Mely folyók alkalmasak vízturbinák telepítésére? Hogyan válasszunk?

Ha otthona közelében folyamatosan folyó patak vagy folyó található, valószínűleg potenciális házi erőműnek tekinthető. A nap- és szélenergiához képest a vízenergia legnagyobb előnye az állandósága: amíg van vízfolyás, egész nap áramot termelhet, függetlenül a napsütés időtartamától és az időjárási viszonyoktól. Egyetlen befektetés évekig hozamot hozhat.

Azonban nem minden folyó alkalmas vízturbina telepítésére. A vízturbina telepíthetősége, mérete és típusa végül két alapvető paramétertől függ.

A két tényező, amely meghatározza az áramtermelési kapacitást

A márkától és modelltől függetlenül a vízturbina áramtermelési kapacitása alapvetően csak két paramétertől függ:

Fej (head): A vízbevezetés helyétől a vízturbina telepítési helyéig mért függőleges magasságkülönbség méterben (m). Minél nagyobb a magasságkülönbség, annál nagyobb a víznyomás.

Áramlási sebesség: Az időegység alatt átáramló víz mennyisége, m³/s vagy L/s egységekben mérve. 1 m³/s = 1000 L/s.

A kimeneti teljesítményt az alábbi egyszerűsített képlettel lehet becsülni:

Teljesítmény (kW) ≈ 9,8 × Fejjárat (m) × Áramlási sebesség (m³/s) × Hatásfok

A hatásfokot általában 0,6–0,7 értéknek választják, figyelembe véve a vízturbina berendezés saját veszteségeit és a vízvezeték súrlódási veszteségeit.

Például: 20 m-es fejjárat és 0,05 m³/s-os (50 L/s-os) áramlási sebesség esetén a becsült kimeneti teljesítmény kb. 9,8 × 20 × 0,05 × 0,65 ≈ 6,4 kW, ami elegendő egy háztartás világításához, hűtőszekrényéhez, televíziójához és vízszivattyújához szükséges elektromos energia ellátására.

Ahogy a képlet mutatja, ha a fejjárat vagy az áramlási sebesség túlságosan kicsi, a kimeneti teljesítmény drasztikusan csökken. Ezért akár gyorsnak is tűnő vízáram esetén is csak néhány száz watt teljesítmény állhat rendelkezésre a számítások szerint.

Három gyakorlati példa

Ma szeretnénk megosztani Önnel néhány tényleges megoldást, amelyeket legutóbbi ügyfeleink számára kínáltunk, hogy segítségül szolgáljanak a vízturbina kiválasztásában.

1. Gazdag vízellátás, de keskeny csővezeték

Egy vevő érdeklődött egy 5 kW-os vízturbina iránt. Tájékoztatott minket arról, hogy a vízszintkülönbség 30 m. A megoldás nyújtásához továbbra is szükségünk van a valós adatokra, például a térfogatáramra. További kérdéseink után kiderült, hogy már lefektette a vízvezetéket, DN50-es csövet használva, amelynek belső átmérője 50 mm, azonban a mért térfogatáram csak 3 L/s.

A számítási képletet használtuk: 9,8 * 30 * 0,003 * 0,65, és kiszámítottuk, hogy a teljesítmény kb. 500 W, ami csupán a szükséges 5 kW tizede.

A korlátozó tényező nem a vízoszlop-magasság, hanem a cső átmérője. Minél keskenyebb a cső, annál gyorsabb a vízáramlás sebessége, és annál nagyobb a súrlódási veszteség a cső hossza mentén, így a víz turbinához érkezésekor alacsonyabb a nyomás. Ezt a pontot gyakran figyelmen kívül hagyják, mert a lenyűgöző vízoszlop-magassági adatok azt a benyomást keltik, hogy a teljesítménykimenet már biztosított.

Két választási lehetőséget kínáltunk neki: Az első lehetőség egy nagyobb átmérőjű nyomócső telepítése és az ivóvíz-bevezetési pont újraértékelése volt a vízhozam növelése érdekében, így biztosítva a vevő által igényelt teljesítménykimenetet. Ez a megoldás azonban a vevő által már felszerelt csövek leszerelését igényelné, és a építési munka jelentős mértékű lenne. A másik lehetőség egy 500 W–1 kW teljesítményt nyújtó mikro-vízturbina kiválasztása volt a meglévő helyszíni feltételek és a már felszerelt csövek alapján.

2. Közepes vízszintkülönbség, a vízturbina típusa határozza meg a végső eredményt

Egy másik ügyfél érdeklődése arra irányult, hogy vízturbinát használjon lakóépületek és halastavak táplálására. A cél teljesítmény 10–15 kW, háromfázisú, 50 Hz-es áram volt, és a helyszín vízszintkülönbsége 15 m volt.

Az ügyfél kezdetben az enyhe szögben álló vízturbina egységről érdeklődött. Amikor azonban megismertük az ügyfél telepítési körülményeit, egy problémát észleltünk: 15 m-es vízszintkülönbségnél az enyhe szögben álló turbina egység maximális teljesítménye 5 kW volt, és 10 kW eléréséhez legalább 30 m-es vízszintkülönbségre volt szükség. Az ügyfél telepítési helye nem felelt meg ennek a követelménynek, ezért más típusú vízturbinát kellett választani.

A kevertfolyású vízturbina nagyon alkalmas volt az ügyfél tényleges igényeire. A 10 kW-os modell 10–25 m-es vízszintkülönbség-tartományra volt alkalmazható, és a javasolt szívócső átmérője 200 mm volt, ami majdnem tökéletesen illeszkedett a helyszíni körülményekhez.

Ezért a vízturbina kiválasztása nem alapulhat kizárólag a névleges teljesítményen; először ellenőrizni kell a névleges teljesítményhez tartozó vízszintkülönbség-tartományt.

3. A vízszintkülönbség közel nulla

A harmadik ügyfél egy kis folyót írt le, amely átfolyik a tulajdonán. A víz lassan folyt, és nagyon kis szintkülönbséggel. Megkérdezte, hogy telepíthető-e vízturbina. Először is tisztázni kell a „nulla vízszintkülönbség” kifejezés valódi jelentését: tényleg nincs vízszintkülönbség, vagy csak néhány centiméteres magasságkülönbség van, amelyet egyszerűen nem észlel az ember? Amikor a folyón felfelé haladunk a forrástól a torkolat felé, általában észrevesszük a szintkülönbségeket.

Ha a mérési eredmények azt mutatják, hogy a szintkülönbség kevesebb, mint 0,5 m, és a vízáramlás sebessége kevesebb, mint 0,5 m/s, általában nem javasoljuk vízturbina telepítését, mert egy olyan turbinát felszerelni, amely nem éri el a várt teljesítményt, egyik fél számára sem előnyös. Ebben az esetben két megvalósítható megoldás áll rendelkezésre: egy kis gát építése, amely mesterségesen létrehoz egy kis szintkülönbséget, így bizonyos víznyomás-viszonyokat teremt; vagy megvizsgálhatók a helyi napfényviszonyok, és fontolóra vehető a napenergiás rendszerre való áttérés.

A folyók villamosenergia-termelésre való alkalmasságának meghatározásának első lépése mindig a vízszintkülönbség és az áramlási sebesség mérése. Ha a közelben lévő patakokat vagy folyókat is ki szeretné használni vízenergia-tervezéshez, kérjük, lépjen velünk kapcsolatba egy testre szabott megoldásért.