Centrale hydroélectrique à faire soi-même : comment construire une mini-centrale hydroélectrique autonome

Le pouvoir de l’écoulement de l’eau est une ressource naturelle renouvelable qui permet d’obtenir de l’électricité pratiquement gratuitement.L'énergie donnée par la nature permettra d'économiser sur les services publics et de résoudre le problème de la recharge des équipements.

S’il y a un ruisseau ou une rivière qui coule à proximité de chez vous, cela vaut la peine d’en profiter. Ils pourront alimenter en électricité le terrain et la maison. Et si vous construisez une centrale hydroélectrique de vos propres mains, l'effet économique augmente considérablement.

L'article présenté décrit en détail les technologies de fabrication des ouvrages hydrauliques privés. Nous avons parlé de ce qui est nécessaire pour mettre en place le système et le connecter aux consommateurs. Ici, vous découvrirez toutes les options pour les fournisseurs d'énergie miniatures assemblés à partir de matériaux de récupération.

Centrales hydroélectriques à usage non industriel

Les centrales hydroélectriques sont des structures capables de convertir l’énergie du mouvement de l’eau en électricité. Fournisseurs d’énergie verte alternative jusqu'à présent, ils ne sont activement exploités qu'en Occident. Dans notre pays, cette industrie prometteuse ne fait que ses premiers pas timides.

Les petites centrales hydroélectriques privées peuvent être des barrages sur de grands fleuves, générant de dix à plusieurs centaines de mégawatts ou des mini-centrales hydroélectriques d'une puissance maximale de 100 kW, ce qui est largement suffisant pour les besoins d'une habitation privée. Découvrons-en davantage sur ce dernier.

Station guirlande à vis hydrauliques

La structure est constituée d'une chaîne de rotors attachés à un câble d'acier flexible tendu à travers la rivière. Le câble lui-même joue le rôle d'un arbre de rotation dont une extrémité est fixée sur le palier support, et l'autre actionne l'arbre du générateur.

Chaque rotor hydraulique de la « guirlande » est capable de générer environ 2 kW d'énergie, cependant, la vitesse d'écoulement de l'eau pour cela doit être d'au moins 2,5 mètres par seconde et la profondeur du réservoir ne doit pas dépasser 1,5 m.

Le principe de fonctionnement d'une centrale hydroélectrique à guirlande est simple : la pression de l'eau fait tourner les vis hydrauliques, qui font tourner le câble et obligent le générateur à produire de l'énergie.

Les stations Garland ont été utilisées avec succès au milieu du siècle dernier, mais le rôle d'hélices était alors joué par des hélices artisanales et même des boîtes de conserve. Aujourd'hui, les fabricants proposent plusieurs types de rotors pour diverses conditions de fonctionnement.

Ils sont équipés de pales de différentes tailles, en tôle, et permettent d'obtenir une efficacité maximale du fonctionnement de la station.

Mais bien que cet hydrogénérateur soit assez simple à fabriquer, son fonctionnement nécessite un certain nombre de conditions particulières qui ne sont pas toujours réalisables dans la vie réelle. De telles structures bloquent le lit de la rivière et il est peu probable que vos voisins riverains, sans parler des représentants des services environnementaux, vous permettent d'utiliser l'énergie du ruisseau à vos propres fins.

De plus, en hiver, l'installation ne peut être utilisée que sur des réservoirs non gelés, et dans les climats rigoureux, elle peut être conservée ou démontée. Ainsi, les stations de guirlandes sont érigées temporairement et principalement dans les zones désertes (par exemple à proximité des estives).

Les stations rotatives d'une capacité de 1 à 15 kW/heure génèrent jusqu'à 9,3 MW par mois et permettent de résoudre de manière indépendante le problème de l'électrification dans les régions éloignées des autoroutes centralisées

Un analogue moderne d'une installation de guirlande est constitué de stations à cadre submersible ou flottant avec des rotors transversaux. Contrairement à leur prédécesseur en guirlande, ces structures ne bloquent pas la totalité de la rivière, mais n'utilisent qu'une partie du lit de la rivière, et elles peuvent être installées sur un ponton/radeau ou même descendues jusqu'au fond du réservoir.

Rotor vertical Daria

Le rotor Darrieus est un dispositif de turbine qui doit son nom à son inventeur en 1931. Le système est constitué de plusieurs pales aérodynamiques fixées sur des poutres radiales et fonctionne par pression différentielle selon le principe de « l'aile relevable », largement utilisé dans la construction navale et l'aviation.

Bien que ces installations soient principalement utilisées pour créer des éoliennes, elles peuvent également fonctionner avec de l'eau. Mais dans ce cas, des calculs précis sont nécessaires pour sélectionner l'épaisseur et la largeur des pales en fonction de la force du débit d'eau.

Le rotor Daria ressemble à un « moulin à vent », installé uniquement sous l'eau, et il peut fonctionner quelles que soient les fluctuations saisonnières de la vitesse d'écoulement.

Les rotors verticaux sont rarement utilisés pour créer des centrales hydroélectriques locales. Malgré les bons indicateurs d'efficacité et l'apparente simplicité de conception, l'équipement est assez complexe à exploiter.

Avant de commencer les travaux, le système doit être « lancé », mais seul le gel du réservoir peut arrêter la station en marche. Par conséquent, le rotor Darrieus est principalement utilisé dans les entreprises industrielles.

Une solution intéressante dans le domaine de la conception de petites centrales hydroélectriques avec une turbine fonctionnant verticalement a été proposée par l'inventeur autrichien Franz Zotleterer :

Un avantage important des stations thermales est considéré à juste titre comme la préservation des ressources halieutiques. Le fonctionnement d'une turbine verticale ne nuit pas aux organismes vivants de la rivière. De plus, la boue ne s'attarde pas sur les parois des structures en raison du mouvement spécifique du débit d'eau.

Hélice à vis sous-marine

En fait, c'est l'éolienne à air la plus simple, sauf qu'elle est installée sous l'eau. Les dimensions des pales, afin d'assurer une vitesse de rotation maximale et une résistance minimale, sont calculées en fonction de la force du flux.Par exemple, si la vitesse actuelle ne dépasse pas 2 m/sec, la largeur de la lame doit être comprise entre 2 et 3 cm.

Une hélice sous-marine est facile à fabriquer de vos propres mains, mais elle ne convient que pour les rivières profondes et rapides - dans un plan d'eau peu profond, les pales en rotation peuvent blesser les pêcheurs, les nageurs, la sauvagine et les animaux.

Un tel moulin à vent est installé "vers" le flux, mais ses pales ne fonctionnent pas grâce à la pression de l'eau, mais grâce à la génération d'une force de levage (sur le principe d'une aile d'avion ou d'une hélice de navire).

Roue hydraulique à pales

Une roue hydraulique est l’une des versions les plus simples d’un moteur hydraulique, connue depuis l’époque de l’Empire romain. L'efficacité de son fonctionnement dépend en grande partie du type de source sur laquelle il est installé.

La roue de coulée ne peut tourner qu'en raison de la vitesse du flux, et la roue de remplissage ne peut tourner qu'à l'aide de la pression et du poids de l'eau tombant d'en haut sur les pales.

Selon la profondeur et le lit du cours d'eau, différents types de roues peuvent être installées :

• Sauce (ou fond) – adapté aux rivières peu profondes avec des courants rapides.
• Moyenne portée – sont situés dans des canaux avec des cascades naturelles de manière à ce que le débit tombe approximativement au milieu du tambour rotatif.
• Liquide (ou frais généraux) – sont installés sous un barrage, une canalisation ou au pied d'un rapide naturel afin que l'eau qui tombe continue son chemin par-dessus la roue.

Mais le principe de fonctionnement pour toutes les options est le même : l'eau tombe sur les pales et entraîne une roue, ce qui fait tourner le générateur de la mini-centrale.

Les fabricants d'équipements hydrauliques proposent des turbines toutes faites, dont les pales sont spécialement adaptées à une certaine vitesse d'écoulement de l'eau.Mais les artisans à domicile fabriquent des structures de tambours à l'ancienne - à partir de matériaux de récupération.

La sélection de photos suivante vous aidera à vous familiariser avec les étapes de construction de la version la plus simple d'une mini centrale hydroélectrique :

Peut-être que le manque d'optimisation affectera les indicateurs d'efficacité, mais le coût d'un équipement fait maison sera plusieurs fois moins cher que celui d'un analogue acheté. Par conséquent, une roue hydraulique est l'option la plus populaire pour organiser votre propre mini-centrale hydroélectrique.

Conditions d'installation d'une centrale hydroélectrique

Malgré le prix tentant de l'énergie générée par un générateur hydroélectrique, il est important de prendre en compte les caractéristiques de la source d'eau dont vous envisagez d'utiliser les ressources pour vos propres besoins.

Après tout, tous les cours d'eau ne sont pas adaptés à l'exploitation d'une mini-centrale hydroélectrique, surtout toute l'année, il ne fait donc pas de mal d'avoir en réserve la possibilité de se connecter à une ligne principale centralisée.

Quelques avantages et inconvénients

Les principaux avantages d'une centrale hydroélectrique individuelle sont évidents : un équipement peu coûteux qui produit de l'électricité bon marché et ne nuit pas non plus à la nature (contrairement aux barrages qui bloquent le débit d'une rivière). Bien que le système ne puisse pas être qualifié d'absolument sûr, les éléments rotatifs des turbines peuvent néanmoins causer des blessures aux habitants du monde sous-marin et même aux personnes.

Pour prévenir les accidents, la centrale hydroélectrique doit être clôturée, et si le système est complètement caché par l'eau, un panneau d'avertissement doit être installé sur la rive.

Avantages des mini-centrales hydroélectriques :

1. Contrairement à d’autres sources d’énergie « gratuites » (panneaux solaires, éoliennes), les systèmes hydrauliques peuvent fonctionner quelles que soient l’heure de la journée et la météo. La seule chose qui peut les arrêter est le gel du réservoir.
2. Pour installer un hydrogénérateur, il n'est pas nécessaire d'avoir une grande rivière - les mêmes roues hydrauliques peuvent être utilisées avec succès même dans des cours d'eau petits (mais rapides !).
3. Les unités n'émettent pas de substances nocives, ne polluent pas l'eau et fonctionnent presque silencieusement.
4. Pour installer une mini-centrale hydroélectrique d'une capacité allant jusqu'à 100 kW, vous n'avez pas besoin d'obtenir de permis (même si tout dépend des autorités locales et du type d'installation).
5. L'excédent d'électricité peut être vendu aux maisons voisines.

Quant aux inconvénients, une intensité de courant insuffisante peut devenir un obstacle sérieux au fonctionnement productif de l'équipement. Dans ce cas, il faudra construire des structures auxiliaires, ce qui entraînera des coûts supplémentaires.

Si l'énergie potentielle d'une rivière voisine, basée sur un calcul approximatif, n'est pas suffisante pour produire de l'électricité dans un volume suffisant pour une utilisation pratique, il convient de prêter attention à méthodes de construction d'éoliennes. Un moulin à vent constituera un ajout efficace.

Mesurer la force du débit d'eau

La première chose que vous devez faire pour réfléchir au type et à la méthode d’installation de la station est de mesurer la vitesse d’écoulement de l’eau à votre source préférée.

Le moyen le plus simple consiste à abaisser n'importe quel objet léger (par exemple, une balle de tennis, un morceau de mousse plastique ou un flotteur de pêche) sur les rapides et à utiliser un chronomètre pour mesurer le temps qu'il lui faut pour parcourir la distance jusqu'à un point de repère. . La distance standard pour la « nage » est de 10 mètres.

Si le réservoir est situé loin de la maison, vous pouvez construire un canal de dérivation ou un pipeline tout en prenant soin des différences de hauteur.

Vous devez maintenant diviser la distance parcourue en mètres par le nombre de secondes - ce sera la vitesse du courant.Mais si la valeur obtenue est inférieure à 1 m/sec, il sera nécessaire d'ériger des structures artificielles pour accélérer l'écoulement dû aux changements d'altitude.

Cela peut être fait à l'aide d'un barrage pliable ou d'un tuyau de drainage étroit. Mais sans un bon débit, il faudra abandonner l’idée d’une centrale hydroélectrique.

Production d'une centrale hydroélectrique basée sur une roue hydraulique

Bien entendu, assembler et ériger un colosse conçu pour servir une entreprise ou un établissement comprenant même une douzaine de maisons est une idée issue du domaine de la science-fiction. Mais construire une mini-centrale hydroélectrique de vos propres mains pour économiser de l'électricité est tout à fait possible. De plus, vous pouvez utiliser à la fois des composants prêts à l'emploi et des matériaux improvisés.

Par conséquent, nous envisagerons étape par étape la fabrication de la structure la plus simple - une roue hydraulique.

Matériel et outils requis

Pour fabriquer une mini centrale hydroélectrique de vos propres mains, vous devez préparer une machine à souder, une meuleuse d'angle, une perceuse et un ensemble d'outils auxiliaires - un marteau, un tournevis, une règle.

Matériel dont vous aurez besoin :

• Coins et tôles d'une épaisseur d'au moins 5 mm.
• Tubes en PVC ou en acier galvanisé pour la fabrication de pales.
• Générateur (vous pouvez en utiliser un tout fait ou le fabriquer vous-même, comme dans cet exemple).
• Disques de frein.
• Arbre et roulements.
• Contre-plaqué.
• Résine polystyrène pour couler le rotor et le stator.
• Fil de cuivre de 15 mm pour un générateur fait maison.
• Aimants en néodyme.

Veuillez noter que la structure de la roue sera constamment en contact avec l'eau, les éléments en métal et en bois doivent donc être sélectionnés avec une protection contre l'humidité (ou prendre soin de l'imprégnation et de les peindre vous-même). Idéalement, le contreplaqué peut être remplacé par du plastique, mais les pièces en bois sont plus faciles à obtenir et à façonner dans la forme souhaitée.

Fabrication d'assemblages de roues et de buses

La base de la roue elle-même peut être constituée de deux disques en acier du même diamètre (s'il est possible de retirer le tambour en acier du câble - parfait, cela accélérera considérablement le processus d'assemblage).

Mais si le métal ne se trouve pas dans les matériaux disponibles, vous pouvez découper des cercles dans du contreplaqué imperméable, bien que la résistance et la durée de vie du bois, même traité, ne puissent être comparées à celles de l'acier. Ensuite, vous devez percer un trou rond sur l'un des disques pour installer le générateur.

Après cela, les lames sont fabriquées et vous aurez besoin d'au moins 16 pièces. Pour ce faire, les tuyaux galvanisés sont coupés dans le sens de la longueur en deux ou quatre parties (selon le diamètre). Ensuite, les zones de coupe et la surface des lames elles-mêmes doivent être polies pour réduire les pertes d'énergie dues au frottement.

Les pales sont installées à un angle d'environ 40 à 45 degrés - cela contribuera à augmenter la surface qui sera affectée par la force d'écoulement

La distance entre les deux disques latéraux doit être aussi proche que possible de la longueur des lames. Pour marquer l'emplacement des futurs moyeux, il est recommandé de réaliser un gabarit en contreplaqué, qui marquera l'emplacement de chaque pièce et le trou de fixation de la roue au générateur. Les marquages ​​​​finis peuvent être apposés à l'extérieur de l'un des disques.

Les cercles sont ensuite installés parallèlement les uns aux autres à l'aide de tiges filetées pleines, et les pales sont soudées ou boulonnées dans les positions souhaitées. Le tambour tournera sur des roulements et un cadre constitué d'angles ou de tuyaux de petit diamètre sert de support.

A ce stade, l'assemblage du tambour peut être considéré comme terminé, il ne reste plus qu'à l'équiper d'un générateur fait maison et d'une buse qui dirige le débit d'eau

La buse est conçue pour les sources d'eau de type cascade - une telle installation vous permettra d'utiliser au maximum l'énergie du flux. Cet élément auxiliaire est réalisé par pliage de tôles, suivi du soudage des joints, puis monté sur un tuyau.

Cependant, si votre région possède une rivière plate sans rapides ni autres obstacles de haute altitude, ce détail n'est pas nécessaire.

Il est important que la largeur de la sortie de la buse corresponde à la largeur de la roue elle-même, sinon une partie du flux passera au « ralenti » et n'atteindra pas les pales.

Il faut maintenant monter la roue sur l'essieu et la monter sur un support constitué de coins soudés ou boulonnés. Il ne reste plus qu'à fabriquer un générateur (ou à en installer un tout fait) et vous pourrez vous rendre à la rivière.

Générateur de bricolage

Pour fabriquer un générateur fait maison, vous devez enrouler et remplir le stator, pour lequel vous aurez besoin de bobines avec 125 tours de fil de cuivre sur chacune. Après les avoir connectés, toute la structure est remplie de résine polyester.

Chaque phase est constituée de trois écheveaux attachés en série, la connexion peut donc être réalisée en forme d'étoile ou de triangle avec plusieurs fils externes

Vous devez maintenant préparer un gabarit en contreplaqué qui correspond à la taille du disque de frein.

Des marquages ​​sont faits sur l'anneau en bois et des fentes sont réalisées pour l'installation des aimants (dans ce cas, des aimants en néodyme de 1,3 cm d'épaisseur, 2,5 cm de large et 5 cm de long ont été utilisés). Ensuite, le rotor obtenu est également rempli de résine et, après séchage, il est fixé au tambour de roue.

Roue hydraulique avec un rotor composé de disques de frein et un générateur composé de bobines de fil de cuivre - peinte, présentable et prête à l'emploi

La dernière chose à installer est un boîtier en aluminium avec un ampèremètre recouvrant les redresseurs. La tâche de ces éléments est de convertir le courant triphasé en courant continu.

Après avoir installé la roue dans le débit d'une petite rivière avec une cascade ou un tuyau de sortie, vous pouvez compter sur une mini-centrale hydroélectrique performante de 1,9A*12V à 110 tr/min

Pour éviter que les feuilles, sables et autres débris amenés avec le courant ne pénètrent dans la roue, il est conseillé de placer un filet de protection devant l'appareil.

Vous pouvez également expérimenter les écarts entre les aimants et les bobines avec un nombre de tours accru pour augmenter l'efficacité de la station hydraulique.

Sur tous les types sources d'énergie alternatives Vous le découvrirez en lisant l’article consacré à l’introduction des « technologies vertes » dans la vie quotidienne.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Vidéo n°1. Un exemple d'installation hydraulique fonctionnelle avec un générateur fait maison basé sur un moteur triphasé :

Vidéo n°2. Mini-centrale hydroélectrique, conçue sur le principe d'une roue hydraulique :

Vidéo n°3. Une station basée sur une roue de vélo est une option intéressante pour résoudre le problème de l'approvisionnement énergétique en vacances loin de la civilisation :

Comme vous pouvez le constater, construire une mini-centrale hydraulique de vos propres mains n'est pas si difficile. Mais comme la plupart des calculs et des paramètres de ses composants sont déterminés « à l'œil nu », vous devez vous préparer à d'éventuelles pannes et aux coûts associés.

Si vous ressentez un manque de connaissances et d'expérience dans ce domaine, vous devez faire confiance à des spécialistes qui effectueront tous les calculs nécessaires, vous recommanderont l'équipement optimal pour votre cas et l'installeront efficacement.

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