Pienvesivoimahankkeen suunnittelu
järjestelmän osat
kuvassa 1 esitetään jokivesistöohjelman pääkomponentit. Tällainen järjestelmä ei edellytä veden varastointia, vaan se ohjaa osan joesta, joka johdetaan laakson reunaa pitkin ennen kuin se ”pudotetaan” turbiiniin penstockin kautta. Kuvassa 1 turbiini käyttää generaattoria, joka tuottaa sähköä korjaamolle. Voimajohdon voi laajentaa paikalliseen kylään toimittamaan kotitalousvoimaa valaistukseen ja muuhun käyttöön.
on olemassa useita muita konfiguraatioita, joita voidaan käyttää riippuen topografisista ja hydrologisista olosuhteista, mutta kaikki noudattavat samaa yleisperiaatetta.
►Siirry alkuun
vesi watteina
joessa tai purossa virtaavan veden tehopotentiaalin määrittämiseksi on tarpeen määrittää sekä veden virtausnopeus että pää, jonka läpi vesi voidaan saada laskemaan. Virtausnopeus on veden määrä, joka virtaa pisteen ohi tiettynä aikana. Tyypilliset virtausnopeusyksiköt ovat litraa sekunnissa tai kuutiometriä sekunnissa. Pää on pystysuora korkeus metreinä turbiinista siihen kohtaan, jossa vesi tulee imuputkeen tai penstockiin.
potentiaaliteho voidaan laskea seuraavasti: P = G * Q * H * feff
esimerkki: paikassa, jonka pää on 10 metriä, virtaus 300 litraa sekunnissa (= 0,3 m3/s) potentiaaliteho on 15 kW sähkö:
10m/s2 * 0, 3m3 / s * 10m * 0,5 = 15m5 / s3= 15m5/S3 * 1000 kg/m3 (veden tiheys)
= 15000 J /s
= 15000 W
= 15kw
teho kW (P); virtaus m3 / s (Q); Pää m (H); Painovoimavakio = 9,81 m / s2 (g); Hyötysuhdekerroin (feff)) => 0.4 – 0.7 *
* pienten vesiturbiinien hyötysuhde on harvoin parempi kuin 80%. Generaattoreiden hyötysuhde ~ 90% ja teho menetetään myös putkessa, joka kuljettaa vettä turbiiniin, johtuen kitkahäviöistä. Karkeana ohjeena pienille muutaman kilowatin järjestelmille on pitää kokonaishyötysuhdetta noin 50%: na. Näin ollen teoreettinen teho on kerrottava 0,50: llä, jotta saadaan realistisempi luku
, jos konetta käytetään muissa olosuhteissa kuin täydellä kuormalla tai täydellä virtauksella, on otettava huomioon muita merkittäviä tehottomuuksia. Laitteiden osavirtaus-ja osakuorma-ominaisuudet on tunnettava suorituskyvyn arvioimiseksi näissä olosuhteissa. On aina suositeltavaa käyttää kaikkia laitteita mitoitetuissa mitoitetuissa virtaus-ja kuormitusolosuhteissa, mutta se ei ole aina käytännöllistä tai mahdollista, jos joen virtaus vaihtelee ympäri vuoden tai jos päivittäiset kuormitusmallit vaihtelevat huomattavasti.
tuotetun tehon loppukäyttövaatimuksista riippuen turbiiniakselin ulostuloa voidaan käyttää suoraan mekaanisena voimana tai turbiini voidaan kytkeä sähkögeneraattoriin sähkön tuottamiseksi. Moniin maaseudun teollisiin sovelluksiin akseliteho soveltuu
(elintarviketeollisuuteen, kuten jyrsintään tai öljynporaukseen, sahalle, puusepänverstaalle, pienimuotoiseen kaivoslaitteistoon jne.), mutta monet sovellukset vaativat muuntamista sähkövoimaksi. Kotimaisissa käyttökohteissa suositaan sähköä.
tämä voidaan antaa joko:
- suoraan kotiin pienen sähkönjakelujärjestelmän kautta tai,
- voidaan toimittaa avulla akkuja, jotka palautetaan määräajoin power house ladattavaksi – tämä järjestelmä on yleinen, jos kustannukset suora sähköistys on kohtuuttomia, koska hajallaan asuminen (ja siten kallis jakelujärjestelmä),
kun generaattoria käytetään, tuotetaan tavallisesti vaihtovirta (a.c.) sähköä. Yksivaiheinen teho on tyydyttävä pienissä asennuksissa aina 20kW: iin asti, mutta tämän jälkeen 3-vaiheista tehoa käytetään siirtohäviöiden vähentämiseen ja suurempien sähkömoottoreiden käyttöön. A. c. – virtalähteen on oltava jatkuvasti 50 tai 60 sykliä sekunnissa, jotta kaikki virtalähdettä käyttävät sähkölaitteet voivat toimia luotettavasti. Tämä taajuus määräytyy turbiinin nopeuden mukaan, jota on hallittava hyvin tarkasti.
►Siirry alkuun
soveltuvat olosuhteet Mikrovesivoimalle
parhaat maantieteelliset alueet pienvesivoiman hyödyntämiseksi ovat ne, joissa on jyrkkiä jokia, jotka virtaavat ympäri vuoden, esimerkiksi sellaisten maiden vuoristoalueet, joissa sataa paljon ympäri vuoden, tai suuret vuoristot ja niiden juurella olevat vuoristot, kuten Andit ja Himalaja. Myös saaret, joilla on kostea meri-ilmasto, kuten Karibian saaret, Filippiinit ja Indonesia, ovat sopivia. Matalapäämoottoreita on kehitetty pienimuotoiseen hyödyntämiseen joissa on pieni pää mutta riittävä virtaus riittävän tehon tuottamiseksi.
mahdollisen kasvupaikan soveltuvuuden arvioimiseksi on tunnettava alueen hydrologia ja tehtävä paikkatutkimus todellisten virtaama-ja päätietojen määrittämiseksi. Hydrologisia tietoja saa yleensä maan hallituksen ylläpitämältä meteorologiselta tai kasteluosastolta. Tämä aineisto antaa hyvän kokonaiskuvan vuotuisista sateista ja todennäköisistä sademäärien ja siten virtaamien vaihteluista. Työmaaselvityksessä annetaan tarkempaa tietoa työmaan olosuhteista, jotta teholaskenta voidaan tehdä ja suunnittelutyö aloittaa. Virtaamatiedot olisi kerättävä mahdollisuuksien mukaan vähintään yhden kokonaisen vuoden ajalta, jotta voidaan selvittää virtaaman vaihtelu eri vuodenaikoina. Virtauksen ja pään mittaamiseen on monia menetelmiä, jotka löytyvät asiaa koskevista teksteistä.
►Siirry alkuun
turbiinit
turbiini muuntaa putoavan veden energian akselivoimaksi. On olemassa erilaisia turbiini, joka voidaan luokitella yhdellä monista tavoista. Turbiinin valinta riippuu pääasiassa käytettävissä olevasta painepäästä ja ehdotetun vesivoimalaitoksen suunnitteluvirrasta. Kuten alla olevasta taulukosta 2 käy ilmi, turbiinit jaetaan karkeasti kolmeen ryhmään: ylä -, keski-ja matalapää sekä kahteen luokkaan: impulssi ja reaktio.
Taulukko 2: turbiinityyppien luokittelu:
|
pään paine |
|||
|
Turbine Runner |
Korkea |
keskitaso |
Matala |
|
impulssi |
|
|
|
|
reaktio |
|
|
|
impulssin ja reaktion välinen ero voidaan selittää yksinkertaisesti toteamalla, että impulssiturbiinit muuttavat ilmassa olevan vesisuihkun liike – energian liikkeeksi iskemällä turbiinin kauhoja tai teriä-painetta ei vähennetä, koska veden paine on ilmakehän molemmin puolin juoksupyörää. Reaktioturbiinin lavat sen sijaan upotetaan kokonaan veden virtaukseen, ja veden kulma – sekä lineaarimomentti muunnetaan akselivoimaksi-juoksijasta lähtevän veden paine laskee ilmakehään tai alemmaksi.
►Siirry alkuun
kuormituskerroin
kuormituskerroin on käytetyn tehon määrä jaettuna sillä teholla, joka on käytettävissä, jos turbiinia käytetään jatkuvasti. Toisin kuin kalliisiin polttoainelähteisiin nojaavat teknologiat, vesivoimatuotannon ”polttoaine” on ilmaista, ja siksi voimalasta tulee kustannustehokkaampi, jos sitä käytetään suuren osan ajasta. Jos turbiinia käytetään vain kotivalaistukseen iltaisin, niin laitoskerroin on hyvin alhainen. Jos turbiini tuottaa sähköä maaseudun teollisuudelle päivällä, täyttää kotimaisen kysynnän illalla ja ehkä pumppaa kasteluvettä illalla, niin laitoskerroin on korkea.
on erittäin tärkeää varmistaa korkea laitoskerroin, jotta järjestelmä olisi kustannustehokas, ja tämä olisi otettava huomioon suunnitteluvaiheessa. Monissa järjestelmissä käytetään ”kaatokuormaa” (yhdessä elektronisen kuormansäätimen kanssa – ks.jäljempänä), joka on itse asiassa alhaisen prioriteetin energiantarve, joka voi ottaa vastaan ylijäämäenergiaa, kun ylimääräistä tuotetaan, kuten vedenlämmitys, varauslämmittimet tai Liedet.
Kuormansäätöventtiilit
vesiturbiinien, kuten bensiini-tai dieselmoottoreiden, nopeus vaihtelee kuormaa kohdistettaessa tai kevennettäessä. Vaikka ei ole niin suuri ongelma koneissa, jotka käyttävät suoraa akselitehoa, tämä nopeuden vaihtelu vaikuttaa vakavasti sekä taajuus-että jännitelähtöön generaattorista. Perinteisesti monimutkaiset hydrauliset tai mekaaniset nopeudensäätimet muuttivat virtausta kuorman vaihdellessa, mutta viime aikoina on kehitetty elektroninen kuormansäädin (ELC), joka on lisännyt nykyaikaisten mikro-hydrosarjojen yksinkertaisuutta ja luotettavuutta. ELC estää nopeuden vaihtelut lisäämällä tai vähentämällä jatkuvasti keinotekoista kuormitusta niin, että turbiini toimii jatkuvasti täydellä kuormituksella. Lisäetuna on, että ELC: ssä ei ole liikkuvia osia, se on erittäin luotettava ja käytännössä huoltovapaa. Sähköisen kuormanohjauksen tulo on mahdollistanut yksinkertaisten ja tehokkaiden monisuihkuturbiinien käyttöönoton, joita kalliit hydrauliset säätimet eivät enää rasita.
►mene kärkeen