水流の強さは、ほとんど無料の電気を受け取ることができる再生可能な天然資源です。自然から提供されるエネルギーは、ユーティリティを節約し、機器の充電の問題を解決する機会を提供します。
家の近くで小川や川が流れている場合は、それらを使用する価値があります。彼らは区画と家に電気を供給することができるでしょう。また、日曜大工の水力発電所を建設しても、経済効果は大幅に高まります。
提示された記事は、民間の油圧構造物の製造技術を詳細に説明しています。システムをセットアップして消費者に接続するために必要なものについて話しました。ここでは、即興の材料から組み立てられた、ミニチュアエネルギーサプライヤーのすべてのオプションについて学びます。
水力発電所
水力発電所は、水の動きのエネルギーを電気に変換できる構造です。代替の「グリーン」電力供給業者は、依然として西洋でのみ積極的に利用されています。私たちの国の領土では、この有望な業界は最初の臆病な一歩を踏み出しているだけです。
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水のポテンシャルを引き出して発電することは、グリーンエネルギーの有望分野のひとつです。その利点は、自然環境へのダメージが最も少ない、無尽蔵の惑星の無料資源を使用することです。
小水力の分野に関与するオブジェクトには、3〜100 kW〜25 MWの小型水力発電所が含まれます。
水のエネルギーを利用して電気を得るために、乱流の山川を作ったり、大きなダムを建設したりする必要はありません。小さな川や小川の河床を狭めるのに十分です
小さな水力発電所のタービンは、近くの貯水池や川から水が入る比較的小さな水路でも強制的に回転させることができます
水流に直接配置されている小さな水力発電所は単純ですが、流出の強さと量を調整することはできません。調整の可能性はミニチュア貯水池を提供します
ミニ水力発電所の組織にとって最も有望なのは、水路に特徴的な高低差がある渓流です。ただし、平坦な地形に沿って流れる川についても、同様の条件を作成できます。
コンクリート構造物を注ぐことによって人工的に構築できるあらゆる種類の水ターンおよび渦巻きは、小型水力発電所のパフォーマンスを向上させるのに役立ちます。
効率を上げるために、小水力発電の開発者はタービンを改善しています。たとえば、ブレード付きの従来のホイールは、マルチターンスクリューに置き換えられます
水を使って発電する
小水力の伝統的な選択肢の一つ
エネルギー回収のためのチャネル狭窄
ブレード向けデバイス
貯水池が小さいダムに近いオプション
小川や河川の水路の高さの違い
人工的に作られたツイスト
高効率スクリュー式タービン
小さな民間水力発電所は、大規模な川のダムであり、数十メガワットから数百メガワット、または最大100 kWのミニ水力発電所を生成することができます。これは、民家のニーズに十分です。後者については、こちらをご覧ください。
油圧スクリューステーション
設計は、川を横切って引っ張られる柔軟な鋼鉄ケーブルに取り付けられたローターのチェーンで構成されています。ケーブル自体が回転シャフトの役割を果たし、その一端はサポートベアリングに固定され、もう一端はジェネレーターシャフトをアクティブにします。
各「ガーランド」油圧ローターは、約2 kWのエネルギーを生成できますが、そのための水の流量は少なくとも毎秒2.5メートルであり、貯水池の深さは1.5 mを超えてはなりません。
ガーランド水力発電所の動作原理は単純です。水の圧力が油圧ねじを回転させ、ケーブルが回転して発電機にエネルギーを発生させます
ガーランドステーションは前世紀の半ばにうまく使用されましたが、ねじの役割は自家製のプロペラやブリキ缶でさえ果たしられました。現在、メーカーはさまざまな動作条件に対応するために、いくつかのタイプのローターを提供しています。
彼らは板金で作られた異なるサイズのブレードを備えており、ステーションの運用から最大の効率を得ることができます。
しかし、この水素化装置は製造が非常に簡単ですが、その操作には、実際の生活で常に実現できるとは限らないいくつかの特別な条件が含まれます。このような構造は河床を塞いでおり、環境サービスの代表者は言うまでもなく、海岸沿いの隣人があなたの目的のために流動エネルギーの使用を許可することはまずありません。
さらに、冬には、この設備は非凍結水域でのみ使用でき、過酷な気候では保存または解体できます。したがって、ガーランドステーションは、一時的に、主に人がいない場所(たとえば、夏の牧草地の近く)に建設されます。
1〜15 kW / hの容量を持つローターステーションは、毎月最大9.3 MWを生成し、中央高速道路から離れた地域の電化の問題を個別に解決できます
デイジーチェーン設備の現代的な類似物は、横ローターを備えた水中または潮汐フレームステーションです。先代のガーランドとは異なり、これらの構造は川全体を塞ぐのではなく、チャネルの一部のみを使用し、ポンツーン/ラフトに設置するか、または貯水池の底まで完全に下げることができます。
縦型ローターダリア
Darierローターは、1931年に発明者にちなんで名付けられたタービン装置です。このシステムは、ラジアルビームに固定されたいくつかの空力ブレードで構成され、造船および航空で広く使用されている「リフトウィング」原理に従って差圧により作動します。
これらの植物は風力発電機の作成によく使用されますが、水で使用できます。ただし、この場合、水の流れの強さに応じてブレードの厚さと幅を選択するには、正確な計算が必要です。
Darierローターは「風車」に似ており、水中にのみ設置され、季節による流量の変動に関係なく機能します。
垂直ローターが地元の水力発電所の建設に使用されることはほとんどありません。優れたパフォーマンスインジケータと見かけ上のシンプルな設計にもかかわらず、機器の操作は非常に困難です。
作業を開始する前に、システムは「ねじれていない」必要がありますが、実行中のステーションを停止できるのは、貯水池の凍結だけです。したがって、ダリエローターは主に工業企業で使用されています。
垂直方向に作動するタービンを備えた小さな水力発電所の設計の分野における興味深い解決策は、オーストリアの発明家Franz Zotlotererによって提案されました。
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ワールプール重力作用のミニステーション
ジャグジー付きの独立したチャネルの構築
回転中心のタービン
生成されたエネルギーコレクター
ワールプールの大きな利点は、魚資源の保護と考えられています。垂直タービンの動作は、川の生物に害を与えません。さらに、水の流れの特定の動きにより、泥が構造物の壁に残ることはありません。
水中プロペラ
実際、これは最も単純な風力タービンであり、水中にのみ設置されます。最大回転速度と最小抵抗を確保するためのブレードの寸法は、流れの強さに応じて計算されます。たとえば、流速が2 m / sを超えない場合、ブレードの幅は2〜3 cm以内にする必要があります。
水中プロペラは自分の手で簡単に作成できますが、深くて速い川にのみ適しています-浅い池では、回転するブレードが漁師、水泳選手、水鳥、動物に損傷を与える可能性があります
このような風車は流れの「方向」に設置されますが、その水圧の圧力のためにそのブレードは機能しませんが、(飛行機の翼または船のプロペラの原理で)揚力が発生するためです。
ブレード付水車
水車は、ローマ帝国の時代から知られている、油圧モーターの最も単純なバージョンの1つです。その作業の効果は、それがインストールされたソースのタイプに大きく依存します。
キャスティングホイールは、流量によってのみ回転できます。キャスティングホイールは、上からブレードに流れる水の圧力と重量によって回転できます。
水路の深さと水路に応じて、さまざまなタイプのホイールを取り付けることができます。
- 潜水艦(または劣等) -流れの速い浅い川に適しています。
- ミッドボトム -流れが回転ドラムのほぼ中央を流れるように、自然のカスケードを備えたチャネルに配置されています。
- バルク(または高濃度) -ダム、パイプ、または自然の敷居の下部に設置されているため、落下する水はホイールの上部を流れ続けます。
しかし、すべてのオプションの動作原理はまったく同じです。水がブレードに入り、ホイールを駆動するため、ミニ発電所の発電機が回転します。
油圧機器メーカーは、特定の水流量に合わせてブレードが特別に調整されている既製のタービンを提供しています。しかし、家庭の職人は即興の素材から、昔ながらの方法でドラムを組み立てています。
次の写真の選択は、ミニ水力発電所の最も単純なバージョンを構築する手順を知るのに役立ちます。
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ステップ1:チャネルを狭めてデルタを形成する
ステップ2:タービンアセンブリの部品の切断
ステップ3:仮設タービンでブレードを固定する
手順5:ストリームチャネルにサポートをインストールする
ステップ5:サポート構造へのタービンの取り付け
ステップ6:発電機とバッテリーの接続
ステップ7:ベルトドライブ
ステップ8:組み立て後のデバイスのテスト
おそらく最適化の欠如は効率指標に影響を及ぼしますが、自家製の機器のコストは購入したものより数倍安いです。したがって、水車はあなた自身のミニ水力発電所を組織するための最も人気のあるオプションです。
水力発電所の設置条件
水素化装置によって生成されるエネルギーの魅力的な安さにもかかわらず、水源の特徴を考慮することは重要であり、その資源はあなた自身のニーズのために使用することを計画しています。
実際、すべての水路が特に水力発電所の運用に適しているわけではないため、一年中、中央集中型高速道路に接続して接続できることは問題ありません。
いくつかの長所と短所
個々の水力発電所の主な利点は明白です。安価な電力を生成する安価な機器は、自然に害を与えません(川の流れをブロックするダムとは異なります)。このシステムは完全に安全であるとは言えませんが、タービンの回転要素が依然として存在する場合、水中世界の住民や人々にさえ怪我をさせる可能性があります。
事故を防ぐために、水力発電所を保護する必要があります。システムが水に完全に隠されている場合は、岸に警告標識を設置してください
ミニ水力の利点:
- 他の「自由な」エネルギー源(ソーラーパネル、風力発電機)とは異なり、油圧システムは、時刻や天候に関係なく機能します。それらを防ぐことができる唯一のものは、貯水池の凍結です。
- 水素化装置を設置するのに大きな川が必要なわけではありません-同じ水車が小さな(しかし速い!)ストリームでもうまく使用できます。
- 設備は有害物質を放出せず、水を汚染せず、ほとんど静かに動作します。
- 容量が100 kWまでのミニ水力発電所の設置では、許可を作成する必要はありません(すべて地方自治体と設置の種類によって異なります)。
- 余剰電力は近隣の家屋に売電できます。
欠点に関しては、流れの欠如は、装置の生産的な運用にとって深刻な障害になる可能性があります。この場合、補助構造物を建てる必要があり、追加のコストがかかります。
近くの河川のポテンシャルエネルギーが実用に十分な電力を発生するのに十分でない場合、風力発電機の建設方法に注意を払う価値があります。風車は効果的な補完として機能します。
水流測定
ステーションの設置方法と設置方法について考えるために最初に行う必要があるのは、選択した水源での水の流れの速度を測定することです。
最も簡単な方法は、軽量のオブジェクト(たとえば、テニスボール、ポリスチレンフォーム、釣り用フロート)を急流に降ろし、水泳選手がランドマークまでの距離を泳ぐ時間を止めることです。 「水泳」の標準的な距離は10メートルです。
池が家から遠い場合、分岐チャネルまたはパイプラインを構築し、同時に高さの違いに注意することができます
次に、移動距離をメートル単位で秒数で割る必要があります。これが現在の速度になります。しかし、得られた値が1 m / s未満の場合は、標高差によって流れを加速するために人工構造物を建てる必要があります。
これは、折りたたみ可能なダムまたは狭い排水管を使用して行うことができます。しかし、良い流れがなければ、水力発電所のアイデアは放棄されなければなりません。
水車に基づく水力発電所の生産
もちろん、「ひざまずいて」組み立てて、企業や集落にサービスを提供するように設計された巨大な建物を数十の家からでも構築することは、ファンタジーの領域からのアイデアです。しかし、自分の手でミニ水力発電所を建設して電気を節約するのは現実的です。さらに、完成したコンポーネントと即興の素材の両方を使用できます。
したがって、最も単純な構造である水車の段階的な製造を検討します。
必要な材料とツール
自分の手でミニ水力発電所を作るには、溶接機、グラインダー、ドリル、およびハンマー、ドライバー、定規などの補助工具一式を準備する必要があります。
必要な資料から:
- 少なくとも5 mmの厚さのコーナーと板金。
- ブレード製造用のPVCまたは亜鉛メッキ鋼製のパイプ。
- ジェネレーター(既製のものを使用することも、この例のように自分で作成することもできます)。
- ブレーキディスク。
- シャフトとベアリング。
- 合板。
- 回転子と固定子を充填するためのポリスチレン樹脂。
- その場しのぎの発電機のための15mmの銅線。
- ネオジム磁石。
ホイールのデザインは常に水と接触することに注意してください。したがって、金属や木製の要素は、湿気から保護された状態で選択する必要があります(または、含浸と塗装を自分で行う必要があります)。理想的には、合板はプラスチックで置き換えることができますが、木製の部品は入手および成形が容易です。
ホイールの組み立てとノズルの製造
ホイール自体の基礎は、同じ直径の2つのスチールディスクにすることができます(ケーブルからスチールドラムを得ることができる場合、これは組み立てプロセスを大幅にスピードアップします)。
しかし、手元の素材に金属が見つからなかった場合、処理された木材の強度と耐久性は鋼鉄と比較することはできませんが、防水合板から円を切り取ることができます。次に、ディスクの1つに、ジェネレーターを取り付けるための丸い穴を開ける必要があります。
その後、ブレードが作成され、少なくとも16個が必要になります。このために、亜鉛メッキされたパイプは長さ方向に2つまたは4つの部分に切断されます(直径によって異なります)。次に、摩擦中のエネルギー損失を減らすために、切断部位とブレード自体の表面を研磨する必要があります。
ブレードは約40〜45度の角度で取り付けられます。これにより、流動力の影響を受ける表面積が増加します。
2つのサイドディスク間の距離は、ブレードの長さにできるだけ近づける必要があります。将来のハブの場所の概要を示すために、合板からテンプレートを作成することをお勧めします。その上に、各パーツの場所とホイールを発電機に固定するための穴が表示されます。いずれかのドライブの外側にレディマーキングを付けることができます。
次に、丸い棒を使用して円を相互に平行に取り付け、ブレードをボルトで溶接または固定します。ドラムはベアリングで回転し、コーナーのフレームまたは小径のパイプがサポートとして使用されます。
この段階では、ドラムアセンブリは完全であると見なすことができ、自家製の発電機と水の流れを方向付けるノズルを備えています。
ノズルはカスケードタイプの水源用に設計されています。このような設置により、フローエネルギーを最大限に利用できます。この補助エレメントは、板金を曲げて継ぎ目を溶接して作られ、それからパイプに取り付けられます。
ただし、急流やその他の高地の障害物がない平坦な川がその地域を流れる場合、この詳細は必要ありません。
ノズル出口穴の幅がホイール自体の幅に対応していることが重要です。そうしないと、流れの一部がブレードに落ちることなくアイドル状態になります
次に、ホイールを車軸に取り付け、コーナーを溶接またはボルト留めしてサポートに取り付けます。ジェネレーターを作成する(またはインストールの準備をする)ために残り、川に行くことができます。
DIYジェネレーター
自家製の発電機を作るには、固定子巻線を作り、それぞれに125ターンの銅線を巻いたコイルが必要です。接合後、全体にポリエステル樹脂を流し込みます。
各相は3つの連続して取り付けられたコイルで構成されているので、接続は複数の外部リード線を持つ星形または三角形の形で行うことができます
次に、ブレーキディスクのサイズに一致する合板テンプレートを準備する必要があります。
マーキングは木製リングに作成され、スロットは磁石を取り付けるために作成されます(この場合、厚さ1.3 cm、幅2.5 cm、長さ5 cmのネオジム磁石が使用されました)。次に、得られたローターにも樹脂が充填され、乾燥後にホイールドラムに取り付けられます。
ブレーキディスクローターと銅線コイルジェネレーターを備えた水車-塗装済みで見栄えがよく、すぐに使用可能
整流器を覆う、電流計付きの最後に取り付けられたアルミニウムケーシング。これらの要素のタスクは、三相電流を直流に変換することです。
カスケードまたはバイパスパイプのある小さな川の流れにホイールを取り付けた後、毎分110回転で1.9A * 12Vのミニ水力発電所の性能を期待できます。
ストリームで運ばれた葉、砂、その他の破片がホイールに落ちないようにするために、デバイスの前に保護ネットを置くことをお勧めします。
また、磁石とコイルの間のギャップを増やして巻数を増やし、水力発電所の効率を上げることもできます。
日常生活における「グリーンテクノロジー」の紹介に関する記事を読むことで、あらゆるタイプの代替エネルギー源について学びます。
ビデオ#1。三相エンジンに基づく自作発電機を備えた作動油圧設備の例:
ビデオ#2。水力のミニ水力発電所:
ビデオ#3。自転車の車輪に基づく駅は、文明から遠く離れた休暇中のエネルギー供給の問題に対する興味深い解決策です。
ご覧のように、自分の手で水ミニ発電所を建設することはそれほど難しくありません。しかし、そのコンポーネントの計算とパラメータのほとんどは「目で」決定されるため、故障とそれに関連するコストの可能性に備えて準備する必要があります。
この分野の知識と経験の不足を感じた場合は、必要なすべての計算を実行し、ケースに最適な機器をアドバイスし、品質の高い方法で設置する専門家を信頼する必要があります。
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