Které řeky jsou vhodné pro instalaci vodních turbín? Jak vybrat?

Pokud je poblíž vašeho domu trvalý tekoucí potok nebo řeka, pravděpodobně se jedná o potenciální domácí elektrárnu. Ve srovnání se sluneční a větrnou energií má vodní energie největší výhodu: stabilitu – dokud teče voda, může vyrábět elektřinu po celý den, bez ohledu na délku světelného dne a počasí. Jednorázová investice může přinést roky návratu.

Ne každá řeka je však vhodná pro instalaci vodních turbín. Zda lze vodní turbínu instalovat, jak velkou lze zvolit a který typ zvolit, závisí nakonec na dvou základních parametrech.

Dva faktory určující výkon výroby elektřiny

Bez ohledu na značku nebo model závisí výkon výroby elektřiny vodní turbíny v podstatě pouze na dvou parametrech:

Spád: Vertikální výškový rozdíl mezi místem odběru vody a místem instalace vodní turbíny, měřený v metrech (m). Čím je rozdíl větší, tím je vyšší tlak vody.

Průtok: množství vody, které proteče za jednotku času, měřené v metrech krychlových za sekundu (m³/s) nebo litrech za sekundu (L/s). 1 metr krychlový za sekundu = 1000 L/s.

Výstupní výkon lze odhadnout pomocí následujícího zjednodušeného vzorce:

Výkon (kW) ≈ 9,8 × výška spádu vody (m) × průtok (m³/s) × účinnost

Účinnost je obvykle nastavena na 0,6 až 0,7, což zohledňuje ztráty vodní turbína samotného zařízení a třecí ztráty ve vodovodním potrubí.

Například: při výšce spádu vody 20 m a průtoku 0,05 metru krychlového za sekundu (50 L/s) činí odhadovaný výstupní výkon přibližně 9,8 × 20 × 0,05 × 0,65 ≈ 6,4 kilowattu, což je dostatečné pro pokrytí spotřeby elektřiny v domácnosti – osvětlení, chladničky, televize a vodní čerpadla.

Jak ukazuje vzorec, pokud je výška spádu vody nebo průtok příliš malý, výstupní výkon prudce klesne. Proto i tehdy, když se rychlost toku vody zdá být vysoká, po provedení výpočtu lze vygenerovat pouze několik set wattů.

Tři praktické případy

Dnes bychom vám rádi představili některá skutečná řešení pro naše nedávné klienty, která vám mohou sloužit jako orientační příklad při výběru vodní turbíny.

1. Hojný přísun vody, ale úzký potrubní průřez

Zákazník se na nás obrátil s dotazem na vodní turbínu o výkonu 5 kW. Uvedl, že spád vody činí 30 m. Pro poskytnutí vhodného řešení jsme stále potřebovali skutečná data, například průtok. Dalším vyšetřováním jsme zjistili, že vodní potrubí již má položené – použil trubku DN50 s vnitřním průměrem 50 mm, avšak naměřený průtok činil pouze 3 L/s.

Použili jsme výpočtový vzorec: 9,8 * 30 * 0,003 * 0,65, a vypočítali jsme výkon přibližně 500 W, což je pouze jedna desetina požadovaných 5 kW.

Omezujícím faktorem není výška spádu, ale průměr potrubí. Čím užší je potrubí, tím vyšší je rychlost proudění vody a tím větší jsou třecí ztráty po délce potrubí, což vede k nižšímu tlaku vody v místě, kde dosáhne vodní turbíny. Tento bod se snadno přehlédne, protože impresivní údaje o výšce spádu vytvářejí dojem, že výstupní výkon je již zaručen.

Nabídli jsme mu dvě možnosti pro výběr: První možnost spočívala v instalaci tlakového potrubí většího průměru a opětovném posouzení místa odběru vody za účelem zvýšení průtoku, čímž by byl zajištěn požadovaný výstupní výkon. Tato možnost by však vyžadovala demontáž potrubí, která zákazník již nainstaloval, a stavební práce by byly poměrně rozsáhlé. Druhou možností bylo vybrat mikro vodní turbínu s výkonem v rozmezí 500 W až 1 kW na základě stávajících podmínek lokality a již nainstalovaných potrubí.

2. Střední výška spádu, typ vodní turbíny určuje konečný výsledek

Jiný zákazník se ptal, zda lze vodní turbínu použít k napájení rodinných domů a rybničních nádrží. Požadovaný výkon byl 10–15 kW, třífázový, 50 Hz, a výška spádu na místě činu činila 15 m.

Zákazník původně vyžadoval šikmou vodní turbínu. Po podrobném posouzení podmínek instalace jsme však zjistili problém: při výšce spádu 15 m dosahuje šikmá turbína maximálního výkonu pouze 5 kW; pro výkon 10 kW je nutná minimální výška spádu 30 m. Na staveništi zákazníka nebylo možné tuto podmínku splnit, a proto bylo nutné zvolit jiný typ vodní turbíny.

The turbína smíšeného průtoku byla velmi vhodná pro skutečné potřeby zákazníka. Model o výkonu 10 kW je vhodný pro rozsah výšky spádu 10 až 25 m a doporučený průměr sacího potrubí je 200 mm, což téměř dokonale odpovídalo podmínkám na jeho staveništi.

Výběr vodní turbíny tedy nesmí být založen pouze na jmenovitém výkonu; nejprve je nutné zkontrolovat rozsah spádů, který tomuto jmenovitému výkonu odpovídá.

3. Spád je téměř nulový

Třetí zákazník popsal malou řeku protékající jeho pozemkem. Voda tekla pomalu a s velmi malým spádem. Zeptal se, zda lze instalovat vodní turbínu. Nejprve je nutné upřesnit skutečný význam výrazu „nulový spád“: Je skutečně žádný spád, nebo existuje několik centimetrů výškového rozdílu, který je prostě nepatrný? Při chůzi podél řeky z proudu nahoru k proudu dolů si člověk obvykle nějaký výškový rozdíl všimne.

Pokud měření ukáže, že spád je menší než 0,5 m a průtok je menší než 0,5 m/s, obvykle nedoporučujeme instalovat vodní turbínu, protože instalace turbíny, která nedosáhne očekávaného výkonu, není pro žádnou ze stran výhodná. V tomto případě existují dvě proveditelná řešení: lze postavit malou přehradu (příčku), která uměle vytvoří malý spád a tím zajistí určité podmínky vodního tlaku. Druhou možností je zjistit místní sluneční podmínky a zvážit přechod na solární systém.

Prvním krokem při posuzování vhodnosti řeky pro výrobu elektrické energie je vždy měření vodního tlaku (spádu) a průtoku. Pokud také chcete využít blízké potoky nebo řeky pro plánování vodní elektrárny, neváhejte se na nás obrátit, abyste získali přizpůsobené řešení.