Wybór generatora turbiny wodnej: pomiar spadu i przepływu

Aby określić, czy rzeka nadaje się do wytwarzania energii elektrycznej oraz jaki rozmiar generatora turbinowego wodnego jest odpowiedni, pierwszym krokiem jest pomiar dwóch kluczowych danych: wysokości spadu wody i przepływu. Te dwa parametry decydują o mocy wytwórczej i stanowią podstawę do doboru oraz wyceny generatora turbinowego wodnego.

Pomiar nie wymaga udziału inżynierów specjalistów; wystarczy telefon komórkowy i wiadro.

Pomiar wysokości spadu wody

Wysokość spadu wody to pionowa różnica wysokości między miejscem dopływu wody a punktem instalacji generatora turbinowego wodnego. Mierzy się ją w metrach. Wyróżnia się dwa rodzaje wysokości spadu: brutto i netto.

Wysokość brutto odnosi się do pionowego spadku między poziomami wody w górnej i dolnej części rzeki, czyli teoretycznej całkowitej różnicy wysokości; natomiast wysokość netto oznacza rzeczywistą użyteczną różnicę wysokości dla turbiny wodnej z generatorem. Ze względu na straty tarcia powstające przy przepływie wody przez rurociąg zasilający (rurociąg ciśnieniowy), wysokość netto jest zawsze nieco mniejsza niż wysokość brutto. Stanowi to podstawę do obliczania rzeczywistej mocy wytworzonej.

Istnieją głównie trzy powszechnie stosowane metody pomiaru:

Aplikacja mobilna – miernik wysokości

Otwórz funkcję pomiaru wysokości na swoim telefonie komórkowym (na iPhone’ie można użyć wbudowanej aplikacji „Kompas”; na telefonach z systemem Android można pobrać darmową aplikację do pomiaru wysokości). Zapisz wysokość w ustalonym punkcie poboru wody, a następnie przejdź pieszo do ustalonego punktu instalacji turbiny wodnej i zapisz wysokość ponownie. Różnica między tymi dwoma odczytami to wysokość spadu wody. Proces ten trwa zaledwie około dwóch minut. Wykonanie kilku pomiarów i obliczenie ich średniej pozwala zmniejszyć błędy.

Manometr

Jeśli rurociąg wodny został już zainstalowany, manometr można zamontować na końcu rurociągu. Zamknij zawór, aby zatrzymać przepływ wody w rurociągu. Odczyt w tym momencie odpowiada ciśnieniu manometrycznemu. Zależność konwersji jest następująca: 1 bar ≈ 10 metrów wysokości spadu wody, 1 MPa ≈ 100 metrów wysokości spadu wody. Gdy zawór jest otwarty, a turbina wodna pracuje normalnie, wartość wyświetlana przez manometr to czysta wysokość spadu wody.

Poziomica lub GPS

Jeśli warunki lokalne pozwalają, najdokładniejszą metodą pomiaru różnicy poziomów wody między przepływem w górę i w dół jest użycie poziomicy. Alternatywnie można również użyć urządzenia GPS z funkcją pomiaru wysokości.

Pomiar przepływu

Przepływ oznacza objętość wody przepływającej w jednostce czasu, zwykle wyrażaną w metrach sześciennych na sekundę (m³/s) lub litrach na sekundę (L/s). Tylko znając wartość przepływu można dokonać lepszego wyboru odpowiedniego generatora turbiny wodnej. W zależności od wielkości źródła wody istnieją dwie praktyczne metody pomiaru.

Metoda wiadra: stosowana przy małych przepływach

Dla małych przepływów jest to najprostsza i najdokładniejsza metoda:

● użyć kamieni lub desek drewnianych do kierowania wody do jednego otworu wypływowego;

● umieścić pod otworem wypływowym wiadro o znanej pojemności i za pomocą stopera w telefonie komórkowym zmierzyć czas napełnienia wiadra;

● Przepływ = pojemność wiadra / czas napełnienia (s).

Na przykład, jeśli wiadro o pojemności 20 litrów można napełnić w 4 sekundy, to przepływ wynosi 20 / 4 = 5 L/s. Należy zauważyć, że do uzyskania bardziej dokładnego i niezawodnego wyniku należy wykonać kilka pomiarów i obliczyć ich średnią.

Metoda przekroju poprzecznego: stosowana w przypadku większych kanałów przepływu wody

Gdy przepływ jest zbyt duży i użycie wiadra jest uciążliwe, można zastosować metodę przekroju poprzecznego do pomiaru przepływu wody (a taka sytuacja jest również bardzo odpowiednia do zastosowania większego generatora turbiny wodnej):

● Zmierz pole przekroju poprzecznego: pomnóż szerokość kanału przez głębokość wody, aby uzyskać powierzchnię A (m²). Jeśli kształt kanału jest nieregularny i trudny do zmierzenia, można go podzielić na kilka części, zmierzyć je osobno, a następnie dodać do siebie.

● Zmierz prędkość przepływu: Upuść liście lub inne pływające przedmioty na powierzchnię wody i zanotuj czas, jaki upływa, zanim przesuną się one o określoną odległość (np. 10 m). Podziel tę odległość przez czas, aby uzyskać prędkość przepływu V (m/s).

● Wzór do obliczania wydajności przepływu to: Q = pole przekroju A × prędkość przepływu V.

Podobnie należy również wykonać wiele pomiarów i obliczyć ich średnią wartość.

Po zmierzeniu wysokości słupa wody i przepływu możemy przedstawić Państwu zebrane dane oraz dobrać najbardziej odpowiedni generator turbiny wodnej.