Care râuri sunt potrivite pentru instalarea turbinelor hidroelectrice? Cum se alege?

Dacă există un pârâu sau un râu cu curgere permanentă în apropierea locuinței dumneavoastră, este probabil că acesta poate deveni o stație de producere casnică de energie electrică. Comparativ cu energia solară și cea eoliană, cel mai mare avantaj al energiei hidroelectrice este stabilitatea: atâta timp cât există debit de apă, aceasta poate genera electricitate în mod continuu, pe tot parcursul zilei, fără a fi influențată de durata expunerii la soare sau de condițiile meteorologice. O singură investiție poate aduce venituri pe o perioadă de ani.

Totuși, nu fiecare râu este potrivit pentru instalarea turbinelor hidraulice. Posibilitatea de instalare a unei turbine hidraulice, dimensiunea acesteia și tipul ales depind, în final, de doi parametri fundamentali.

Cei doi factori care determină capacitatea de generare energetică

Indiferent de marcă sau model, capacitatea de generare energetică a unei turbine hidraulice depinde, în esență, doar de doi parametri:

Înălțimea de cădere (head): diferența de nivel vertical între punctul de captare și punctul de instalare al turbinei hidraulice, măsurată în metri (m). Cu cât este mai mare această diferență, cu atât este mai mare presiunea apei.

Debitul: volumul de apă care trece printr-o secțiune dată în unitatea de timp, măsurat în metri cubi pe secundă (m³/s) sau litri pe secundă (L/s). 1 metru cub pe secundă = 1000 L/s.

Puterea de ieșire poate fi estimată folosind următoarea formulă simplificată:

Putere (kW) ≈ 9,8 * Înălțimea coloanei de apă (m) * Debitul (m³/s) * Randamentul

Randamentul este de obicei stabilit între 0,6 și 0,7, ținându-se cont de pierderile turbina hidraulică dispozitivului în sine și de pierderile prin frecare din conducta de apă.

De exemplu: cu o înălțime a coloanei de apă de 20 m și un debit de 0,05 metri cubi pe secundă (50 L/s), puterea de ieșire estimată este aproximativ 9,8 * 20 * 0,05 * 0,65 ≈ 6,4 kilowați, ceea ce este suficient pentru a acoperi necesarul de energie electrică al iluminatului casnic, frigidere, televizoare și pompe de apă.

Așa cum arată formula, dacă înălțimea coloanei de apă sau debitul sunt prea mici, puterea de ieșire scade brusc. De aceea, chiar dacă viteza de curgere a apei pare mare, după calcul rezultă doar câteva sute de wați.

Trei cazuri practice

Astăzi, dorim să vă prezentăm câteva soluții reale implementate pentru clienții noștri recenti, care să vă servească ca referință la alegerea turbinei hidraulice.

1. Aprovizionare abundentă cu apă, dar conductă îngustă

Un client ne-a contactat pentru a obține informații despre o turbină hidraulică de 5 kW. Ne-a comunicat că înălțimea de cădere a apei era de 30 m. Totuși, avem nevoie de date reale, cum ar fi debitul, pentru a-i oferi o soluție. În urma unor investigații suplimentare, am aflat că deja instalase conducta de apă, utilizând o conductă DN50 cu diametrul interior de 50 mm, dar debitul măsurat era doar de 3 L/s.

Am aplicat formula de calcul: 9,8 * 30 * 0,003 * 0,65 și am obținut o putere de aproximativ 500 W, adică doar o zecime din cei 5 kW de care avea nevoie.

Factorul limitativ nu este înălțimea coloanei de apă, ci diametrul țevii. Cu cât țeava este mai îngustă, cu atât viteza de curgere a apei este mai mare și pierderile prin frecare pe lungimea țevii sunt mai mari, iar presiunea scade când apa ajunge la turbina hidraulică. Acest aspect este ușor de neglijat, deoarece datele impresionante privind înălțimea coloanei de apă creează impresia că puterea de ieșire este deja garantată.

I-am oferit două variante de selecție: Prima variantă presupunea instalarea unei țevi de presiune de diametru mai mare și reevaluarea punctului de captare a apei pentru a crește debitul, asigurând astfel puterea de ieșire solicitată de client. Totuși, această variantă ar fi necesitat demontarea țevilor deja instalate de client, iar volumul de lucrări de construcție ar fi fost relativ mare. Cealaltă variantă consta în selectarea unei turbine hidraulice mici, cu o putere cuprinsă între 500 W și 1 kW, în funcție de condițiile existente ale amplasamentului și de țevile deja instalate.

2. Înălțime medie a coloanei de apă; tipul turbinei hidraulice determină rezultatul final

O altă întrebare a unui client era legată de utilizarea unei turbine hidraulice pentru alimentarea cu energie electrică a locuințelor și a bazinelor pentru creșterea peștilor. Puterea țintă era de 10–15 kW, trifazică, 50 Hz, iar înălțimea coloanei de apă de pe amplasament era de 15 m.

Clientul a întrebat inițial despre unitatea de turbină hidraulică înclinată. Totuși, după ce am înțeles condițiile de instalare ale clientului, am identificat o problemă: la o înălțime a coloanei de apă de 15 m, puterea maximă a unității de turbină înclinată era de 5 kW, iar pentru obținerea unei puteri de 10 kW era necesară cel puțin o înălțime a coloanei de apă de 30 m. Amplasamentul clientului nu îndeplinea această cerință, deci a trebuit să se aleagă un alt tip de turbină hidraulică.

The turbină hidraulică mixtă s-a dovedit foarte potrivită pentru nevoile reale ale clientului. Modelul de 10 kW era aplicabil într-un domeniu de înălțime a coloanei de apă de la 10 la 25 m, iar diametrul recomandat al conductei de aspirație era de 200 mm, ceea ce corespundea aproape perfect condițiilor de pe amplasament.

Prin urmare, selecția turbinei hidraulice nu poate fi bazată exclusiv pe puterea nominală; trebuie mai întâi să se verifice intervalul de înălțime a coloanei de apă corespunzător acelei puteri nominale.

3. Înălțimea coloanei de apă este aproape zero

Al treilea client a descris un mic râu care curge prin proprietatea sa. Apa curgea încet și cu o cădere foarte mică. El a întrebat dacă se poate instala o turbină hidraulică. În primul rând, trebuie clarificat sensul real al expresiei «înălțime nulă a coloanei de apă»: există cu adevărat zero înălțime a coloanei de apă sau există doar câțiva centimetri diferență de înălțime, prea mici pentru a fi observați? În timp ce se merge de-a lungul râului, de la amonte spre aval, de obicei se observă unele diferențe de înălțime.

Dacă rezultatele măsurătorilor arată că căderea este mai mică de 0,5 m și debitul este mai mic de 0,5 m/s, de obicei nu recomandăm instalarea unei turbine hidraulice, deoarece instalarea unei turbine care nu poate atinge producția așteptată nu este avantajoasă nici pentru o parte, nici pentru cealaltă. În acest caz, există două soluții fezabile: se poate construi un mic baraj cu prag pentru a crea artificial o cădere mică, ceea ce poate genera anumite condiții de denivelare a apei. O altă opțiune este să evaluați condițiile locale de iluminare solară și să luați în considerare trecerea la un sistem fotovoltaic.

Primul pas în determinarea dacă un râu este potrivit pentru generarea de energie este întotdeauna măsurarea denivelării și a debitului apei. Dacă dorești, de asemenea, să valorifici cursurile de apă sau râurile din apropiere pentru planificarea energiei hidroelectrice, nu ezita să ne contactezi pentru a obține o soluție personalizată.