Ktoré rieky sú vhodné na inštaláciu vodných turbín? Ako vybrať?

Ak sa v blízkosti vášho domu nachádza trvalo prúdiaca potoka alebo rieka, je pravdepodobné, že môže slúžiť ako potenciálna domáca elektráreň. Najväčšou výhodou vodnej energie oproti slnečnej a vetrovej energii je jej stabilita: ak prúdi voda, môže sa vyrábať elektrina po celý deň bez ohľadu na dĺžku svetelného dňa a poveternostné podmienky. Jednorazová investícia môže priniesť roky návratu.

Nie každá rieka je však vhodná na inštaláciu vodných turbín. To, či je možné vodnú turbínu nainštalovať, akú veľkú môže mať a ktorý typ zvoliť, závisí nakoniec od dvoch základných parametrov.

Dva faktory určujúce výrobný výkon

Bez ohľadu na značku alebo model závisí výrobný výkon vodnej turbíny v podstate len od dvoch parametrov:

Spád: Vertikálny rozdiel výšok medzi miestom odberu vody a miestom inštalácie vodnej turbíny, meraný v metroch (m). Čím väčší je rozdiel výšok, tým vyšší je tlak vody.

Prietok: Množstvo vody prechádzajúcej daným miestom za jednotku času, merané v kubických metroch za sekundu (m³/s) alebo litroch za sekundu (L/s). 1 kubický meter za sekundu = 1000 L/s.

Výstupný výkon možno odhadnúť pomocou nasledujúceho zjednodušeného vzorca:

Výkon (kW) ≈ 9,8 * Výška spádovej vody (m) * Prietok (m³/s) * Účinnosť

Účinnosť sa zvyčajne nastavuje na 0,6 – 0,7, čím sa berú do úvahy straty vodná turbína samotného zariadenia a trecie straty vo vodovodnej rúrke.

Napríklad: pri výške spádovej vody 20 m a prietoku 0,05 kubického metra za sekundu (50 L/s) je odhadovaný výstupný výkon približne 9,8 * 20 * 0,05 * 0,65 ≈ 6,4 kW, čo je dostatočné na pokrytie spotreby elektrickej energie pre domáce osvetlenie, chladničky, televízory a vodné čerpadlá.

Ako vyplýva zo vzorca, ak je výška spádovej vody alebo prietok príliš malý, výstupný výkon prudko klesne. Preto aj keď sa rýchlosť prúdenia vody zdá byť vysoká, po výpočte sa môže generovať len niekoľko stoviek wattov výkonu.

Tri praktické prípady

Dnes by sme vám radi predstavili niektoré skutočné riešenia pre našich nedávnych klientov, ktoré vám môžu poslúžiť ako referencia pri výbere vodnej turbíny.

1. Bohatý prítok vody, ale úzka potrubná sústava

Zákazník sa obrátil na nás s dopytom po vodnej turbíne s výkonom 5 kW. Uviedol, že výška vodného stĺpca je 30 m. Na poskytnutie vhodného riešenia sme však stále potrebovali skutočné údaje, napríklad prietok. Po ďalšom vyšetrovaní sme zistili, že vodovodné potrubie už namontoval – použil potrubie DN50 s vnútorným priemerom 50 mm, avšak nameraný prietok bol len 3 L/s.

Použili sme výpočtový vzorec: 9,8 × 30 × 0,003 × 0,65 a vypočítali sme výkon približne 500 W, čo je len jedna desatina požadovaných 5 kW.

Obmedzujúcim faktorom nie je výška vodného stĺpca, ale priemer potrubia. Čím užšie je potrubie, tým vyššia je rýchlosť prúdenia vody a tým väčšie sú trecie straty po dĺžke potrubia, čo vedie k nižšiemu tlaku vody v mieste, kde dosiahne vodnú turbínu. Tento bod sa ľahko prehliadne, pretože pôsobivé údaje o výške vodného stĺpca vytvárajú dojem, že výstupný výkon je zaručený.

Navrhli sme mu dve možnosti na výber: Prvou možnosťou bolo inštalovať tlakové potrubie s väčším priemerom a znovu posúdiť miesto odberu vody, aby sa zvýšil prietok a tým sa zabezpečil požadovaný výstupný výkon. Táto možnosť by však vyžadovala demontáž potrubí, ktoré zákazník už nainštaloval, a rozsah stavebných prác by bol relatívne veľký. Druhou možnosťou bolo vybrať mikro vodnú turbínu s výkonom v rozsahu 500 W až 1 kW na základe existujúcich podmienok lokality a už nainštalovaných potrubí.

2. Stredná výška vodného spádu, typ vodnej turbíny určuje konečný výsledok

Iný zákazník sa pýtal na použitie vodnej turbíny na napájanie obydlí a rybích jazierok. Požadovaný výkon bol 10–15 kW, trojfázový, 50 Hz, a výška vodného spádu na mieste bola 15 m.

Zákazník sa pôvodne pýtal na naklonenú vodnú turbínovú jednotku. Keď sme však pochopili podmienky inštalácie u zákazníka, zistili sme problém: pri výške vodného spádu 15 m dosahuje naklonená turbínová jednotka maximálny výkon len 5 kW a pre výkon 10 kW je potrebná minimálne výška vodného spádu 30 m. Inštalačné podmienky zákazníka tieto požiadavky nesplnili, preto bolo potrebné zvoliť iný typ vodnej turbíny.

Rúry prietoková vodná turbína sa veľmi vhodne hodila na skutočné potreby zákazníka. Model s výkonom 10 kW sa používa pri výške vodného spádu od 10 do 25 m a odporúčaný priemer sacieho potrubia bol 200 mm, čo sa takmer dokonale zhodovalo s jeho lokálnymi podmienkami.

Preto výber vodnej turbíny nesmie byť založený len na menovitej výkonnosti; najprv je potrebné skontrolovať rozsah vodného spádu, ktorý zodpovedá tejto menovitej výkonnosti.

3. Vodný spád je blízky nule

Tretí zákazník popísal malú rieku, ktorá preteká jeho pozemkom. Voda tečie pomaly a s veľmi malým spádom. Spýtal sa, či je možné nainštalovať vodnú turbínu. Najprv je potrebné upresniť skutočný význam výrazu „nulový vodný spád“: Je skutočne žiadny vodný spád, alebo existuje niekoľko centimetrov výškového rozdielu, ktorý je len nepatrný? Pri chôdzi pozdĺž rieky od prameňa smerom nadol sa zvyčajne všimnú určité výškové rozdiely.

Ak výsledky merania ukážu, že spád je menší ako 0,5 m a prietoková rýchlosť je nižšia ako 0,5 m/s, zvyčajne nedodávame vodnú turbínu, pretože inštalácia turbíny, ktorá nedosiahne očakávaný výkon, nie je výhodná pre žiadnu zo strán. V tomto prípade existujú dve uskutočniteľné možnosti: môže sa postaviť malá prehradná hrádza, aby sa umelo vytvoril malý spád, čím sa vytvoria určité podmienky vodného spádu. Druhou možnosťou je zistiť lokálne podmienky slnečného svetla a zvážiť prechod na solárny systém.

Prvým krokom pri posudzovaní vhodnosti rieky na výrobu elektrickej energie je vždy meranie vodného spádu a prietokovej rýchlosti. Ak chcete využiť aj blízke potoky alebo rieky na plánovanie vodnej elektrárne, neváhajte nás kontaktovať, aby ste získali prispôsobené riešenie.