Querstromturbine für Wasserkraftanlagen

Die kinetische Energie des Wassers, das in Flüssen oder Bächen bergab fließt, stellt eine kontinuierliche Energiequelle dar, die eine Querstromturbine nutzen kann. Im Gegensatz zu anderen Formen erneuerbarer Energie, die auf Sonnenaktivität angewiesen sind, ist ein Fluss jedoch Teil des Wasserkreislaufs aus Wasserverdunstung und Niederschlag in Form von Regen.

Der Wasserfluss in einem Fluss kann durch Schleusen, Wehre oder Dammbauten reguliert werden, wobei die kinetische Energie des fließenden Wassers genutzt wird, um eine Querstromturbine zu den nutzungsgünstigsten Zeiten anzutreiben.

Design einer Querstromturbine

Obwohl die Erde reichlich Wasser hat, kann nicht alles davon zur Erzeugung von Wasserkraft genutzt werden. Die besten Flüsse zur Stromerzeugung befinden sich beispielsweise in der Nähe von Hügeln und Bergen, wo das Wasser mit viel kinetischer Energie bergab fließt, aber einige Flüsse sich zu langsam bewegen, um nützlich zu sein. Die Verfügbarkeit von Wasserkraft ist begrenzt.

In den letzten Jahrzehnten ist die Kleinwasserkraft aufgrund ihrer sauberen, erneuerbaren und reichlich vorhandenen Energieressourcen, die leicht erschlossen werden können, populär geworden.

Es kann jedoch ein Problem sein, einen geeigneten und effektiven Wasserturbinentyp für ein kleines Wasserkraftwerk zu finden. Darüber hinaus können die relativ hohen Herstellungskosten der komplexen Struktur der Turbine ein Hindernis für die Entwicklung einer kleinen Wasserkraftturbine darstellen.

Es sind mehrere verschiedene Arten von Wasserturbinenkonstruktionen erhältlich, die alle verwendet werden können in Kleinwasserkraftanlagen. Die Auswahl hängt von der verfügbaren Wassersäule und der Durchflussmenge ab. Die Leistung ist proportional zum Produkt aus Förderhöhe x Durchfluss.

Daher wird die Querstromturbine im Allgemeinen wegen ihrer einfachen Struktur und der hohen Möglichkeit, sie in einem Null-Fall-Kleinwasserkraftwerk ohne die Notwendigkeit von Dämmen oder Staustufen anzuwenden, verwendet.

Eines der grundlegendsten Merkmale von Die Querstromturbine ist die Einfachheit ihrer Konstruktion. Das Querstromturbinendesign basiert auf Konzepten sowohl von Impuls- als auch von Reaktionsturbinendesigns, aber im Allgemeinen verwendet es Impulsverhalten, was auch den Namen einer Impulsturbine gibt.

Die Einfachheit in seinem Design reduziert die Kosten und macht es sehr geeignet für die Verwendung in Systemen mit niedriger Förderhöhe und kleiner Leistung. Die Querstromturbine liefert Leistung und Drehmoment an ihrer Ausgangswelle, indem sie die kinetische Energie aus einem sich bewegenden Wasser extrahiert, ohne dessen natürliche Strömung anderweitig zu unterbrechen.

Wie funktioniert also die Querstromturbine?

Die Querstromturbine hat einen trommelartigen Rotor mit einer massiven Scheibe an jedem Ende und rinnenförmigen Rotorblättern, die die beiden Scheiben miteinander verbinden. Wasser wird durch eine Einlassführung in den Rotor geleitet, die es unter Druck zuerst durch den Rotor leitet, durch das Trommelinnere, das einen Teil seines Impulses überträgt, und dann ein zweites Mal durch den Rotor, bevor es die Turbine bei Umgebungsdruck verlässt. Dann wandelt die Querstromturbine die Strömung und den Druck des Wassers in mechanische Energie um. Diese Aktion führt zu einem sehr geringen Druckabfall über den Turbinenschaufeln und erhöht dadurch deren Effizienz.

Durch den Drehimpuls des über die Turbinenrotorblätter strömenden Wassers wird die kinetische Energie des Wassers an der Abtriebswelle in ein Drehmoment umgewandelt, das in einem Kleinwasserkraftwerk zum Antrieb eines elektrischen Generators genutzt werden kann. Dann dreht die Querstromturbine einen Generator, der an elektrische Lasten angeschlossen ist, um je nach verwendetem elektrischen Generator ein einzelnes Haus, Gebäude oder eine sehr kleine Installation mit Strom zu versorgen.

Umwandlung von Wasser in Watt

Die “Querstromturbine” ist sehr gut darin, die kinetische Energie des Wassers in mechanisches Drehmoment umzuwandeln. Aber um die potentielle Energie des in einem Fluss oder Strom fließenden Wassers zu bestimmen, ist es notwendig, sowohl die Fließgeschwindigkeit des Wassers als auch die Fallhöhe des Wassers zu bestimmen. Die potenziell im Wasser verfügbare Leistung kann wie folgt berechnet werden:

Theoretische Leistung:

(P) = Durchfluss (Q) x Förderhöhe (H) x Schwerkraft (g)

• Wobei:
• Q = die Menge des fließenden Wassers in Kubikmetern pro Sekunde (m3/sec)
• H = die effektive Fallhöhe in Metern (m)
• g = Erdbeschleunigung (9,81 m/s2)

dann können wir sagen, dass die theoretisch verfügbare Leistung ist: P = 9,81 x Q x H (kW)

Energie geht jedoch immer verloren, wenn sie vorhanden ist in Form von Reibungsverlusten und Verschüttungen von einer Form in eine andere umgewandelt. Obwohl höher als andere Arten von Turbinenkonstruktionen, haben Kreuzstrom-Wasserturbinen selten einen Wirkungsgrad von mehr als 85 %.

Durch sorgfältiges Design kann dieser Verlust jedoch auf nur einen kleinen Prozentsatz reduziert werden, aber ein grober Richtwert für kleine Systeme mit einer Nennleistung von wenigen kW ist ein Gesamtwirkungsgrad von etwa 50 %. Daher muss die theoretische Leistung mit 0,50 multipliziert werden, um eine realistischere Zahl zu erhalten.

Weltweit gibt es ein weit verbreitetes Potenzial für die lokalisierte Erzeugung von Wasserkraft aus Flüssen und Kanälen unter Verwendung von “Nullfall” Querstromturbinendesigns, die keine Dämme oder Sperren benötigen. Die kinetische Energie in Flüssen und Kanälen ist eine vorhersagbare Energiequelle, die 24 Stunden am Tag leicht verfügbar ist und durch den Einsatz von aktuellem Querstromturbinendesign und Technologie ausgenutzt werden kann.

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