Micro-hydro gerador - DIY Poder Micro hidro já foi fonte proeminente do mundo de energia mecânica para a fabricação. Micro hidro está fazendo um retorno para a geração de eletricidade em residências. Um número crescente de pequenos sistemas hídricos estão sendo instalados em locais remotos na América do Norte. Há também um crescente mercado para micro eletricidade hídrica nos países em desenvolvimento. Este artigo é um excesso de vista técnico.
Poder Micro hidro está gradualmente assumindo a forma descentralizada que já teve. Energética da água antecede o uso da eletricidade. Ao mesmo tempo hidrelétrica foi empregado em muitos locais da Europa e América do Norte. Foi usado principalmente para moer grãos onde a água tinha uma queda vertical de mais do que alguns metros e fluxo suficiente. Menos comum, mas não menos importante, foi o uso da hidrelétrica para fornecer energia para o eixo de plantas têxteis, serrarias e outras operações de fabricação. Ao longo do tempo milhares de pequenas fábricas foram substituídos por energia elétrica gerada centralmente. Muitos dos principais projetos hidrelétricos foram desenvolvidos utilizando grandes barragens, gerando vários megawatts de energia. energia. Em muitas áreas, hidro energia elétrica ainda é usado em pequena escala, e é sem dúvida a forma mais rentável de energia. fontes de energia renováveis, como eólica e solar estão sendo ampliados de residencial para tamanho concessionária de energia elétrica. Em contraste, a hidrelétrica está sendo reduzida ao tamanho residencial. As pequenas máquinas são semelhantes em muitos aspectos para os grandes, exceto por sua escala. Implantação de um sistema hidro é muito mais do que um vento ou fotovoltaica-site específico - sistema (energia solar fotovoltaica elétrica). Uma quantidade suficiente de água que cai tem de estar disponível. A distância vertical a água cai é chamado de cabeça e geralmente é medido em pés, metros ou unidades de pressão. A quantidade de água é chamado de fluxo e é medido em litros por minuto (GPM), de pés cúbicos por segundo (SFC), ou litros por segundo (l / s). Mais cabeça é geralmente melhor, porque o sistema utiliza menos água e o equipamento pode ser menor. A turbina também corre a uma velocidade maior. Em altas cabeças, faixas de pressão pressão e tubagens integridade articular articular
tornar-se problemática. Dado que a energia é o produto da cabeça e do fluxo, o fluxo de mais é necessária para a cabeça inferior para gerar o mesmo nível de potência. Mais fluxo é melhor, se não mesmo toda ela é utilizada, uma vez que mais água pode permanecer no fluxo de benefícios ambientais. uma simples equação calcula a potência de saída de um sistema com uma eficiência de 53%, a qual é representativa da maioria dos sistemas de micro hidro: Net Head * (pés) x Vazão (gpm US) / 10 = Saída (Watts) * Cabeça Net é a pressão disponível depois de subtrair as perdas de atrito da tubulação. A maioria dos sistemas hídricos são limitados em capacidade de produção em condições de fluxo. Isto é, elas não podem ser expandidos indefinidamente como um sistema de vento ou PV. Isto significa que o processo de colagem pode ser com base em alterações no local, em vez de as necessidades de energia. O tamanho e / ou tipo de componentes do sistema podem variar muito de local para local. A capacidade do sistema pode ser ditada por circunstâncias específicas (por exemplo, água seca no verão). Se o potencial é insuficiente para gerar a energia necessária para operar a carga média, você deve usar aparelhos que são mais eficientes em termos de energia e / ou adicionar outras formas de equipamentos de geração ao sistema. / Sistemas hídricos híbrido vento / PV são muito bem-sucedida e as fontes de energia se complementam. Os sistemas descritos aqui são chamados de "fio d'água"; ou seja, a água não armazenados atrás de uma represa. Apenas um represamento de tamanho suficiente para direcionar a água é necessária para o pipeline. A energia é gerada a uma velocidade constante, e se não for utilizado, ele é armazenado em pilhas ou enviado para uma carga de derivação. Portanto, há pouco impacto ambiental, desde um mínimo de água é usada. Há também muito menos complicação regulamentar.
Tipos de Sistema Se as cargas de aquecimento elétrico são excluídos, 300-400 Watts de potência contínua pode alimentar uma casa típica norte-americana. Isto inclui uma geladeira / freezer, máquina de lavar roupa, luzes, entretenimento e equipamentos de comunicações, todos eficiência padrão. Com aparelhos e luzes de eficiência energética e gestão do uso cuidadoso, é possível reduzir a demanda média de cerca de 200 Watts contínuos. pode ser alimentada por um sistema de micro hidrelétrica de duas maneiras. Num sistema baseado em pilha, a energia é gerado a um nível igual ao da procura média e armazenadas em pilhas. As baterias podem fornecer energia tão necessária em níveis muito mais elevados do que a gerada e durante os períodos de baixa demanda o excesso pode ser armazenado. Se a energia suficiente disponível a partir da água, um sistema de CA-direta pode gerar energia como a corrente
alternada (AC). Este sistema geralmente requer um nível de energia muito maior do que o sistema baseado em bateria.
sistemas baseados em baterias A maioria dos sistemas de energia em casa são à base de bateria. Eles exigem muito menos água do que os sistemas de corrente alternada e são geralmente menos caro. Porque a energia é armazenada em baterias, o gerador pode ser desligado para manutenção, sem interromper a energia fornecida para a carga. Uma vez que apenas a carga média precisa de ser gerado para este tipo de sistema, o oleoduto, turbina, o gerador e outros componentes pode ser muito menor do que os de um sistema AC. =============== ================ Poder = A taxa de fazer o trabalho (IE Watts ou potência) 1 Watt = 1 Volt X 1 ampères 1 Potência = 746 Watts 1000 Watts consumidos = 1 quilowatt-hora (IE a unidade encontrada em contas de serviços públicos) =============================== inversores muito confiável estão disponíveis para converter a energia da bateria DC na saída AC (120 volts, 60 Hz). Estes são usados para alimentar aparelhos maioria ou todos os domésticos. Isso torna possível ter um sistema que é quase indistinguível de uma casa usando energia elétrica. A tensão de entrada para as baterias em um sistema baseado em bateria geralmente varia de 12 a 48 Volts DC. Se a distância de transmissão não é grande, então 12 Volts muitas vezes é alto o suficiente. Um sistema de 24 volts é usado se o nível de energia ou transmissão distância é maior. Se todas as cargas são alimentados por inversor de tensão da bateria é independente da tensão de saída do inversor e voltagens de 48 ou 120 pode ser utilizado para superar longas distâncias de transmissão. Embora as baterias e inversores podem ser especificadas para estas tensões, é comum para converter a alta tensão de volta para 12 ou 24 Volts (tensão da bateria), utilizando transformadores ou conversores de estado sólido. vento ou fontes de energia solar podem ajudar na produção de energia, porque as baterias são utilizado. Além disso, cargas CC (aparelhos ou luzes projetadas para DC) pode ser operado diretamente das baterias. Versões CC de muitos aparelhos estão disponíveis, embora eles muitas vezes custam mais e são mais difíceis de encontrar e, em alguns casos, a qualidade eo desempenho variar.
Diretas-AC Sistemas Este é o tipo de sistema utilizado pelas concessionárias. Ele também pode ser usado em uma escala de energia em casa, em condições adequadas. Em um sistema de ar condicionado, não existe armazenamento de bateria. Isto significa que o gerador deve
ser capaz de fornecer a procura instantânea, incluindo a carga de pico. A carga mais difícil é a oscilação de energia de curto duração desenhada por um motor de indução encontrado em geladeiras, freezers, máquinas de lavar, algumas ferramentas eléctricas e outros aparelhos. Mesmo que a carga de execução de um motor de indução pode ser apenas algumas centenas de watts, a carga inicial pode ser de 3 a 7 vezes este nível ou vários quilowatts. Uma vez que outros aparelhos podem também estar a funcionar ao mesmo tempo, pode ser necessário um nível de potência mínimo de 2 a 3 quilowatts por um sistema de CA, dependendo da natureza das cargas. Em um sistema típico de CA, um controlador electrónico mantém tensão e frequência dentro de certos limites. A produção da hidrelétrica é monitorada e qualquer poder não utilizado é transferido para uma carga de "shunt", como um aquecedor de água quente. O controlador actua como um reóstato que controla automático do ciclo de frequência de saída do gerador por ciclo e desvia a energia para a carga (s) de desvio, a fim de manter uma velocidade constante de equilíbrio ou de carga sobre o gerador. Há quase sempre o suficiente excesso de energia a partir deste tipo de sistema de aquecimento de água quente sanitária e fornecer algumas, se não todas, de espaço de aquecimento de uma casa.
Componentes do Sistema Uma ingestão recolhe a água e uma tubulação de entrega-lo para a turbina. A turbina converte a energia da água em energia mecânica do eixo. A turbina aciona o gerador que converte a energia do eixo em energia elétrica. Em um sistema de corrente alternada, esta energia vai diretamente para as cargas. Em um sistema baseado em bateria, a energia é armazenada em baterias, que alimentam as cargas, conforme necessário. Controladores podem ser necessárias para regular o sistema. Pipeline A maioria dos sistemas hídricos exigem uma tubulação para levar a água para a turbina. A exceção é uma máquina de hélice com uma entrada aberta. A água deve passar em primeiro lugar através de um filtro simples de bloquear detritos que possam entupir ou danificar o equipamento. A ingestão deve ser colocado para o l ado do principal fluxo de água para protegê-lo contra a força directa de água e detritos durante a alta flows.It é importante o uso de um canal de diâmetro suficientemente grande para minimizar as perdas por atrito do movimento da água. Quando possível, o gasoduto deve ser enterrado. Isso estabiliza o tubo e impede bichos de mastigá-lo. Pipelines são normalmente feitos de PVC ou polietileno embora tubos metálicos ou de concreto também pode ser usado.
mpulse rotor Francis Runner Runner Turgo
Turbinas Embora waterwheels tradicionais de vários tipos têm sido usadas durante séculos, eles geralmente não são adequados para a geração de eletricidade. Eles são pesados, grandes e virar em baixas velocidades. Eles exigem engrenagens complexo para alcançar velocidades para executar um gerador eléctrico. Eles também têm problemas de formação de gelo em climas frios. Turbinas giram a velocidades mais elevadas, são mais leves e mais compactos. Turbinas são mais adequadas para a produção de electricidade e são geralmente mais eficiente. Existem dois tipos básicos de turbinas:. impulso e reacção máquinas utilizar um bocal de impulso na extremidade do oleoduto que converte a água sob pressão para dentro de um jacto que se movimenta rapidamente. Este jato é, então, direcionada à roda da turbina (também chamado o corredor), que é projetado para converter o máximo de energia cinética do jato quanto possível no eixo turbinas de impulso mais comuns são pelton, turgo e crossflow. Em reação turbinas a energia de a água é convertida a partir da pressão de velocidade dentro das pás de guia e a própria roda da turbina. Alguns irrigadores de jardim são turbinas de reação. Eles giram em torno de si mesmos como uma reação à ação da água esguichando dos bicos nos braços do rotor. Exemplos de turbinas de reação são hélices e turbinas Francis.
aplicações de turbinas na família de máquinas de impulso, o Pelton é usado para os mais baixos fluxos e maiores cabeças. O fluxo cruzado é utilizado onde os fluxos são mais altas e as cabeças são mais baixos. O turgo é usado para condições intermediárias. Hélice (reação) turbinas podem operar em menos de dois metros de cabeça. A turgo requer pelo menos quatro pés e uma Pelton precisa de pelo menos 10 pés. Estes são apenas diretrizes ásperos com sobreposição de aplicações. The cross-flow (impulso) turbina é a única máquina que facilmente se presta a construção usuário. Elas podem ser feitas em larguras modulares e bicos variável pode ser utilizado. locais mais desenvolvidos agora utilizar turbinas de impulso. Estas turbinas são muito simples e relativamente barata. À medida que o fluxo de corrente varia, o fluxo de água para a turbina pode ser facilmente controlada alterando os tamanhos de bicos ou utilizando bocais ajustáveis. Em contraste, a maioria das turbinas de reacção mais pequenas não pode ser ajustado para acomodar o fluxo de água variável. Aqueles que são ajustáveis são
muito caros por causa das aletas giratórias e lâminas de que necessitam. Se a água suficiente, não está disponível para o pleno funcionamento de uma máquina de reação, o desempenho sofre muito. Uma vantagem de máquinas de reação é que eles podem usar a cabeça cheia disponíveis em um site. Uma turbina de impulso deve ser montado acima do nível da cabeça tailwater e eficaz é medido até ao nível do bocal. Para que a turbina de reacção, a cabeça disponível completo é medido entre os dois níveis de água ao mesmo tempo que a turbina pode ser montado bem acima do nível da água que sai. Isto é possível porque o "projecto de tubo" usada com a máquina recupera alguma da cabeça de pressão, após a água sai da turbina. Este tubo em forma de cone converte a velocidade da água que flui para a pressão, uma vez que é desacelerado pela seção transversal aumento do tubo de sucção. Isto cria uma sucção na parte inferior da calha.
Turbine Crossflow
Hélice Turbina
As bombas centrífugas são por vezes utilizados como substitutos práticos para turbinas de reação, com bons resultados. Eles podem ter alta eficiência e estão prontamente disponíveis (novos e usados), a preços muito mais baixos do que as turbinas de reação reais. No entanto, pode ser difícil selecionar a bomba correta porque os dados sobre o seu desempenho como uma turbina são geralmente não estão disponíveis ou não são simples. Uma das razões mais turbinas de reação não estão em uso é a falta de máquinas disponíveis em tamanhos pequenos. Há muitos locais potenciais com 2-10 pés de cabeça e de alto fluxo que não são atendidas pelo mercado.
Geradores A maioria dos sistemas baseados em baterias usar um alternador automotivo. Se for selecionado cuidadosamente, e rebobinada quando for o caso, o alternador pode conseguir um desempenho muito bom. Um reostato pode ser instalado no circuito de campo para maximizar a produção. Alternadores rebobinado pode ser utilizado, mesmo no intervalo de 100-200 Volt. Para tensões mais elevadas (100-400 volts), um motor de indução com a capacitância apropriado para a excitação pode ser utilizado como um gerador. Isto irá funcionar em um sistema de carregamento de baterias pequenas, bem como em sistemas de corrente alternada diretos maiores de vários quilowatts. Outro tipo de gerador usado com sistemas de micro hídricas é o motor DC. Normalmente, os tipos de ímãs permanentes são preferíveis. No entanto, estes têm problemas sérios de manutenção, pois toda a produção passa por seus comutadores de carbono e pincéis. Baterias baterias de ciclo profundo de chumboácido são normalmente utilizados em sistemas hídricos. Baterias de ciclo profundo são projetados para suportar carga e descarga repetidos ciclos típicos em sistemas FER. Em contraste, (partida) baterias automotivas podem tolerar apenas uma fração desses ciclos de descarga. Um sistema de micro hydro requer armazenamento de apenas um ou dois dias. Em contraste, os sistemas fotovoltaicos ou eólicos pode exigir capacidade de armazenamento de muitos dias, porque o sol ou o vento pode estar indisponível por longos períodos. Porque as baterias em um sistema hidrelétrico raramente permanecem em um estado descarregado, eles têm uma vida muito mais longa do que em outros sistemas FER. O ideal é que as baterias de chumbo-ácido não deve ser descarregada mais de cerca de metade da sua capacidade. As pilhas alcalinas, tais como níquel-ferro e de níquel-cádmio, pode suportar a descarga completa, sem efeitos nocivos.
Controladores de sistemas de hidromassagem com baterias de chumbo-ácido exigem proteção contra sobrecarga e sobre-descarga. Controladores de sobrecarga redirecionar o poder de uma carga auxiliar ou derivação, quando a tensão da bateria atinge um determinado nível. Isso protege o gerador de condições de excesso de velocidade e de sobretensão. Controle Overdischarge envolve desligar a carga das baterias quando a tensão cai abaixo de um certo nível. Muitos inversores têm esta capacidade de corte de baixa tensão. Um amperímetro no circuito de saída da hidrelétrica mede a corrente. A tensão da bateria leitura do voltímetro indica aproximadamente o estado de carga. Instrumentos mais sofisticados estão disponíveis, incluindo metros amp-hora, que indicam o nível de carga com mais precisão.
Conclusões Apesar do design cuidado necessário para produzir o melhor desempenho, um sistema de micro hydro não é complicado. O sistema não é difícil de operar e manter. Sua expectativa de vida é medido em décadas. Micro hidro poder é quase sempre mais rentável do que qualquer outra forma de energia renovável.
