Hvilke elver er egnet for installasjon av vann-turbiner? Hvordan velge?

Hvis det er en evig rennende bekke- eller elvestrekning i nærheten av hjemmet ditt, er det sannsynligvis et potensielt hjemmekraftverk. I forhold til sol- og vindenergi er den største fordelen med vannkraft dens stabilitet: så lenge det er vannstrøm, kan den produsere elektrisitet hele døgnet, uavhengig av sollysets varighet og værforhold. Én investering kan gi avkastning i år.

Imidlertid er ikke alle elver egnet for installasjon av vannturbiner. Om en vannturbin kan installeres, hvor stor den kan være og hvilken type som bør velges, avhenger til slutt av to grunnleggende parametre.

De to faktorene som avgjør kraftproduksjonskapasiteten

Uansett merke eller modell avhenger kraftproduksjonskapasiteten til en vannturbin i utgangspunktet bare av to parametre:

Fallhøyde: Den vertikale nedstigningen fra inntakspunktet til installasjonsstedet for vannturbinen, målt i meter (m). Jo større nedstigningen er, jo høyere er vanntrykket.

Strømning: Volumet av vann som strømmer gjennom per tidsenhet, målt i kubikkmeter per sekund (m³/s) eller liter per sekund (L/s). 1 kubikkmeter per sekund = 1000 L/s.

Utgangseffekten kan anslås ved hjelp av følgende forenklede formel:

Effekt (kW) ≈ 9,8 * Vannhøyde (m) * Strømningshastighet (m³/s) * Virkningsgrad

Virkningsgraden settes vanligvis til 0,6–0,7, og tar hensyn til tapene i turbinen vannstrømp selv og friksjonstapene i vannrøret.

For eksempel: med en vannhøyde på 20 m og en strømningshastighet på 0,05 kubikkmeter per sekund (50 L/s). Den estimerte utgangseffekten er ca. 9,8 * 20 * 0,05 * 0,65 ≈ 6,4 kilowatt, noe som er tilstrekkelig for å dekke elektrisitetsbehovet til husholdslyss, kjøleskap, TV-apperater og vannpumper.

Som vist i formelen vil utgangseffekten falle kraftig hvis vannhøyden eller strømningshastigheten er for liten. Derfor kan selv en tilsynelatende rask vannstrøm etter beregning bare gi noen hundre watt effekt.

Tre praktiske tilfeller

I dag vil vi dele noen faktiske løsninger for våre nylige kunder med deg, som referanse når du velger en vann turbin.

1. Rikelig vannforsyning, men smal rørledning

En kunde kontaktet oss for å spørre om en 5 kW vann turbin. Han informerte oss om at vannhøyden var 30 m. Vi trenger fortsatt faktiske data, som strømningshastighet, for å gi ham en løsning. Etter ytterligere avklaring ble det kjent at han allerede hadde lagt vannrørledningen, ved bruk av et DN50-rør med en indre diameter på 50 mm, men den målte strømningshastigheten var bare 3 L/s.

Vi brukte beregningsformelen: 9,8 * 30 * 0,003 * 0,65, og beregnet at effekten var ca. 500 W, som er bare en tiendedel av de 5 kW han trengte.

Begrensningsfaktoren er ikke vannhøyden, men rørdiameteren. Jo smalere røret er, jo raskere blir vannstrømmen, og jo større blir friksjonstapet langs røret, noe som fører til lavere trykk når vannet når vannkraftturbinen. Dette punktet blir ofte oversett fordi imponerende vannhøydedata gir inntrykk av at effekten allerede er sikret.

Vi presenterte ham to valgmuligheter: Det første alternativet var å installere et trykkrør med større diameter og omvurdere vanninntaket for å øke strømningshastigheten, slik at kundens krav til effektutgang ble oppfylt. Dette alternativet ville imidlertid kreve demontering av rørene som kunden allerede hadde installert, og arbeidsmengden ville vært relativt stor. Det andre alternativet var å velge en mikrovannkraftturbin med effekt mellom 500 W og 1 kW basert på eksisterende forhold på stedet og de allerede installerte rørene.

2. Medium vannhøyde – type vannkraftturbin avgjør det endelige resultatet

En annen kundes forespørsel var å bruke en vannkraftturbin til å drive boliger og fiskeponner. Måleffekten var 10–15 kW, trefase, 50 Hz, og vannhøyden på stedet var 15 m.

Kunden spørte først om en skråstilt vannkraftturbin. Når vi imidlertid forsto kundens installasjonsforhold, oppdaget vi et problem: ved en vannhøyde på 15 m var maksimal effekt for den skråstilte turbinen 5 kW, og minst 30 m vannhøyde kreves for 10 kW. Kundeens installasjonssted kunne ikke oppfylle dette kravet, så en annen type vannkraftturbin måtte velges.

Den blandstrømsturbin passet svært godt til kundeens faktiske behov. Modellen på 10 kW var egnet for en vannhøyde på 10–25 m, og den anbefalte sugrørdiameteren var 200 mm – noe som nesten perfekt matchet forholdene på stedet.

Derfor kan valget av vannkraftturbin ikke baseres utelukkende på den nominelle effekten; man må først sjekke vannhøydeområdet som tilsvarer denne nominelle effekten.

3. Vannhøyden er nær null

Den tredje kunden beskrev en liten elv som renner gjennom eiendommen hans. Vannet strømmet sakte og med en svært liten fallhøyde. Han spurte om en vannkraftturbin kunne installeres. Først må man klargjøre den egentlige betydningen av «null vannhøyde»: Er det virkelig ingen vannhøyde, eller er det noen centimeter høydeforskjell som bare ikke er merkbar? Når man går langs elven fra oppstrøms til nedstrøms, oppdager man vanligvis noen høydeforskjeller.

Hvis måleresultatene viser at fallhøyden er mindre enn 0,5 m og strømningshastigheten er mindre enn 0,5 m/s, anbefaler vi vanligvis ikke installasjon av en vannturbin, fordi det ikke er fordelaktig for noen av partene å installere en turbin som ikke oppnår den forventede effekten. I dette tilfellet finnes det to gjennomførbare løsninger: En liten sluse-dam kan bygges for å kunstig skape et lite fall, noe som kan skape passende trykkhøydeforhold. Et annet alternativ er å undersøke lokale sollysforhold og vurdere om man skal bytte til et solenergisystem.

Det første steget i å avgjøre om en elv er egnet for kraftproduksjon er alltid å måle trykkhøyde og strømningshastighet. Hvis du også ønsker å utnytte nærliggende bekker eller elver for planlegging av vannkraft, ta gjerne kontakt med oss for å få en tilpasset løsning.