Kleine Wasserkraft für zu Hause

Im Allgemeinen ist kleine Wasserkraft eine wichtige Energiequelle mit zahlreichen Vorteilen gegenüber anderen Formen erneuerbarer Energie, wenn sie richtig ausgelegt und installiert wird. Die kinetische Energie von fließendem Wasser ist 24 Stunden am Tag leicht verfügbar, kleine Wasserkraftwerke können diese kostenlose Energie nutzen und bieten eine kostengünstige und zuverlässige Quelle für „grünen Strom“.

Im Allgemeinen ist alles, was Sie für eine “kleine Wasserkraft” System ist ein Bach oder ein Fluss, durch den genügend Wasser mit der richtigen Menge oder dem richtigen Druck fließt, um eine Wasserturbine zu speisen, die an einen Generator angeschlossen ist, der Ihr Haus mit Strom versorgt. So wie Sie es mit einem erneuerbaren Solar- oder Windenergiesystem können, können Sie auch ein kleines Wasserkraftsystem entwerfen, das entweder netzgekoppelt, netzgekoppelt mit Batterie-Backup oder eigenständig ist.

Aber was meinen wir mit einer &8220;kleinen Wasserkraft&8221; System. Kleine Wasserkraftwerke sind verkleinerte Versionen der viel größeren Wasserkraftwerke, die wir sehen, die große Staudämme und Stauseen verwenden, um Millionen von Menschen mit Strom zu versorgen. Abhängig von der physischen Größe, der Fallhöhe und der Stromerzeugungskapazität können kleine Wasserkraftwerke wie folgt in kleine, Mini- und Mikrowasserkraftwerke eingeteilt werden:

• Kleine Wasserkraft:ist ein System, das elektrische Energie zwischen 100 kW (Kilowatt) und 1 MW (Megawatt) erzeugt und diese erzeugte Energie direkt in das Versorgungsnetz einspeist oder als Teil eines großen eigenständigen Systems, das mehr als einen Haushalt versorgt.
• Wasserkraft im Mini-Maßstab: ist ein Schema, das Strom zwischen 5kW und 100 kW, direkt in das Versorgungsnetz einspeisen oder als Teil eines Batterielade- oder Wechselstrom-Standalone-Systems.
• Micro Scale Hydro Power: ist normalerweise die Klassifizierung für ein kleines hausgemachtes Laufwassersystem, das Gleichstromgeneratoren zur Stromerzeugung verwendet Leistung zwischen einigen hundert Watt und 5 kW als Teil eines eigenständigen Batterieladesystems.

Kleines Hydro

Kleine Wasserkraftsysteme sowie Mini-Hydrosysteme oder Mikro-Hydrosysteme können entweder mit Wasserrädern oder mit Impulsturbinen konstruiert werden.

Das Erzeugungspotenzial eines bestimmten Standorts hängt davon ab die Menge des Wasserdurchflusses, die verfügbare Fallhöhe, die wiederum von den Standortbedingungen und dem Standort sowie den Niederschlagseigenschaften des Standorts abhängt.

Bei ausreichender Fallhöhe und Abfluss können kleine Wasserkraftwerke direkt aus einem Fluss oder Bach, einem so genannten „Run-of-River“, angetrieben werden. System, das in oder an einem Fluss oder Bach eingebaut ist, ohne dass der Wasserfluss aufgestaut, umgeleitet oder in irgendeiner Weise verändert werden muss. Damit sind sie die günstigste Lösung zur Stromerzeugung.

In einem Laufwasserkraftwerk wird der Wasserfluss nicht verändert, daher muss seine Mindestflussrate gleich oder höher sein als die der vorgeschlagenen Turbinenausgangsleistung, um einen maximalen Wirkungsgrad zu gewährleisten. Das Ergebnis ist, dass die Kosten für ein Laufwassersystem viel niedriger sind und weniger Umweltauswirkungen haben als andere kleine Wasserkraftwerke. Der Nachteil ist, dass der Wasserdurchfluss das ganze Jahr über schwankt und das System die Wasserenergie nicht speichern kann.

Die Entwicklung kleiner Wasserkraftwerke, die einen kleinen Damm oder Wehr, einen Wasserspeicher (Aufstau) verwenden oder eine Umleitung des Wasserflusses des Flusses durch Tunnel oder Kanäle erfordern, erfordert insgesamt einen weitaus höheren Wasserverbrauch und ist auch komplexer Hoch- und Tiefbauarbeiten, die der Geländehöhe entsprechen, ganz zu schweigen von den Umweltauswirkungen, die proportional zur Größe des Projekts sind.

Allerdings hat ein Reservoir-Stausystem oder ein Hochgefällesystem aufgrund des erhöhten Volumens und der Geschwindigkeit des nutzbaren Wassers ein viel höheres elektrisches Erzeugungspotential als das eines viel kleineren Laufwassersystems, wodurch die größere Kapitalinvestition, aber die Kosten kompensiert werden können mit einfachem Design und praktischen, leicht zu konstruierenden zivilen und mechanischen Arbeiten niedrig gehalten werden.

Wie viel Leistung kann ein Hydrodesign im kleinen Maßstab extrahieren?

Wasserräder und Wasserturbinen sind für jeden großartig kleine Wasserkraftwerke, da sie die kinetische Energie aus dem sich bewegenden Wasser extrahieren und diese Energie in mechanische Energie umwandeln, die einen elektrischen Generator antreibt, der Strom erzeugt.

Die maximale Menge an elektrischer Energie, die aus einem Fluss oder Strom fließenden Wassers gewonnen werden kann, hängt von der Energiemenge innerhalb des fließenden Wassers an diesem bestimmten Punkt ab. Wenn sich das Wasser bewegt, wandelt ein Wasserkraftsystem diese kinetische Eingangsleistung in elektrische Ausgangsleistung um.

Um das Leistungspotential des in einem Fluss oder Bach fließenden Wassers zu bestimmen, ist es notwendig, sowohl den Durchfluss zu bestimmen Geschwindigkeit des Wassers, das einen Punkt in einer bestimmten Zeit passiert, und die vertikale Fallhöhe, durch die das Wasser fallen muss. Die theoretische Leistung im Wasser kann wie folgt berechnet werden:

Leistung (P) = Durchflussrate (Q) x Förderhöhe (H) x Schwerkraft (g) x Wasserdichte (ρ)

Wo Q ist in m3/s, H in Metern und g ist die Gravitationskonstante, 9,81 m/s2 und ρ ist die Dichte von Wasser, 1.000kg/m3 oder 1,0kg/Liter.

Dann können wir sehen, dass die maximale theoretische Leistung, die im Wasser verfügbar ist, proportional zum Produkt aus "Förderhöhe x Durchfluss" ist, da die Anziehungskraft der Schwerkraft auf das Wasser und die Wasserdichte immer eine Konstante ist. Daher ist P = 1,0 x 9,81 x Q x H (kW).

Aber die Wasserturbine ist nicht perfekt und ein Teil der Eingangsleistung geht innerhalb der Turbine verloren aufgrund von Reibung und anderen derartigen Ineffizienzen. Die meisten modernen Wasserturbinen haben je nach Typ, Reaktion oder Impuls einen Wirkungsgrad zwischen 80 und 95 %, sodass die effektive Leistung eines kleinen Wasserkraftwerks angegeben werden kann als:

Verfügbare Leistung vom Hydrosystem

Wobei: η (eta) der Wirkungsgrad von ist die Turbine oder das Wasserrad.

Beispiel Nr. 1 für kleine Wasserkraft

Ein kleiner Bach fällt 20 Meter an einem Berghang hinab und erzeugt einen Wasserdurchfluss von 500 Litern pro Minute an einem festen Punkt vorbei. Wie viel Leistung könnte ein kleines Wasserkraftwerk in Kilowatt erzeugen, wenn der verwendete Wasserturbinentyp einen maximalen Wirkungsgrad (η) von 85 % hat.

Die angegebenen Daten: Förderhöhe = 20 m, Durchflussrate = 500 l/min, Effizienz = 0,85 und Schwerkraft = 9,81 m/s2. Aber zuerst müssen wir den Wasserdurchfluss von 500 Litern pro Minute in m3/s umrechnen.

1.000 Liter entsprechen 1 m3, also entsprechen 500 Liter 0,5 m3. Eine Minute entspricht 60 Sekunden, dann entspricht eine Durchflussrate von 0,5 m3 pro Minute 0,00833 m3 pro Sekunde.

Leistung (P) = η × g × Q × H& #032; (kW)

P = 0,85 × 9.81m/s2 × 0.00833m3/s × 20m

& #8756; P = 1,4 kW

Jetzt scheinen 1,4 kW pro Sekunde nicht so viel zu sein, aber das entspricht über 1,84 MW ( 1.4 × 60 × 60& #032;× 24 × 365 ) kostenloser Strom aus Wasserkraft pro Jahr. Da die Leistung proportional zum Produkt aus „Förderhöhe x Durchfluss“ ist, würde die Erhöhung eines dieser beiden Faktoren und/oder der Effizienz des Hydrosystems zu einer Erhöhung der erzeugten Leistung führen. Die jährliche Stromerzeugung hängt jedoch davon ab, dass die verfügbare Wasserversorgung das ganze Jahr über einigermaßen konstant ist.

Komponenten eines Kleinwasserkraftwerks

Ein typisches Kleinwasserkraftsystem benötigt einen Bach, ein Einlasssystem, um das Wasser umzuleiten, einen Kanal oder Kanal, der als Druckleitung bezeichnet wird, um das umgeleitete Wasser zu transportieren, eine Wasserturbine oder ein Wasserrad, um die kinetische Energie des Wassers in mechanische Rotationsenergie umzuwandeln und einen elektrischen Generator, um diese Rotationsenergie vom Rad in Elektrizität umzuwandeln.

Obwohl die tatsächlichen Komponenten für jedes kleine Wasserkraftsystem unterschiedlich sein werden, bestimmt die Art des gewählten Systems die Notwendigkeit, ein Umleitungswehr oder einen Damm oder eine Vorbucht zu bauen, was letztendlich davon abhängt der verfügbare “statische Kopf” Wasser und ein typisches Kleinwasserkraftwerk wird gezeigt.

Wenn Sie sich bezüglich der geografischen Umgebung unsicher sind, können Sie sich durch den Kauf einer lokalen Vermessungskarte des Gebiets eine Vorstellung von der verfügbaren Fallhöhe vom Fluss bis zur Turbine machen, indem Sie die Details der Konturen auf der Karte messen.

Schemata mit niedriger Fallhöhe von bis zu 20 Metern (65 Fuß) ermöglichen eine Reihe von Wasserkraftoptionen, von einer einzelnen Wasserleitung aus Kunststoff bis zu einem Trog, der von einem Umleitungseinlass oberhalb des Wassers direkt auf eine Turbine (wahrscheinlich im Pelton-Stil) bergab verläuft. wobei die Turbine einen Generator dreht.

Dann bestehen Kleinwasserkraftsysteme aus einem Kanal, einer Pipeline oder einer Druckrohrleitung (Penstock), die das Wasser liefern. Eine Turbine oder ein Wasserrad wandelt die Energie des fließenden Wassers in Rotationsenergie um und eine Lichtmaschine oder ein Generator wandeln die Rotationsenergie in Elektrizität um.

Wasserkraftgeneratoren im kleinen Maßstab

Neben den Bauarbeiten ist die Auswahl des richtigen Generators für die Wasserturbine oder das Wasserrad einer der schwierigsten Teile bei der Entwicklung eines Klein-, Mini- oder Mikrowasserkraftwerks für die Stromerzeugung. Im Allgemeinen drehen sich Wasserräder langsamer als Wasserturbinen. Wenn also ein Hochgeschwindigkeitsgenerator gewählt wird, ist möglicherweise ein Getriebe oder ein Riemenscheibensystem mit Riemen oder Wechsel erforderlich.

Es gibt viele der- elektrische Maschinen im Regal erhältlich, und alle haben ihre Vor- und Nachteile, aber Permanentmagnet-Wechselstromgeneratoren sind bei weitem die beliebteste Wahl bei erfolgreichen Kleinwasserkraft-Designs.

>

Kleine Hydro-DC-Generatoren – Diese reichen von einigen hundert Watt bis weit über 3.000 Watt und können zum Laden von Batteriebänken verwendet werden, um den vom System erzeugten Strom zu speichern, ähnlich wie beim Laden einer Autobatterie. Der gebräuchlichste Typ von Permanentmagnet-Gleichstromgeneratoren (PMDC) ist der Dynamo. Dynamos sind eine gute Wahl für Neueinsteiger in die Wasserkraft, da sie groß und schwer sind und im Allgemeinen sehr gute Lager auf der Riemenscheibenwelle haben.

Alte Diesel-LKW- oder -Bus-Dynamos sind eine bessere Wahl für Wasserräder, da sie darauf ausgelegt sind, die erforderliche Spannung und den erforderlichen Strom bei langsameren Geschwindigkeiten zu erzeugen, wobei der Schwerpunkt eher auf Effizienz als auf maximaler Leistung liegt. Außerdem können die meisten Bus- und LKW-Dynamos eine Leistung von bis zu 500 Watt bei 24 Volt erzeugen, was mehr als genug ist, um Batterien aufzuladen und Lichter für ein kleines Niederspannungs-Hydrosystem zu betreiben.

Wenn Batterien in das Kleinwasserkraftdesign einbezogen werden, sollten sie so nah wie möglich am Generator platziert werden, da es schwierig sein kann, Niederspannungsstrom über lange Kabelstrecken zu übertragen. Außerdem erzeugen kleine Hydrogeneratoren beim Drehen immer Strom, selbst wenn die Batterien voll aufgeladen sind, dann ist eine Dummy-Widerstandslast wie ein elektrisches Feuerelement erforderlich, um diese überschüssige Energie zu absorbieren und abzuleiten. Diese Dummy-Widerstandslast kann viel Energie verbrauchen und daher möglicherweise sehr heiß werden, daher sollte sie so positioniert werden, dass sie nicht berührt werden kann.

Auch Autolichtmaschinen sind bei vielen Heimwerkern eine beliebte Wahl für Niederspannungsturbinengeneratoren, erfordern jedoch hohe Drehzahlen und sind nicht immer sehr effizient. Fahrzeuggeneratoren benötigen außerdem eine externe Stromversorgung, um die Elektromagnete mit Strom zu versorgen, die das Magnetfeld erzeugen.

Kfz-Lichtmaschinen begrenzen ihren eigenen Strom mithilfe einer eingebauten Reglerschaltung. Dadurch wird verhindert, dass die Lichtmaschine die angeschlossenen Batterien überlädt. Eine Fahrzeuglichtmaschine sollte jedoch niemals umgekehrt an die Batteriebank angeschlossen oder die Lichtmaschine ohne angeschlossene Batterie mit hohen Drehzahlen betrieben werden, da die Ausgangsspannung auf hohe Werte (viel mehr als 12 Volt) ansteigen und den internen Gleichrichter zerstören würde.

Viele DC-Systeme verwenden auch Gleichrichter, um den vom System erzeugten Niederspannungs-Gleichstrom (DC) in 120 oder 240 Volt Wechselstrom (AC) für Haushaltsgeräte und Fernseher umzuwandeln Betrieb mit Wechselstrom.

DC-Generatoren können ein netzgekoppeltes System über einen Wechselrichter und einen Power Conditioner mit Strom versorgen, aber für ein dauerhaft netzgekoppeltes System ist es besser, einen AC-Hydrogenerator zu installieren.

Kleine AC-Hydrogeneratoren – werden für netzgekoppelte Schemata verwendet und können einphasige oder dreiphasige Maschinen sein. Wechselstrom-Hydrogeneratoren haben Nennleistungen zwischen 500 Watt und 10 kW und verwenden Hochgeschwindigkeits-Synchron- oder Induktionsmaschinen. AC-Hydro-Generatoren sind fest mit dem Bordnetz des Hauses verbunden und versorgen die Verbraucher direkt. Das System sollte einen Leistungskonditionierer enthalten, um sicherzustellen, dass die Ausgabe an das Versorgungsnetz unabhängig von der Geschwindigkeit der Turbine immer stabil ist und die richtige Spannung und Frequenz hat.

Wenn Sie das Glück haben, in der Nähe zu wohnen B. eines Flusses oder Baches, und investieren in ein kleines Wasserkraftsystem, kann Ihren Bedarf an fossilen Brennstoffen reduzieren und so zur Verringerung der Luftverschmutzung beitragen. Bei der Planung eines Wasserkraftsystems sind viele Faktoren zu berücksichtigen, aber mit dem richtigen Standort und der richtigen Ausrüstung, sorgfältiger Planung und detaillierter Beachtung der örtlichen Gesetze und erforderlichen Genehmigungen können kleine Wasserkraftsysteme Ihnen ein sauberes, zuverlässiges und wartungsfreundliches System bieten kostenlose Energiequelle für viele Jahre.

Neben den Vorteilen, die mit dem Verkauf Ihres selbst erzeugten kostenlosen Stroms an Ihr örtliches Versorgungsunternehmen verbunden sind, liefern netzgekoppelte Wasserkraftsysteme den zusätzlichen Strom, den Sie benötigen, wenn Sie ihn benötigen Ihr Wasserkraftsystem kann nicht Ihren gesamten Strombedarf decken.

Weitere Informationen über kleine Wasserkraft und wie Sie Motoren als Generatoren verwenden können, um mit der Kraft des Wassers Ihren eigenen Strom zu erzeugen , oder erhalten Sie weitere Informationen zur Wasserkraft über die verschiedenen verfügbaren Kleinwasserkraftsysteme oder um die Vor- und Nachteile der Wasserkraft zu erkunden, dann klicken Sie hier, um Ihr Exemplar noch heute bei Amazon zu bestellen und zu erfahren n wie man Elektromotoren als Generatoren als Teil Ihres eigenen Wasserkrafterzeugungssystems verwendet.