jak naplánovat projekt Mini Hydro Power
komponenty schématu
Obrázek 1 ukazuje hlavní komponenty mikro-hydro schématu run-of-the-river. Tento typ schématu nevyžaduje žádné skladování vody, ale místo toho odvádí část vody z řeky, která je vedena podél strany údolí, než je „upuštěna“ do turbíny pomocí penstock. Na obrázku 1 turbína pohání generátor, který dodává elektřinu pro dílnu. Přenosové vedení může být rozšířeno do místní vesnice, aby dodávalo domácí energii pro osvětlení a další použití.
existují různé další konfigurace, které lze použít v závislosti na topografických a hydrologických podmínkách, ale všechny přijímají stejný obecný princip.
►přejít na začátek
voda do wattů
pro stanovení energetického potenciálu vody proudící v řece nebo proudu je nutné určit jak průtok vody, tak i hlavu, přes kterou může být voda snížena. Průtok je množství vody protékající kolem bodu v daném čase. Typickými jednotkami průtoku jsou litry za sekundu nebo metry krychlové za sekundu. Hlava je svislá výška, v metrech, od turbíny až po bod, kde voda vstupuje do sacího potrubí nebo penstock.
potenciální výkon lze vypočítat jako: P = g * Q * H * feff
příklad: místo s hlavou 10 metrů, průtok 300 l/s (= 0.3 m3/s) bude mít potenciální výkon 15 kW elektřina:
10m/s2 * 0.3m3/s * 10m * 0.5 = 15m5 / S3= 15m5 / s3 * 1000 kg / m3 (hustota vody)
= 15000 J / s
= 15000 W
= 15kW
výkon v kW (P); průtok v m3 / s (Q); hlava v m (H); gravitační konstanta = 9,81 m / s2 (g); faktor účinnosti (feff) => 0.4 – 0.7 *
*malé vodní turbíny mají zřídka účinnost lepší než 80%. Účinnost generátorů ~ 90% a výkon se také ztratí v potrubí nesoucím vodu do turbíny v důsledku třecích ztrát. Hrubým vodítkem používaným pro malé systémy o výkonu několika kW je celková účinnost přibližně 50%. Teoretický výkon tedy musí být vynásoben 0,50 pro realističtější obrázek
je-li stroj provozován za jiných podmínek, než je plné zatížení nebo plný průtok, pak je třeba zvážit další významné neefektivnosti. Pro posouzení výkonu za těchto podmínek je třeba znát charakteristiky toku dílu a zatížení dílu zařízení. Vždy je vhodnější provozovat všechna zařízení za jmenovitých konstrukčních podmínek průtoku a zatížení, ale není vždy praktické nebo možné tam, kde tok řeky kolísá po celý rok nebo kde se denní vzorce zatížení značně liší.
v závislosti na požadavcích na konečné použití generovaného výkonu může být výstup z hřídele turbíny použit přímo jako mechanická energie nebo turbína může být připojena k elektrickému generátoru za účelem výroby elektřiny. Pro mnoho venkovských průmyslových aplikací je výkon hřídele vhodný
(pro zpracování potravin, jako je frézování nebo těžba oleje, pila, tesařská dílna, malé těžební zařízení atd.), ale mnoho aplikací vyžaduje přeměnu na elektrickou energii. Pro domácí aplikace je preferována elektřina.
to může být poskytnuto buď:
- přímo do domu prostřednictvím malého elektrického distribučního systému nebo,
- mohou být dodávány pomocí baterií, které jsou pravidelně vraceny do elektrárny pro dobíjení-tento systém je běžný tam, kde náklady na přímou elektrifikaci jsou neúnosné kvůli rozptýlenému bydlení (a tedy nákladnému distribučnímu systému),
tam, kde se používá generátor střídavého proudu (a.c.), se obvykle vyrábí elektřina. Jednofázový výkon je uspokojivý u malých instalací do 20kW, ale kromě toho se 3fázový výkon používá ke snížení ztrát přenosu a je vhodný pro větší elektromotory. Napájecí zdroj AC musí být udržován na konstantní frekvenci 50 nebo 60 cyklů za sekundu pro spolehlivý provoz jakéhokoli elektrického zařízení používajícího zdroj. Tato frekvence je určena rychlostí turbíny, která musí být velmi přesně řízena.
►přejít na začátek
vhodné podmínky pro mikro-vodní energii
nejlepší geografické oblasti pro využívání malé vodní energie jsou ty, kde jsou strmé řeky tekoucí po celý rok, například kopcovité oblasti zemí s vysokými celoročními srážkami nebo velká pohoří a jejich podhůří, jako jsou Andy a Himaláje. Vhodné jsou také ostrovy s vlhkým mořským podnebím, jako jsou karibské ostrovy, Filipíny a Indonésie. Turbíny s nízkou hlavou byly vyvinuty pro malé využití řek, kde je malá hlava, ale dostatečný průtok, aby poskytoval dostatečný výkon.
aby bylo možné posoudit vhodnost potenciálního místa, musí být známa hydrologie místa a proveden průzkum místa, aby se určily skutečné údaje o toku a hlavě. Hydrologické informace lze získat od meteorologického nebo zavlažovacího oddělení, které obvykle provozuje Národní vláda. Tato data poskytují dobrý celkový obraz o ročních dešťových vzorcích a pravděpodobných výkyvech srážek, a proto, vzorce proudění. Průzkum webu poskytuje podrobnější informace o podmínkách webu, aby bylo možné provést výpočet výkonu a zahájit projekční práce. Údaje o toku by měly být shromažďovány po dobu nejméně jednoho celého roku, pokud je to možné, aby se zjistilo kolísání toku řeky v různých ročních obdobích. Existuje mnoho metod pro měření průtoku a hlavy, které lze nalézt v příslušných textech.
►přejít na začátek
turbíny
turbína přeměňuje energii v padající vodě na výkon hřídele. Existují různé typy turbín, které lze kategorizovat jedním z několika způsobů. Volba turbíny bude záviset především na dostupné tlakové hlavě a konstrukčním toku pro navrhovanou vodní instalaci. Jak je uvedeno v tabulce 2 níže, turbíny jsou široce rozděleny do tří skupin; vysoká, střední a nízká hlava a do dvou kategorií: impuls a reakce.
Tabulka 2: klasifikace typů turbín:
|
tlak hlavy |
|||
|
Turbine Runner |
vysoká |
Střední |
nízká |
|
Impulse |
|
|
|
|
reakce |
|
|
|
rozdíl mezi impulsem a reakcí lze vysvětlit jednoduše tím, že impulsní turbíny přeměňují kinetickou energii proudu vody ve vzduchu na pohyb úderem lopatek nebo lopatek turbíny – nedochází ke snížení tlaku, protože tlak vody je atmosférický na obou stranách oběžného kola. Lopatky reakční turbíny jsou naproti tomu zcela ponořeny do proudu vody a úhlová i lineární hybnost vody je přeměněna na výkon hřídele – tlak vody opouštějící běžec je snížen na atmosférický nebo nižší.
►přejít na začátek
faktor zatížení
faktor zatížení je množství použitého výkonu děleno množstvím energie, které je k dispozici, pokud by turbína měla být používána nepřetržitě. Na rozdíl od technologií, které se spoléhají na nákladné zdroje paliva, je „palivo“ pro výrobu vodní energie zdarma, a proto se elektrárna stává nákladově efektivnější, pokud běží po vysoké procento času. Pokud se turbína používá pouze pro domácí osvětlení ve večerních hodinách, bude faktor rostliny velmi nízký. Pokud turbína poskytuje energii pro venkovský průmysl během dne, uspokojuje domácí poptávku večer a možná pumpuje vodu pro zavlažování večer, pak bude faktor rostlin vysoký.
je velmi důležité zajistit vysoký faktor rostlin, má-li být schéma nákladově efektivní, a to by mělo být zohledněno během fáze plánování. Mnoho systémů používá „skládkové“ zatížení (ve spojení s elektronickým regulátorem zatížení-viz níže), což je ve skutečnosti nízká prioritní spotřeba energie, která může přijímat přebytečnou energii, když se vytvoří přebytek, např. ohřev vody, akumulační ohřívače nebo akumulační sporáky.
regulátory zatížení
vodní turbíny, stejně jako benzínové nebo dieselové motory, se budou měnit rychlostí při zatížení nebo uvolnění. I když to není tak velký problém se strojem, který využívá přímý výkon hřídele, tato změna rychlosti vážně ovlivní jak frekvenci, tak napěťový výstup z generátoru. Tradičně složité hydraulické nebo mechanické regulátory otáček měnily tok při změně zatížení, ale v poslední době byl vyvinut elektronický regulátor zatížení (ELC), který zvýšil jednoduchost a spolehlivost moderních mikro-hydro sad. ELC zabraňuje kolísání rychlosti nepřetržitým přidáváním nebo odečítáním umělého zatížení, takže ve skutečnosti turbína pracuje trvale při plném zatížení. Další výhodou je, že ELC nemá žádné pohyblivé části, je velmi spolehlivý a prakticky bezúdržbový. Příchod elektronického řízení zátěže umožnil zavedení jednoduchých a účinných víceproudých turbín, které již nejsou zatíženy drahými hydraulickými regulátory.
►nahoru