hoe een Mini-waterkrachtproject te plannen

hoe een Mini-waterkrachtproject te plannen

Scheme Components

figuur 1 toont de belangrijkste componenten van een run-of-the-river Micro-hydro scheme. Dit soort projecten vereist geen opslag van water, maar leidt in plaats daarvan een deel van het water af van de rivier die langs de kant van een vallei wordt gekanaliseerd alvorens via een penstock in de turbine te worden ‘gedropt’. In figuur 1 drijft de turbine een generator aan die elektriciteit levert aan een werkplaats. De transmissielijn kan worden uitgebreid naar een lokaal dorp om huishoudelijke stroom te leveren voor verlichting en andere toepassingen.

figuur 1: Indeling van een typisch microwaterkrachtschema

er zijn verschillende andere configuraties die kunnen worden gebruikt afhankelijk van de topografische en hydrologische omstandigheden, maar alle nemen hetzelfde algemene principe.

►Ga naar boven

Water in Watt

om het vermogenspotentieel van het water dat in een rivier of stroom stroomt te bepalen, moet zowel het debiet van het water worden bepaald als de kop waardoor het water kan worden laten vallen. Het debiet is de hoeveelheid water die in een bepaalde tijd langs een punt stroomt. Typische debieteenheden zijn liter per seconde of kubieke meter per seconde. De kop is de verticale hoogte, in meters, van de turbine tot het punt waar het water de inlaatpijp of penstock binnenkomt.

De potentiële energie kan worden berekend als: P = g * Q * H * feff
Voorbeeld:bij Een locatie met een verval van 10 meter, stroom van 300 liter / sec (= 0,3 m3/s) zal een potentieel vermogen van 15 kW stroom:
10m/s2 * 0.3m3/s * 10m * 0.5 = 15m5/s3

= 15m5/s3 * 1000 kg/m3 (dichtheid water)
= 15000 J/s
= 15000 W
= 15kW

Vermogen in kW (P); Debiet in m3 /s (Q); Opvoerhoogte in m (H); constante Zwaartekracht = 9,81 m/s2 (g); Efficiëntie factor (feff) => 0.4 – 0.7 *

*Kleine water turbines hebben zelden efficiëntie beter dan 80%. Generatoren ‘ efficiëntie van ~ 90% en vermogen zal ook verloren gaan in de pijp die het water naar de turbine, als gevolg van wrijvingsverliezen. Een ruwe gids die wordt gebruikt voor kleine systemen van een paar kW rating is om de totale efficiëntie te nemen als ongeveer 50%. Het theoretische vermogen moet dus worden vermenigvuldigd met 0,50 voor een realistischer getal

indien een machine onder andere omstandigheden dan vollast of volstroom werkt, moeten andere significante inefficiënties in aanmerking worden genomen. Deelstroom-en deellastkenmerken van de apparatuur moeten bekend zijn om de prestaties onder deze omstandigheden te beoordelen. Het is altijd de voorkeur om alle apparatuur te laten draaien op de nominale ontwerpdebiet en beladingsomstandigheden, maar het is niet altijd praktisch of mogelijk wanneer de rivierstroom gedurende het jaar fluctueert of wanneer de dagelijkse beladingspatronen aanzienlijk variëren.

afhankelijk van het eindgebruik van het opgewekte vermogen kan de output van de turbineas direct als mechanisch vermogen worden gebruikt of kan de turbine worden aangesloten op een elektrische generator om elektriciteit te produceren. Voor veel industriële toepassingen op het platteland is schachtkracht geschikt

(voor voedselverwerking zoals maal-of oliewinning, zagerij, timmerwerkplaats, kleinschalige mijnbouwapparatuur, enz.), maar veel toepassingen vereisen omzetting naar elektrische energie. Voor huishoudelijke toepassingen heeft elektriciteit de voorkeur.

dit kan ofwel:

• rechtstreeks naar huis via een klein elektrisch distributiesysteem of,
• kan worden geleverd door middel van batterijen die periodiek worden geretourneerd naar de Energiehuis voor het opladen – dit systeem is gebruikelijk waar de kosten van directe elektrificatie is prohibitief als gevolg van verspreide behuizing (en dus een dure distributiesysteem),

wanneer een generator wordt gebruikt wisselstroom (a.c.) elektriciteit wordt normaal geproduceerd. Eenfasevermogen is bevredigend op kleine installaties tot 20kW, maar verder wordt 3-fasevermogen gebruikt om transmissieverliezen te verminderen en geschikt te zijn voor grotere elektromotoren. Een AC-voeding moet constant worden gehouden op 50 of 60 cycli / seconde voor de betrouwbare werking van alle elektrische apparatuur die gebruik maakt van de voeding. Deze frequentie wordt bepaald door de snelheid van de turbine die zeer nauwkeurig moet worden geregeld.

►Ga naar boven

geschikte omstandigheden voor Microwaterkracht

de beste geografische gebieden voor de exploitatie van kleinschalige waterkracht zijn die waar het hele jaar door steile rivieren stromen, bijvoorbeeld de heuvelachtige gebieden van landen met veel regenval het hele jaar door, of de grote bergketens en hun uitlopers, zoals de Andes en de Himalaya. Eilanden met een vochtig zeeklimaat, zoals de Caribische eilanden, de Filippijnen en Indonesië zijn ook geschikt. Turbines met lage kop zijn ontwikkeld voor de kleinschalige exploitatie van rivieren met een kleine kop maar voldoende stroom om voldoende stroom te leveren.

om de geschiktheid van een potentiële locatie te beoordelen, moet de hydrologie van de locatie bekend zijn en moet een locatieonderzoek worden uitgevoerd om de werkelijke stroom-en hoofdgegevens te bepalen. Hydrologische informatie kan worden verkregen bij de meteorologie-of irrigatieafdeling die gewoonlijk door de nationale overheid wordt beheerd. Deze gegevens geven een goed algemeen beeld van de jaarlijkse regenpatronen en de waarschijnlijke schommelingen in de neerslag en dus van de stromingspatronen. De site survey geeft meer gedetailleerde informatie over de site voorwaarden om het vermogen te berekenen worden gedaan en ontwerpwerkzaamheden te beginnen. De stroomgegevens moeten, indien mogelijk, over een periode van ten minste één volledig jaar worden verzameld om de fluctuatie van de stroom in de verschillende seizoenen vast te stellen. Er zijn veel methoden voor het uitvoeren van stroom-en hoofdmetingen en deze zijn te vinden in de relevante teksten.

►Ga naar boven

Turbines

een turbine zet de energie in vallend water om in schachtkracht. Er zijn verschillende types turbine die op een van de verschillende manieren kunnen worden gecategoriseerd. De keuze van de turbine zal voornamelijk afhangen van de beschikbare drukkop en de ontwerpstroom voor de voorgestelde waterkrachtinstallatie. Zoals blijkt uit Tabel 2 hieronder, worden turbines in grote lijnen verdeeld in drie groepen: hoog, gemiddeld en laag hoofd, en in twee categorieën: impuls en reactie.

Tabel 2: Classificatie van turbinetypes:

Het verschil tussen impuls en reactie kan uitgelegd worden simpelweg door te stellen dat de impuls turbines zetten de kinetische energie van een waterstraal in de lucht in beweging door een opvallende turbine emmers of messen – er is geen vermindering van de druk als de druk van het water is atmosferisch aan beide zijden van de waaier. De bladen van een reactieturbine, aan de andere kant, zijn volledig ondergedompeld in de stroom van water, en de hoek – en lineaire momentum van het water wordt omgezet in asvermogen-de druk van het water verlaten van de loper wordt gereduceerd tot atmosferisch of lager.

►Ga naar boven

belastingsfactor

de belastingsfactor is de gebruikte hoeveelheid vermogen gedeeld door de hoeveelheid vermogen die beschikbaar is als de turbine continu zou worden gebruikt. In tegenstelling tot technologieën die afhankelijk zijn van dure brandstofbronnen, is de “brandstof” voor de opwekking van waterkracht gratis en wordt de installatie daarom kosteneffectiever als deze gedurende een hoog percentage van de tijd in bedrijf is. Als de turbine alleen ‘ s Avonds wordt gebruikt voor huishoudelijke verlichting, dan zal de plantfactor zeer laag zijn. Als de turbine overdag stroom levert voor de landelijke industrie, ’s avonds aan de binnenlandse vraag voldoet en’ s avonds misschien water voor irrigatie pompt, zal de plantfactor hoog zijn.

om kosteneffectief te zijn, is het van groot belang te zorgen voor een hoge installatiefactor, waarmee tijdens de planningsfase rekening moet worden gehouden. Veel systemen maken gebruik van een “stortbelasting” (in combinatie met een elektronische laadregelaar – zie hieronder), wat in feite een lage prioritaire energievraag is die overtollige energie kan accepteren wanneer een overschot wordt geproduceerd, bijvoorbeeld waterverwarming, opslagverwarmingstoestellen of opslagkokers.

belastingregelaars

waterturbines, zoals benzine-of dieselmotoren, variëren in toerental naarmate de belasting wordt uitgeoefend of ontlast. Hoewel niet zo ‘ n groot probleem met machines die gebruik maken van directe as vermogen, zal deze snelheidsvariatie ernstige invloed hebben op zowel de frequentie en de spanning uitgang van een generator. Van oudsher veranderden complexe hydraulische of mechanische toerentalregelaars de stroom naarmate de belasting varieerde, maar meer recent werd een electronic load controller (ELC) ontwikkeld die de eenvoud en betrouwbaarheid van moderne micro-hydro sets heeft vergroot. De ELC voorkomt snelheidsschommelingen door continu een kunstmatige belasting toe te voegen of af te trekken, zodat de turbine in feite permanent onder volle belasting werkt. Een ander voordeel is dat de ELC geen bewegende delen heeft, zeer betrouwbaar en vrijwel onderhoudsvrij is. De komst van elektronische belastingregeling heeft de invoering van eenvoudige en efficiënte multi-jet turbines mogelijk gemaakt, niet langer belast door dure hydraulische gouverneurs.

►Ga naar boven