Micro hydro - Micro hydro

Image
Micro hydro i nordvest Vietnam

Micro hydro er en type vannkraft som vanligvis produserer fra 5 kW til 100 kW elektrisitet ved hjelp av den naturlige vannstrømmen. Installasjoner under 5 kW kalles pico hydro . Disse installasjonene kan gi strøm til et isolert hjem eller et lite lokalsamfunn, eller er noen ganger koblet til elektriske nettverk, spesielt der nettmåling tilbys. Det er mange av disse installasjonene rundt om i verden, spesielt i utviklingsland da de kan gi en økonomisk energikilde uten kjøp av drivstoff. Mikrohydrosystemer utfyller solcelleanlegg fordi vannstrømmen, og dermed tilgjengelig vannkraft, er høyest om vinteren når solenergi er på et minimum. Micro hydro oppnås ofte med et pelton -hjul for vanntilførsel med høyt hode og lav strømning. Installasjonen er ofte bare et lite demmet basseng, på toppen av en foss, med flere hundre meter rør som fører til et lite generatorhus. På steder med lav hode brukes vanligvis vannhjul og Archimedes -skruer.

Konstruksjon

Image
Typisk mikrohydrooppsett.

Konstruksjonsdetaljer for et mikrohydroanlegg er stedsspesifikke. Noen ganger er en eksisterende mølledam eller et annet kunstig reservoar tilgjengelig og kan tilpasses for kraftproduksjon. Generelt består mikrohydro -systemer av en rekke komponenter. Det viktigste inkluderer inntaket der vann ledes fra den naturlige bekken, elven eller kanskje en foss. En inntaksstruktur som en fangstboks er nødvendig for å skjerme ut flytende rusk og fisk, ved hjelp av en skjerm eller rekke barer for å holde store gjenstander unna. I tempererte klimaer må denne strukturen også motstå is. Inntaket kan ha en port for å la systemet bli avvannet for inspeksjon og vedlikehold.

Inntaket føres deretter gjennom en kanal og deretter forut. Forhånden brukes til å holde sediment. På bunnen av systemet blir vannet tunnelert gjennom en rørledning ( penstock ) til krafthuset som inneholder en turbin . Pennestammen bygger opp trykk fra vannet som har reist nedover. I fjellområder kan tilgang til ruten til pennen gi betydelige utfordringer. Hvis vannkilden og turbinen er langt fra hverandre, kan konstruksjonen av pennen være den største delen av byggekostnadene. Ved turbinen er det installert en kontrollventil for å regulere strømmen og turbinens hastighet. Turbinen omdanner vannets strømning og trykk til mekanisk energi; vannet som kommer fra turbinen går tilbake til det naturlige vassdraget langs en sporløpskanal. Turbinen snur en generator , som deretter kobles til elektriske belastninger ; dette kan være direkte koblet til kraftsystemet til en enkelt bygning i svært små installasjoner, eller kan være koblet til et lokalsamfunnsdistribusjonssystem for flere hjem eller bygninger.

Vanligvis har mikrohydroinstallasjoner ikke en demning og reservoar, slik store vannkraftverk har, og er avhengig av en minimal vannføring for å være tilgjengelig året rundt.

Hode- og flytegenskaper

Mikrohydrosystemer er vanligvis satt opp i områder som kan produsere opptil 100 kilowatt elektrisitet. Dette kan være nok til å drive et hjem eller små bedrifter. Dette produksjonsområdet er beregnet i form av "hode" og "flyt". Jo høyere hver av disse er, desto mer strøm er tilgjengelig. Hydraulisk hode er trykkmåling av vann som faller i et rør uttrykt som en funksjon av den vertikale avstanden vannet faller. Denne høydeendringen måles vanligvis i fot eller meter. En dråpe på minst 2 fot er nødvendig, eller systemet er kanskje ikke gjennomførbart. Når du skal kvantifisere hode, må du vurdere både brutto og netto. Bruttohode tilnærmer seg strømtilgjengelighet bare gjennom den vertikale avstandsmåling, mens nettohode trekker fra tap som skyldes friksjon i rør fra bruttohode. "Flow" er den faktiske mengden vann som faller fra et sted og måles vanligvis i gallon per minutt, kubikkfot per sekund eller liter per sekund. Installasjoner med lav strømning/høyt hode i bratt terreng har betydelige rørkostnader. En lang pinne begynner med lavtrykksrør på toppen og gradvis høyere trykkrør nærmere turbinen for å redusere rørkostnadene.

Tilgjengelig effekt, i kilowatt, fra et slikt system kan beregnes med likningen P = Q*H/k, der Q er strømningshastigheten i gallon per minutt, H er det statiske hodet og k er en konstant på 5.310 gal *fot/min*kW. For eksempel, for et system med en strøm på 500 liter per minutt og et statisk hode på 60 fot, er den teoretiske maksimale effekten 5,65 kW. Systemet er forhindret fra 100% effektivitet (fra å oppnå alle 5,65 kW) på grunn av den virkelige verden, for eksempel: turbineffektivitet, friksjon i rør og konvertering fra potensial til kinetisk energi. Turbineffektiviteten er vanligvis mellom 50-80%, og rørfriksjon er redegjort for ved bruk av Hazen-Williams-ligningen .

Regulering og drift

Vanligvis driver en automatisk kontroller turbininnløpsventilen for å opprettholde konstant hastighet (og frekvens) når belastningen endres på generatoren. I et system som er koblet til et nett med flere kilder, sørger turbinkontrollen for at strøm alltid strømmer ut fra generatoren til systemet. Frekvensen av den vekselstrøms generert behov for å samsvare med den lokale standard -verktøyet frekvens . I noen systemer, hvis den nyttige lasten på generatoren ikke er høy nok, kan en lastbank automatisk kobles til generatoren for å spre energi som ikke kreves av lasten; mens dette sløser med energi, kan det være nødvendig hvis det ikke er mulig å kontrollere vannstrømmen gjennom turbinen.

En induksjonsgenerator opererer alltid ved nettfrekvensen uavhengig av rotasjonshastigheten; alt som er nødvendig er å sikre at den drives av turbinen raskere enn den synkrone hastigheten, slik at den genererer strøm i stedet for å forbruke den. Andre typer generatorer kan bruke hastighetskontrollsystemer for frekvensmatching.

Med tilgjengeligheten av moderne kraftelektronikk er det ofte lettere å betjene generatoren på en vilkårlig frekvens og mate utgangen gjennom en omformer som produserer utgang med nettfrekvens. Kraftelektronikk gjør det nå mulig å stabilisere bruk av permanente magnetalternatorer som produserer vill vekselstrøm. Denne tilnærmingen gjør at vannturbiner med lav hastighet / lavt hode kan være konkurransedyktige; de kan kjøre med den beste hastigheten for utvinning av energi, og effektfrekvensen styres av elektronikken i stedet for generatoren.

Svært små installasjoner ( pico hydro ), noen få kilowatt eller mindre, kan generere likestrøm og lade batterier for maksimal brukstid.

Turbintyper

Flere typer vannturbiner kan brukes i mikrohydroinstallasjoner, valg avhengig av vannhodet, strømningsvolumet og faktorer som tilgjengeligheten av lokalt vedlikehold og transport av utstyr til stedet. For kuperte områder der det kan være en foss på 50 meter eller mer, kan et Pelton -hjul brukes. For installasjoner med lavt hode brukes Francis eller propell- turbiner. Svært lavt hode installasjoner på bare noen få meter kan bruke propell-type turbiner i en grop, eller vannhjul og Archimedes skruer. Små mikrohydroinstallasjoner kan lykkes med å bruke industrielle sentrifugalpumper, som kjøres omvendt som drivmotorer; Selv om effektiviteten kanskje ikke er så høy som en spesialbygd løper, gjør den relativt lave kostnaden prosjektene økonomisk gjennomførbare.

I lavhodede installasjoner kan vedlikeholds- og mekanismekostnadene være relativt høye. Et lavt hode system flytter større mengder vann, og er mer sannsynlig å støte på overflaterester. Av denne grunn foretrekkes ofte en Banki-turbin, også kalt Ossberger-turbin , et selvrensende tverrgående vannhjul under trykk, for lavhodede mikrohydro -systemer. Selv om den er mindre effektiv, er den enklere strukturen billigere enn andre lavhodet turbiner med samme kapasitet. Siden vannet renner inn og deretter ut av det, renser det seg selv og er mindre utsatt for syltetøy med rusk.

  • Skrueturbin (Reverse Archimedes 'skrue): to lavhodede ordninger i England, Settle Hydro og Torrs Hydro bruker en Archimedes' skrue som er en annen rusk-tolerant design. Effektivitet 85%.
  • Gorlov : Gorlov spiralformet turbinfri strøm eller begrenset strømning med eller uten demning,
  • Francis og propellturbiner.
  • Kaplan-turbin  : Er en turbin med høy gjennomstrømning, lavt hode, propell-type. Et alternativ til den tradisjonelle kaplanturbinen er en lang diameter, langsom sving, permanent magnet, skrå VLH -turbin med åpen strøm med en virkningsgrad på 90%.
  • Vannhjul  : avanserte hydrauliske vannhjul og hydrauliske reaksjonsturbiner i hjuldeler kan ha hydraulisk effektivitet på henholdsvis 67% og 85%. Overshot vannhjuls maksimal effektivitet (hydraulisk effektivitet) er 85%. Undershot vannhjul kan operere med svært lavt hode, men har også effektivitet under 30%.
  • Gravitasjonsvannvirvelkraftverk  : En del av elveføringen ved et stengel eller naturlig vannfall ledes om til et rundt basseng med en sentral bunnutgang som skaper en virvel. En enkel rotor (og tilkoblet generator) beveges av kinetisk energi. Effektivitet på 83% ned til 64% ved 1/3 delflyt.

Bruk

Microhydro -systemer er veldig fleksible og kan distribueres i en rekke forskjellige miljøer. De er avhengige av hvor mye vannstrøm kilden (bekk, elv, bekk) har og hastigheten på vannføringen. Energi kan lagres i batteribanker på steder som er langt fra et anlegg eller brukes i tillegg til et system som er direkte tilkoblet, slik at i tider med høy etterspørsel er det ekstra reserveenergi tilgjengelig. Disse systemene kan utformes for å minimere samfunns- og miljøpåvirkning regelmessig forårsaket av store demninger eller andre massevannkraftverk.

Potensial for bygdeutvikling

I forhold til bygdeutvikling åpner enkelheten og de lave relative kostnadene ved mikrohydrosystemer nye muligheter for noen isolerte lokalsamfunn som trenger elektrisitet. Med bare en liten strøm nødvendig, kan fjerntliggende områder få tilgang til belysning og kommunikasjon for hjem, medisinske klinikker, skoler og andre fasiliteter. Microhydro kan til og med kjøre et visst nivå av maskiner som støtter små bedrifter. Regioner langs Andesfjellene og i Sri Lanka og Kina har allerede lignende, aktive programmer. En tilsynelatende uventet bruk av slike systemer i noen områder er å hindre unge samfunnsmedlemmer i å flytte inn i flere urbane regioner for å stimulere økonomisk vekst. Etter hvert som muligheten for økonomiske insentiver for mindre karbonintensive prosesser vokser, kan fremtiden for mikrohydrosystemer bli mer tiltalende.

Mikrohydroinstallasjoner kan også gi flere bruksområder. For eksempel har mikrohydroprosjekter i landlige Asia innarbeidet agroprosesseringsanlegg som risfabrikker-ved siden av standard elektrifisering-i prosjektdesignet.

Koste

Kostnaden for et mikrohydroanlegg kan være mellom 1000 og 5000 amerikanske dollar per installert kW

Fordeler og ulemper

Fordeler

Mikrohydrokraft genereres gjennom en prosess som utnytter den naturlige vannstrømmen. Denne kraften blir oftest omgjort til elektrisitet. Uten direkte utslipp fra denne konverteringsprosessen, er det liten eller ingen skadelige effekter på miljøet, hvis det er planlagt godt, og leverer dermed strøm fra en fornybar kilde og på en bærekraftig måte. Microhydro regnes som et " run-of-river " -system, noe som betyr at vann som ledes fra bekken eller elven blir omdirigert tilbake til det samme vassdraget. Å legge til de potensielle økonomiske fordelene med microhydro er effektivitet, pålitelighet og kostnadseffektivitet.

Ulemper

Mikrohydro -systemer er hovedsakelig begrenset av egenskapene til stedet. Den mest direkte begrensningen kommer fra små kilder med den minste strømmen. På samme måte kan strømmen svinge sesongmessig i enkelte områder. Til slutt, men kanskje den viktigste ulempen er avstanden fra strømkilden til stedet som trenger energi. Dette distribusjonsproblemet så vel som de andre er nøkkelen når du vurderer å bruke et mikrohydro-system.

Se også

Referanser

Eksterne linker