Hvilke floder er egnet til installation af vandturbiner? Hvordan vælger man?

Hvis der er en åben strøm eller flod i nærheden af dit hjem, er det sandsynligvis et potentiel sted til en privat kraftstation. I forhold til sol- og vindenergi er den største fordel ved vandkraft dens stabilitet: Så længe der er vandstrøm, kan den generere elektricitet døgnet rundt uden at blive påvirket af sollysets varighed eller vejrforholdene. Én investering kan give årslange afkast.

Der er dog ikke alle floder, der er egnet til installation af vandturbiner. Om en vandturbine kan installeres, hvilken størrelse den kan have og hvilken type der skal vælges, afhænger endeligt af to grundlæggende parametre.

De to faktorer, der bestemmer effektopstillingen

Uanset mærke eller model afhænger effektopstillingen fra en vandturbine i princippet kun af to parametre:

Faldhøjde: Den lodrette afstand fra indtaget til vandturbinens installationssted, målt i meter (m). Jo større faldhøjden er, jo højere er vandtrykket.

Strømningshastighed: Volumen af vand, der passerer et givet sted pr. tidsenhed, målt i kubikmeter pr. sekund (m³/s) eller liter pr. sekund (L/s). 1 kubikmeter pr. sekund = 1000 L/s.

Udgangseffekten kan estimeres ved hjælp af følgende forenklede formel:

Effekt (kW) ≈ 9,8 * Vandsøjlehøjde (m) * Strømningshastighed (m³/s) * Virkningsgrad

Virkningsgraden sættes typisk til 0,6–0,7, hvilket tager hensyn til tabene i vandturbine selv og til friktions-tabene i vandrøret.

Eksempel: Ved en vandsøjlehøjde på 20 m og en strømningshastighed på 0,05 kubikmeter pr. sekund (50 L/s) er den estimerede udgangseffekt ca. 9,8 × 20 × 0,05 × 0,65 ≈ 6,4 kW, hvilket er tilstrækkeligt til at dække el-forbruget fra husstandens belysning, køleskabe, tv-apparater og vandpumper.

Som vist i formlen falder udgangseffekten kraftigt, hvis vandsøjlehøjden eller strømningshastigheden er for lav. Derfor kan selv en hurtig vandstrøm efter beregning kun generere nogle hundrede watt effekt.

Tre praktiske eksempler

I dag vil vi gerne dele nogle reelle løsninger for vores seneste kunder med dig, så du kan bruge dem som reference, når du vælger en vandturbin.

1. Rigelig vandforsyning, men smal rørledning

En kunde henvendte sig til os for at spørge om en 5 kW vandturbin. Han oplyste, at vandhøjden var 30 m. Vi har dog stadig brug for faktiske data, såsom strømningshastigheden, for at kunne give ham en løsning. Ved yderligere afklaring fremgik det, at han allerede havde lagt vandrørledningen, der bruger et DN50-rør med en indvendig diameter på 50 mm, men den målte strømningshastighed var kun 3 L/s.

Vi brugte beregningsformlen: 9,8 * 30 * 0,003 * 0,65 og beregnede, at effekten var cirka 500 W, hvilket kun udgør en tiendedel af de 5 kW, han havde brug for.

Begrænsningsfaktoren er ikke vandhøjden, men rørdiameteren. Jo smallere røret er, jo hurtigere er vandstrømmens hastighed, og jo større er friktions-tabet langs rørets længde, hvilket resulterer i lavere tryk, når vandet når vandturbinen. Dette punkt overses ofte, fordi imponerende vandhøjdedata giver indtryk af, at effekten allerede er sikret.

Vi fremlagde to muligheder for ham at vælge mellem: Den første mulighed var at installere et trykrør med større diameter og genoverveje indtagets placering for at øge strømningshastigheden, så den krævede effekt kunne sikres. Denne mulighed ville dog kræve, at kunden demonterede de rør, han allerede havde installeret, og arbejdsmængden ville være relativt stor. Den anden mulighed var at vælge en mikrovandturbin med en effekt på 500 W til 1 kW baseret på de eksisterende forhold på stedet og de allerede installerede rør.

2. Mellemvandshøjde: Vandturbinens type afgør det endelige resultat

En anden kundes forespørgsel drejede sig om at bruge en vandturbine til at drive boliger og fiskeponder. Måleffekten var 10–15 kW, trefaset, 50 Hz, og vandhøjden på stedet var 15 m.

Kunden forespurgte oprindeligt om en skråstillet vandturbineenhed. Når vi imidlertid forstod kundens installationsforhold, opdagede vi et problem: Ved en vandhøjde på 15 m var den maksimale effekt for den skråstillede turbinenhed 5 kW, og der krævedes mindst en vandhøjde på 30 m for at opnå 10 kW. Kundens installationssted kunne ikke opfylde denne betingelse, så der skulle vælges en anden type vandturbine.

Den mixed-flow vandturbine var meget velegnet til kundens faktiske behov. Modellen på 10 kW kunne anvendes ved en vandhøjde på 10–25 m, og den anbefalede sugerrør-diameter var 200 mm – hvilket næsten perfekt matchede hans lokale forhold.

Derfor kan valget af vandturbinen ikke udelukkende baseres på den nominelle effekt; man skal først kontrollere det tilsvarende vandfaldsområde for denne nominelle effekt.

3. Vandfaldet er tæt på nul

Den tredje kunde beskrev en lille flod, der løb gennem hans ejendom. Vandet strømmede langsomt og med en meget lille faldhøjde. Han spurgte, om en vandturbin kunne installeres. Først skal man afklare den egentlige betydning af "nul vandfald": Er der virkelig intet vandfald, eller er der et par centimeter højdeforskel, som blot ikke er tydelig? Når man går langs floden fra opstrøms til nedstrøms, bemærker man normalt nogle højdeforskelle.

Hvis måleresultaterne viser, at faldet er mindre end 0,5 m og strømningshastigheden er mindre end 0,5 m/s, anbefaler vi normalt ikke installation af en vandturbin, fordi det ikke er fordelagtigt for nogen af parterne at installere en turbin, der ikke kan opnå den forventede effekt. I dette tilfælde findes der to mulige løsninger: Der kan opføres en lille overfaldsdæmning for at skabe et kunstigt lille fald, hvilket kan skabe visse vandhøjdeforhold. En anden mulighed er at undersøge de lokale sollysforhold og overveje at skifte til et solenergisystem.

Det første trin i at afgøre, om en flod er egnet til elproduktion, er altid at måle vandhøjden og strømningshastigheden. Hvis du også ønsker at udnytte nærliggende bække eller floder til vandkraftplanlægning, er du velkommen til at kontakte os for at få en skræddersyet løsning.