Výběr turbogenerátoru pro vodní elektrárnu: měření spádu a průtoku

Chcete-li zjistit, zda je řeka vhodná pro výrobu elektrické energie a jaký typ vodní turbíny je pro ni nejvhodnější, je třeba nejprve změřit dvě klíčové veličiny: spádu a průtok. Tyto dvě veličiny určují výkon výroby energie a jsou základem pro výběr a cenovou nabídku vodní turbíny.

Měření nepotřebuje odborné inženýry; stačí mobilní telefon a kbelík.

Měření spády

Spáda označuje svislý výškový rozdíl mezi vstupem a místem instalace vodní turbíny. Měří se v metrech. Rozlišujeme dvě druhy spády: hrubou spádu a čistou spádu.

Hrubá výška označuje svislý spád mezi hladinou vody v horním a dolním toku, tedy teoretický celkový výškový rozdíl; čistá výška naopak označuje skutečně využitelný spád vodní turbíny s generátorem. V důsledku třecích ztrát způsobených průtokem vody přivaděčovou rourou (tlakovou rourou) je čistá výška vždy o něco menší než hrubá výška. To je základem pro výpočet skutečné výroby elektrické energie.

Existují především tři běžně používané metody měření:

Mobilní aplikace – Výškoměr

Otevřete funkci měření nadmořské výšky na svém mobilním telefonu (na iPhone lze použít vestavěnou aplikaci „Kompas“; na telefonech s operačním systémem Android lze stáhnout bezplatnou aplikaci pro měření výšky). Zaznamenejte nadmořskou výšku v předem určeném místě odběru, poté se přesuňte do předem určeného místa instalace vodní turbíny a zaznamenejte výšku znovu. Rozdíl mezi těmito dvěma hodnotami je výška spádu vody. Tento postup trvá pouze asi dvě minuty. Pro snížení chyb lze provést několik měření a jejich průměr vypočítat.

Manometr

Pokud je vodovodní potrubí již nainstalováno, lze na jeho konci namontovat manometr. Uzavřete uzavírací kohout, aby se v potrubí zastavil tok vody. Naměřená hodnota v tomto okamžiku odpovídá přetlaku. Převodní vztah je: 1 bar ≈ 10 metrů vodního sloupce, 1 MPa ≈ 100 metrů vodního sloupce. Když je kohout otevřený a vodní turbína běží normálně, hodnota zobrazená na manometru představuje čistý vodní spád.

Nivelační zařízení nebo GPS

Pokud to dovolují podmínky na místě, je nejpřesnější metodou měření rozdílu hladin vody mezi horním a dolním tokem použití nivelačního přístroje. Alternativně lze k měření použít také GPS zařízení s funkcí měření nadmořské výšky.

Měření průtoku

Průtok označuje objem vody, který proteče daným průřezem za jednotku času; obvykle se udává v metrech krychlových za sekundu (m³/s) nebo litrech za sekundu (L/s). Pouze znalost průtoku umožňuje správně vybrat vhodný vodní turbogenerátor. V závislosti na velikosti vodního zdroje existují dvě praktické metody měření.

Kbelíková metoda: vhodná pro malé průtoky

U malých průtoků jde o nejjednodušší a nejpřesnější metodu:

● Vodu směrujte k jedinému výtokovému otvoru pomocí kamenů nebo dřevěných desek;

● Pod výtokový otvor umístěte kbelík známé kapacity a čas naplnění kbelíku změřte stopkou na mobilním telefonu;

● Průtok = kapacita kbelíku / čas naplnění (s).

Například pokud se kbelík o objemu 20 litrů naplní za 4 sekundy, je průtok 20 / 4 = 5 L/s. Je důležité poznamenat, že pro získání přesnějšího a spolehlivějšího výsledku je třeba provést několik měření a jejich průměr.

Metoda průřezu: Použitelná u větších vodních toků

Pokud je průtok příliš vysoký a použití kbelíku je nepraktické, lze k měření průtoku vody použít metodu průřezu (a tato situace je také velmi vhodná pro použití většího vodního turbogenerátoru):

● Změřte průřezovou plochu: Vynásobte šířku koryta hloubkou vody, abyste získali plochu A (m²). Pokud má koryto nepravidelný tvar a jeho měření je obtížné, lze ho rozdělit na několik částí, změřit každou zvlášť a poté výsledky sečíst.

● Změřte rychlost proudu: Vhoďte do povrchu vody listy nebo jiné plavoucí předměty a zaznamenejte čas, který jim trvá, než urazí určitou vzdálenost (např. 10 m). Vydělte vzdálenost časem, abyste získali rychlost proudu V (m/s).

● Vzorec pro výpočet průtoku je: Q = průřezová plocha A × rychlost proudu V.

Stejně tak by mělo být provedeno několik měření a jejich výsledky by měly být zprůměrovány.

Po změření spády vody a průtoku vám můžeme data předložit a vybereme pro vás nejvhodnější vodní turbogenerátor.