Vilka floder är lämpliga för installation av vattenturbiner? Hur väljer man?

Om det finns en evig strömmande bäck eller flod i närheten av ditt hem är det troligen en potentiell hemkraftstation. Jämfört med sol- och vindenergi är stabiliteten den största fördelen med vattenkraft: så länge det finns vattenflöde kan den generera el dygnet runt, oberoende av solens skenlängd och väderförhållanden. En enda investering kan ge avkastning under många år.

Dock är inte varje flod lämplig för installation av vattenturbiner. Om en vattenturbin kan installeras, hur stor den kan vara och vilken typ som ska väljas beror slutligen på två grundläggande parametrar.

De två faktorerna som bestämmer elgenereringskapaciteten

Oavsett märke eller modell beror elgenereringskapaciteten för en vattenturbin i princip endast på två parametrar:

Fallhöjd: Den vertikala nivåskillnaden från intagets plats till vattenturbinens installationsplats, mätt i meter (m). Ju större fallhöjden är, desto högre vattenpressen.

Flöde: Volymen vatten som passerar per tidsenhet, mätt i kubikmeter per sekund (m³/s) eller liter per sekund (L/s). 1 kubikmeter per sekund = 1000 L/s.

Uteffekten kan uppskattas med följande förenklade formel:

Effekt (kW) ≈ 9,8 * Vattenhöjd (m) * Flöde (m³/s) * Verkningsgrad

Verkningsgraden är vanligtvis satt till 0,6–0,7, vilket tar hänsyn till förlusterna i vattenkraftturbint själva anläggningen samt rörfriktionsförlusterna i vattenledningen.

Till exempel: med en vattenhöjd på 20 m och ett flöde på 0,05 kubikmeter per sekund (50 L/s). Den uppskattade uteffekten är ungefär 9,8 * 20 * 0,05 * 0,65 ≈ 6,4 kilowatt, vilket räcker för att täcka elbehovet för hushållsbelysning, kylskåp, tv-apparater och vattenpumpar.

Som framgår av formeln minskar uteffekten kraftigt om vattenhöjden eller flödet är för litet. Därför kan även ett snabbt vattenflöde, efter beräkning, endast generera några hundra watt effekt.

Tre praktiska fall

Idag vill vi dela med oss av några verkliga lösningar för våra senaste kunder, som en referens för er vid valet av vattenturbin.

1. Riklig vattentillförsel, men trång rörledning

En kund kontaktade oss för att inhämta information om en 5 kW vattenturbin. Han informerade oss om att fallhöjden var 30 m. För att kunna ge honom en lösning behövde vi fortfarande faktiska data, till exempel flöde. Efter ytterligare förfrågan framgick det att han redan lagt en vattrörledning med ett DN50-rör med en innerdiameter på 50 mm, men det uppmätta flödet var endast 3 L/s.

Vi använde beräkningsformeln: 9,8 * 30 * 0,003 * 0,65 och beräknade att effekten var cirka 500 W, vilket är bara en tiondel av de 5 kW han behövde.

Begränsande faktor är inte vattenhöjden, utan rördiametern. Ju smalare röret är, desto snabbare är vattnets flödeshastighet och desto större är friktionsförlusten längs rörets längd, vilket leder till lägre tryck när vattnet når vattenturbinen. Denna punkt är lätt att missa eftersom imponerande vattenhöjdsdata ger intrycket att effekten redan är garanterad.

Vi erbjöd honom två alternativ att välja mellan: Det första alternativet var att installera en tryckledning med större diameter och omvärdera vattentagets placering för att öka flödeshastigheten, vilket skulle säkerställa den effekt som kunden krävde. Detta alternativ skulle dock kräva att man demonterade de ledningar som kunden redan installerat, och arbetsinsatsen skulle vara relativt stor. Det andra alternativet var att välja en mikrovattenturbin med en effekt mellan 500 W och 1 kW baserat på befintliga platsförhållanden och de redan installerade ledningarna.

2. Medelhöjd på vattenfallet, typ av vattenturbin avgör det slutliga resultatet

En annan kunds förfrågan gällde att använda en vattenturbin för att driva bostäder och fiskdammar. Måleffekten var 10–15 kW, trefasig, 50 Hz, och vattenfallet på platsen var 15 m.

Kunden frågade inledningsvis om en lutad vattenturbin. När vi dock förstod kundens installationsförhållanden upptäckte vi ett problem: vid ett vattenfall på 15 m var den maximala effekten för den lutade turbinen 5 kW, och för att uppnå 10 kW krävdes minst 30 m vattenfall. Kundens installationsplats uppfyllde inte detta krav, så en annan typ av vattenturbin måste väljas.

De axial-radial vattenturbin var mycket lämplig för kundens verkliga behov. Modellen på 10 kW kunde användas vid vattenfall mellan 10 och 25 m, och den rekommenderade sugrörsdiametern var 200 mm, vilket nästan perfekt matchade förhållandena på platsen.

Därför kan valet av vattenturbin inte baseras enbart på den nominella effekten; man måste först kontrollera det vattenfallshöjdintervall som motsvarar den nominella effekten.

3. Vattenfallshöjden är nästan noll

Den tredje kunden beskrev en liten flod som rinner genom hans egendom. Vattnet rör sig långsamt och med en mycket liten höjdskillnad. Han undrade om en vattenturbin kunde installeras. Först måste man klargöra den verkliga innebörden av "noll vattenfallshöjd": Finns det verkligen ingen vattenfallshöjd, eller finns det några centimeter höjdskillnad som helt enkelt inte är uppenbar? När man går längs floden från uppströms till nedströms märker man vanligtvis några höjdskillnader.

Om mätresultaten visar att fallhöjden är mindre än 0,5 m och flödeshastigheten är mindre än 0,5 m/s rekommenderar vi vanligtvis inte installation av en vattenturbin, eftersom installation av en turbin som inte kan uppnå den förväntade effekten inte är fördelaktigt för någon av parterna. I detta fall finns det två genomförbara lösningar: en liten damm kan byggas för att artificiellt skapa en liten fallhöjd, vilket kan skapa vissa vattenhuvudförhållanden. Ett annat alternativ är att undersöka de lokala sollysförhållandena och överväga att byta till ett solenergisystem.

Det första steget för att avgöra om en flod är lämplig för elproduktion är alltid att mäta vattenhuvdet och flödeshastigheten. Om du också vill utnyttja närliggande bäckar eller floder för vattenkraftsplanering, kontakta gärna oss för att få en anpassad lösning.