Ποια ποτάμια είναι κατάλληλα για την εγκατάσταση υδροτουρμπινών; Πώς να επιλέξετε;

Εάν υπάρχει μια μόνιμη ρέουσα χείμαρρος ή ποταμός κοντά στο σπίτι σας, είναι πιθανό να αποτελεί δυνητικό οικιακό εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας. Σε σύγκριση με την ηλιακή και την αιολική ενέργεια, το μεγαλύτερο πλεονέκτημα της υδροηλεκτρικής ενέργειας είναι η σταθερότητά της: εφόσον υπάρχει ροή νερού, μπορεί να παράγει ηλεκτρική ενέργεια συνεχώς, χωρίς να επηρεάζεται από τη διάρκεια του ηλιακού φωτός ή τις καιρικές συνθήκες. Μία επένδυση μπορεί να αποφέρει αποδόσεις για χρόνια.

Ωστόσο, δεν κάθε ποταμός είναι κατάλληλος για την εγκατάσταση υδροτουρμπινών. Εάν μπορεί να εγκατασταθεί υδροτουρμπίνα, ποιο μέγεθος μπορεί να έχει και ποιο τύπο να επιλεχθεί εξαρτάται τελικά από δύο βασικές παραμέτρους.

Οι Δύο Παράγοντες που Καθορίζουν την Ισχύ Παραγωγής

Ανεξάρτητα από τη μάρκα ή το μοντέλο, η ισχύς παραγωγής μιας υδροτουρμπίνας εξαρτάται βασικά από μόνο δύο παραμέτρους:

Ύψος πτώσης (Head): Η κατακόρυφη πτώση από το σημείο εισόδου μέχρι το σημείο εγκατάστασης της υδροτουρμπίνας, μετρούμενη σε μέτρα (m). Όσο μεγαλύτερη είναι η πτώση, τόσο υψηλότερη είναι η πίεση του νερού.

Ροή: Ο όγκος του νερού που διέρχεται ανά μονάδα χρόνου, μετρούμενος σε κυβικά μέτρα ανά δευτερόλεπτο (m³/s) ή λίτρα ανά δευτερόλεπτο (L/s). 1 κυβικό μέτρο ανά δευτερόλεπτο = 1000 L/s.

Η έξοδος ισχύος μπορεί να εκτιμηθεί με τον ακόλουθο απλοποιημένο τύπο:

Ισχύς (kW) ≈ 9,8 * Ύψος πτώσης νερού (m) * Ρυθμός ροής (m³/s) * Απόδοση

Η απόδοση ορίζεται συνήθως στο 0,6–0,7, λαμβάνοντας υπόψη τις απώλειες του ροδακινή νερού ίδιου του εξοπλισμού και τις απώλειες τριβής στον αγωγό νερού.

Για παράδειγμα: με ύψος πτώσης 20 m και ρυθμό ροής 0,05 κυβικών μέτρων ανά δευτερόλεπτο (50 L/s), η εκτιμώμενη έξοδος ισχύος είναι περίπου 9,8 × 20 × 0,05 × 0,65 ≈ 6,4 kW, που είναι επαρκής για να καλύψει τις ανάγκες ηλεκτρικής ενέργειας οικιακών φωτιστικών, ψυγείων, τηλεοράσεων και αντλιών νερού.

Όπως φαίνεται στον τύπο, εάν το ύψος πτώσης ή ο ρυθμός ροής είναι πολύ μικρός, η έξοδος ισχύος μειώνεται δραματικά. Γι’ αυτόν τον λόγο, ακόμα κι αν η ταχύτητα ροής του νερού φαίνεται υψηλή, μετά τον υπολογισμό παράγεται μόνο εκατοντάδες βατ.

Τρεις πρακτικές περιπτώσεις

Σήμερα, θα θέλαμε να μοιραστούμε με εσάς ορισμένες πραγματικές λύσεις για τους πρόσφατους πελάτες μας, ώστε να σας υπηρετήσουν ως αναφορά κατά την επιλογή της υδροτούρμπινας.

1. Πλούσια παροχή νερού, αλλά στενός αγωγός

Ένας πελάτης επικοινώνησε μαζί μας για να ενημερωθεί σχετικά με μια υδροτούρμπινα 5 kW. Μας ενημέρωσε ότι το ύψος πτώσης του νερού ήταν 30 m. Για να του προτείνουμε μια λύση, χρειαζόμαστε ακόμη πραγματικά δεδομένα, όπως η παροχή. Μετά από περαιτέρω διερεύνηση, διαπιστώσαμε ότι είχε ήδη τοποθετήσει τον αγωγό νερού, χρησιμοποιώντας σωλήνα DN50 με εσωτερική διάμετρο 50 mm, αλλά η μετρηθείσα παροχή ήταν μόνο 3 L/s.

Χρησιμοποιήσαμε τον υπολογιστικό τύπο: 9,8 * 30 * 0,003 * 0,65 και υπολογίσαμε ότι η ισχύς ήταν περίπου 500 W, δηλαδή μόνο το ένα δέκατο των 5 kW που απαιτούσε.

Ο περιοριστικός παράγοντας δεν είναι το ύψος πτώσης του νερού, αλλά η διάμετρος του σωλήνα. Όσο στενότερος είναι ο σωλήνας, τόσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα ροής του νερού και τόσο μεγαλύτερες οι απώλειες λόγω τριβής κατά μήκος του σωλήνα, με αποτέλεσμα χαμηλότερη πίεση όταν το νερό φτάνει στην υδροτουρμπίνα. Αυτό το σημείο συχνά παραβλέπεται, επειδή τα εντυπωσιακά δεδομένα για το ύψος πτώσης δημιουργούν την εντύπωση ότι η εξόδους ισχύος είναι εγγυημένη.

Του προσφέραμε δύο επιλογές για επιλογή: Η πρώτη επιλογή ήταν η εγκατάσταση ενός σωλήνα πίεσης με μεγαλύτερη διάμετρο και η επαναξιολόγηση του σημείου εισαγωγής νερού για αύξηση της παροχής, προκειμένου να διασφαλιστεί η απαιτούμενη ισχύς εξόδου από τον πελάτη. Ωστόσο, αυτή η επιλογή θα απαιτούσε την αποσυναρμολόγηση των σωλήνων που ο πελάτης είχε ήδη εγκαταστήσει, και το φόρτο εργασίας κατασκευής θα ήταν σχετικά μεγάλος. Η άλλη επιλογή ήταν η επιλογή μιας μικροϋδροτουρμπίνας με ισχύ από 500 W έως 1 kW, βάσει των υφιστάμενων συνθηκών του χώρου και των ήδη εγκατεστημένων σωλήνων.

2. Μεσαίο ύψος πτώσης νερού, ο τύπος της υδροτουρμπίνας καθορίζει το τελικό αποτέλεσμα

Ένας άλλος πελάτης επιθυμούσε να χρησιμοποιήσει υδροτουρμπίνα για την παροχή ενέργειας σε κατοικίες και λίμνες εκτροφής ψαριών. Η επιθυμητή ισχύς ήταν 10–15 kW, τριφασική, 50 Hz, και το ύψος πτώσης νερού στον τοποθετητικό χώρο ήταν 15 m.

Ο πελάτης αρχικά ενδιαφέρθηκε για την πλάγια υδροτουρμπίνα. Ωστόσο, όταν εξετάσαμε τις συνθήκες εγκατάστασης του πελάτη, διαπιστώσαμε ένα πρόβλημα: σε ύψος πτώσης 15 m, η μέγιστη ισχύς της πλάγιας υδροτουρμπίνας ήταν 5 kW, ενώ για 10 kW απαιτείτο τουλάχιστον ύψος πτώσης 30 m. Ο τοποθετητικός χώρος του πελάτη δεν μπορούσε να πληροί αυτήν την απαίτηση, οπότε έπρεπε να επιλεχθεί άλλος τύπος υδροτουρμπίνας.

Ο υδροτουρμπίνα μικτής ροής ήταν πολύ κατάλληλη για τις πραγματικές ανάγκες του πελάτη. Το μοντέλο 10 kW ήταν κατάλληλο για εύρος ύψους πτώσης 10–25 m, και η συνιστώμενη διάμετρος του σωλήνα αναρρόφησης ήταν 200 mm, κάτι που ταίριαζε σχεδόν τέλεια με τις συνθήκες επιτόπου.

Επομένως, η επιλογή της υδροτουρμπίνας δεν μπορεί να βασίζεται αποκλειστικά στην ονομαστική ισχύ· πρέπει πρώτα να ελεγχθεί το εύρος υψομέτρου που αντιστοιχεί σε αυτήν την ονομαστική ισχύ.

3. Το ύψος υδροστατικής στήλης είναι κοντά στο μηδέν

Ο τρίτος πελάτης περιέγραψε ένα μικρό ποτάμι που διέρρεε την ιδιοκτησία του. Το νερό ρέει αργά και με πολύ μικρή υψομετρική διαφορά. Ρώτησε εάν ήταν δυνατή η εγκατάσταση υδροτουρμπίνας. Πρώτα απ’ όλα, είναι απαραίτητο να διευκρινιστεί η πραγματική σημασία του «μηδενικού ύψους υδροστατικής στήλης»: Υπάρχει πραγματικά μηδενικό ύψος υδροστατικής στήλης, ή υπάρχει μια υψομετρική διαφορά μερικών εκατοστών που απλώς δεν είναι εμφανής; Κατά τη διάρκεια περιπάτου κατά μήκος του ποταμού από την άνω ροή προς την κάτω ροή, συνήθως παρατηρούνται ορισμένες υψομετρικές διαφορές.

Εάν τα αποτελέσματα των μετρήσεων δείχνουν ότι η πτώση είναι μικρότερη των 0,5 m και η ταχύτητα ροής είναι μικρότερη των 0,5 m/s, συνήθως δεν συνιστούμε την εγκατάσταση υδροτροχού, επειδή η εγκατάσταση ενός υδροτροχού που δεν μπορεί να επιτύχει την αναμενόμενη εξόδου δεν είναι ευεργετική για καμία από τις δύο πλευρές. Σε αυτή την περίπτωση, υπάρχουν δύο εφικτές λύσεις: μπορεί να κατασκευαστεί ένα μικρό φράγμα χαμηλής υψομετρικής διαφοράς για να δημιουργηθεί τεχνητά μια μικρή πτώση, η οποία μπορεί να δημιουργήσει ορισμένες συνθήκες υδροστατικής πίεσης. Μια άλλη επιλογή είναι να εξεταστούν οι τοπικές συνθήκες ηλιακής ακτινοβολίας και να εξεταστεί η δυνατότητα μετάβασης σε σύστημα ηλιακής ενέργειας.

Το πρώτο βήμα για τον προσδιορισμό εάν ένας ποταμός είναι κατάλληλος για παραγωγή ενέργειας είναι πάντα η μέτρηση της υδροστατικής πίεσης και της ταχύτητας ροής. Εάν επιθυμείτε επίσης να αξιοποιήσετε γειτονικά ρέματα ή ποταμούς για σχεδιασμό υδροηλεκτρικής ενέργειας, μη διστάσετε να επικοινωνήσετε μαζί μας για να λάβετε μια προσαρμοσμένη λύση.