How to Plan a Mini Hydro power Project
Scheme Components
az 1.ábra bemutatja a fő összetevői a run-of-the-river micro-hydro rendszer. Ez a fajta rendszer nem igényel víztárolást, hanem a víz egy részét eltereli a folyóból, amelyet a völgy oldala mentén vezetnek, mielőtt egy tollon keresztül a turbinába dobnák. Az 1. ábrán a turbina egy generátort hajt, amely villamos energiát biztosít egy műhely számára. A távvezeték kiterjeszthető egy helyi faluba, hogy háztartási energiát szolgáltasson világításhoz és egyéb felhasználásokhoz.
a topográfiai és hidrológiai körülményektől függően számos más konfiguráció is használható, de mindegyik ugyanazt az általános elvet alkalmazza.
►ugrás a tetejére
víz Watt
a folyóban vagy patakban áramló víz teljesítménypotenciáljának meghatározásához meg kell határozni mind a víz áramlási sebességét, mind azt a fejet, amelyen keresztül a víz leeshet. Az áramlási sebesség az a vízmennyiség, amely egy adott idő alatt egy ponton túl áramlik. A tipikus áramlási sebesség mértékegységek liter / másodperc vagy köbméter / másodperc. A fej a függőleges magasság, méterben, a turbinától egészen addig a pontig, ahol a víz belép a szívócsőbe vagy a tollba.
a potenciális teljesítmény a következőképpen számítható ki: P = g * Q * H * feff
példa: egy 10 méteres fejű hely, 300 liter / sec áramlás (=0,3 m3/s) potenciális teljesítménye 15 kW villamos energia:
10m / s2 * 0, 3m3 / s * 10m * 0,5 = 15m5 / s3= 15m5 / s3 * 1000 kg / m3 (a víz sűrűsége)
= 15000 J / s
= 15000 W
= 15 kW
teljesítmény kW-ban (P); áramlási sebesség m3 / s-ban (Q); Fej m-ben (H); gravitációs állandó = 9,81 m / s2 (g); hatékonysági tényező (feff) => 0.4 – 0.7 *
*a kis vízturbinák hatékonysága ritkán haladja meg a 80% – ot. A generátorok ~ 90% – os hatékonysága és teljesítménye szintén elveszik a vizet a turbinába vezető csőben a súrlódási veszteségek miatt. A néhány kW teljesítményű kis rendszereknél használt durva útmutató az, hogy az általános hatékonyságot körülbelül 50% – nak kell tekinteni. Így az elméleti teljesítményt meg kell szorozni 0,50-gyel egy reálisabb
értékhez, ha egy gépet nem teljes terhelésű vagy teljes áramlású körülmények között működtetnek, akkor más jelentős hatékonysági hiányosságokat is figyelembe kell venni. Az ilyen körülmények közötti teljesítmény értékeléséhez ismerni kell a berendezés alkatrészáram-és alkatrészterhelési jellemzőit. Mindig előnyösebb minden berendezést a névleges tervezési áramlási és terhelési feltételek mellett üzemeltetni, de ez nem mindig praktikus vagy lehetséges, ha a folyók áramlása egész évben ingadozik, vagy ha a napi terhelési minták jelentősen eltérnek.
a termelt teljesítmény végfelhasználási igényeitől függően a turbinatengely kimenete közvetlenül felhasználható mechanikai teljesítményként, vagy a turbina elektromos generátorhoz csatlakoztatható villamos energia előállításához. Számos vidéki ipari alkalmazáshoz a tengely teljesítménye alkalmas
(élelmiszer-feldolgozáshoz, például őrléshez vagy olajkitermeléshez, fűrésztelephez, asztalosműhelyhez, kisüzemi bányászati berendezésekhez stb.), de sok alkalmazás megköveteli az elektromos árammá történő átalakítást. Háztartási alkalmazásokhoz a villamos energiát részesítik előnyben.
ez is megadható:
- közvetlenül az otthonba egy kis elektromos elosztórendszeren keresztül, vagy,
- olyan akkumulátorokkal szállítható, amelyeket rendszeresen visszajuttatnak az erőműbe újratöltés céljából – ez a rendszer gyakori, ahol a közvetlen villamosítás költsége a szétszórt ház (és így egy drága elosztórendszer) miatt megfizethetetlen),
generátor használata esetén általában váltakozó áramú (a.C.) villamos energiát állítanak elő. Az egyfázisú teljesítmény kielégítő a 20 kW-ig terjedő kis berendezéseknél, de ezen túl a 3 fázisú teljesítményt az átviteli veszteségek csökkentésére használják, és nagyobb elektromos motorokhoz is alkalmasak. Az áramellátást használó elektromos berendezések megbízható működése érdekében az áramellátást állandó 50 vagy 60 ciklus/másodpercen kell tartani. Ezt a frekvenciát a turbina sebessége határozza meg, amelyet nagyon pontosan kell szabályozni.
►ugrás a tetejére
megfelelő feltételek a mikro-Vízerőművekhez
a kisléptékű vízerőművek kiaknázására a legjobb földrajzi területek azok, ahol egész évben meredek folyók folynak, például az egész évben nagy csapadékmennyiségű országok dombvidékei, vagy a nagy hegyláncok és azok lábainál, mint az Andok és a Himalája. A nedves tengeri éghajlatú szigetek, például a Karib-szigetek, A Fülöp-szigetek és Indonézia szintén alkalmasak. Alacsony fejű turbinákat fejlesztettek ki a folyók kisüzemi kiaknázására, ahol kicsi a fej, de elegendő az áramlás a megfelelő teljesítmény biztosításához.
a potenciális terület alkalmasságának értékeléséhez ismerni kell a terület hidrológiáját, és helyszíni felmérést kell végezni a tényleges áramlási és fejadatok meghatározásához. Hidrológiai információk beszerezhetők a meteorológiai vagy öntözési osztálytól, amelyet általában a nemzeti kormány vezet. Ezek az adatok jó átfogó képet adnak az éves csapadékmintákról és a csapadék valószínű ingadozásairól, következésképpen az áramlási mintákról. A helyszíni felmérés részletesebb információkat nyújt a helyszín körülményeiről, hogy lehetővé tegye a teljesítményszámítást és a tervezési munkák megkezdését. Az áramlási adatokat lehetőség szerint legalább egy teljes évre kell gyűjteni, hogy meg lehessen állapítani a folyó áramlásának ingadozását a különböző évszakokban. Számos módszer létezik az áramlás és a fej mérésére, és ezek megtalálhatók a vonatkozó szövegekben.
►ugrás a tetejére
turbinák
a turbina a leeső víz energiáját tengelyteljesítménygé alakítja. Különböző típusú turbinák vannak, amelyek többféle módon kategorizálhatók. A turbina kiválasztása elsősorban a rendelkezésre álló nyomásfejtől és a javasolt vízenergia-létesítmény tervezési áramlásától függ. Amint azt az alábbi 2. táblázat mutatja, a turbinákat nagyjából három csoportra osztják: magas, közepes és alacsony fej, valamint két kategóriába: impulzus és reakció.
2. táblázat: a turbinatípusok osztályozása:
|
fej nyomás |
|||
|
turbina Runner |
magas |
közepes |
alacsony |
|
impulzus |
|
|
|
|
reakció |
|
|
|
az impulzus és a reakció közötti különbség egyszerűen azzal magyarázható, hogy az impulzus turbinák a levegőben lévő vízsugár mozgási energiáját mozgássá alakítják turbinavödrök vagy pengék ütközésével – nincs nyomáscsökkentés, mivel a víznyomás légköri a járókerék mindkét oldalán. A reakcióturbina lapátjai viszont teljesen belemerülnek a víz áramlásába, és a víz szög – és lineáris lendületét tengelyteljesítménygé alakítják át-a futót elhagyó víz nyomása légköri vagy alacsonyabb szintre csökken.
►ugrás a tetejére
terhelési tényező
a terhelési tényező a felhasznált teljesítmény mennyisége osztva a turbina folyamatos használata esetén rendelkezésre álló teljesítmény mennyiségével. A költséges üzemanyagforrásokra támaszkodó technológiákkal ellentétben a vízenergia-termelés üzemanyaga ingyenes, ezért az erőmű költséghatékonyabbá válik, ha az idő nagy részében üzemeltetik. Ha a turbinát csak esténként használják háztartási világításra, akkor a növényi tényező nagyon alacsony lesz. Ha a turbina napközben energiát szolgáltat a vidéki ipar számára, este kielégíti a belföldi keresletet, este pedig esetleg öntözésre szivattyúzza a vizet, akkor a növényi tényező magas lesz.
a rendszer költséghatékonysága érdekében nagyon fontos a magas üzemtényező biztosítása, amelyet a tervezési szakaszban figyelembe kell venni. Számos rendszer ‘dump’ terhelést használ (elektronikus terhelésszabályozóval együtt – lásd alább), amely gyakorlatilag alacsony prioritású energiaigény, amely felesleges energiát képes elfogadni, ha felesleg keletkezik pl. vízmelegítő, tároló fűtőberendezések vagy tároló tűzhelyek.
terhelésszabályozó kormányzók
a Vízturbinák, mint a benzin-vagy dízelmotorok, sebességük változik a terhelés hatására vagy enyhítésére. Bár nem olyan nagy probléma a közvetlen tengelyteljesítményt használó gépeknél, ez a sebességváltozás komolyan befolyásolja mind a generátor frekvenciáját, mind a feszültségét. Hagyományosan a komplex hidraulikus vagy mechanikus sebességszabályozók megváltoztatták az áramlást a terhelés változásával, de újabban elektronikus terhelésszabályozót (ELC) fejlesztettek ki, amely növelte a modern mikro-hidro készletek egyszerűségét és megbízhatóságát. Az ELC megakadályozza a sebességváltozásokat egy mesterséges terhelés folyamatos hozzáadásával vagy kivonásával, így valójában a turbina teljes terhelés mellett folyamatosan működik. További előny, hogy az ELC-nek nincsenek mozgó alkatrészei, nagyon megbízható és gyakorlatilag karbantartásmentes. Az elektronikus terhelésszabályozás megjelenése lehetővé tette az egyszerű és hatékony, többsugaras turbinák bevezetését, amelyeket már nem terhelnek drága hidraulikus kormányzók.
szélesség hosszúság