فراهم می کند. یک سیستم حفاظتی چند سطحی به شما امکان می دهد از اضافه بار تجهیزات در هنگام تغییر شرایط خارجی جلوگیری کنید. طراحی ایستگاه ها به ما این امکان را می دهد که کار ساخت و ساز را در هنگام نصب تجهیزات لازم به حداقل برسانیم.

انواع نیروگاه های برق آبی کوچک

مینی نیروگاه برق آبی تجهیزاتی با ظرفیت 1 تا 3000 کیلووات است که شامل یک دستگاه آبگیر (توربین)، یک واحد برق تولید و یک سیستم کنترل تجهیزات است.
بسته به منابع آبی مورد استفاده، نیروگاه های برق آبی کوچک به چند دسته تقسیم می شوند:

• ایستگاه های روان با استفاده از انرژی رودخانه های کوچک با مخازن سازمان یافته. به طور عمده در زمین های مسطح استفاده می شود.
• ایستگاه های ثابتی که از انرژی جریان های سریع در بهره برداری از رودخانه های کوهستانی استفاده می کنند.
• ایستگاه هایی که از تفاوت در جریان آب در شرکت های صنعتی استفاده می کنند.
• ایستگاه های سیار با استفاده از شیلنگ های تقویت شده برای سازماندهی جریان.

با توجه به فشار مورد انتظار جریان آب، واحد هیدرولیک و توربین آن به گونه ای طراحی می شوند که با توان واحد تولید برق مطابقت داشته باشند تا سرعت چرخش مورد نیاز ژنراتور تضمین شود و ایجاد فرکانس جریان مورد نیاز تسهیل شود.

برای شرایط مختلف عملیاتی نیروگاه های برق آبی کوچک، طرح های توربین مناسب توسعه داده شده است:

• با فشار بالای جریان آب بیش از 60 متر، از توربین های شعاعی محوری و سطلی استفاده می شود.
• با شدت جریان متوسط ​​25 - 60 متر، توربین های پره دوار و طرح های شعاعی محوری خود را به خوبی ثابت کرده اند.
• در جریان های کم فشار استفاده از سازه های دوار تیغه ای و پروانه ای که در محفظه های بتن مسلح قرار می گیرند سودآورتر است.

ویدئویی از یک نیروگاه برق آبی خانگی

ویژگی های اتصال مینی نیروگاه های برق آبی

طراحی این تجهیزات اجازه می دهد تا ایستگاه ها به طور مستقیم به شبکه منبع تغذیه متصل شوند، در این حالت از ژنراتور سنکرون استفاده می شود. برای ایجاد یک شبکه محلی، از یک واحد ناهمزمان استفاده می شود که مجهز به یک واحد بار بالاست است که برای دفع نیروی اضافی لازم است تا از خرابی سیستم های منبع تغذیه و تغییرات ناگهانی در پارامترهای اصلی شبکه جلوگیری شود.

مزایا و معایب مینی نیروگاه های برق آبی

مزایای چنین سیستم هایی عبارتند از:

• ایمنی زیست محیطی تجهیزات و عدم نیاز به سیل در مناطق بزرگ؛
• هزینه پایین برق تولیدی که چندین برابر ارزان تر از برق تولید شده در نیروگاه های حرارتی است.
• سادگی و قابلیت اطمینان تجهیزات مورد استفاده و امکان عملکرد آن در حالت خودمختار.
• پایان ناپذیری منابع طبیعی استفاده شده

معایب عبارتند از:

• وقفه در منبع تغذیه مناطق خاصی در صورت خرابی تجهیزات، در مورد استفاده از یک نیروگاه برق آبی کوچک به عنوان منبع محلی. این با وجود منبع تغذیه اضطراری که به طور خودکار متصل می شود جبران می شود.
• ضعف پایه تولید و تعمیر این بخش تامین انرژی در کشور ما.

ابتدا، اجازه دهید اصل عملکرد و انواع نیروگاه های برق آبی کوچک را تعریف کنیم. جریان یک رودخانه یا یک جریان آب در حال سقوط، پره های توربین و یک خط لوله هیدرولیک را می چرخاند که به یک ژنراتور الکتریکی متصل است - دومی برق تولید می کند. نیروگاه های برق آبی فشرده مدرن دارای کنترل خودکار با قابلیت تغییر فوری به حالت دستی در مواقع اضطراری هستند. طراحی نیروگاه های برق آبی کارخانه های مدرن این امکان را فراهم می کند که کار ساخت و ساز در هنگام نصب تجهیزات به حداقل برسد.

انواع نیروگاه های برق آبی کوچک

نیروگاه های کوچک شامل دستگاه های مولد با ظرفیت 1 تا 3000 کیلو وات می باشد. اساساً نیروگاه حرارتی شامل موارد زیر است:

1. توربین (دستگاه آبگیر)؛
2. بلوک تولیدی؛
3. سیستمهای کنترل.

با توجه به نوع منابع آبی که برای تولید استفاده می شود، مینی نیروگاه های برق آبی عبارتند از:

• رودخانه های کانال. چنین ایستگاه هایی بر روی رودخانه های کوچک دشتی با مخازن ساخته می شوند.
• کوهستان. ایستگاه های ثابتی که از انرژی جریان های سریع کوهستانی استفاده می کنند.
• صنعتی. ایستگاه هایی که از اختلاف در جریان آب در شرکت های صنعتی استفاده می کنند.
• سیار. ایستگاه هایی که از شیلنگ های تقویت شده برای جریان آب استفاده می کنند.

انواع ایستگاه های سد با قدرت بالا مشخص می شود، اما ساخت سد هزینه بر است و در این مورد بدون مجوز انجام آن غیرممکن است. درگیر شدن با مقامات کشور ما نه تنها زندگی شما را پیچیده می کند، بلکه اجرای بهترین نیت ها را زیر سوال می برد، بنابراین ما فوراً از این ایده صرف نظر خواهیم کرد.

یک نیروگاه برق آبی کوچک چگونه کار می کند؟

نمودار اصلی عملکرد یک نیروگاه برق آبی را می توان از چندین گزینه انتخاب کرد:

• نیروگاه برق آبی گارلند. از یک ساحل رودخانه به سمت دیگر، کابلی با روتورهایی که بر روی آن بسته شده اند، زیر آب گذاشته شده است. جریان روتورها و بر این اساس خود کابل را می چرخاند. یک سر کابل در یک یاتاقان است، سر دیگر به ژنراتور متصل است.
• پروانه. ساختاری زیر آب شبیه توربین بادی با پره های باریک و روتور عمودی. تیغه ای با عرض تنها 20 میلی متر در سرعت چرخش بالا حداقل مقاومت را ایجاد می کند. تیغه ای با این عرض با سرعت جریان 0.8-2.0 متر در ثانیه انتخاب می شود.
• چرخ آبی. چرخی با تیغه‌هایی که تا حدی در جریان آب فرو رفته و در زاویه قائمه با سطح آب قرار دارد. جریان آب روی تیغه ها فشار می آورد و چرخ را می چرخاند.
• روتور داریا. روتور عمودی با سطوح تیغه پیچیده. مایعی که در اطراف تیغه ها جریان دارد، فشارهای مختلفی ایجاد می کند و باعث چرخش می شود.

این عکس یک نیروگاه برق آبی کوچک را نشان می دهد که بر اساس یک چرخ آب است

نحوه تخمین ظرفیت بالقوه نیروگاه های برق آبی کوچک

قبل از ساختن یک نیروگاه برق آبی کوچک با دستان خود، باید قدرتی را که می توانید روی آن حساب کنید تعیین کنید. یک رابطه مرجع بین سرعت جریان آب و توانی که می توان از شفت در کیلووات با قطر پیچ 1 متر خارج کرد وجود دارد.

سرعت جریان با اندازه گیری مدت زمانی که طول می کشد تا تراشه ای که در آب پرتاب می شود تا مسافت معینی را طی کند، تعیین می شود. با انجام محاسبات ساده، سرعت جریان را بر حسب متر بر ثانیه بدست می آوریم. اگر در این حالت سرعت کمتر از 1 متر بر ثانیه باشد، ساخت نیروگاه برق آبی از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نخواهد بود.

در سرعت جریان 2.5 متر بر ثانیه، قدرت 0.86 کیلو وات، در 3 متر بر ثانیه - 1.24 کیلو وات، در 4 متر بر ثانیه - 2.2 کیلو وات خواهد بود. این رابطه با وابستگی توصیف می شود: توان یک نیروگاه برق آبی با مکعب سرعت جریان آب متناسب است. اگر سرعت جریان در محل ساخت و ساز پیشنهادی کم است، می توانید با نصب اختلاف ارتفاع جریان یا با نصب لوله تخلیه با قطر متغیر در خروجی مخزن، سعی کنید آن را افزایش دهید. هرچه قطر خروجی لوله کوچکتر باشد، سرعت جریان بیشتر است.

چگونه یک نیروگاه برق آبی کوچک در خانه بسازیم

اصل کار یک نیروگاه برق آبی خانگی کوچک را می توان با استفاده از مثال دوچرخه با چراغ جلو و دینام (ژنراتور) درک کرد.

1. از آهن سقف سه تیغه با طول برابر با شعاع چرخ دوچرخه (فاصله مرکز مرکزی تا لبه چرخ) و عرض 3-4 سانتی متر می سازیم.
2. تیغه ها را بین پره های چرخ نصب می کنیم و لبه تیغه را دور پره ها خم می کنیم تا محکم شود. تیغه ها باید با حفظ زوایای یکسان بین آنها به طور یکنواخت تراز شوند.
3. چرخ را با تیغه ها در یک رودخانه تندرو به عمق یک سوم تا نصف قطر چرخ فرو می کنیم. برق تولید شده برای مثال برای روشن کردن چادر کافی خواهد بود.

ترسیم یکی از گزینه های ساخت مینی نیروگاه برق آبی

یک مثال می تواند یک نیروگاه برق آبی کوچک برای یک مزرعه با ظرفیت 3-5 کیلووات از مواد قراضه باشد:

1. روتور را می توان از یک درام کابل فلزی قدیمی با قطر 2.2 متر ساخت. روتور روی بلبرینگ می چرخد. پشتیبانی - لوله یا زاویه فلزی.
2. روی روتور باید یک گیربکس زنجیره ای با نسبت دنده (نسبت دنده) 4 نصب کنید. سپس چرخش از طریق میل محرک VAZ 2101 منتقل می شود. استفاده از میل محرک باعث کاهش لرزش و هم محوری درایو می شود ژنراتور هنگام استفاده از شفت غیر بحرانی خواهد بود.
3. شما به یک گیربکس افزایش دهنده (ضریب - 40) و یک ژنراتور سه فاز نیاز دارید. سرعت چرخش ژنراتور حدود 3000 دور در دقیقه است. نسبت کاهش کل دو گیربکس 40*4 = 160 خواهد بود. ژنراتور باید با پوششی پوشانده شود تا از رطوبت و ایمنی محافظت کند. چرخش تخمینی چرخ آب باید حدود 20 دور در دقیقه باشد.
4. یک موتور ناهمزمان را می توان برای ژنراتور تطبیق داد و واحد کنترل را می توان از هر ماشین کوچکی گرفت. شما به یک کابل VVG NG به طول 2x4 از روتور تا ساختمان های مزرعه نیاز دارید.

نتیجه گیری

کل هزینه های ساخت حدود 10-15 هزار روبل خواهد بود. اقلام اصلی هزینه، دستمزد جوشکار و کارگری است که به ساخت و مونتاژ سازه کمک می کند.

از مزایای اصلی چنین تجهیزاتی می توان به هزینه کم برق، ایمنی محیطی، پایان ناپذیری منبع انرژی و سادگی طراحی اشاره کرد.

مینی نیروگاه برق آبی یک نیروگاه برق آبی کوچک است که مقدار نسبتاً کمی انرژی الکتریکی تولید می کند. این تجهیزات مفهوم مشخصی ندارد. نیروگاه های برق آبی کوچک با اصل کار خود عملاً هیچ تفاوتی با ایستگاه هایی که مقادیر زیادی نیرو تولید می کنند ندارند. آب در اینجا همچنین به عنوان منبع نیرو عمل می کند که پره های توربین را می چرخاند.

نیاز به استفاده از چنین تجهیزاتی اغلب ناشی از عدم تامین کامل برق و همچنین افزایش تعرفه برق است. اگر رودخانه یا حتی رودخانه و رویکرد شایسته ای برای نصب این تجهیزات وجود داشته باشد، می توان برق کل یک خانه یا حتی یک شهرک کوچک را تامین کرد. در برخی موارد حتی با سرعت کم رودخانه نیز می توان با ایجاد اختلاف ارتفاع، جریان آب لازم را ایجاد کرد.

انواع

یک نیروگاه برق آبی کوچک بسته به نوع آن و نوع تجهیزات مورد استفاده می تواند مقادیر مختلفی انرژی الکتریکی تولید کند.

بر اساس نوع جریان آب می توان از انواع نیروگاه های برق آبی زیر استفاده کرد:

• کانال. در بیشتر موارد می توان آنها را در دشت مشاهده کرد. آنها بر روی رودخانه هایی که آب جریان کمی دارد قرار می گیرند.

• ثابت . استفاده از آنها در مکان هایی که رودخانه ها دارای جریان سریع آب هستند معمول است. این به شما امکان می دهد انرژی آب بیشتری را انتظار داشته باشید.

• نیروگاه های برق آبی ، که در نقاط اختلاف جریان آب قرار می گیرند. در بیشتر موارد، آنها را می توان در نزدیکی شرکت ها و سازمان های صنعتی مشاهده کرد.

• تاسیسات موبایل . در بیشتر موارد، آنها با استفاده از یک آستین ساخته شده از مواد تقویت شده ساخته می شوند. برای نیروگاه های برق آبی متحرک، اغلب فقط یک جریان کوچک کافی است.

بر اساس اصل بهره برداری، مینی نیروگاه های برق آبی عبارتند از:

• "چرخ آبی" . این بدان معنی است که چرخ با تیغه ها به موازات سطح جاری آب قرار دارد، اما در عین حال تنها بخشی از چرخ در آب است. توده آب فشار وارد می کند و باعث چرخش چرخ می شود. این چرخش باعث چرخش ژنراتور می شود.

• مینی نیروگاه برق آبیبه صورت طرح گلدست شامل قرار دادن یک کابل یا محور بین دو بانک است. روتورها به طور سفت و سخت روی آن نصب شده اند. تحت تأثیر حرکت توده های آب، روتورها شروع به چرخش می کنند. چرخش آنها نیز به کابل منتقل می شود که در نهایت به مجموعه ژنراتور منتقل می شود. او روی سطح ساحل ایستاده است.
• نصب با روتور داریا . اصل این دستگاه بر اساس استفاده از اختلاف فشار روی پره های روتور است. این تفاوت ناشی از جریان آب در اطراف صفحات پیچیده روتور است.

• نصب با پروانه . این دستگاه شبیه است، اما در این مورد تیغه های نصب در آب است.

بسته به نوع طراحی، دستگاه های توربین می توانند:

• محوری. در آنها آب در امتداد محور توربین هدایت می شود و به سمت پره ها می رود که باعث چرخش توربین می شود.
• شعاعی - محوری . در اینجا آب در ابتدا به صورت شعاعی به سمت محور و سپس در امتداد محور چرخش آن هدایت می شود.
• ملاقه. در این حالت آب از طریق نازل ها به سمت پره ها (سطل) هدایت می شود که در آنجا سرعت آب افزایش می یابد. با برخورد پره ها، توربین به چرخش هدایت می شود.
• پره دوار . در این حالت پره ها به همراه توربین حول یک محور می چرخند.

بسته به شرایط نصب، این تجهیزات می تواند:

• فشار کم، آنها به اختلاف ارتفاع تا 25 متر نیاز دارند.
• فشار متوسط، آنها به اختلاف ارتفاع 25-60 متر نیاز دارند.
• فشار بالا، آنها به اختلاف ارتفاع بیش از 60 متر نیاز دارند.

دستگاه

یک نیروگاه برق آبی گارلند از توربین هایی ساخته شده است که سبک وزن هستند. آنها بر روی یک کابل به شکل یک حلقه حلقه زده می شوند. این کابل در سراسر رودخانه پرتاب می شود و در یاتاقان های پشتیبانی محکم می شود. این بلبرینگ ها چرخش آزاد و توانایی باز کردن شفت ژنراتور را فراهم می کنند.

توربین ها که به آنها پروانه هیدرولیک نیز گفته می شود به صورت دو نیمه سیلندر با محورهای افست ساخته می شوند. هنگامی که آنها در آب غوطه ور می شوند، جریان آب یک گشتاور ایجاد می کند. در نتیجه جریان آب، کابل خم شده و کشیده می شود که چرخش آزاد آن را تضمین می کند. انتهای کابل به گیربکس متصل است و قدرت کابل چرخان به آن منتقل می شود. در نتیجه، کابل به عنوان یک شفت عمل می کند که نیرو را به ژنراتور منتقل می کند.

در یک شبکه صنعتی یا خانگی معمولی، فرکانس ثابت جریان توسط شبکه و تجهیزات ویژه حفظ می شود. با این حال، برای مصرف کننده، ژنراتور بسته به سرعت جریان آب، توان بیشتری تولید می کند. بنابراین، ژنراتور مکانیسم های کنترل اضافی را فراهم می کند. به عنوان مثال، یک بار بالاست قابل تنظیم را می توان به مدار وارد کرد که می توان از آن برای گرم کردن آب در صورت تولید برق بیش از حد استفاده کرد. در تاسیسات صنعتی مینی نیروگاه های برق آبی، تجهیزات اضافی به طور ویژه برای این منظور در نظر گرفته شده است.

نمودار تاسیسات مولد برق به طور کلی وجود عناصر زیر را فرض می کند:

• یک توربین هیدرولیک با پره هایی که به شفت ژنراتور متصل است.
• ژنراتور. برای ایجاد جریان متناوب استفاده می شود. به شفت توربین متصل است. از آنجایی که پارامترهای جریان تولید شده نسبتاً ناپایدار هستند، از تجهیزات اضافی استفاده می شود.
• با استفاده از واحد کنترل توربین، می توانید دستگاه را راه اندازی و متوقف کنید، عملیات را همگام سازی کنید، حالت های عملکرد را کنترل کنید و نصب را متوقف کنید.
• یک واحد بار بالاست که برای اتلاف نیروی بلا استفاده استفاده می شود، یعنی انرژی که مصرف کننده در حال حاضر از آن استفاده نمی کند. این امر باعث می شود تا از خرابی ژنراتور و همچنین سیستم نظارت و کنترل جلوگیری شود.
• یا . این دستگاه ها برای مدیریت شارژ باتری و تبدیل ولتاژ ضروری هستند.
• ، که شارژ را جمع می کند و استقلال دستگاه را تضمین می کند.
• ، برای تبدیل ولتاژ استفاده می شود.

اصل بهره برداری از مینی نیروگاه برق آبی

اصل عملکرد مشابه عملکرد نیروگاه های بزرگ است. تفاوت فقط در قدرت تاسیسات و حجم برق تولیدی نهفته است.

فشار آب می تواند توسط جریان عادی یک مخزن ایجاد شود یا با ساخت سد یا سازه دیگر ایجاد شود. به عنوان مثال می توان یک اختلاف ارتفاع مصنوعی ایجاد کرد که امکان افزایش جریان آب در اثر گرانش را فراهم می کند. به نوبه خود، به لطف گرانش، توربین هیدرولیک سریعتر می چرخد، به این معنی که ژنراتور سریعتر می چرخد. در برخی موارد می توان از دو روش ایجاد فشار به طور همزمان استفاده کرد.

تحت تأثیر فشار، آب در جهت مورد نیاز، جایی که توربین نصب می شود، هدایت می شود. توده های آب روی تیغه های آن می ریزند که انرژی خود را به آنها منتقل می کند. منبع انرژی آب می تواند رودخانه ها و نهرها، تغییرات ارتفاعی واقع در انواع تخلیه آب، خطوط لوله برای اهداف مختلف و غیره باشد. این انرژی آب توسط یک توربین هیدرولیک به حرکت چرخشی تبدیل می شود. علاوه بر این، با عبور از یک جعبه دنده یا سایر انتقال مکانیکی، این انرژی به محور ژنراتور هدایت می شود.

کاربرد

مینی نیروگاه های برق آبی را می توان در همه جا استفاده کرد. تنها محدودیت استفاده از آنها می تواند عدم وجود رودخانه ها و نهرها باشد. اگر رودخانه کوچکی در نزدیکی خانه جریان داشته باشد، از جمله سدها و تغییر ارتفاع در دبی آب، به این معنی است که تمام شرایط برای نصب یک نیروگاه برق آبی کوچک در منطقه ایجاد شده است. به طور طبیعی، خرید، نصب یا ایجاد آن به تنهایی مستلزم سرمایه گذاری پولی است. با این حال، لازم به ذکر است که چنین نصبی می تواند به سرعت هزینه خود را پرداخت کند. در هر زمان شما برق ارزانی خواهید داشت که مجبور نخواهید بود برای آن پولی بپردازید. شما به انواع عوامل خارجی وابسته نخواهید بود.

مینی نیروگاه های برق آبی را می توان برای اهداف زیر استفاده کرد:

• برای مصارف صنعتی . اینها تاسیساتی با ظرفیت 200 کیلووات و بالاتر هستند. این تجهیزات توسط شرکت های تخصصی تولید می شود، اما تعداد زیادی از آنها وجود ندارد. از این نیروگاه های برق آبی برای تامین برق بنگاه ها و سازمان های صنعتی و همچنین فروش برق به مصرف کنندگان استفاده می شود.
• برای استفاده تجاری . اینها تاسیساتی با توان حداکثر 200 کیلو وات هستند. این نیروگاه های برق آبی برای تامین برق شرکت های کم مصرف، شهرک ها و گروه های کوچک خانه ها استفاده می شود.
• برای مصارف خانگی . اینها تاسیساتی با توان حداکثر 20 کیلو وات هستند. از این نیروگاه های برق آبی برای تامین برق انواع اجسام کوچک و همچنین خانه های روستایی استفاده می شود.

نیروگاه های برق آبی از نیروی آب برای تولید انرژی الکتریکی استفاده می کنند. ایستگاه های خود ساخته مشکل فاصله از شبکه های متمرکز برق را حل می کنند یا به صرفه جویی در مصرف برق کمک می کنند.

مزایا و معایب نیروگاه های برق آبی

نیروگاه های برق آبی نسبت به سایر منابع انرژی جایگزین دارای مزایای زیر هستند:

• آنها به آب و هوا و زمان روز بستگی ندارند (بر خلاف). این اجازه می دهد تا انرژی بیشتری با سرعت قابل پیش بینی تولید شود.
• قدرت منبع (رودخانه یا نهر) قابل تنظیم است. برای این کار کافی است کانال را با سد تنگ کنید یا اختلاف ارتفاع آب را فراهم کنید.
• تاسیسات هیدرولیک هیچ صدایی ایجاد نمی کند (بر خلاف).
• بسیاری از انواع ایستگاه های برق کم نیازی به مجوز نصب ندارند.

از معایب نیروگاه های برق آبی خانگی می توان به عدم توانایی کار در هوای سرد اشاره کرد. علاوه بر این، محیط آبی تهاجمی است، بنابراین قطعات ایستگاه باید ضد آب و بادوام باشند.

هنگام طراحی یک نیروگاه مینی برق آبی برای استفاده به عنوان منبع انرژی جایگزین برای خانه خود، عوامل زیر باید تعیین کننده باشند:

• نزدیکی رودخانه به خانه. نصب یک ایستگاه خانگی دور از خانه هیچ فایده ای ندارد. هر چه نصب دورتر باشد، بازده آن کمتر می شود، زیرا مقداری از انرژی در حین انتقال از بین می رود. علاوه بر این، محافظت از نیروگاه برق آبی شما در برابر سرقت یا آسیب دشوارتر است.
• سرعت جریان کافی یا امکان افزایش آن. قدرت ایستگاه با افزایش سرعت آب به طور تصاعدی افزایش می یابد.

فهمیدن سرعت آسان است. یک تکه فوم یا یک توپ تنیس را داخل آب بیندازید و مدت زمانی را که طول می کشد تا مسافت مشخصی را شنا کند تعیین کنید. سپس مترها را بر ثانیه تقسیم کنید و سرعت را خواهید فهمید. حداقل سرعت آب کافی برای یک نیروگاه برق آبی خانگی 1 متر بر ثانیه است.

اگر دبی رودخانه یا جریان شما کمتر از این مقدار باشد، با یک سد کوچک یا لوله باریک افزایش می یابد. اما این گزینه ها می توانند مشکلات بیشتری ایجاد کنند. ساخت سد مستلزم کسب مجوز از مسئولین و همچنین رضایت همسایگان است.

مینی نیروگاه برق آبی را خودتان انجام دهید

طراحی یک نیروگاه برق آبی بسیار پیچیده است، بنابراین می توان تنها یک ایستگاه کوچک را به تنهایی ساخت که باعث صرفه جویی در مصرف برق یا تامین انرژی یک خانواده متوسط ​​می شود. در زیر دو نمونه از اجرای نیروگاه برق آبی خانگی آورده شده است.

چگونه یک مینی نیروگاه برق آبی از دوچرخه بسازیم

این نسخه از نیروگاه برق آبی برای سفرهای دوچرخه سواری ایده آل است. جمع و جور و سبک است، اما می تواند انرژی یک کمپ کوچک را که در کناره های یک رودخانه یا رودخانه ایجاد شده است، تامین کند. برق حاصله برای روشنایی عصرگاهی و شارژ دستگاه های تلفن همراه کافی خواهد بود.

برای نصب ایستگاه شما نیاز دارید:

• چرخ جلو از دوچرخه.
• یک ژنراتور دوچرخه که برای روشن کردن چراغ های دوچرخه استفاده می شود.
• تیغه های خانگی. آنها از قبل از ورق آلومینیوم بریده شده اند. عرض تیغه ها باید از دو تا چهار سانتی متر و طول آن از توپی چرخ تا لبه آن باشد. هر تعداد تیغه می تواند وجود داشته باشد که باید در یک فاصله از یکدیگر قرار گیرند.

برای راه اندازی چنین ایستگاهی کافی است چرخ را در آب غوطه ور کنید. عمق غوطه ور شدن به طور تجربی، تقریباً از یک سوم تا نیمی از چرخ تعیین می شود.

برای ساخت یک ایستگاه قدرتمندتر برای استفاده دائمی، به مواد بادوام تری نیاز است. عناصر فلزی و پلاستیکی که راحت‌تر از قرار گرفتن در معرض محیط آبی محافظت می‌شوند، بهترین گزینه هستند. اما اگر قطعات چوبی را در محلول خاصی آغشته کرده و با رنگ ضدآب رنگ آمیزی کنید، مناسب هستند.

ایستگاه به عناصر زیر نیاز دارد:

• درام کابل فولادی (قطر 2.2 متر). روتور-چرخ از آن ساخته شده است. برای انجام این کار، درام به قطعات بریده شده و دوباره در فاصله 30 سانتی متر جوش داده می شود. تیغه ها (18 قطعه) از بقایای درام ساخته شده اند. آنها به شعاع در زاویه 45 درجه جوش داده می شوند. برای پشتیبانی از کل ساختار، یک قاب از زاویه یا لوله ساخته می شود. چرخ بر روی بلبرینگ می چرخد.
• یک چرخ دنده زنجیره ای روی چرخ نصب شده است (نسبت دنده باید چهار باشد). برای سهولت در کنار هم قرار دادن محورهای درایو و ژنراتور و همچنین کاهش ارتعاش، چرخش از طریق کاردان از ماشین قدیمی منتقل می شود.
• یک موتور ناهمزمان برای ژنراتور مناسب است. به آن باید یک کاهنده دنده دیگر با ضریب حدود 40 اضافه کرد. سپس برای یک ژنراتور سه فاز با 3000 دور در ثانیه با ضریب کاهش کل 160 تعداد دورها به 20 دور در دقیقه کاهش می یابد.
• تمام وسایل الکتریکی را در یک ظرف ضد آب قرار دهید.

مواد اولیه توصیف شده را می توان به راحتی در محل دفن زباله یا دوستان پیدا کرد. می توانید برای برش درام فولادی با آسیاب و جوشکاری به متخصصان پول پرداخت کنید (یا همه چیز را خودتان انجام دهید). در نتیجه، یک نیروگاه برق آبی با ظرفیت تا 5 کیلو وات هزینه کمی خواهد داشت.

تولید برق از آب چندان سخت نیست. ساختن یک سیستم منبع تغذیه خودمختار مبتنی بر یک نیروگاه برق آبی خانگی، نگهداری ایستگاه در حالت کار و اطمینان از ایمنی افراد و حیوانات اطراف آن دشوارتر است.