jak zaplanować Mini Projekt hydroenergetyczny
elementy schematu
Rysunek 1 przedstawia główne elementy schematu mikro-hydroenergetycznego spływu rzeki. Ten typ systemu nie wymaga magazynowania wody, ale zamiast tego przekierowuje część wody z rzeki, która jest kierowana wzdłuż doliny, zanim zostanie „upuszczona”do turbiny za pomocą rurociągu. Na rysunku 1 turbina napędza generator, który dostarcza energię elektryczną dla warsztatu. Linia przesyłowa może zostać przedłużona do lokalnej wioski, aby dostarczyć energię domową do oświetlenia i innych zastosowań.
istnieją różne inne konfiguracje, które mogą być stosowane w zależności od warunków topograficznych i hydrologicznych, ale wszystkie przyjmują tę samą ogólną zasadę.
►do góry
woda w watach
aby określić potencjał energetyczny wody płynącej w rzece lub strumieniu, konieczne jest określenie zarówno natężenia przepływu wody, jak i głowicy, przez którą woda może spaść. Natężenie przepływu to ilość wody przepływającej przez punkt w danym czasie. Typowymi jednostkami natężenia przepływu są litry na sekundę lub metry sześcienne na sekundę. Głowica jest pionową wysokością, w metrach, od turbiny do punktu, w którym woda dostaje się do rury wlotowej lub rurociągu zasilającego.
moc potencjalna może być obliczona jako: P = G * Q * H * feff
przykład: Lokalizacja z głowicą 10 metrów, przepływ 300 litrów / s (= 0,3 m3/s) będzie miała moc potencjalną 15 kW energia elektryczna:
10 m/s2 * 0,3 m3/s * 10 m * 0,5 = 15 M5/S3= 15m5/S3 * 1000 kg/m3 (gęstość wody)
= 15000 J /s
= 15000 w
= 15kw
moc w kW (P); natężenie przepływu w m3 / S (Q); Głowica w M (H); stała grawitacji = 9,81 m / s2 (g); współczynnik sprawności (feff) => 0.4 – 0.7 *
*małe turbiny wodne rzadko mają sprawność wyższą niż 80%. Sprawność generatorów ~ 90% i moc również zostaną utracone w rurze doprowadzającej wodę do turbiny, z powodu strat tarcia. Przybliżona prowadnica stosowana w małych systemach o mocy kilku kW ma przyjąć ogólną sprawność jako około 50%. Tak więc teoretyczna moc musi zostać pomnożona przez 0,50, aby uzyskać bardziej realistyczną wartość
jeśli maszyna pracuje w warunkach innych niż pełne obciążenie lub pełny przepływ, należy rozważyć inne znaczące nieefektywności. Charakterystyka przepływu części i obciążenia częściowego urządzenia musi być znana, aby ocenić wydajność w tych warunkach. Zawsze zaleca się uruchamianie wszystkich urządzeń w znamionowych warunkach przepływu i obciążenia projektowego, ale nie zawsze jest to praktyczne lub możliwe, gdy przepływ rzeki zmienia się w ciągu roku lub gdy dzienne wzorce obciążenia znacznie się różnią.
w zależności od wymagań końcowego zastosowania generowanej mocy, moc wyjściowa z wału turbiny może być wykorzystana bezpośrednio jako moc mechaniczna lub Turbina może być podłączona do generatora elektrycznego w celu produkcji energii elektrycznej. Dla wielu zastosowań przemysłowych na obszarach wiejskich moc wału jest odpowiednia
(do przetwarzania żywności, takiego jak frezowanie lub wydobycie ropy naftowej, tartak, warsztat stolarski, sprzęt górniczy na małą skalę itp.), ale wiele zastosowań wymaga konwersji na energię elektryczną. W zastosowaniach domowych preferowana jest energia elektryczna.
to można podać albo:
- bezpośrednio do domu poprzez mały system dystrybucji energii elektrycznej lub,
- może być zasilany za pomocą akumulatorów, które są okresowo zwracane do elektrowni w celu ładowania-system ten jest powszechny, gdy koszt bezpośredniej elektryfikacji jest wygórowany ze względu na rozproszone obudowy (a tym samym drogi system dystrybucji),
gdzie generator jest używany prąd zmienny (a. c.) elektryczność jest zwykle wytwarzana. Moc jednofazowa jest zadowalająca w małych instalacjach do 20kW, ale poza tym moc trójfazowa jest wykorzystywana do zmniejszenia strat transmisji i nadaje się do większych silników elektrycznych. Zasilacz prądu przemiennego musi być utrzymywany na stałym poziomie 50 lub 60 cykli/sekundę, aby zapewnić niezawodne działanie wszelkich urządzeń elektrycznych wykorzystujących ten zasilacz. Częstotliwość ta jest określona przez prędkość turbiny, która musi być bardzo dokładnie regulowana.
►do góry
odpowiednie warunki dla mikro-energii wodnej
najlepsze obszary geograficzne do wykorzystania małej energii wodnej to te, w których przez cały rok płyną strome rzeki, na przykład obszary górskie krajów o wysokich opadach przez cały rok lub wielkie pasma górskie i ich Pogórze, takie jak Andy i Himalaje. Odpowiednie są również wyspy o wilgotnym klimacie morskim, takie jak wyspy karaibskie, Filipiny i Indonezja. Turbiny niskogłowicowe zostały opracowane do eksploatacji na małą skalę rzek, gdzie występuje niewielka Głowica, ale wystarczający przepływ, aby zapewnić odpowiednią moc.
aby ocenić przydatność potencjalnego miejsca, należy znać hydrologię miejsca i przeprowadzić badanie terenu, aby określić rzeczywisty przepływ i dane głowicy. Informacje hydrologiczne można uzyskać z działu meteorologii lub nawadniania prowadzonego zwykle przez Rząd Narodowy. Dane te dają dobry ogólny obraz rocznych opadów i prawdopodobnych wahań opadów, a tym samym przepływów. Badanie terenu daje bardziej szczegółowe informacje na temat warunków na miejscu, aby umożliwić obliczenie mocy i rozpoczęcie prac projektowych. Dane dotyczące przepływów powinny być gromadzone w okresie co najmniej jednego pełnego roku, w miarę możliwości, w celu ustalenia wahań przepływu rzek w różnych porach roku. Istnieje wiele metod przeprowadzania pomiarów przepływu i głowicy, które można znaleźć w odpowiednich tekstach.
►do góry
turbiny
turbina zamienia energię spadającej wody na moc wału. Istnieją różne rodzaje turbin, które można podzielić na jeden z kilku sposobów. Wybór turbiny będzie zależał głównie od dostępnej głowicy ciśnieniowej i przepływu projektowego dla proponowanej instalacji wodnej. Jak pokazano w tabeli 2 poniżej, turbiny są zasadniczo podzielone na trzy grupy; wysoka, średnia i niska Głowica oraz na dwie kategorie: impuls i reakcja.
Tabela 2: klasyfikacja typów turbin:
|
ciśnienie w głowicy |
|||
|
Turbine Runner |
wysoka |
średni |
niskie |
|
impuls |
|
|
|
|
reakcja |
|
|
|
różnicę między impulsem a reakcją można wyjaśnić po prostu stwierdzeniem, że turbiny impulsowe przekształcają energię kinetyczną strumienia wody w powietrzu w ruch poprzez uderzanie w wiadra lub łopatki turbiny-nie ma redukcji ciśnienia, ponieważ ciśnienie wody jest atmosferyczne po obu stronach wirnika. Łopaty turbiny reakcyjnej są natomiast całkowicie zanurzone w przepływie wody, a kątowy i liniowy pęd wody jest zamieniany na moc wału-ciśnienie wody opuszczającej biegacz jest zmniejszane do atmosferycznego lub niższego.
►do góry
współczynnik obciążenia
współczynnik obciążenia to ilość zużywanej mocy podzielona przez ilość mocy, która jest dostępna, jeśli turbina miała być używana w sposób ciągły. W przeciwieństwie do technologii opartych na kosztownych źródłach paliwa, „paliwo” do wytwarzania energii wodnej jest bezpłatne, a zatem instalacja staje się bardziej opłacalna, jeśli jest eksploatowana przez wysoki procent czasu. Jeśli turbina jest używana tylko do oświetlenia domowego w godzinach wieczornych, współczynnik roślin będzie bardzo niski. Jeśli turbina zapewnia energię dla przemysłu Wiejskiego w ciągu dnia, zaspokaja popyt krajowy wieczorem, a może pompuje wodę do nawadniania wieczorem, współczynnik roślin będzie wysoki.
bardzo ważne jest zapewnienie wysokiego czynnika instalacji, jeśli program ma być opłacalny i należy to wziąć pod uwagę na etapie planowania. Wiele systemów wykorzystuje obciążenie „zrzutu” (w połączeniu z elektronicznym regulatorem obciążenia – patrz poniżej), które jest w rzeczywistości niskim priorytetem zapotrzebowania na energię, które może przyjmować nadwyżkę energii, gdy nadmiar jest wytwarzany, np. ogrzewanie wody, grzejniki magazynowe lub kuchenki magazynowe.
regulatory obciążenia
turbiny wodne, takie jak silniki benzynowe lub diesla, będą się zmieniać w zależności od obciążenia lub ulgi. Chociaż nie jest to taki wielki problem z maszyną, która wykorzystuje bezpośrednią moc wału, ta zmiana prędkości poważnie wpłynie zarówno na częstotliwość, jak i napięcie wyjściowe z generatora. Tradycyjnie złożone hydrauliczne lub mechaniczne regulatory prędkości zmieniały przepływ wraz ze zmianą obciążenia, ale ostatnio opracowano elektroniczny regulator obciążenia (ELC), który zwiększył prostotę i niezawodność nowoczesnych zestawów micro-hydro. ELC zapobiega zmianom prędkości poprzez ciągłe dodawanie lub odejmowanie sztucznego obciążenia, dzięki czemu turbina pracuje na stałe pod pełnym obciążeniem. Kolejną zaletą jest to, że ELC nie ma ruchomych części, jest bardzo niezawodny i praktycznie bezobsługowy. Pojawienie się elektronicznej kontroli obciążenia pozwoliło na wprowadzenie prostych i wydajnych turbin wielozadaniowych, nie obciążonych już drogimi regulatorami hydraulicznymi.
►do góry