DIY 수력 발전소 : 자율 미니 수력 발전소를 구축하는 방법

물 흐름의 힘은 사실상 무료로 전기를 얻을 수 있는 재생 가능한 천연 자원입니다.자연이 기부한 에너지는 공과금을 절약하고 장비 재충전 문제를 해결할 수 있는 기회를 제공할 것입니다.

집 근처에 시냇물이나 강이 흐르고 있다면 그것을 활용하는 것이 좋습니다. 그들은 현장과 집에 전기를 공급할 수 있습니다. 그리고 자신의 손으로 수력 발전소를 건설하면 경제적 효과가 크게 높아집니다.

제시된 기사에서는 민간 유압 구조물의 제조 기술에 대해 자세히 설명합니다. 시스템을 구축하고 이를 소비자와 연결하기 위해 필요한 것이 무엇인지에 대해 이야기를 나눴습니다. 여기에서는 스크랩 자재로 조립된 소형 에너지 공급업체를 위한 모든 옵션에 대해 알아봅니다.

비산업용 수력 발전소

수력 발전소는 물의 이동 에너지를 전기로 변환할 수 있는 구조물입니다. 대체 녹색 에너지 공급업체 지금까지 그들은 서구에서만 적극적으로 이용되고 있습니다. 우리나라에서는 이 유망 산업이 이제 막 소심한 첫 걸음을 내딛고 있습니다.

소규모 개인 수력 발전소는 10~수백 메가와트를 생성하는 큰 강에 있는 댐이거나 최대 전력이 100kW인 미니 수력 발전소일 수 있으며 이는 개인 주택의 요구 사항에 충분합니다. 후자에 대해 자세히 알아 보겠습니다.

유압 나사가 있는 갈랜드 스테이션

구조는 강을 가로질러 뻗어 있는 유연한 강철 케이블에 부착된 로터 체인으로 구성됩니다. 케이블 자체는 회전 샤프트 역할을 하며, 한쪽 끝은 지지 베어링에 고정되고 다른 쪽 끝은 발전기 샤프트를 활성화합니다.

"화환"의 각 유압 로터는 약 2kW의 에너지를 생성할 수 있지만 이를 위한 물 흐름 속도는 초당 2.5m 이상이어야 하며 저수지 깊이는 1.5m를 초과해서는 안 됩니다.

화환 수력 발전소의 작동 원리는 간단합니다. 수압이 유압 나사를 회전시켜 케이블을 회전시키고 발전기가 에너지를 생성하도록 합니다.

Garland 스테이션은 지난 세기 중반에 성공적으로 사용되었지만 프로펠러의 역할은 수제 프로펠러와 심지어 깡통에 의해 수행되었습니다. 오늘날 제조업체는 다양한 작동 조건에 맞는 여러 유형의 로터를 제공합니다.

판금으로 만들어진 다양한 크기의 블레이드가 장착되어 있으며 스테이션 작동에서 최대의 효율성을 얻을 수 있습니다.

그러나 이 수소화 장치는 제조가 매우 간단하지만 작동하려면 실제 생활에서 항상 실현 가능한 것은 아닌 여러 가지 특별한 조건이 필요합니다. 이러한 구조는 강바닥을 막고 있으며 환경 서비스 담당자는 말할 것도 없고 은행을 따라 있는 이웃이 귀하의 목적을 위해 하천 에너지를 사용하는 것을 허용하지 않을 것입니다.

또한 겨울철에는 얼지 않는 저수지에서만 설치를 사용할 수 있으며 가혹한 기후에서는 보존하거나 해체할 수 있습니다. 따라서 화환 스테이션은 일시적으로 주로 황량한 지역(예: 여름 목초지 근처)에 설치됩니다.

시간당 1~15kW 용량의 로터리 스테이션은 월간 최대 9.3MW를 생산하며 중앙 고속도로에서 멀리 떨어진 지역의 전력화 문제를 독립적으로 해결할 수 있습니다.

화환 설치의 현대적 유사체는 가로 로터가 있는 수중 또는 부동 프레임 스테이션입니다. 이전 화환과 달리 이러한 구조물은 강 전체를 막지 않고 강바닥의 일부만 사용하며 폰툰/뗏목에 설치하거나 저수지 바닥까지 낮출 수도 있습니다.

수직 Daria 로터

Darrieus 로터는 1931년 발명자의 이름을 딴 터빈 장치입니다. 이 시스템은 방사형 빔에 고정된 여러 개의 공기 역학적 블레이드로 구성되며 조선 및 항공 분야에서 널리 사용되는 "리프팅 윙" 원리를 사용하여 차압에 의해 작동합니다.

이러한 설비는 주로 풍력 발전기를 만드는 데 사용되지만 물을 사용해도 작동할 수 있습니다. 하지만 이 경우 물의 흐름 강도에 따라 블레이드의 두께와 너비를 선택하려면 정확한 계산이 필요합니다.

Daria 로터는 "풍차"와 유사하며 물 속에만 설치되며 계절에 따른 유속 변동에 관계없이 작동할 수 있습니다.

수직 로터는 지역 수력 발전소를 만드는 데 거의 사용되지 않습니다. 우수한 효율성 지표와 디자인의 단순성에도 불구하고 장비 작동은 상당히 복잡합니다.

작업을 시작하기 전에 시스템을 "회전"해야 하지만 저장소가 얼어붙는 경우에만 실행 스테이션이 중지될 수 있습니다. 따라서 Darrieus 로터는 주로 산업 기업에서 사용됩니다.

오스트리아의 발명가인 Franz Zotleterer는 수직으로 작동하는 터빈을 갖춘 소규모 수력 발전소 설계 분야에서 흥미로운 솔루션을 제안했습니다.

소용돌이 스테이션의 중요한 장점은 어류 자원의 보존으로 간주됩니다. 수직 터빈의 작동은 강의 생물체에 해를 끼치 지 않습니다. 또한 물 흐름의 특정 움직임으로 인해 구조물 벽에 진흙이 남아 있지 않습니다.

수중 스크류 프로펠러

실제로 이것은 가장 간단한 공기 풍차이며 물 속에만 설치됩니다. 최대 회전 속도와 최소 저항을 보장하기 위한 블레이드의 치수는 흐름의 힘에 따라 계산됩니다.예를 들어 현재 속도가 2m/초를 초과하지 않는 경우 블레이드의 너비는 2~3cm 이내여야 합니다.

수중 프로펠러는 손으로 쉽게 만들 수 있지만 깊고 빠른 강에만 적합합니다. 얕은 수역에서 회전하는 블레이드는 어부, 수영자, 물새 및 동물에게 부상을 입힐 수 있습니다.

이러한 풍차는 흐름을 향하여 설치되지만 블레이드는 수압의 압력이 아니라 양력 발생(비행기 날개 또는 선박 프로펠러의 원리)으로 인해 작동합니다.

블레이드가 있는 물레방아

수차는 로마 제국 시대부터 알려진 유압 엔진의 가장 간단한 버전 중 하나입니다. 작동 효율성은 설치된 소스 유형에 따라 크게 달라집니다.

붓는 바퀴는 흐름 속도에 의해서만 회전할 수 있고, 채우는 바퀴는 위에서 블레이드 위로 떨어지는 물의 압력과 무게의 도움으로만 회전할 수 있습니다.

수로의 깊이와 바닥에 따라 다양한 유형의 바퀴를 설치할 수 있습니다.

• 그레이비 (또는 바닥) – 흐름이 빠른 얕은 강에 적합합니다.
• 중거리 – 흐름이 대략 회전 드럼의 중앙에 떨어지도록 자연 캐스케이드가 있는 채널에 위치합니다.
• 액체(또는 간접비) – 댐, 파이프 아래 또는 자연 급류 바닥에 설치되어 떨어지는 물이 바퀴 상단 위로 계속 경로를 이동합니다.

그러나 모든 옵션의 작동 원리는 동일합니다. 물이 블레이드에 떨어지고 바퀴를 구동하여 미니 발전소의 발전기가 회전합니다.

유압 장비 제조업체는 블레이드가 특정 물 흐름 속도에 맞게 특별히 조정된 기성품 터빈을 제공합니다.그러나 가정 장인은 스크랩 재료를 사용하여 드럼 구조를 구식 방식으로 만듭니다.

다음 사진 선택은 가장 간단한 버전의 미니 수력 발전소를 건설하는 단계를 익히는 데 도움이 될 것입니다.

아마도 최적화 부족은 효율성 지표에 영향을 미칠 수 있지만 직접 만든 장비의 비용은 구입한 아날로그 제품보다 몇 배 더 저렴할 것입니다. 따라서 수차는 자신의 미니 수력 발전소를 구성하는 데 가장 인기 있는 옵션입니다.

수력발전소 설치조건

수력 발전기로 생성되는 에너지의 유혹적인 저렴함에도 불구하고, 자신의 필요에 맞게 사용할 자원이 있는 수원의 특성을 고려하는 것이 중요합니다.

결국, 모든 수로가 특히 연중 내내 소형 수력 발전소 운영에 적합한 것은 아니므로 중앙 집중식 본선에 연결할 가능성을 남겨 두는 것이 나쁠 것은 없습니다.

몇 가지 장점과 단점

개별 수력 발전소의 주요 장점은 분명합니다. 값싼 전기를 생산하고 자연에 해를 끼치 지 않는 저렴한 장비입니다 (강의 흐름을 막는 댐과 달리). 시스템이 절대적으로 안전하다고 할 수는 없지만 터빈의 회전 요소는 여전히 수중 세계의 주민과 사람에게 부상을 입힐 수 있습니다.

사고 예방을 위해 수력발전소에는 울타리를 쳐야 하며, 시스템이 물에 완전히 잠긴 경우 해안에 경고표지판을 설치해야 한다.

소형 수력 발전소의 장점:

1. 다른 "무료" 에너지원(태양광 패널, 풍력 발전기)과 달리 유압 시스템은 시간과 날씨에 관계없이 작동할 수 있습니다. 그들을 막을 수 있는 유일한 방법은 저수지를 얼리는 것뿐입니다.
2. 수소 발생기를 설치하려면 큰 강이 필요하지 않습니다. 작은 (그러나 빠른!) 하천에서도 동일한 수차를 성공적으로 사용할 수 있습니다.
3. 이 장치는 유해 물질을 방출하지 않고 물을 오염시키지 않으며 거의 ​​조용하게 작동합니다.
4. 최대 100kW 용량의 미니 수력 발전소를 설치하려면 허가를 받을 필요가 없습니다(모든 것은 지방 당국 및 설치 유형에 따라 다름).
5. 남는 전기는 이웃집에 팔 수 있습니다.

단점으로는 전류 강도가 부족하면 장비의 생산적인 작동에 심각한 장애가 될 수 있습니다. 이 경우 보조 구조물을 구축해야 하므로 추가 비용이 발생합니다.

대략적인 계산에 따르면 인근 강의 위치 에너지가 실제 사용에 충분한 양의 전기를 생산하기에 충분하지 않은 경우 주목할 가치가 있습니다. 풍력 발전기를 만드는 방법. 풍차가 효과적인 추가 기능을 할 것입니다.

물 흐름의 강도 측정

스테이션 설치 유형과 방법을 생각하기 위해 가장 먼저 해야 할 일은 좋아하는 수원에서 물 흐름 속도를 측정하는 것입니다.

가장 쉬운 방법은 가벼운 물체(예: 테니스 공, 폼 플라스틱 조각 또는 낚시용 부표)를 급류 위로 내리고 스톱워치를 사용하여 일부 랜드마크까지 헤엄쳐 이동하는 데 걸리는 시간을 측정하는 것입니다. . "수영"의 표준 거리는 10미터입니다.

저수지가 집에서 멀리 떨어져 있으면 전환 수로나 파이프라인을 구축하는 동시에 높이 차이를 처리할 수 있습니다.

이제 미터 단위로 이동한 거리를 초 단위로 나누어야 합니다. 이것이 전류의 속도가 됩니다.그러나 결과 값이 1m/초 미만인 경우 고도 변화로 인한 흐름 속도를 높이기 위해 인공 구조물을 세워야 합니다.

이는 접이식 댐이나 좁은 배수관을 사용하여 수행할 수 있습니다. 그러나 흐름이 좋지 않으면 수력발전소 아이디어를 포기해야 할 것이다.

수차를 기반으로 한 수력발전소 제작

물론, 기업이나 십여 채의 주택에 서비스를 제공하기 위해 설계된 거대한 건물을 조립하고 세우는 것은 공상과학의 영역에서 나온 아이디어입니다. 그러나 전기를 절약하기 위해 자신의 손으로 미니 수력 발전소를 건설하는 것은 가능합니다. 또한 기성품 구성 요소와 즉석 자료를 모두 사용할 수 있습니다.

따라서 우리는 가장 간단한 구조인 물레방아의 제조를 단계별로 고려할 것입니다.

필요한 재료 및 도구

자신의 손으로 미니 수력 발전소를 만들려면 용접기, 앵글 그라인더, 드릴 및 보조 도구 세트(망치, 드라이버, 자)를 준비해야 합니다.

필요한 자료:

• 두께가 5mm 이상인 모서리 및 판금.
• 블레이드 제조용 PVC 또는 아연 도금 강관.
• 생성기(이 예에서와 같이 기성품을 사용하거나 직접 만들 수 있습니다).
• 브레이크 디스크.
• 샤프트와 베어링.
• 합판.
• 회전자 및 고정자 주조용 폴리스티렌 수지.
• 수제 발전기용 15mm 구리선.
• 네오디뮴 자석.

바퀴 구조는 지속적으로 물과 접촉하므로 습기로부터 보호되는 금속 및 목재 요소를 선택해야 합니다(또는 직접 함침 및 페인팅 처리). 이상적으로는 합판을 플라스틱으로 대체할 수 있지만 목재 부품은 구하기도 더 쉽고 원하는 모양으로 만들 수도 있습니다.

휠 조립 및 노즐 제작

휠 자체의 기본은 동일한 직경의 두 개의 강철 디스크일 수 있습니다(케이블에서 강철 드럼을 가져올 수 있는 경우 - 훌륭합니다. 이렇게 하면 조립 프로세스 속도가 크게 빨라집니다).

그러나 사용중인 재료에서 금속이 발견되지 않으면 방수 합판에서 원을자를 수 있지만 처리 된 목재의 강도와 수명은 강철과 비교할 수 없습니다. 그런 다음 발전기를 설치하기 위해 디스크 중 하나에 둥근 구멍을 잘라야 합니다.

그런 다음 블레이드가 만들어지며 최소 16개 조각이 필요합니다. 이를 위해 아연 도금 파이프를 직경에 따라 2개 또는 4개 부분으로 세로로 절단합니다. 그런 다음 마찰로 인한 에너지 손실을 줄이기 위해 절단 영역과 블레이드 자체의 표면을 연마해야 합니다.

블레이드는 약 40-45도 각도로 설치됩니다. 이는 유동력의 영향을 받는 표면적을 늘리는 데 도움이 됩니다.

두 측면 디스크 사이의 거리는 블레이드 길이에 최대한 가까워야 합니다. 향후 허브의 위치를 ​​표시하려면 합판으로 템플릿을 만드는 것이 좋습니다. 이 템플릿은 각 부품의 위치와 휠을 발전기에 고정하기 위한 구멍을 표시합니다. 완성된 표시는 디스크 중 하나의 외부에 부착할 수 있습니다.

그런 다음 원은 단단한 나사 막대를 사용하여 서로 평행하게 설치되고 블레이드는 원하는 위치에 용접되거나 볼트로 고정됩니다. 드럼은 베어링 위에서 회전하며 앵글이나 작은 직경의 파이프로 만들어진 프레임이 지지대로 사용됩니다.

이 단계에서 드럼 조립은 완료된 것으로 간주할 수 있으며 남은 것은 직접 만든 발전기와 물의 흐름을 지시하는 노즐을 장착하는 것뿐입니다.

노즐은 캐스케이드형 수원용으로 설계되었습니다. 이러한 설치를 통해 흐름 에너지를 최대로 사용할 수 있습니다. 이 보조 요소는 판금을 구부린 후 이음매를 용접한 후 파이프에 장착하여 만들어집니다.

그러나 해당 지역에 급류나 기타 높은 고도의 장애물이 없는 평탄한 강이 있는 경우에는 이 세부 사항이 필요하지 않습니다.

노즐 배출구의 너비가 휠 자체의 너비와 일치하는 것이 중요합니다. 그렇지 않으면 흐름의 일부가 "유휴" 상태가 되어 블레이드에 도달하지 못하게 됩니다.

이제 휠을 축에 장착하고 용접 또는 볼트로 고정한 모서리로 만들어진 지지대에 장착해야 합니다. 남은 것은 발전기를 만드는 것(또는 기성품을 설치하는 것)뿐이며 강으로 갈 수 있습니다.

DIY 발전기

집에서 만든 발전기를 만들려면 고정자를 감고 채워야 하며, 이를 위해서는 각각 125개의 구리선이 있는 코일이 필요합니다. 이들을 연결한 후 구조 전체를 폴리에스터 수지로 채운다.

각 위상은 직렬로 연결된 3개의 타래로 구성되므로 여러 개의 외부 리드를 사용하여 별 모양이나 삼각형 모양으로 연결할 수 있습니다.

이제 브레이크 디스크 크기에 맞는 합판 템플릿을 준비해야 합니다.

나무 링에 표시가 이루어지고 자석 설치용 슬롯이 만들어집니다(이 경우 두께 1.3cm, 너비 2.5cm, 길이 5cm의 네오디뮴 자석이 사용되었습니다). 그런 다음 생성된 로터에도 수지를 채우고 건조시킨 후 휠 드럼에 부착합니다.

브레이크 디스크로 만든 로터와 구리선 코일로 만든 발전기가 있는 수차 - 도색되고 표시 가능하며 즉시 사용 가능

마지막으로 설치해야 할 것은 정류기를 덮는 전류계가 있는 알루미늄 케이스입니다. 이러한 요소의 임무는 3상 전류를 직류로 변환하는 것입니다.

캐스케이드 또는 배출 파이프를 사용하여 작은 강의 흐름에 휠을 설치한 후 110rpm에서 1.9A*12V의 미니 수력 발전소 성능을 기대할 수 있습니다.

흐름과 함께 가져온 나뭇잎, 모래 및 기타 잔해물이 바퀴에 들어가는 것을 방지하려면 장치 앞에 보호망을 배치하는 것이 좋습니다.

또한 회전 수를 늘려 자석과 코일 사이의 간격을 실험하여 유압 스테이션의 효율성을 높일 수도 있습니다.

모든 유형에 대해 대체 에너지원 일상 생활에 "녹색 기술"을 도입하는 것에 관한 기사를 읽으면 알게 될 것입니다.

주제에 대한 결론 및 유용한 비디오

비디오 #1. 3상 모터를 기반으로 한 수제 발전기를 사용한 작동 유압 설비의 예:

비디오 #2. 수차 원리에 따라 설계된 소형 수력 발전소:

비디오 #3. 자전거 바퀴를 기반으로 한 스테이션은 문명에서 멀리 떨어진 휴가 중 에너지 공급 문제를 해결하기 위한 흥미로운 옵션입니다.

보시다시피, 자신의 손으로 미니 수력 발전소를 건설하는 것은 그리 어렵지 않습니다. 그러나 구성요소에 대한 대부분의 계산 및 매개변수는 "눈으로" 결정되므로 가능한 고장 및 관련 비용에 대비해야 합니다.

이 분야에 대한 지식과 경험이 부족하다고 생각되면 필요한 모든 계산을 수행하고 귀하의 사례에 가장 적합한 장비를 추천하고 효율적으로 설치하는 전문가를 신뢰해야 합니다.

아래 블록에 의견을 적어주세요. 흥미로운 정보와 유용한 추천을 공유하고, 주제별 사진을 남겨보세요.아마도 자신의 손으로 교외 부지에 제대로 작동하는 수력 발전소를 어떻게 건설했는지 알려주고 싶으신가요? 장치 프로세스 및 작동에 대한 귀하의 이야기를 기꺼이 읽어 드리겠습니다.