Auswahl eines Wasserturbinengenerators: Messung von Fallhöhe und Durchflussmenge

Um zu bestimmen, ob ein Fluss für die Stromerzeugung geeignet ist und welche Leistung einer Wasserkraftturbine angemessen ist, müssen zunächst zwei entscheidende Daten gemessen werden: Förderhöhe und Durchflussmenge. Diese beiden Werte bestimmen die Stromerzeugungsleistung und bilden die Grundlage für die Auswahl und Preisangabe der Wasserkraftturbine.

Die Messung erfordert keine Fachingenieure; lediglich ein Mobiltelefon und ein Eimer sind notwendig.

Förderhöhenmessung

Förderhöhe bezeichnet die vertikale Höhendifferenz zwischen dem Einlass und dem Installationsort der Wasserkraftturbine. Sie wird in Metern angegeben. Es gibt zwei Arten von Förderhöhe: Bruttoförderhöhe und Nettförderhöhe.

Bruttogefälle bezeichnet den vertikalen Höhenunterschied zwischen dem oberstrom- und dem unterstromseitigen Wasserspiegel, also die theoretische Gesamthöhe; während das Nettogefälle die tatsächlich nutzbare Fallhöhe für die Wasserturbinen-Generator-Anlage angibt. Aufgrund der Reibungsverluste, die durch den Wasserfluss in der Zuleitung (Druckrohrleitung) entstehen, ist das Netto-Fallgefälle stets etwas geringer als das Brutto-Fallgefälle. Dies bildet die Grundlage für die Berechnung der tatsächlichen Stromerzeugung.

Es gibt hauptsächlich drei gängige Messmethoden:

Smartphone-App – Höhenmesser

Öffnen Sie die Höhenmessfunktion auf Ihrem Mobiltelefon (bei iPhones kann die integrierte App „Kompass“ verwendet werden; bei Android-Handys kann eine kostenlose Höhenmesser-App heruntergeladen werden). Notieren Sie die Höhe am vorgegebenen Entnahmepunkt, gehen Sie dann zum vorgegebenen Installationsort der Wasserturbine und notieren Sie die Höhe erneut. Die Differenz zwischen beiden Messwerten entspricht der Fallhöhe. Dieser Vorgang dauert nur etwa zwei Minuten. Mehrfache Messungen und deren Mittelwertbildung können Messfehler reduzieren.

Druckmessgerät

Falls die Wasserleitung bereits installiert ist, kann ein Manometer am Leitungsende angebracht werden. Schließen Sie das Ventil, um den Wasserfluss in der Leitung zu stoppen. Die angezeigte Messung entspricht dann dem Überdruck. Die Umrechnungsbeziehung lautet: 1 bar ≈ 10 Meter Fallhöhe, 1 MPa ≈ 100 Meter Fallhöhe. Wenn das Ventil geöffnet ist und die Wasserturbine normal läuft, zeigt das Manometer die nutzbare Fallhöhe an.

Nivelliergerät oder GPS

Falls die vor Ort gegebenen Bedingungen es zulassen, ist die Verwendung einer Wasserstandsmesslatte zur Bestimmung der Wasserstandsdifferenz zwischen Ober- und Unterlauf die genaueste Methode. Alternativ kann auch ein GPS-Gerät mit Höhenmessfunktion zur Messung eingesetzt werden.

Durchflussmessung

Der Durchfluss bezeichnet das Wasservolumen, das pro Zeiteinheit durchfließt, und wird üblicherweise in Kubikmetern pro Sekunde (m³/s) oder Litern pro Sekunde (L/s) angegeben. Nur bei bekanntem Durchfluss lässt sich die geeignete Wasserkraftturbogeneratoren-Auswahl treffsicherer treffen. Je nach Größe der Wasserquelle gibt es zwei praktikable Messmethoden.

Eimer-Methode: Geeignet für kleine Durchflüsse

Bei kleinem Durchfluss ist dies die einfachste und genaueste Methode:

● Leiten Sie das Wasser mithilfe von Steinen oder Holzbrettern zu einer einzigen Austrittsstelle;

● Stellen Sie unterhalb der Austrittsstelle einen Eimer mit bekanntem Fassungsvermögen auf und messen Sie mit der Stoppuhrfunktion eines Mobiltelefons die Zeit bis zur vollständigen Füllung des Eimers;

● Durchfluss = Fassungsvermögen des Eimers / Füllzeit (s).

Zum Beispiel, wenn ein 20-Liter-Eimer in 4 Sekunden gefüllt werden kann, beträgt die Durchflussrate 20 / 4 = 5 L/s. Es ist wichtig zu beachten, dass mehrere Messungen durchgeführt und gemittelt werden sollten, um ein genaueres und zuverlässigeres Ergebnis zu erhalten.

Querschnittsmethode: Anwendbar bei größeren Wasserströmungskanälen

Wenn die Durchflussrate zu hoch ist und die Verwendung eines Eimers unpraktisch wird, kann die Querschnittsmethode zur Messung der Wasser-Durchflussrate eingesetzt werden (und diese Situation eignet sich ebenfalls sehr gut für den Einsatz eines größeren Wasserkraftgenerators):

● Querschnittsfläche messen: Multiplizieren Sie die Breite des Kanals mit der Wassertiefe, um die Fläche A (m²) zu erhalten. Falls die Form des Kanals unregelmäßig ist und sich daher schwer messen lässt, kann sie in mehrere Teile unterteilt, einzeln gemessen und anschließend addiert werden.

● Messen Sie die Fließgeschwindigkeit: Geben Sie Blätter oder andere schwimmende Objekte auf die Wasseroberfläche und messen Sie die Zeit, die sie benötigen, um eine bestimmte Strecke (z. B. 10 m) zurückzulegen. Teilen Sie die Strecke durch die Zeit, um die Fließgeschwindigkeit V (m/s) zu erhalten.

● Die Formel zur Berechnung des Durchflussvolumens lautet: Q = Querschnittsfläche A × Fließgeschwindigkeit V.

Ebenso sollten hier ebenfalls mehrere Messungen durchgeführt und gemittelt werden.

Nach der Messung von Wasserhöhe und Durchfluss können wir Ihnen die Daten präsentieren und wählen für Sie den am besten geeigneten Wasserkraft-Generator aus.