Кои реки са подходящи за инсталиране на водни турбини? Как да изберете?

Ако наблизо до вашата къща има постоянно течащ поток или река, вероятно тя може да се използва като потенциална домашна електростанция. В сравнение със слънчевата и вятърната енергия, най-голямото предимство на хидроенергията е нейната стабилност: докато има воден поток, тя може да произвежда електричество през целия ден, без да се влияе от продължителността на слънчевата светлина и метеорологичните условия. Едно единствено инвестиране може да осигури доходи в продължение на години.

Обаче не всяка река е подходяща за инсталиране на водни турбини. Дали може да се инсталира водна турбина, какъв размер може да има и кой тип да се избере, в крайна сметка зависи от два основни параметъра.

Двата фактора, определящи капацитета за производство на електроенергия

Независимо от бранда или модела, капацитетът за производство на електроенергия на една водна турбина основно зависи само от два параметъра:

Напор: Вертикалното падане от точката на влизане на водата до точката на инсталация на водната турбина, измерено в метри (m). Колкото по-голямо е падането, толкова по-високо е водното налягане.

Поток: обемът вода, преминаваща за единица време, измерен в кубични метри в секунда (m³/s) или литри в секунда (L/s). 1 кубичен метър в секунда = 1000 L/s.

Изходната мощност може да се оцени чрез следната опростена формула:

Мощност (kW) ≈ 9,8 * Височина на водния стълб (m) * Поток (m³/s) * Ефективност

Ефективността обикновено се задава между 0,6 и 0,7, като това включва загубите на водна турбина самия генератор и триенето в тръбопровода за вода.

Например: при височина на водния стълб 20 m и поток 0,05 кубични метра в секунда (50 L/s) изчислената изходна мощност е приблизително 9,8 * 20 * 0,05 * 0,65 ≈ 6,4 kW, което е достатъчно за задоволяване на електроенергийните нужди на домакинството – осветление, хладилници, телевизори и водни помпи.

Както показва формулата, ако височината на водния стълб или потокът са твърде малки, изходната мощност рязко намалява. Затова дори когато скоростта на водния поток изглежда висока, след изчисление тя може да генерира само няколко стотици вата.

Три практически случая

Днес бихме искали да споделим с вас някои актуални решения за нашите последни клиенти, които да ви послужат като ориентир при избора на водна турбина.

1. Изобилно водоснабдяване, но тесен тръбопровод

Клиент се обърна към нас с въпрос относно водна турбина от 5 kW. Той ни информира, че напорът е 30 m. За да му предложим решение, все още са ни необходими реални данни, като например дебитът. След допълнително проучване установихме, че вече е монтирал водопроводна тръба с номинален диаметър DN50 и вътрешен диаметър 50 mm, но измереният дебит е само 3 L/s.

Използвахме изчислителната формула: 9.8 * 30 * 0.003 * 0.65 и изчислихме, че мощността е приблизително 500 W, което представлява само една десета от необходимите му 5 kW.

Ограничаващият фактор не е водната височина, а диаметърът на тръбата. По-тесната тръба води до по-висока скорост на течението на водата и по-големи загуби от триене по дължината на тръбата, което намалява налягането, когато водата достигне водната турбина. Този момент лесно се пропуска, защото впечатляващите данни за водната височина създават впечатление, че изходната мощност вече е гарантирана.

Предложихме му два варианта за избор: Първият вариант беше да се инсталира напорна тръба с по-голям диаметър и да се преоценява точката за вземане на вода, за да се увеличи дебитът и по този начин да се осигури необходимата изходна мощност за клиента. Обаче този вариант изискваше демонтаж на тръбите, които клиентът вече беше инсталирал, а обемът на строителните работи щеше да е относително голям. Другият вариант беше да се избере микро водна турбина с мощност между 500 W и 1 kW, базирана на съществуващите условия на обекта и вече инсталираните тръби.

2. Средно ниво на водния напор, типът на водната турбина определя крайния резултат

Друг клиент поиска информация за използване на водна турбина за захранване на жилищни сгради и рибни езера. Целевата мощност беше 10–15 kW, трите фази, 50 Hz, а водният напор на обекта беше 15 m.

Клиентът първоначално запитваше за наклонена водна турбина. Обаче, след като разбрахме условията за инсталиране на клиента, установихме проблем: при воден напор от 15 m максималната мощност на наклонената турбина беше 5 kW, а за постигане на 10 kW беше необходим минимум 30 m воден напор. Обектът на клиента не отговаряше на това изискване, затова трябваше да се избере друг тип водна турбина.

The водна турбина със смесен поток се оказа много подходяща за реалните нужди на клиента. Моделът 10 kW беше приложим при воден напор от 10 до 25 m, а препоръчителният диаметър на всмукателната тръба беше 200 mm, което почти идеално съответстваше на условията на обекта му.

Следователно, изборът на водна турбина не може да се основава единствено на номиналната мощност; първо трябва да се провери диапазонът на водния напор, съответстващ на тази номинална мощност.

3. Водният напор е близо до нула

Третият клиент описа малка река, протичаща през имота му. Водата течеше бавно и с много малко падение. Той попита дали може да се инсталира водна турбина. Първо трябва да се уточни истинското значение на „нулев воден напор“: дали наистина няма воден напор или има няколко сантиметра височинна разлика, която просто не е забележима? При движение по реката от горното й течение към долното течение обикновено се забелязват някои височинни разлики.

Ако резултатите от измерванията показват, че падът е по-малък от 0,5 m, а скоростта на течението — по-малка от 0,5 m/s, обикновено не препоръчваме инсталиране на водна турбина, тъй като монтирането на турбина, която не може да осигури очакваната мощност, не е изгодно за никоя от страните. В този случай има два възможни решения: може да се построи малка преграда, за да се създаде изкуствено малък пад, който ще осигури определени условия за хидравличен напор. Другата възможност е да се проучат местните слънчеви условия и да се разгледа преминаването към слънчева енергийна система.

Първата стъпка при определяне дали един поток е подходящ за производство на електроенергия винаги е измерването на хидравличния напор и скоростта на течението. Ако също така желаете да използвате близки потоци или реки за планиране на хидроелектрически проекти, моля, свържете се с нас, за да получите персонализирано решение.