Mihin jokiin voidaan asentaa vesiturbiineja? Miten valita?

Jos kotitaloudessasi on vuosittain virtaava joki tai virta, se voi olla potentiaalinen kotivoimalaitos. Vertailussa aurinko- ja tuulienergiaan vesivoiman suurin etu on sen vakaus: kunnes vettä virtaa, se tuottaa sähköä koko päivän, eikä sitä vaivaa auringonpaiston kesto tai sääolosuhteet. Yksi investointi tuottaa vuosia hyötyjä.

Kuitenkaan kaikki joet eivät sovellu vedenturbiinien asentamiseen. Sen, voidaanko vedenturbiini asentaa, mikä koko se voi olla ja mikä tyyppi valitaan, määrittävät lopullisesti kaksi perusparametria.

Kaksi tekijää, jotka määrittävät sähköntuotannon kapasiteetin

Merkitsevästi riippumatta merkistä tai mallista vedenturbiinin sähköntuotannon kapasiteetti perustuu pohjimmiltaan vain kahteen parametriin:

Putoamiskorkeus: korkeusero vesitulopisteestä vedenturbiinin asennuspisteeseen, mitattuna metreinä (m). Mitä suurempi putoamiskorkeus, sitä suurempi vedenpaine.

Virtaus: Yksikköaikaa kohden kulkevan veden määrä, joka mitataan kuutiometreinä sekunnissa (m³/s) tai litroina sekunnissa (L/s). 1 kuutiometriä sekunnissa = 1000 L/s.

Teho voidaan arvioida seuraavan yksinkertaistetun kaavan avulla:

Teho (kW) ≈ 9,8 * Vesipatsas (m) * Virtausnopeus (m³/s) * Hyötysuhde

Hyötysuhde on yleensä 0,6–0,7, mikä ottaa huomioon vesiturbini laitteen itsensä ja putken kitkahäviöt.

Esimerkiksi: vesipatsas 20 m ja virtausnopeus 0,05 kuutiometriä sekunnissa (50 L/s). Arvioitu teho on noin 9,8 * 20 * 0,05 * 0,65 ≈ 6,4 kilowattia, mikä riittää kotitalouksien valaistukseen, jääkaappeihin, televisioihin ja vesipumppuihin.

Kuten kaavasta nähdään, jos vesipatsas tai virtausnopeus on liian pieni, teho laskee voimakkaasti. Siksi vaikka veden virtausnopeus vaikuttaa nopealta, laskelmien perusteella se voi tuottaa vain muutamansataa wattiya.

Kolme käytännön tapausta

Tänään haluamme jakaa teille joitakin todellisia ratkaisuja viimeaikaisille asiakasille, jotta voitte käyttää niitä viiteenä valittaessanne vesiturbiinia.

1. Runsas veden saanti, mutta kapea putki

Asiakas otti meihin yhteyttä kysyen 5 kW:n vesiturbiinia. Hän ilmoitti veden korkeuden olevan 30 m. Tarvitsemme edelleen todellisia tietoja, kuten virtausnopeutta, voidaksemme tarjota hänelle ratkaisun. Lisäkyselyn perusteella selvisi, että hän oli jo asentanut vesiputken, jossa käytetään DN50-putkea, jonka sisähalkaisija on 50 mm, mutta mitattu virtausnopeus oli vain 3 L/s.

Käytimme laskentakaavaa: 9,8 * 30 * 0,003 * 0,65 ja laskimme, että teho oli noin 500 W, mikä on vain kymmenesosa siitä 5 kW:sta, jota hän tarvitsi.

Rajoittava tekijä ei ole vesipatsas, vaan putken halkaisija. Mitä kapeampi putki on, sitä nopeammin vesi virtaa ja sitä suuremmat ovat kitkahäviöt putken pituudella, mikä johtaa alhaisempaan paineeseen, kun vesi saavuttaa vesiturbiinin. Tätä kohtaa on helppo jättää huomiotta, koska vaikutelmainen vesipatsasdata antaa vaikutelman siitä, että tehotuotto on taattu.

Tarjosimme hänelle kaksi vaihtoehtoa valittavaksi: Ensimmäinen vaihtoehto oli asentaa suurempihalkaisuisempi paineputki ja arvioida uudelleen vedenottopaikkaa lisätäksemme virtausnopeutta ja varmistaaksemme asiakkaan vaatiman tehotuoton. Tämä vaihtoehto olisi kuitenkin vaatinut jo asennettujen putkien purkamista, ja rakennustyön määrä olisi ollut suhteellisen suuri. Toisena vaihtoehtona oli valita mikrovesiturbiini, jonka teho on 500 W–1 kW, nykyisten paikan olosuhteiden ja jo asennettujen putkien perusteella.

2. Keskitasoisen vesipatsaan korkeus, vesiturbiinin tyyppi määrittää lopputuloksen

Toinen asiakkaan kysely koski vesiturbiinin käyttöä asuntojen ja kalapurojen virrantuotantoon. Tavoiteltu teho oli 10–15 kW, kolmivaiheinen, 50 hertsin taajuus, ja sivuston vesipatsaan korkeus oli 15 m.

Asiakas kyseli alun perin vinokulmaisesta vesiturbiiniasemasta. Kun kuitenkin ymmärsimme asiakkaan asennusehdot, havaitsemme ongelman: 15 metrin vesipatsaan korkeudella vinokulmaisen turbiiniaseman suurin mahdollinen teho oli 5 kW, ja 10 kW:n saavuttamiseen vaadittiin vähintään 30 metrin vesipatsaan korkeus. Asiakkaan asennuspaikka ei täyttänyt tätä vaatimusta, joten valittavaa oli toinen vesiturbiinintyyppi.

Tämä sekaviestiturbiini soveltuu erinomaisesti asiakkaan todellisiin tarpeisiin. 10 kW:n malli soveltuu vesipatsaan korkeudelle 10–25 m, ja suositeltava imuputken halkaisija oli 200 mm, mikä vastasi lähes täydellisesti hänen paikan päällä olevia olosuhteita.

Siksi vesiturbiinin valinta ei voi perustua pelkästään nimellistehoon; ensin on tarkistettava, mille vesipatsaan korkeusalueelle kyseinen nimellisteho vastaa.

3. Vesipatsas on lähes nolla

Kolmas asiakas kuvasi pientä jokea, joka virtaa hänen omaisuutensa läpi. Vesi virtasi hitaasti ja hyvin pienellä pudotuksella. Hän kysyi, voisiko vesiturbiini asentaa. Ensinnäkin on selvitettävä, mitä "nolla vesipatsas" tarkoittaa todella: Onko vesipatsasta todella olemassa, vai onko kyseessä vain muutaman senttimetrin korkeusero, jota ei huomaa silmällä? Kun kävelee joen varrella ylävirtaan alavirtaan, huomaa yleensä jotakin korkeuseroa.

Jos mittaukset osoittavat, että pudotus on alle 0,5 m ja virtausnopeus alle 0,5 m/s, emme yleensä suosittele vesi­turbiinin asentamista, koska turbiinin asentaminen, joka ei saavuta odotettua tehoa, ei ole edullista kummallekaan osapuolelle. Tässä tapauksessa on kaksi käytännöllistä ratkaisua: pieni pato voidaan rakentaa keinotekoisesti luomaan pieni pudotus, mikä luo tietyn vesipään. Toisena vaihtoehtona on tutkia paikallisia aurinkovaloisuusolosuhteita ja harkita siirtymistä aurinkoenergialle.

Ensimmäinen askel sen määrittämisessä, sopiiko joki sähköntuotantoon, on aina vesipään ja virtausnopeuden mittaaminen. Jos haluat myös hyödyntää läheisiä ojia tai jokia vesivoiman suunnittelussa, ota rohkeasti yhteyttä meihin saadaksesi räätälöidyn ratkaisun.