Kateri potoki in reke so primerni za namestitev vodnih turbin? Kako izbrati?

Če je blizu vaše hiše stalno tekoča potok ali reka, je verjetno primerna za domačo elektrarno. V primerjavi z sončno in vetrno energijo ima hidroenergija največjo prednost: stabilnost. Dokler teče voda, lahko proizvaja elektriko ves dan, ne da bi jo omejevala trajanje sončnega svetlobe ali vremenski razmeri. Enkratna naložba prinese letne dobičke.

Vendar ni vsaka reka primerna za namestitev vodnih turbin. Ali je mogoče namestiti vodno turbino, kakšne velikosti naj bo in katero vrsto izbrati, končno odvisno od dveh osnovnih parametrov.

Dva dejavnika, ki določata moč proizvodnje električne energije

Ne glede na znamko ali model je moč proizvodnje električne energije vodne turbine v osnovi odvisna le od dveh parametrov:

Padavina: navpični padec od točke vstopa vode do točke namestitve vodne turbine, merjeno v metrih (m). Večji padec pomeni višji vodni tlak.

Pretok: količina vode, ki teče skozi določeno mesto na enoto časa, izmerjena v kubičnih metrih na sekundo (m³/s) ali litrih na sekundo (L/s). 1 kubični meter na sekundo = 1000 L/s.

Izhodno moč lahko ocenimo z naslednjo poenostavljeno formulo:

Moč (kW) ≈ 9,8 * višina padca vode (m) * pretok (m³/s) * učinkovitost

Učinkovitost je običajno nastavljena na 0,6–0,7, kar upošteva izgube samega voda turbine naprave ter trenje v ceveh za vodo.

Na primer: pri višini padca vode 20 m in pretoku 0,05 kubičnega metra na sekundo (50 L/s) je ocenjena izhodna moč približno 9,8 × 20 × 0,05 × 0,65 ≈ 6,4 kW, kar je dovolj za zadovoljitev potrebe po električni energiji za domače razsvetljavo, hladilnike, televizije in vodne črpalke.

Kot kaže formula, če je višina padca vode ali pretok prenizek, se izhodna moč hitro zmanjša. Zato celo takrat, ko se hitrost vodnega toka zdi visoka, lahko po izračunu ustvari le nekaj sto vatov moči.

Tri praktične primeri

Danes bi radi z vami delili nekaj dejanskih rešitev za naše nedavne stranke, ki vam bodo lahko služile kot referenca pri izbiri vodne turbine.

1. Obilna oskrba z vodo, a ožji cevovod

Stranka se je obrnila na nas z vprašanjem o 5 kW vodni turbini. Sporočil nam je, da je padec višine vode 30 m. Za predlaganje ustrezne rešitve smo še vedno potrebovali dejanske podatke, kot je pretok. Po nadaljnjem preverjanju smo ugotovili, da je cevovod že položil in uporablja cev DN50 s notranjim premerom 50 mm, izmerjeni pretok pa je bil le 3 L/s.

Uporabili smo izračunsko formulo: 9,8 * 30 * 0,003 * 0,65 in izračunali moč približno 500 W, kar je le desetina 5 kW, ki jih je zahteval.

Omejevalni dejavnik ni višina padca, temveč premer cevi. Ožja cev pomeni hitrejšo hitrost pretoka vode in večjo trenjsko izgubo po dolžini cevi, kar povzroči nižji tlak, ko voda doseže hidroelektrično turbino. To točko je enostavno spregledati, saj impresivni podatki o višini padca ustvarjajo vtis, da je izhodna moč že zagotovljena.

Predlagali smo mu dve možnosti za izbiro: Prva možnost je bila namestitev tlakovne cevi z večjim premerom in ponovna ocena točke vodnega zajema, da se poveča pretok in s tem zagotovi zahtevana izhodna moč. Vendar bi ta možnost zahtevala razstavitev cevi, ki jih je stranka že namestila, kar bi pomenilo precej veliko gradbene delo. Druga možnost je bila izbor mikro hidroelektrične turbine z močjo med 500 W in 1 kW na podlagi obstoječih razmer na lokaciji in že nameščenih cevi.

2. Srednja višina padca vode, vrsta hidroturbine določa končni rezultat

Drugi strankov zahtevek je bil uporaba hidroturbine za oskrbo s tokom stanovanj in ribjih jezerc. Ciljna moč je bila 10–15 kW, trifazna, 50 Hz, višina padca vode na lokaciji pa 15 m.

Stranka je najprej vprašala za poševno hidroturbino. Ko smo razumeli strankove namestitvene pogoje, smo ugotovili težavo: pri višini padca vode 15 m je največja moč poševne hidroturbine 5 kW, za 10 kW pa je potrebna vsaj 30 m višina padca vode. Strankova lokacija tega pogoja ni mogla izpolniti, zato je bilo treba izbrati drugo vrsto hidroturbine.

The mešana hidroturbina je bila zelo primerna za dejanske potrebe stranke. Model 10 kW je primeren za višino padca vode med 10 in 25 m, priporočeni premer sesalne cevi pa je bil 200 mm, kar se je skoraj popolnoma ujemalo z njegovimi lokalnimi pogoji.

Zato izbiro vodne turbine ni mogoče temeljiti izključno na nazivni moči; najprej je treba preveriti višinsko razliko, ki ustreza tej nazivni moči.

3. Višinska razlika je skoraj enaka nič

Tretji stranka je opisal majhno reko, ki teče skozi njegovo zemljišče. Voda je tekla počasi in z zelo majhno višinsko razliko. Vprašal je, ali je mogoče namestiti vodno turbino. Najprej je treba razjasniti dejanski pomen izraza »nič višinske razlike«: Ali je višinska razlika resnično enaka nič ali pa obstaja nekaj centimetrov višinske razlike, ki pa je premajhna, da bi jo opazili? Pri hoji ob reki od zgornjega do spodnjega toka običajno opazimo nekaj višinskih razlik.

Če meritve kažejo, da je padec manjši od 0,5 m in pretok manjši od 0,5 m/s, običajno ne priporočamo namestitve vodne turbine, saj namestitev turbine, ki ne more doseči pričakovane izhodne moči, ni koristna za nobeno od strani. V tem primeru obstajata dve izvedljivi rešitvi: lahko se zgradi majhen prelivni zid, da se umetno ustvari majhen padec, kar omogoča določene pogoje za hidravlični tlak. Druga možnost je proučiti lokalne razmere osvetlitve s soncem in razmisliti o prehodu na sončni sistem.

Prvi korak pri določanju, ali je reka primerna za proizvodnjo električne energije, je vedno merjenje hidravličnega tlaka in pretoka. Če želite tudi izkoriščati bližnje potoke ali reke za načrtovanje hidroelektrične energije, nam brez oklevanja pišite, da vam pripravimo prilagojeno rešitev.