Welke rivieren zijn geschikt voor de installatie van water turbines? Hoe kiest u?

Als er een permanent stromende beek of rivier in de buurt van uw woning is, is deze waarschijnlijk geschikt als een kleine eigen energiecentrale. In vergelijking met zonne- en windenergie is het grootste voordeel van waterkracht zijn stabiliteit: zolang er waterstroom is, kan er continu elektriciteit worden opgewekt, onafhankelijk van de duur van zonlicht en weersomstandigheden. Één investering levert jarenlang rendement op.

Niet elke rivier is echter geschikt voor de installatie van water turbines. Of een water turbine kan worden geïnstalleerd, welke afmeting deze mag hebben en welk type u moet kiezen, hangt uiteindelijk af van twee basisparameters.

De twee factoren die het opwekkingsvermogen bepalen

Ongeacht merk of model hangt het opwekkingsvermogen van een water turbine in principe slechts af van twee parameters:

Hoogteverschil: De verticale daling van het inlaatpunt tot het installatiepunt van de water turbine, gemeten in meter (m). Hoe groter de daling, hoe hoger de watertijd.

Stroming: Het volume water dat per tijdseenheid door een doorsnede stroomt, gemeten in kubieke meter per seconde (m³/s) of liter per seconde (L/s). 1 kubieke meter per seconde = 1000 L/s.

Het uitgangsvermogen kan worden geschat met behulp van de volgende vereenvoudigde formule:

Vermogen (kW) ≈ 9,8 * Waterhoogte (m) * Stromingsdebiet (m³/s) * Rendement

Het rendement wordt meestal ingesteld op 0,6 tot 0,7, waarbij rekening is gehouden met de verliezen van de watermolen turbine zelf en de wrijvingsverliezen in de waterleiding.

Bijvoorbeeld: bij een waterhoogte van 20 m en een stromingsdebiet van 0,05 kubieke meter per seconde (50 L/s) bedraagt het geschatte uitgangsvermogen ongeveer 9,8 × 20 × 0,05 × 0,65 ≈ 6,4 kilowatt, wat voldoende is om de elektriciteitsbehoeften van huishoudelijke verlichting, koelkasten, televisies en waterpompen te dekken.

Zoals uit de formule blijkt, daalt het uitgangsvermogen sterk als de waterhoogte of het stromingsdebiet te klein zijn. Daarom levert zelfs een ogenschijnlijk snelle waterstroom na berekening slechts enkele honderden watt op.

Drie praktijkvoorbeelden

Vandaag willen we met u enkele praktische oplossingen delen voor onze recente klanten, als referentie bij het kiezen van een waterturbine.

1. Voldoende watervoorziening, maar smalle pijpleiding

Een klant nam contact met ons op om informatie te vragen over een 5 kW waterturbine. Hij deelde mee dat het waterhoogteverschil 30 m bedroeg. Om hem een oplossing te kunnen bieden, hadden we nog steeds concrete gegevens nodig, zoals de stroomsnelheid. Bij nadere onderzoek bleek dat hij de watertoevoerpijpleiding al had aangelegd: een DN50-buis met een binnendiameter van 50 mm, maar de gemeten stroomsnelheid bedroeg slechts 3 L/s.

We gebruikten de berekeningsformule: 9,8 * 30 * 0,003 * 0,65 en berekenden dat het vermogen ongeveer 500 W bedroeg, wat slechts één tiende is van de 5 kW die hij nodig had.

De beperkende factor is niet de waterhoogte, maar de buisdiameter. Hoe smaller de buis, hoe hoger de watersnelheid en hoe groter het wrijvingsverlies over de lengte van de buis, waardoor de druk lager wordt wanneer het water de waterturbine bereikt. Dit punt wordt vaak over het hoofd gezien, omdat de indrukwekkende waterhoogtegegevens de indruk wekken dat het vermogen al gegarandeerd is.

Wij boden hem twee opties aan om uit te kiezen: De eerste optie was het installeren van een drukbuis met een grotere diameter en opnieuw beoordelen van het waterinlaatpunt om de debietstroom te vergroten, zodat het door de klant gevraagde vermogen gewaarborgd zou zijn. Deze optie zou echter vereisen dat de reeds door de klant geïnstalleerde buizen worden gedemonteerd, waardoor de bouwinspanning relatief groot zou zijn. De andere optie was het selecteren van een micro-waterturbine met een vermogen tussen 500 W en 1 kW, gebaseerd op de bestaande locatieomstandigheden en de reeds geïnstalleerde buizen.

2. Middelhoge watervallen, type waterturbine bepaalt het eindresultaat

Een andere klant vroeg of een waterturbine kon worden gebruikt om woningen en visvijvers van stroom te voorzien. Het gewenste vermogen was 10–15 kW, driefasig, 50 Hz, en de beschikbare watervallhoogte op locatie bedroeg 15 m.

De klant had aanvankelijk informatie gevraagd over een schuin geplaatste waterturbine. Toen wij echter de installatievoorwaarden van de klant begrepen, ontdekten wij een probleem: bij een watervallhoogte van 15 m bedroeg het maximale vermogen van de schuin geplaatste turbine slechts 5 kW; voor 10 kW was minstens een watervallhoogte van 30 m vereist. De installatielocatie van de klant kon hieraan niet voldoen, dus moest een ander type waterturbine worden gekozen.

De dwarsstroomwaterturbine was zeer geschikt voor de daadwerkelijke behoeften van de klant. Het 10 kW-model was toepasbaar bij een watervallhoogte van 10 tot 25 m, en de aanbevolen zuigpijpdoorsnede was 200 mm, wat bijna perfect aansloot bij zijn situatie op locatie.

Daarom kan de keuze van de waterturbine niet uitsluitend gebaseerd worden op het nominale vermogen; eerst moet het bijbehorende waterhoogtebereik voor dat nominale vermogen worden gecontroleerd.

3. De waterhoogte is bijna nul

De derde klant beschreef een klein riviertje dat door zijn eigendom stroomt. Het water stroomde langzaam en met een zeer geringe hoogteverschil. Hij vroeg of een waterturbine kon worden geïnstalleerd. Allereerst moet de werkelijke betekenis van “nul waterhoogte” worden verduidelijkt: is er echt geen waterhoogte, of is er slechts een paar centimeter hoogteverschil dat gewoon niet opvalt? Bij het lopen langs de rivier van stroomopwaarts naar stroomafwaarts merkt men meestal wel enige hoogteverschillen.

Als de meetresultaten aangeven dat de stroomval minder dan 0,5 m bedraagt en de stroomsnelheid minder dan 0,5 m/s is, raden we doorgaans af om een waterturbine te installeren, omdat het installeren van een turbine die niet het verwachte vermogen levert, voor geen van beide partijen voordelig is. In dit geval zijn er twee haalbare oplossingen: er kan een kleine stuwdam worden aangelegd om kunstmatig een kleine stroomval te creëren, waardoor bepaalde waterhoogtevoorwaarden ontstaan. Een andere optie is om de lokale zonlichtomstandigheden te onderzoeken en over te stappen op een zonne-energiesysteem.

De eerste stap bij het bepalen of een rivier geschikt is voor elektriciteitsopwekking is altijd het meten van de waterhoogte en de stroomsnelheid. Als u ook nabijgelegen beken of rivieren wilt benutten voor planning van waterkracht, kunt u gerust contact met ons opnemen om een op maat gemaakte oplossing te verkrijgen.