Slik Planlegger Du Et Mini-Vannkraftprosjekt
Scheme Components
Figur 1 viser hovedkomponentene i et run-of-the-river micro-hydro-system. Denne typen ordningen krever ingen vannlagring, men i stedet avleder noe av vannet fra elva som kanaliseres langs siden av en dal før de blir ‘droppet’ i turbinen via en rørledning. I figur 1 driver turbinen en generator som gir strøm til et verksted. Overføringslinjen kan utvides til en lokal landsby for å levere strøm til belysning og annen bruk.
det finnes ulike andre konfigurasjoner som kan brukes avhengig av topografiske og hydrologiske forhold, men alle vedta samme generelle prinsipp.
►Gå Til Toppen
Vann Til Watt
for å bestemme kraftpotensialet til vannet som strømmer i en elv eller strøm, er det nødvendig å bestemme både vannets strømningshastighet og hodet gjennom hvilket vannet kan gjøres til å falle. Strømningshastigheten er mengden vann som strømmer forbi et punkt i en gitt tid. Typiske strømningsenheter er liter per sekund eller kubikkmeter per sekund. Hodet er den vertikale høyden, i meter, fra turbinen opp til det punktet der vannet kommer inn i inntaksrøret eller rørledningen.
den potensielle effekten kan beregnes som: P = g * Q * H * feff
Eksempel:et sted med et hode på 10 meter, strøm på 300 liter / sek (= 0,3 m3/s) vil ha en potensiell effekt på 15 kW strøm:
10m/s2 * 0.3m3/s * 10m * 0,5 = 15m5 / s3= 15m5/s3 * 1000 kg / m3 (tetthet av vann)
= 15000 J / s
= 15000 W
= 15kw
Effekt i kW (P); Strømningshastighet i m3 /s (Q); Hode i M (H); Tyngdekraftskonstant = 9,81 m/s2 (g); Effektivitetsfaktor (feff) => 0.4 – 0.7 *
*Små vannturbiner har sjelden effektivitet bedre enn 80%. Generatorers effektivitet på ~ 90% og kraft vil også gå tapt i røret som fører vannet til turbinen, på grunn av friksjonstap. En grov guide som brukes til små systemer med noen få kW-vurdering, er å ta den totale effektiviteten som ca 50%. Dermed må den teoretiske kraften multipliseres med 0,50 for en mer realistisk figur
Hvis en maskin drives under andre forhold enn full belastning eller full strøm, må andre signifikante ineffektiviteter vurderes. Delstrøm og delbelastningsegenskaper for utstyret må være kjent for å vurdere ytelsen under disse forholdene. Det er alltid å foretrekke å kjøre alt utstyr til de nominelle designflyt – og lastforholdene, men det er ikke alltid praktisk eller mulig der elvestrømmen svinger gjennom året eller hvor daglige lastmønstre varierer betydelig.
avhengig av sluttbrukskravene til den genererte effekten, kan utgangen fra turbinakselen brukes direkte som mekanisk kraft eller turbinen kan kobles til en elektrisk generator for å produsere strøm. For mange landlige industrielle applikasjoner er akselkraft egnet
(for matbehandling som fresing eller oljeutvinning, sagbruk, snekkerverksted, småskala gruveutstyr, etc.), men mange applikasjoner krever konvertering til elektrisk kraft. For husholdningsbruk er elektrisitet foretrukket.
Dette kan gis enten:
- direkte til hjemmet via et lite elektrisk distribusjonssystem eller,
- dette systemet er vanlig der kostnadene for direkte elektrifisering er uoverkommelige på grunn av spredt bolig (og dermed et dyrt distribusjonssystem),
der en generator brukes vekselstrøm (a.c.) elektrisitet produseres normalt. Enkeltfasekraft er tilfredsstillende på små installasjoner opp til 20kW, men utover dette brukes 3-fasekraft til å redusere overføringstap og være egnet for større elektriske motorer. En ac strømforsyning må opprettholdes på en konstant 50 eller 60 sykluser / sekund for pålitelig drift av elektrisk utstyr ved hjelp av forsyningen. Denne frekvensen bestemmes av turbinens hastighet som må styres veldig nøyaktig.
►Gå Til Toppen
Egnede Forhold For Mikrokraft
de beste geografiske områdene for å utnytte småskala vannkraft er de der det er bratte elver som strømmer hele året, for eksempel bakken i land med høy nedbør året rundt, eller de store fjellkjedene og deres foten, Som Andes og Himalaya. Øyer med fuktige marine klima, Som De Karibiske Øyene, Filippinene og Indonesia, er også egnet. Low-head turbiner er utviklet for småskala utnyttelse av elver der det er et lite hode, men tilstrekkelig strøm for å gi tilstrekkelig kraft.
for å vurdere egnetheten til et potensielt sted, må hydrologien til stedet være kjent og en befaring utføres for å bestemme faktisk flyt og hodedata. Hydrologisk informasjon kan fås fra meteorologi eller vanning avdeling vanligvis drives av den nasjonale regjeringen. Disse dataene gir et godt samlet bilde av årlige regnmønstre og sannsynlige svingninger i nedbør og derfor strømningsmønstre. Områdeundersøkelsen gir mer detaljert informasjon om områdets forhold for å tillate strømberegning som skal gjøres og designarbeid for å begynne. Strømningsdata bør samles inn over en periode på minst ett helt år der det er mulig, for å fastslå svingningen i elvestrømmen over de ulike årstidene. Det finnes mange metoder for å utføre strømnings-og hodemålinger, og disse finnes i de aktuelle tekstene.
►Gå Til Toppen
Turbiner
en turbin omdanner energien i fallende vann til akselkraft. Det finnes ulike typer turbiner som kan kategoriseres på en av flere måter. Valget av turbin vil i hovedsak avhenge av tilgjengelig trykkhode og designflyt for den foreslåtte vannkraftinstallasjonen. Som vist i tabell 2 nedenfor, er turbiner stort sett delt inn i tre grupper; høy, middels og lavt hode, og i to kategorier: impuls og reaksjon.
Tabell 2: Klassifisering av turbintyper:
|
Hodet trykk |
|||
|
Turbine Runner |
Høy |
Middels |
Lav |
|
Impuls |
|
|
|
|
Reaksjon |
|
|
|
forskjellen mellom impuls og reaksjon kan forklares ganske enkelt ved å si at impulsturbiner konverterer den kinetiske energien til en vannstråle i luft til bevegelse ved å slå turbinskuffer eller blader – det er ingen trykkreduksjon da vanntrykket er atmosfærisk på begge sider av pumpehjulet. Bladene til en reaksjonsturbin, derimot, er helt nedsenket i vannstrømmen, og vinklet så vel som lineært momentum av vannet omdannes til akselkraft-trykket av vann som forlater løperen reduseres til atmosfærisk eller lavere.
►Gå Til Toppen
Fyllingsgrad
fyllingsgrad er mengden effekt som brukes dividert med mengden effekt som er tilgjengelig hvis turbinen skulle brukes kontinuerlig. I motsetning til teknologier som er avhengige av kostbare drivstoffkilder, er drivstoffet for vannkraftproduksjon gratis, og derfor blir anlegget mer kostnadseffektivt hvis det kjøres for en høy prosentandel av tiden. Hvis turbinen bare brukes til hjemmebelysning om kveldene, vil plantefaktoren være svært lav. Hvis turbinen gir strøm til landlig industri i løpet av dagen, møter innenlandsk etterspørsel om kvelden, og kanskje pumper vann til vanning om kvelden, så vil plantefaktoren være høy.
det er svært viktig å sikre en høy plantefaktor hvis ordningen skal være kostnadseffektiv og dette bør tas i betraktning i planleggingsstadiet. Mange ordninger bruker en ‘dump’ last (i forbindelse med en elektronisk lastregulator-se nedenfor), som effektivt er et lavt prioritert energibehov som kan akseptere overskuddsenergi når et overskudd produseres, for eksempel vannoppvarming, lagringsvarmere eller lagringskokere.
Lastreguleringsregulatorer
Vannturbiner, som bensin-eller dieselmotorer, vil variere i hastighet ettersom lasten påføres eller lindres. Selv om det ikke er et så stort problem med maskiner som bruker direkte akselkraft, vil denne hastighetsvariasjonen alvorlig påvirke både frekvens og spenningsutgang fra en generator. Tradisjonelt har komplekse hydrauliske eller mekaniske hastighetsregulatorer endret flyt ettersom lasten varierte, men nylig har en elektronisk lastregulator (ELC) blitt utviklet som har økt enkelheten og påliteligheten til moderne mikrohydrosett. ELC forhindrer hastighetsvariasjoner ved kontinuerlig å legge til eller trekke fra en kunstig belastning, slik at turbinen i virkeligheten arbeider permanent under full belastning. EN annen fordel er AT ELC ikke har bevegelige deler, er svært pålitelig og praktisk talt vedlikeholdsfri. Adventen av elektronisk lastkontroll har tillatt innføring av enkle og effektive multi-jet turbiner, ikke lenger belastet av dyre hydrauliske styringer.
►Gå Til Toppen