toute petite centrale hydro en cours de réalisation

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sim's
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toute petite centrale hydro en cours de réalisation

Message par sim's »

bonjour ,

un petit partage d'un projet en cours de réalisation :
apres avoir réalisé une roue pelton en aluminium moulé (45 cm de diametre , largeur des augets 15 cm) pour une basse chute , j'ai continué sur la lancée en réalisant l'alternateur . pour que l'utilisation d'une pelton en basse chute soit valide , il me fallait un alternateur qui puisse etre entrainé en direct , et donc a tres tres faible rpm. voila qui est fait :alternateur axial (ou encore appelé "discoïde") 48 poles , 50 cm de diametre , monophasé , 2880 tours de fil de cuivre emaillé diametre 1.09 mm .j'ai 24 volt 70 watts a 120 rpm , testé ce matin :) , ça va coller pour le gisement hydro dont je dispose. j'ai environ 4 metre de chute minimum (peut etre 5 ou grand maxi 6) je vais pas tarder a mesurer précisement) et je vais pouvoir entrevoir un debit de 3 a 5 litres seconde.
bien sur il s'agit d'un mini mini projet capable de fournir meme pas deux kwh par jour , mais c'est plus de 5 fois ma conso journaliere d'electricité. l'hiver prochain , je devrais pas avoir trop de probleme si mes panneaux solaire photovoltaique ont du mal a suivre pour cause de manque de soleil :)
je ferais suivre des photo , tout nouveau ici il faut que je bosse les fonctionnalitées du site :)

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Re: toute petite centrale hydro en cours de réalisation

Message par j2c »

Joli projet.

Assures-toi d'avoir un droit d'eau avant de mettre en service... ça t'evitera des emmerdes. Quand j'ai cherché à acheter, je me suis pas mal renseigné.. il y avait un moulin à vendre pas loin.. sauf que l'organisme qui gère la rivière a profité du fait que le propriétaire soit parti dans une maison de retraite pour détourner le cours d'eau.. et mettre à l'arrêt le moulin (et toute possibilité de remise en service...)

Pour avoir discuté avec des proprio de moulins..
* assures toi que ta turbine est desaccouplée de ta batisse... en cas de balourd. (Pale pété ou sale). tu va faire vibrer la maison... ce qui peut faire des dégâts à long terme.
* assures toi de filtrer ce qui arrive avant la chute... certains riverains de cours d'eau estiment que c'est une poubelle.. donc retrouver des planches ou un mobilier de jardin.. ou des bouteilles dans la turbine .. ça va faire de la merde.. et couper ta production.

Un ouvrage comme le tiens, il faudra le visiter tous les jours pour virer les morceaux de bois... a moins de mettre un degrilleur automatique.
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Re: toute petite centrale hydro en cours de réalisation

Message par sim's »

merci pour ces infos.

en fait il s'agit d'un lac collinaire des années 70/80 construit pour l'irrigation en été. le déversoir debouche pas sur un ruisseau , c'est a peine un fossé comme il y a sur le bord des routes et qui est completement a sec d'avril a octobre/novembre. le lac n'est alimenté que par les eaux de ruissellement.

pour la filtration , ça devrait pas etre trop dur. les feuilles flottent jamais tres longtemps sur le lac a l'automne , et je pourrais dégriller facilement les quelques branchettes.

edit : je pense turbiner une partie du débit de fin decembre a fin janvier , le reste du temps les panneaux photovoltaiques suffisent. si une fois installé on me le fait demonter , tant pis j'augmenterai la capacité de stockage d'electricité et/ou la surface de panneaux solaire. mais j'aurais démontré qu'avec un faible investissement (2 ou 300 euro) turbiner avec une pelton en basse chute est réalisable avec un bon rendement , que tous les pays francophones et au dela sachent que c'est possible en DIY. :)

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Re: toute petite centrale hydro en cours de réalisation

Message par j2c »

En tout cas, sache que je suis fan de ce genre de démarche ;) et que je vais suivre avec intérêt ton installation ;)
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Re: toute petite centrale hydro en cours de réalisation

Message par j2c »

J'ai un peu cogité cette nuit.

Je pense que tu le sais déjà, ton alternateur 48 poles va exercer une contrainte en dent de scie sur ta turbine.
Cette contrainte est de 24 dents par tour.

Afin d'éviter que ta turbine passe son temps à ralentir et accélérer au gré des passages de pôles, il faudrait ajouter un volant d'inertie sur ton arbre. (Tu l'as peut-être prévu )

Deplus, je ne sais pas ce que tu as prévu comme charge au cul de ton alternateur .
Sans doute 48 diodes montée en pond de greatz pour redresser.
Ensuite.. je suppose que tu as déjà réfléchi à la modélisation.
En grossissant un peu le trait, un alternateur c'est :
* une source de tension idéale (dont la tension est proportionnelle à la vitesse ) : E
* une résistance interne en serie.. qui fera chuter la tension aux bornes de ton alternateur en fonction du courant traversant le générateur. : r

Tu as donc U = E - r * I

Mes souvenirs datent d'y a 20 ans.. ça commence à faire loin.

Si I augmente, ça va freiner ta génératrice, qui va ralentir. Faisant chuter E... donc en cas de charge fluctuante sur ton alternateur, tu risques d'avoir une variation de vitesse côté turbine.

Pour éviter ça, je pense qu'un régulateur de vitesse mécanique (à base de masselottes), couplé à la vanne qui alimente la turbine serait une bonne idée.

Il faudrait aussi gérer le cas où les protections ont déclenchée côté charge électrique.. entraînant la turbine dans un emballement de vitesse qui peut être néfaste pour :
* les paliers
* la generatrice qui va voir sa tension inter-spire monter en flèche (faudrait pas que ça dépasse la tension de claquage de l'isolant)
* le volant moteur qui va prendre cher.. et pourrait exploser.

Si tu régules la vitesse avec une action automatique sur la vanne, faudra impérativement afficher autour de l'ouvrage qu'il est interdit de se baigner en amont comme en aval à cause des opérations de vannage automatique.

Une autre piste pour eviter que ta turbine ne voit sa vitesse varier de manière sinusoïdale, c'est d'utiliser des bactéries et un chargeur qui sait à tout moment exploiter le meilleur point de fonctionnement de la génératrice en faisant varier sa résistance interne.
Les chargeurs utilisé sur les heoliennes devraient savoir gérer.

Je te laisse avec mes remarques jetées en vrac.
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Re: toute petite centrale hydro en cours de réalisation

Message par sim's »

merci pour toutes ces remarques.

en fait la vitesse d'emballement sera de 4 ou 5 tours secondes , la hauteur de chute n'est que de 5 metres environ , et la roue fait 45 cm de diametre , d'ou cette faible vitesse . comme l'alternateur a comme axe un moyeu de roue avant de voiture , aucun probleme pour supporter l'emballement.

je compte utiliser un regulateur solaire MPPT qui peut accepter jusqu'a 100 volts en entrée (je verifierai bien sur avant de l'acheter que la vitesse d'emballement de ma roue ne dépasse pas les 100 volts in situ , sinon je prendrais au dessus)
si tout vas bien , avec ce type de régulateur je peux me passer de régulation sur l'injecteur. ça semble adapté pour de l'hydroelectrique si la vitesse d'emballement n'est pas un probleme , car comme il n'y a pas de délestage , lorsque les batteries sont pleine , le régulateur coupe tout et la roue s'emballe , mais comme on l'a vu , aucun probleme dans mon cas. sur le blog "hydroturbine" c'est comme ça que la personne a procédé pour la régulation de la charge , d'ou l'envie d'utiliser cette solution simplissime.

sur mon alternateur , les 48 bobines sont branchées en serie , en vue d' avoir une tension la plus elevée possible. a vide je suis a 40 volt a 2 tours/seconde , ou en charge a 24 volt et 70 watts produits a cette meme vitesse de rotation. faut que je change les roulement du moyeu , j'ai récuperé celui ci en casse et il y a un poil de jeu , l'entrefer entre stator et rotor doit du coup etre de plus de 2.5 mm pour qu'il viennent pas se toucher de temps en temps. avec des roulements neufs je devrais pouvoir descendre vers 1.5 mm . en diminuant l'entrefer je devrais augmenter encore un peu la tension et donc la puissance.

le fil de cuivre emaillé c'est du 1.18 mm de diametre , soit 1.09 mm carré , je dois pouvoir y passer 5 amperes sans trop de probleme , l'emaillage résiste a 200°C

apres , peut etre que je devrais refaire un stator avec des caracteristiques parfaitement adaptées. la j'ai fait a vue de nez , j'ai rien trouvé pour calculer la tension d'un alternateur a flux axial avec bobines en noyau de fer et en plus... avec des aimant de magnet de frigo acheté au magasin de bricolage du coin! lol ! mais les aproximations sont pas trop mal tombé , j'ai 70 watts a 120 rpm , ce qui correspond grosso modo a la hauteur de chute , au débit , au rendement de la roue pelton , de l'alternateur , au pertes de charge de la conduite... si il y a de petites corrections a faire sur la vitesse de rotation , je peux grace a la pelton jouer sur le diametre de la roue (les augets sont moulés séparement et donc peuvent etre monté sur un moyeu un peu plus petit ou un peu plus grand.
je peux aussi jouer sur un large choix de diametre d'injecteur pour adapter le débit , autre avantage de la pelton , championne du rendement dans un immense intervallle de débit. si ya pas beaucoup d'eau je met un injecteur plus petit et je peux produire (moins) quand meme.

sim's
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Re: toute petite centrale hydro en cours de réalisation

Message par sim's »

j'ai oublié quelques trucs et données

j'ai a quelque chose pres 300 metre de fil de cuivre emaillé 1.18mm de diametre dans le stator via les bobines toutes en série , ça donne une résistance de 4.8 ohms par le calcul en prenant 0.016 ohm par metre de fil .
du fil de diametre superieur m'aurait empeché de mettre 60 tours par bobine , j'aurais pu en mettre que la moitié et en laissant un vide dans l'encoche (probleme de configuration un peu compliqué a expliquer en quelques mots)

pour le volant d'inertie , comme le rotor est un disque d'acier de 5 mm d'epaisseur pour 65 cm de diametre , il fait office de , bien que ce soit pas non plus enorme. apres c'est clair que le passage des encoches par les aimant provoque des vibrations assez importantes a 1 tour/seconde mais a 2 tours /seconde le phenomene s'attenue considerablement et disparait a 2.5 tours/seconde.

sim's
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Re: toute petite centrale hydro en cours de réalisation

Message par sim's »

j'etais en train de chiffrer le budget de ce projet...

le fer magnetique utilisé pour le stator , je l'ai récuperé dans des transformateur 220/12 volt et autre ballasts de lampe a décharge , donc ça 0 euro.

le moyeu de renault 4 l c'etait pas "en casse" au sens propre du terme car aimablement donné par un oncle donc 0 euro.

le disque rotor c'est une lame de scie de 60 cm de diametre hors service aimablement donné par l'affuteur du coin (je fais pas de pub mais si vous avez quelque chose a aiguiser ( de la machine outil aux ciseaux a papier) , et en plus de taper la causette avec qqun de super sympa , envoyez un mp je vous donne son adresse! lol! )

quelques boulons issus de la "boite a boulon de récup" , 0 euro

quelques tubes carrés en fer , de récup aussi , 0 euro.

deux pieces usinées ( plaque de maintien du rotor sur le moyeu en fer aux dimensions approchante et usiné au tour , platine de fixation du cadre du stator sur le moyeu en aluminium coulé puis tourné aussi) 0 euro

ensuite ya les petits a coté... et les gros a coté! lol!

une planche contre collé de 50 cm/2metre pour faire le gabarit de collage du stator , 15 euro environ

de la colle cyanoacrylate pour coller les toles feuilletées du stator , qu'elles se tiennent avant de bobiner et de sceller le tout avec de la resine polyester ,85 grammes 60 euro (les prix sont tres variables au kg selon la marque)

un quart de disque a meuler et tronçonner 5 euro (on va arrondir)

1.5 kg de resine polyester et la fibre qui va avec 50 euro

3 kg de fil de cuivre emaillé a 9 euro le kg . 30 euro (bon le truc c'est que pour l'avoir a ce prix là , faut prendre la bobine de 21 kg a 236 euro...)

un peu de charterton (j'aime bien dire charterton au lieu de chatterton! lol!) 1 euro

je crois que j'oublie rien...
ah! si ! les aimants!!!
48 aimant ferrite 20 mm de diametre par 8 mm d'epaisseur , 20 euro

15 + 60 + 5 + 50 + 30 + 1 + 20 = 182 euro l'alternateur de 24 volt 70 watts .

un peu cher peut etre? sauf qu'il produit ça a 120 rpm ,c'est introuvable a l'achat... (ou alors j'ai mal cherché ou pas eu un budget adapté...)

bon bien sur je compte pas les au moins 60/80 heures de boulot pour le réaliser. comme j'ai fais ça a temps perdu...

je peux en plus y rajouter un kit de roulement neuf et une paire de soufflet de cardan , faudra rajouter dans les 40 euros...

je vais essayer de me débrouiller pour la conduite forcée , car ça va chiffrer si je prend du neuf , vu la hauteur de chute et le débit necessaire , faut un diametre assez elevé...

dans tous les cas ,meme avec ma conso d'elec tres faible , si j'avais un abonnement au réseau ça me couterait pas moins de 150 euro par an tout compris. si on ajoute le prix du raccordement qui tape dans les 1200 euros et que je m'evite si je suis pas raccordé... c'est une solution viable au final... mais faut pas avoir de gros besoin en elec...

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Re: toute petite centrale hydro en cours de réalisation

Message par j2c »

Je vois que tu as déjà pensé à pas mal de choses.

Vivement les photos de ta réalisation.

Pense à bien amortir les vibrations de ta turbine.. comme ça tourne doucement, ça génère des basses fréquences qui pourraient être néfaste pour l'ouvrage d'art qui supporte la turbine.
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Re: toute petite centrale hydro en cours de réalisation

Message par clyric »

pour le cas, de coupure réseau ou autre, au pire, un contacteur qui passe sur une charge ( un grille pain ou autre ) ça forcera une charge et donc limitera la rotation de l'ensemble.
pour le volant moteur, au pire il faudrait juste trouver un disque en fer ou par exemple un volant moteur ( ça fait dans les 18 kg ) directement soudé sur l'arbre. ça va tout réguler coté rotation
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Re: toute petite centrale hydro en cours de réalisation

Message par sim's »

j'étais justement en train de regarder ça... je vais pouvoir mesurer tout a l'heure la hauteur de chute dispo précisement , et là , avec la methode un peu basique je trouve 4.5 metres...

il va falloir que je réduise un max le diametre de la roue pelton ( moins de 30 cm pour bien faire) pour arriver a turbiner en charge a 2.5 tours seconde.

ou alors je double ou triple l'epaisseur d'aimant et je turbine a 1.5 tour seconde mais dans ce cas je risque d'avoir des problemes des vibrations trop important...

je jetais un oeil au volant bi masse comme il y a sur les voitures... ça peut etre interressant mais je sais pas a quelle fréquence vibratoire ils travaillent...

un gros gros volant d'inertie ça reglera ce probleme? genre 50 kg bien réparti sur le pourtour du rotor ? quid de l'equilibrage a 5 tours seconde (maximum. ça sera la vitesse d'emballement . mais sinon dans les 3.5/4 tours par seconde ... je suis encore dans les calculs et optimisation et compromis ) il faut qu'il soit parfaitement equilibré ou il y a une tolerance? question un peu bete mais si je peux recuperer quelques chose de pas cher , du genre masse de roue d'un tracteur , plutot que de trouver un volant d'inertie déja equilibré...

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Re: toute petite centrale hydro en cours de réalisation

Message par domwood »

bonjour

oui, on est curieux de voir les photos.

un moteur de hoverboard recyclé n'aurait pas convenu ? (quand je vois les magnets de frigos :grin: )

à mettre une trop grande inertie, la rotation ne va pas commencer. la taille d'un volant moteur dépend grandement de la taille du moteur. à mon avis pas de temps à perdre côté bagnole ou tracteur, ça va être bien trop lourd.
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Re: toute petite centrale hydro en cours de réalisation

Message par sim's »

heu... un moteur d'overboard , ça produit combien de watt a 120 rpm? me parle pas de multiplicateur!!! entrainer en direct , c'est simple , fiable , ça a un rendement de 100%. quand le gisement fait 300 watts a tout casser , ya pas de petites economie de rendement! lol !
j'ai la roue pelton , et elle va tourner a peu de chose pres a 120 rpm , ça , c'est la hauteur de chute et son diametre qui me l'impose , et j'ai pas une large plage de vitesse de rotation autour de ces 120 rpm . au pire c'est 150 rpm en diminuant un peu son diametre , mais jamais ça ne tournera plus vite...

mais c'est sur qu'il y a plein de chose qui peuvent remplacer l'alternateur que j'ai fais. ya plein d'autres turbines qui peuvent remplacer la pelton que j'ai fait.

faut pas sous estimer des magnets de frigo , il faut juste les choisir. de 2 cm de diametre par 8 mm d'epaisseur en ferrite , de quoi doute tu? j'ai 24 volt et 70 watts a 120 rpm , ou est le probleme avec des magnets de frigo? je vais surtout pas utiliser des néodyme , c'est trop sensible a la corrosion , meme s'ils sont protégés avec du nickel , abimer leur revetement avec un choc inopiné est bien trop probable quand on construit un alternateur , et c'est pour une turbine hydro , elle va pas etre installée dans le desert .prendre le risque de devoir refaire tout ou partie des aimants d'un rotor tous les ans , tous les deux ans ou tous les trois ans , alors qu'avec ceux en ferrite on est tranquille a vie? :)



d'ailleurs je viens de mesurer la chute avec un niveau laser , ça doit etre plus précis qu'a la visée avec un niveau a bulle. je trouve 7 m. du coup je vais pouvoir turbiner a 2 / 2.5 tours seconde.

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Re: toute petite centrale hydro en cours de réalisation

Message par domwood »

Bonjour

Ca fait un bon moment que je n'ai pas potassé ces sujets (petite hydro et génés diy).
Je me rappelle avoir été bluffé quand j'ai récupéré et fait touner à vide deux produits "modernes" : un moteur de machine à laver LG et un moteur de hoverboard.
J'ai aussi vu un échec de pigott chez des copains.

Tu sembles avoir déjà bien creusé ton sujet, on sera nombreux à suivre tes expériences., d'autant plus si tu l'illustres bien.

Je comprends l'idée de l'entrainement en direct mais pour ma part j'aurais essayé de séparer turbine et générateur. plus facile à faire évoluer en fonction des résultats, à entretenir, et moins fragile à l'eau.

Pour ta conduite forcée, en fers d'occase ça peut être de l'ordre de 50cts du kg. voire moins suivant le récupérateur de métaux.
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Re: toute petite centrale hydro en cours de réalisation

Message par j2c »

Pour le moteur de hoverboard, ça me rappelle quelqu'un que je suis régulièrement (son site fait mal au yeux.. (car design daté) mais il document vraiment bien ce qu'il fait !)

http://bricolsec.canalblog.com/archives ... 71043.html

Son autre blog, est excellent également.
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