Snížení energetické závislosti na rozvodné síti
Snížení energetické závislosti na rozvodné síti
Dobrý den, v prvé řadě bych Vám rád poděkoval za velmi inspirativní stránky. Již delší dobu si pohrávám s myšlenkou využít místní potok na chalupě ke snížení energetické závislosti na rozvodné síti. Vzhledem k tomu, že jsem velkým fandou do MVE, pokusil jsem se mírně upravit návrh vírové turbíny a rád bych vyzkoušel, zda je v praxi tento motor využitelný, či zda je jeho účinnost velmi malá. Můj dotaz se týká obecné konstrukce zařízení. K dispozici mám potok s hrubým spádem cca 5 metrů a průměrným průtokem 50-60 l/s. Vzhledem k tomu, že se jedná o horský potok v oblasti s vydatnou srážkovou činností, tak jsou průtoky značně kolísavé, ale těch 30-40 l/s tam teče i v parném létě, na jaře to jsou stovky l/s. Zařízení bychom rádi využili v rámci uskupení chalup především na ohřev vody (el. bojler) popř. el. temperování budovy. Zařízení se snažím vymyslet co nejjednodušší, protože podmínkou je, aby nad ním nemusel být stálý dohled. První otázkou je jak řešit konstrukci napájení. Mohou nastat více méně 3 stavy. Odběr bude nižší než poskytuje generátor (je třeba ho zatížit, aby se neroztáčel moc), požadovaný odběr bude vyšší než poskytuje generátor - předpokládám dalo by se vyřešit proudovým omezovačem, aby mohlo v jednu chvíli téct pouze určité množství a výkon by se rovnoměrně rozdělil pro všechna zapojená zařízení (u bojleru není nutno asi řešit zda dodávám požadovaný výkon nebo ne), nebo odběr nebude žádný - předpokládám řešit stejně jako první případ, jen je třeba umělou zátěž dostatečně dimenzovat. Vzhledem ke snížení pořizovacích nákladů přemýšlím o systému bez akumulátorů s tím, že by existovaly 2 okruhy. primární pro ohřev vody, sekundární pro temperování - byl by využit vždy když by byl přebytek výkonu a tvořil by tak umělou zátěž. Pokud bych měl již vymyšlen způsob rozvodu, otázkou je jaký použít generátor. Nejsem si jistý, zda bych dovedl vyrobit pomaluběžný alternátor popisovaný na vašich stránkách. Pokud bych použil však zamýšlený typ turbíny, jedná se o velmi pomaluběžný stroj, tedy je třeba řešit poměrně razantní převod. počítám že turbína bude mít kolem 100-150 ot/min. Myslíte, že byste mi mohl poradit s nejvhodnější architekturou této stavby? Ještě se zmíním že vzdálenost budov je kolem 200 m a je tedy nutné vše vést v nějakém rozumném napětí, aby nedocházelo ke ztrátám ve vedení. Předpokládám umístění rozvaděče s technologií do nejbližší budovy (15 metrů od potoka) a zbytek vést v 230V 50Hz. Omlouvám se za dlouhý dotaz, ale jak píši, tak mě neustále napadají nové myšlenky Děkuji a s pozdravem Jakub Š.
Re: Snížení energetické závislosti na rozvodné síti
Dlouhý dotaz - ještě delší odpověď. 
Děkuji za dotaz a důvěru. Problematika využití vodního toku k jakékoli práci, nejen k výrobě elektřiny, není jednoduchou záležitostí. Hodně záleží na samotné lokalitě a celkovém provedení díla. Než začnete cokoli budovat, je třeba se pečlivě rozhodnout, k jakému účelu budete dílo využívat a jaký požadujete komfort a účinnost. Jiné nároky a také jiné investice budou potřeba pro občasné nabití telefonu či laptopu a zcela jiná investice a náročnost bude v případě, byť částečné elektrifikace domácnosti nebo chalupy.
Vše co se bude posléze předělávat a upravovat bude podstatně finančně i fyzicky náročnější, než když se to udělá pořádně hned napoprvé. Já jsem také původně stavěl jen záložní zdroj ?!?
Dle Vašich informací můžete na Vaší lokalitě vytvořit stálý výkon cca 1 - 1,5kW. Z jara i více. Míněno výkon vodního toku. Jestli tohoto výkonu dosáhnete a zda jej řádně využijete, bude záležet jen a jen na Vás.
Vírové turbíny znám jen teoreticky a nedokážu posoudit, zda je pro vaši lokalitu vhodná či ne. Vzhledem ke spádu 4,5 až 5m tak asi vhodná nebude. Dle dostupných informací při větších spádech ztrácí vírová turbína na účinnosti. Instaluje se na spády do 3m. Vírová turbína je historicky novinka. Já šel cestou prověřené praxe a i tak jsem narazil na mnohé a někdy i zásadní záludnosti v konstrukci, které bylo třeba vyřešit – další náklady.
Vzhledem k předpokládaným nízkým otáčkám, by bylo ideální instalovat generátor bez převodů nebo s co nejmenším převodním poměrem. Bohužel čím pomalejší a výkonnější generátor, tím těžší, robustnější a také dražší bude. Také bude záležet, jaký výstup z generátoru budete požadovat. Nejdražší a zároveň nejnáročnější na regulaci bude, pokud budete požadovat standardní síťové napětí 230V 50Hz při velmi nízkých otáčkách.
Píšete, že mohou nastat tři stavy. Ono jich může nastat daleko víc, ale oni to budou spíše takové mezi-stavy ???? Tím se tu však zabývat nebudu. Níže tedy ocituji část Vašeho textu a připojím svůj názor.
Přetáčení nevadí (když nehrozí kavitace), pokud nechcete nebo nepotřebujete odebírat maximální výkon. Volnoběžné otáčky budou záviset na rychlosti proudění (spádu) a velikosti oběžného kola. Třeba turbína Banki se volnoběžně točí 1,8x rychleji oproti jmenovitým otáčkám při zatížení a nekavituje.
Toto je již zásadní problém. Vyšší zatížení může až zabrzdit generátor – turbínu. Zatížení by mělo odpovídat jmenovitým otáčkám turbíny a je zcela jedno o jaký typ turbíny se jedná. Jinými slovy: zatížení by mělo odpovídat okamžitému výkonu soustrojí. Okamžitý výkon soustrojí se bude měnit dle okamžitého průtoku. A asi se budete divit, ale průtok poměrně značně kolísá i během jednoho dne ráno – v poledne – večer. Čím přesnější a sofistikovanější regulace odběru bude, tím lepší bude využití vodního díla. Tím však bude i dražší. V dnešní době volně programovatelných PLC není až takový problém nějaký hardware sehnat. Regulace může být digitální skoková (reléová) a méně přesná, nebo více přesná analogová, spojitá neboli plynulá. U skokové regulace je také třeba brát v potaz rozběhový výkon spotřebičů, který muže být podstatně vyšší než jmenovitý. Typicky takový spotřebič je lednice o jmenovitém příkonu 600W potřebuje v okamžiku zapnutí zdroj o výkonu cca 800W, ale starší typy i 1200W a analogově se rozbíhat, ve většině případů nedá!!!
To bude záležet na celkové koncepci, a jaký výstup bude na generátoru. Jaké napětí a jaké spotřebiče bude napájet atd. Samozřejmě jsem takový systém viděl a standardně se používá v případě on-grid regulátorů u fotovoltaiky. S určitou modifikací lze použít i u turbíny. Akumulátory v ostrovním zapojení umožňují vykrývat tzv. odběrové špičky. Jako třeba u výše zmíněné lednice.
Každý převod obnáší teoretickou ztrátu na výkonu od 10-30%, v praxi může být ztráta i větší. Záleží na provedení. Čím méně převodů a čím lehčích převodů, tím lépe. Pro výpočet doporučuji použít k tomu určený software od výrobce. Třeba ContiTech, který ve výpočtu zohledňuje životnost řemenů se zřetelem na přenášený výkon, druh pohonu, velikost řemenic, účinnost, typ materiálu řemenu atd.
Na vzdálenost 200m ani vzdálenost 15m, za rozumné peníze a s rozumnými ztrátami nelze přenášet stejnosměrný výkon 1kW. Zde je třeba jít střídavou cestou. Tedy střídavé napětí o nějaké frekvenci. Nemusí to být přesně standardních 50Hz. Já mám na generátoru sdružené napětí 49V s frekvencí 43Hz. Toto napětí přenáším na vzdálenost asi 8m bez měřitelných ztrát. Pak jej usměrním, natlačím do akumulátorů a následně odebírám přes střídač již standardních 230V/50Hz do domu na vzdálenost zhruba 25m. Taktéž bez znatelných přenosových ztrát. Přenášený výkon max 3kW. U přenosových ztrát je třeba brát ohled na správnou dimenzi vodičů.
Pokud budu vědět, tak Vám samozřejmě poradit mohu. Avšak praktické znalosti mám pouze se systémem, tak jak jej popisuji na svých stránkách. Samozřejmě je mnoho věcí společných a platných pro všechna vodní díla. Zároveň, je ale řada věcí zcela rozdílných, které znám jen a jen teoreticky.
Mějte na paměti, že vše spolu souvisí. Můžete mít dokonalou turbínu s účinností přes 80%, ale pokud špatně zvolíte přivaděč, regulaci nebo odtok a reálný výkon bude ani ne poloviční.
Admin
Děkuji za dotaz a důvěru. Problematika využití vodního toku k jakékoli práci, nejen k výrobě elektřiny, není jednoduchou záležitostí. Hodně záleží na samotné lokalitě a celkovém provedení díla. Než začnete cokoli budovat, je třeba se pečlivě rozhodnout, k jakému účelu budete dílo využívat a jaký požadujete komfort a účinnost. Jiné nároky a také jiné investice budou potřeba pro občasné nabití telefonu či laptopu a zcela jiná investice a náročnost bude v případě, byť částečné elektrifikace domácnosti nebo chalupy.
Vše co se bude posléze předělávat a upravovat bude podstatně finančně i fyzicky náročnější, než když se to udělá pořádně hned napoprvé. Já jsem také původně stavěl jen záložní zdroj ?!?
Dle Vašich informací můžete na Vaší lokalitě vytvořit stálý výkon cca 1 - 1,5kW. Z jara i více. Míněno výkon vodního toku. Jestli tohoto výkonu dosáhnete a zda jej řádně využijete, bude záležet jen a jen na Vás.
Vírové turbíny znám jen teoreticky a nedokážu posoudit, zda je pro vaši lokalitu vhodná či ne. Vzhledem ke spádu 4,5 až 5m tak asi vhodná nebude. Dle dostupných informací při větších spádech ztrácí vírová turbína na účinnosti. Instaluje se na spády do 3m. Vírová turbína je historicky novinka. Já šel cestou prověřené praxe a i tak jsem narazil na mnohé a někdy i zásadní záludnosti v konstrukci, které bylo třeba vyřešit – další náklady.
Vzhledem k předpokládaným nízkým otáčkám, by bylo ideální instalovat generátor bez převodů nebo s co nejmenším převodním poměrem. Bohužel čím pomalejší a výkonnější generátor, tím těžší, robustnější a také dražší bude. Také bude záležet, jaký výstup z generátoru budete požadovat. Nejdražší a zároveň nejnáročnější na regulaci bude, pokud budete požadovat standardní síťové napětí 230V 50Hz při velmi nízkých otáčkách.
Píšete, že mohou nastat tři stavy. Ono jich může nastat daleko víc, ale oni to budou spíše takové mezi-stavy ???? Tím se tu však zabývat nebudu. Níže tedy ocituji část Vašeho textu a připojím svůj názor.
Odběr bude nižší, než poskytuje generátor (je třeba ho zatížit, aby se neroztáčel moc):
Přetáčení nevadí (když nehrozí kavitace), pokud nechcete nebo nepotřebujete odebírat maximální výkon. Volnoběžné otáčky budou záviset na rychlosti proudění (spádu) a velikosti oběžného kola. Třeba turbína Banki se volnoběžně točí 1,8x rychleji oproti jmenovitým otáčkám při zatížení a nekavituje.
Požadovaný odběr bude vyšší, než poskytuje generátor:
Toto je již zásadní problém. Vyšší zatížení může až zabrzdit generátor – turbínu. Zatížení by mělo odpovídat jmenovitým otáčkám turbíny a je zcela jedno o jaký typ turbíny se jedná. Jinými slovy: zatížení by mělo odpovídat okamžitému výkonu soustrojí. Okamžitý výkon soustrojí se bude měnit dle okamžitého průtoku. A asi se budete divit, ale průtok poměrně značně kolísá i během jednoho dne ráno – v poledne – večer. Čím přesnější a sofistikovanější regulace odběru bude, tím lepší bude využití vodního díla. Tím však bude i dražší. V dnešní době volně programovatelných PLC není až takový problém nějaký hardware sehnat. Regulace může být digitální skoková (reléová) a méně přesná, nebo více přesná analogová, spojitá neboli plynulá. U skokové regulace je také třeba brát v potaz rozběhový výkon spotřebičů, který muže být podstatně vyšší než jmenovitý. Typicky takový spotřebič je lednice o jmenovitém příkonu 600W potřebuje v okamžiku zapnutí zdroj o výkonu cca 800W, ale starší typy i 1200W a analogově se rozbíhat, ve většině případů nedá!!!
o systému bez akumulátorů
To bude záležet na celkové koncepci, a jaký výstup bude na generátoru. Jaké napětí a jaké spotřebiče bude napájet atd. Samozřejmě jsem takový systém viděl a standardně se používá v případě on-grid regulátorů u fotovoltaiky. S určitou modifikací lze použít i u turbíny. Akumulátory v ostrovním zapojení umožňují vykrývat tzv. odběrové špičky. Jako třeba u výše zmíněné lednice.
je třeba řešit poměrně razantní převod
Každý převod obnáší teoretickou ztrátu na výkonu od 10-30%, v praxi může být ztráta i větší. Záleží na provedení. Čím méně převodů a čím lehčích převodů, tím lépe. Pro výpočet doporučuji použít k tomu určený software od výrobce. Třeba ContiTech, který ve výpočtu zohledňuje životnost řemenů se zřetelem na přenášený výkon, druh pohonu, velikost řemenic, účinnost, typ materiálu řemenu atd.
Ještě se zmíním, že vzdálenost budov, je kolem 200 m
Na vzdálenost 200m ani vzdálenost 15m, za rozumné peníze a s rozumnými ztrátami nelze přenášet stejnosměrný výkon 1kW. Zde je třeba jít střídavou cestou. Tedy střídavé napětí o nějaké frekvenci. Nemusí to být přesně standardních 50Hz. Já mám na generátoru sdružené napětí 49V s frekvencí 43Hz. Toto napětí přenáším na vzdálenost asi 8m bez měřitelných ztrát. Pak jej usměrním, natlačím do akumulátorů a následně odebírám přes střídač již standardních 230V/50Hz do domu na vzdálenost zhruba 25m. Taktéž bez znatelných přenosových ztrát. Přenášený výkon max 3kW. U přenosových ztrát je třeba brát ohled na správnou dimenzi vodičů.
Myslíte, že byste mi mohl poradit s nejvhodnější architekturou této stavby?
Pokud budu vědět, tak Vám samozřejmě poradit mohu. Avšak praktické znalosti mám pouze se systémem, tak jak jej popisuji na svých stránkách. Samozřejmě je mnoho věcí společných a platných pro všechna vodní díla. Zároveň, je ale řada věcí zcela rozdílných, které znám jen a jen teoreticky.
Mějte na paměti, že vše spolu souvisí. Můžete mít dokonalou turbínu s účinností přes 80%, ale pokud špatně zvolíte přivaděč, regulaci nebo odtok a reálný výkon bude ani ne poloviční.
Admin