hur man planerar ett Minivattenkraftprojekt
Scheme Components
Figur 1 visar huvudkomponenterna i ett run-of-the-river micro-hydro-system. Denna typ av system kräver ingen vattenlagring utan avledar istället en del av vattnet från floden som kanaliseras längs sidan av en dal innan den släpps in i turbinen via en penstock. I Figur 1 driver turbinen en generator som ger el till en verkstad. Överföringsledningen kan utökas till en lokal by för att leverera inhemsk kraft för belysning och andra användningsområden.
det finns olika andra konfigurationer som kan användas beroende på topografiska och hydrologiska förhållanden, men alla antar samma allmänna princip.
►gå till toppen
vatten i watt
för att bestämma effektpotentialen hos vattnet som strömmar i en flod eller ström är det nödvändigt att bestämma både flödeshastigheten för vattnet och huvudet genom vilket vattnet kan fås att falla. Flödeshastigheten är den mängd vatten som strömmar förbi en punkt i en given tid. Typiska flödesenheter är liter per sekund eller kubikmeter per sekund. Huvudet är den vertikala höjden, i meter, från turbinen upp till den punkt där vattnet kommer in i insugningsröret eller penstocken.
den potentiella effekten kan beräknas som: P = g * Q * H * feff
exempel: en plats med ett huvud på 10 meter, flöde på 300 liter / sek (= 0,3 m3/s) kommer att ha en potentiell effekt på 15 kW el:
10m/s2 * 0.3m3/s * 10m * 0,5 = 15m5 / s3= 15m5 / s3 * 1000 kg / m3 (densitet av vatten)
= 15000 J / s
= 15000 W
= 15kW
effekt i kW (P); flödeshastighet i m3 / s (Q); Huvud I m (H); gravitationskonstant = 9,81 m / s2 (g); effektivitetsfaktor (feff) => 0.4 – 0.7 *
*små vattenturbiner har sällan effektivitet bättre än 80%. Generatorernas effektivitet på ~ 90% och kraft kommer också att gå vilse i röret som bär vattnet till turbinen på grund av friktionsförluster. En grov guide som används för små system med några kW-betyg är att ta den totala effektiviteten som cirka 50%. Således måste den teoretiska effekten multipliceras med 0,50 för en mer realistisk siffra
om en maskin drivs under andra förhållanden än full belastning eller fullflöde måste andra betydande ineffektivitet beaktas. Utrustningens delflödes-och delbelastningsegenskaper måste vara kända för att bedöma prestanda under dessa förhållanden. Det är alltid att föredra att köra all utrustning vid de nominella designflödes-och belastningsförhållandena, men det är inte alltid praktiskt eller möjligt där flodflödet fluktuerar under hela året eller där dagliga belastningsmönster varierar avsevärt.
beroende på slutanvändningskraven för den genererade effekten kan utgången från turbinaxeln användas direkt som mekanisk kraft eller turbinen kan anslutas till en elektrisk generator för att producera el. För många industriella applikationer på landsbygden är axelkraften lämplig
(för livsmedelsbearbetning som fräsning eller oljeutvinning, sågverk, snickeriverkstad, småskalig gruvutrustning etc.), men många applikationer kräver omvandling till elkraft. För inhemska applikationer föredras El.
detta kan tillhandahållas antingen:
- direkt till hemmet via ett litet eldistributionssystem eller,
- kan levereras med hjälp av batterier som regelbundet returneras till krafthuset för laddning – detta system är vanligt där kostnaden för direkt elektrifiering är oöverkomlig på grund av spridda bostäder (och därmed ett dyrt distributionssystem),
där en generator används växelström (a.c.) el produceras normalt. Singlephase-effekten är tillfredsställande på små installationer upp till 20KW, men utöver detta används 3-faseffekt för att minska överföringsförlusterna och vara lämplig för större elmotorer. En a. c. strömförsörjning måste hållas vid en konstant 50 eller 60 cykler/sekund för tillförlitlig drift av elektrisk utrustning som använder tillförseln. Denna frekvens bestäms av turbinens hastighet som måste styras mycket exakt.
►gå till toppen
lämpliga förhållanden för Mikrovattenkraft
de bästa geografiska områdena för att utnyttja småskalig vattenkraft är de där det finns branta floder som strömmar året runt, till exempel bergsområdena i länder med hög nederbörd året runt, eller de stora bergskedjorna och deras foten, som Anderna och Himalaya. Öar med fuktiga marina klimat, som de karibiska öarna, Filippinerna och Indonesien är också lämpliga. Turbiner med lågt huvud har utvecklats för småskalig exploatering av floder där det finns ett litet huvud men tillräckligt flöde för att ge tillräcklig kraft.
för att bedöma lämpligheten hos en potentiell plats måste webbplatsens hydrologi vara känd och en platsundersökning genomföras för att bestämma verkligt flöde och huvuddata. Hydrologisk information kan erhållas från meteorologi eller bevattningsavdelningen som vanligtvis drivs av den nationella regeringen. Dessa data ger en bra helhetsbild av årliga regnmönster och sannolika fluktuationer i nederbörd och därmed flödesmönster. Platsundersökningen ger mer detaljerad information om platsförhållandena för att möjliggöra effektberäkning och designarbete att börja. Flödesdata bör om möjligt samlas in under en period på minst ett helt år för att fastställa fluktuationen i flodflödet under de olika årstiderna. Det finns många metoder för att utföra flödes-och huvudmätningar och dessa finns i relevanta texter.
►gå till toppen
turbiner
en turbin omvandlar energin i fallande vatten till axelkraft. Det finns olika typer av turbiner som kan kategoriseras på ett av flera sätt. Valet av turbin beror huvudsakligen på det tillgängliga tryckhuvudet och designflödet för den föreslagna vattenkraftinstallationen. Som visas i tabell 2 nedan är turbiner i stort sett uppdelade i tre grupper; högt, medelstort och lågt huvud och i två kategorier: impuls och reaktion.
Tabell 2: klassificering av turbintyper:
|
huvud tryck |
|||
|
turbin löpare |
hög |
Medium |
låg |
|
impuls |
|
|
|
|
reaktion |
|
|
|
skillnaden mellan impuls och reaktion kan förklaras helt enkelt genom att säga att impulsturbinerna omvandlar den kinetiska energin hos en vattenstråle i luft till rörelse genom att slå turbinhinkar eller blad – det finns ingen tryckreduktion eftersom vattentrycket är atmosfäriskt på båda sidor av pumphjulet. Bladen på en reaktionsturbin är å andra sidan helt nedsänkta i vattenflödet, och vattnets vinklade och linjära momentum omvandlas till axelkraft – vattentrycket som lämnar löparen reduceras till Atmosfäriskt eller lägre.
►gå till toppen
belastningsfaktor
belastningsfaktorn är den mängd effekt som används dividerat med den mängd effekt som är tillgänglig om turbinen skulle användas kontinuerligt. Till skillnad från teknik som bygger på kostsamma bränslekällor är ’bränslet’ för vattenkraftproduktion gratis och därför blir anläggningen mer kostnadseffektiv om den körs under en hög andel av tiden. Om turbinen endast används för hushållsbelysning på kvällarna kommer växtfaktorn att vara mycket låg. Om turbinen ger kraft till landsbygdsindustrin under dagen, möter den inhemska efterfrågan under kvällen och kanske pumpar vatten för bevattning på kvällen, kommer växtfaktorn att vara hög.
det är mycket viktigt att säkerställa en hög anläggningsfaktor om systemet ska vara kostnadseffektivt och detta bör beaktas under planeringsstadiet. Många system använder en dumpningsbelastning (tillsammans med en elektronisk lastregulator – se nedan), vilket i själva verket är ett energibehov med låg prioritet som kan acceptera överskottsenergi när ett överskott produceras, t.ex. vattenuppvärmning, lagringsvärmare eller lagringskokare.
lastkontrollguvernörer
vattenturbiner, som bensin-eller dieselmotorer, kommer att variera i hastighet när lasten appliceras eller avlastas. Även om det inte är ett så stort problem med maskiner som använder direktaxelkraft, kommer denna hastighetsvariation allvarligt att påverka både frekvens och spänningsutgång från en generator. Traditionellt förändrade komplexa hydrauliska eller mekaniska hastighetsregulatorer flödet när belastningen varierade, men nyligen har en elektronisk lastregulator (ELC) utvecklats vilket har ökat enkelheten och tillförlitligheten hos moderna mikrohydro-uppsättningar. ELC förhindrar hastighetsvariationer genom att kontinuerligt lägga till eller subtrahera en konstgjord belastning, så att turbinen i själva verket arbetar permanent under full belastning. En ytterligare fördel är att ELC inte har några rörliga delar, är mycket pålitlig och praktiskt taget underhållsfri. Tillkomsten av elektronisk lastkontroll har möjliggjort införandet av enkla och effektiva flerjeturbiner, som inte längre belastas av dyra hydrauliska regulatorer.
gå till toppen av sidan