Sådan planlægger du et Mini Vandkraftprojekt
Scheme Components
Figur 1 viser hovedkomponenterne i en run-of-the-river mikro-hydro-ordning. Denne type ordning kræver ingen vandlagring, men omdirigerer i stedet noget af vandet fra floden, der kanaliseres langs siden af en dal, før den ‘falder’ ned i turbinen via en penstock. I figur 1 driver turbinen en generator, der leverer elektricitet til et værksted. Transmissionsledningen kan udvides til en lokal landsby for at levere indenlandsk strøm til belysning og andre anvendelser.
der er forskellige andre konfigurationer, der kan bruges afhængigt af de topografiske og hydrologiske forhold, men alle vedtager det samme generelle princip.
►gå til toppen
vand til vand
for at bestemme strømpotentialet for vandet, der strømmer i en flod eller strøm, er det nødvendigt at bestemme både vandets strømningshastighed og hovedet, gennem hvilket vandet kan få til at falde. Strømningshastigheden er mængden af vand, der strømmer forbi et punkt på et givet tidspunkt. Typiske strømningshastighedsenheder er liter pr. sekund eller kubikmeter pr.sekund. Hovedet er den lodrette højde i meter fra turbinen op til det punkt, hvor vandet kommer ind i indsugningsrøret eller penstokken.
den potentielle effekt kan beregnes som: P = g * K * H * feff
eksempel:en placering med et hoved på 10 meter, strømning på 300 liter / sek (= 0,3 m3/s) vil have en potentiel effekt på 15 kV elektricitet:
10m/s2 * 0.3M3/s * 10m * 0,5 = 15m5 / s3= 15m5 / s3 * 1000 kg/m3 (vandtæthed)
= 15000 J/s
= 15000 vægt
= 15kv
effekt i kV (P); strømningshastighed i m3 /s (k); Hoved I m (H); Tyngdekraftskonstant = 9,81 m / s2 (g); effektivitetsfaktor (feff) => 0.4 – 0.7 *
*små vandturbiner har sjældent effektivitet bedre end 80%. Generatorernes effektivitet på ~ 90% og effekt vil også gå tabt i røret, der fører vandet til turbinen på grund af friktionstab. En grov guide, der bruges til små systemer med få kV-klassificering, er at tage den samlede effektivitet som cirka 50%. Således skal den teoretiske effekt ganges med 0,50 for et mere realistisk tal
hvis en maskine betjenes under andre forhold end fuld belastning eller fuld strøm, skal andre væsentlige ineffektiviteter overvejes. Udstyrets delstrøms-og delbelastningskarakteristika skal være kendt for at vurdere ydeevnen under disse forhold. Det er altid at foretrække at køre alt udstyr ved de nominelle designstrømnings-og belastningsforhold, men det er ikke altid praktisk eller muligt, hvor flodstrømmen svinger hele året, eller hvor de daglige belastningsmønstre varierer betydeligt.
afhængigt af kravene til slutanvendelse af den genererede effekt kan udgangen fra turbineakslen bruges direkte som mekanisk effekt, eller turbinen kan tilsluttes en elektrisk generator for at producere elektricitet. Til mange industrielle anvendelser i landdistrikterne er akselkraft egnet
(til fødevareforarbejdning såsom fræsning eller olieudvinding, savværk, tømrerværksted, mineudstyr i lille skala osv.), men mange applikationer kræver konvertering til elektrisk strøm. Til husholdningsbrug foretrækkes elektricitet.
dette kan leveres enten:
- direkte til hjemmet via et lille elektrisk distributionssystem eller,
- kan leveres ved hjælp af batterier, der regelmæssigt returneres til elhuset til genopladning-dette system er almindeligt, hvor omkostningerne ved direkte elektrificering er uoverkommelige på grund af spredt hus (og dermed et dyrt distributionssystem),
hvor en generator anvendes vekselstrøm (a.c.) produceres der normalt elektricitet. Enkeltfase-effekt er tilfredsstillende på små installationer op til 20 kg, men ud over dette bruges 3-faset effekt til at reducere transmissionstab og være egnet til større elektriske motorer. En AC – strømforsyning skal opretholdes ved en konstant 50 eller 60 cyklusser/sekund for pålidelig drift af ethvert elektrisk udstyr, der bruger forsyningen. Denne frekvens bestemmes af turbinens hastighed, som skal styres meget nøjagtigt.
►gå til toppen
egnede betingelser for mikro-vandkraft
de bedste geografiske områder til udnyttelse af lille vandkraft er dem, hvor der er stejle floder, der strømmer hele året rundt, for eksempel bakkeområderne i lande med høj nedbør året rundt eller de store bjergkæder og deres foden, som Andesbjergene og Himalaya. Øer med fugtigt havklima, såsom De Caribiske Øer, Filippinerne og Indonesien er også velegnede. Lavhovedturbiner er udviklet til mindre udnyttelse af floder, hvor der er et lille hoved, men tilstrækkelig strøm til at give tilstrækkelig strøm.
for at vurdere egnetheden af et potentielt sted skal stedets hydrologi være kendt, og der udføres en stedundersøgelse for at bestemme faktiske strømnings-og hoveddata. Hydrologiske oplysninger kan fås fra meteorologi eller kunstvandingsafdeling, der normalt drives af den nationale regering. Disse data giver et godt samlet billede af årlige regnmønstre og sandsynlige udsving i nedbør og, derfor, strømningsmønstre. Stedundersøgelsen giver mere detaljerede oplysninger om stedets forhold for at gøre det muligt at udføre strømberegning og designarbejde at begynde. Strømningsdata skal indsamles over en periode på mindst et helt år, hvor det er muligt, for at fastslå udsving i flodstrømmen i de forskellige årstider. Der er mange metoder til at udføre strømnings-og hovedmålinger, og disse kan findes i de relevante tekster.
►gå til toppen
turbiner
en turbine omdanner energien i faldende vand til akselkraft. Der er forskellige typer turbiner, som kan kategoriseres på en af flere måder. Valget af turbine afhænger hovedsageligt af det tilgængelige trykhoved og designstrømmen til den foreslåede vandkraftinstallation. Som vist i tabel 2 nedenfor er turbiner bredt opdelt i tre grupper; højt, medium og lavt hoved og i to kategorier: impuls og reaktion.
tabel 2: Klassificering af turbinetyper:
|
hoved pres |
|||
|
Turbine Runner |
høj |
Medium |
lav |
|
impuls |
|
|
|
|
reaktion |
|
|
|
forskellen mellem impuls og reaktion kan forklares ved blot at sige, at impulsturbinerne omdanner den kinetiske energi af en vandstråle i luft til bevægelse ved at slå turbinespande eller knive – der er ingen trykreduktion, da vandtrykket er atmosfærisk på begge sider af pumpehjulet. Bladene på en reaktionsturbine er derimod helt nedsænket i vandstrømmen, og vandets vinkel såvel som lineære momentum omdannes til akselkraft – trykket af vand, der forlader løberen, reduceres til atmosfærisk eller lavere.
►gå til toppen
belastningsfaktor
belastningsfaktoren er den anvendte mængde strøm divideret med den mængde strøm, der er tilgængelig, hvis turbinen skulle bruges kontinuerligt. I modsætning til teknologier, der er afhængige af dyre brændstofkilder, er’ brændstof ‘ til produktion af vandkraft gratis, og derfor bliver anlægget mere omkostningseffektivt, hvis det køres i en høj procentdel af tiden. Hvis turbinen kun bruges til husholdningsbelysning om aftenen, vil plantefaktoren være meget lav. Hvis turbinen leverer strøm til landdistrikterne i løbet af dagen, imødekommer den indenlandske efterspørgsel om aftenen og måske pumper vand til kunstvanding om aftenen, vil plantefaktoren være høj.
det er meget vigtigt at sikre en høj plantefaktor, hvis ordningen skal være omkostningseffektiv, og dette bør tages i betragtning i planlægningsfasen. Mange ordninger bruger en ‘dump’ belastning (sammen med en elektronisk belastningsregulator – se nedenfor), som faktisk er et energibehov med lav prioritet, der kan acceptere overskydende energi, når der produceres et overskud, f.eks.
Load control governors
vandturbiner, som f.eks. Selvom det ikke er et så stort problem med maskiner, der bruger direkte akselkraft, vil denne hastighedsvariation alvorligt påvirke både frekvens og spændingsudgang fra en generator. Traditionelt ændrede komplekse hydrauliske eller mekaniske hastighedsregulatorer strømmen, da belastningen varierede, men for nylig er der udviklet en elektronisk belastningsregulator (ELC), som har øget enkelheden og pålideligheden af moderne mikrohydrosæt. ELC forhindrer hastighedsvariationer ved kontinuerligt at tilføje eller subtrahere en kunstig belastning, så turbinen faktisk arbejder permanent under fuld belastning. En yderligere fordel er, at ELC ikke har bevægelige dele, er meget pålidelig og praktisk talt vedligeholdelsesfri. Fremkomsten af elektronisk belastningskontrol har gjort det muligt at indføre enkle og effektive multi-jet turbiner, der ikke længere er belastet af dyre hydrauliske guvernører.
lad os gå til toppen