como planejar um Projeto Mini Hydro Power
componentes do esquema
a Figura 1 mostra os principais componentes de um esquema micro-hydro run-of-the-river. Este tipo de esquema não requer armazenamento de água, mas em vez disso desvia parte da água do rio que é canalizada ao longo do lado de um vale antes de ser “jogada” na turbina por meio de um penstock. Na Figura 1, A turbina aciona um gerador que fornece eletricidade para uma oficina. A linha de transmissão pode ser estendida a uma vila local para fornecer energia doméstica para iluminação e outros usos.
Há várias outras configurações que podem ser utilizados, dependendo do topográficos e hidrológicos condições, mas todos adotam o mesmo princípio geral.
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a Água em Watts
Para determinar a energia potencial da água que flui em um rio ou riacho, é necessário determinar a taxa de fluxo de água e a cabeça através do qual a água pode ser feito para cair. A taxa de fluxo é a quantidade de água que flui além de um ponto em um determinado momento. As unidades de vazão típicas são litros por segundo ou metros cúbicos por segundo. A cabeça é a altura vertical, em metros, da turbina até o ponto em que a água entra no tubo de admissão ou no penstock.
A energia potencial pode ser calculada como: P = g * Q * H * feff
Exemplo:Um local com uma altura de 10 metros, vazão de 300 litros / seg (= 0,3 m3/s) terá um potencial de potência de 15 kW de electricidade:
10m/s2 * 0.3m3/s * 10m * 0.5 = 15m5/s3= 15m5/s3 * 1000 kg/m3 (densidade da água)
= 15000 J/s
= 15000 W
= 15kW
Potência em kW (P); Vazão em m3 /s (Q); Cabeça de m (H); a Gravidade constante = 9,81 m/s2 (g); Factor de eficiência (feff) => 0.4 – 0.7 *
*Pequenas turbinas a água raramente têm melhor eficiência de 80%. A eficiência dos geradores de ~ 90% e a potência também serão perdidas no tubo que transporta a água para a turbina, devido a perdas de atrito. Um guia aproximado usado para sistemas pequenos de alguns quilowatts que avaliam é tomar a eficiência total como aproximadamente 50%. Assim, a potência teórica deve ser multiplicada por 0,50 para uma figura mais realista
se uma máquina for operada sob condições diferentes de carga total ou fluxo total, outras ineficiências significativas devem ser consideradas. O fluxo de peças e as características de carga parcial do equipamento precisam ser conhecidos para avaliar o desempenho nessas condições. É sempre preferível executar todos os equipamentos nas condições de fluxo e carga do projeto avaliado, mas nem sempre é prático ou possível onde o fluxo do rio flutua ao longo do ano ou onde os padrões de carga diária variam consideravelmente.
Dependendo da utilização da energia gerada, a saída do eixo da turbina pode ser usada diretamente como energia mecânica ou a turbina pode ser conectado a um gerador elétrico para produzir eletricidade. Para muitas aplicações industriais rurais, a potência do eixo é adequada
(para processamento de alimentos, como moagem ou extração de óleo, serraria, oficina de carpintaria, equipamentos de mineração de pequena escala, etc.), mas muitas aplicações requerem conversão em energia elétrica. Para aplicações domésticas, a eletricidade é preferida.
isso pode ser fornecido:
- diretamente para a casa através de um pequeno sistema de distribuição elétrica ou,
- pode ser fornecido por meio de baterias que são retornados, periodicamente, para a casa de força para recarga – este sistema é comum quando o custo directo de eletrificação é proibitivo devido à dispersão da habitação (e, portanto, um caro sistema de distribuição),
Onde seja utilizado um gerador de corrente alternada (uma.c.) a eletricidade é produzida normalmente. A potência monofásica é satisfatória em pequenas instalações de até 20kw, mas além disso, a potência trifásica é usada para reduzir as perdas de transmissão e ser adequada para motores elétricos maiores. Uma fonte de alimentação a. C. Deve ser mantida em uma constante 50 ou 60 ciclos/segundo para a operação confiável de qualquer equipamento elétrico usando a fonte. Esta frequência é determinada pela velocidade da turbina que deve ser governada com muita precisão.
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as Condições Adequadas para a Micro-Hydro Power
As melhores áreas geográficas para a exploração de hidrelétricas de pequena escala de energia são aqueles onde existem íngreme rios de todo o ano, por exemplo, a colina áreas de países com elevada durante todo o ano de chuvas, as grandes cadeias de montanhas e seus contrafortes, como os Andes e o Himalaia. Ilhas com climas marinhos úmidos, como as ilhas do Caribe, As Filipinas e a Indonésia também são adequadas. Turbinas de cabeça baixa foram desenvolvidas para exploração em pequena escala de rios onde há uma cabeça pequena, mas fluxo suficiente para fornecer energia adequada.
para avaliar a adequação de um local potencial, a hidrologia do local precisa ser conhecida e uma pesquisa do local realizada, para determinar o fluxo real e os dados da cabeça. As informações hidrológicas podem ser obtidas no departamento de meteorologia ou irrigação geralmente administrado pelo governo nacional. Esses dados fornecem uma boa imagem geral dos padrões anuais de chuva e prováveis flutuações na precipitação e, portanto, nos padrões de fluxo. A pesquisa do site fornece informações mais detalhadas das condições do site para permitir que o cálculo de energia seja feito e o trabalho de design comece. Os dados de fluxo devem ser coletados durante um período de pelo menos um ano inteiro, sempre que possível, de modo a verificar a flutuação no fluxo do rio nas várias estações. Existem muitos métodos para realizar medições de fluxo e cabeça e estes podem ser encontrados nos textos relevantes.
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turbinas
uma turbina converte a energia na queda de água na potência do eixo. Existem vários tipos de turbina que podem ser categorizados de várias maneiras. A escolha da turbina dependerá principalmente da cabeça de pressão disponível e do fluxo de projeto para a instalação hidrelétrica proposta. Conforme mostrado na tabela 2 abaixo, As turbinas são amplamente divididas em três grupos; cabeça alta, média e baixa e em duas categorias: impulso e reação.
Tabela 2: Classificação dos tipos de turbinas:
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a pressão da Cabeça |
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Corredor da Turbina de |
Alta |
Médio |
Baixa |
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Impulso |
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Reação |
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A diferença entre o impulso e a reação pode ser explicada simplesmente por declarar que o impulso turbinas de converter a energia cinética de um jato de água no ar em movimento impressionante de turbina baldes ou lâminas – não há redução da pressão, a pressão da água na atmosfera em ambos os lados do rotor. As lâminas de uma turbina de reação, por outro lado, são totalmente imersas no fluxo de água, e o momento angular e linear da água é convertido em potência do eixo – a pressão da água que sai do corredor é reduzida para atmosférica ou inferior.
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Fator de Carga
O fator de carga é a quantidade de energia usada dividido pela quantidade de energia que está disponível se a turbina eram para ser usado continuamente. Ao contrário das tecnologias que dependem de fontes de combustível caras, o ‘combustível’ para a geração de energia hidrelétrica é gratuito e, portanto, a planta se torna mais econômica se for executada por uma alta porcentagem do tempo. Se a turbina for usada apenas para iluminação doméstica à noite, o fator da planta será muito baixo. Se a turbina fornecer energia para a indústria rural durante o dia, atender à demanda doméstica durante a noite e talvez bombear água para irrigação à noite, o fator da planta será alto.
é muito importante garantir um alto fator de planta para que o esquema seja econômico e isso deve ser levado em consideração durante a fase de planejamento. Muitos esquemas usam uma carga de ‘despejo’ (em conjunto com um controlador de Carga Eletrônico – veja abaixo), que é efetivamente uma demanda de energia de baixa prioridade que pode aceitar energia excedente quando um excesso é produzido, por exemplo, aquecimento de água, aquecedores de armazenamento ou fogões de armazenamento.
reguladores de controle de carga
as turbinas de água, como motores a gasolina ou diesel, variam em velocidade à medida que a carga é aplicada ou aliviada. Embora não seja um problema tão grande com máquinas que usam potência direta do eixo, essa variação de velocidade afetará seriamente a frequência e a saída de tensão de um gerador. Tradicionalmente, os reguladores de velocidade hidráulicos ou mecânicos complexos alteraram o fluxo à medida que a carga variava, mas mais recentemente um controlador de carga eletrônica (ELC) foi desenvolvido, o que aumentou a simplicidade e a confiabilidade dos conjuntos micro-hidro modernos. O ELC evita variações de velocidade adicionando ou subtraindo continuamente uma carga artificial, de modo que, na verdade, a turbina está trabalhando permanentemente sob carga total. Um outro benefício é que o ELC não tem partes móveis, é muito confiável e praticamente livre de manutenção. O advento do controle eletrônico de carga permitiu a introdução de turbinas simples e eficientes, Multi-jato, não mais sobrecarregadas por governadores hidráulicos caros.
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