Janitza.cz

Janitza Electronics se zabývá vývojem a výrobou energeticky úsporných systémů. Je výrobcem digitálních měřidel, systémů SEMS, univerzálních multimetrů, regulátorů jalového výkonu, systémů pro řízení spotřeby, ¼ hodinového maxima a dalších přístrojů nejvyšší kvality.

KBH.cz

Společnost KBH vyrábí, dodává a instaluje komponenty pro kompenzaci jalového výkonu. Zákazníky jsou elektromontážní firmy, výrobci rozvaděčů, projektanti, velkoobchody a velkoodběratelé elektrické energie. Společnost nabízí kvalitní komponenty a služby za velice příznivé ceny.

25. října 2008, Autor: varner
Nezařazené články

Domácí vodní elektrárny v praxi

V jednom z předešlých vydání časopisu ČESKÁ ENERGETIKA jsme představili unikátní bezlopatkový vodní motor Setur, schopný efektivně využít i okrajové energetické podmínky. V následujícím příspěvku popíšeme konkrétní aplikaci v lokalitě bez sítě. Článek může sloužit též jako pomůcka k návrhu zajištění dodávky el. energie.

Technologie a náklady na pořízení

Srdcem malé vodní elektrárny DVE je odvalovací bezlopatkový tekutinový motor Setur, pracující na základě hydrodynamického principu. Celá vodní elektrárna je v kompaktním provedení a skládá se z masivní betonové základny, přivaděče, komory s turbínou Setur, hřídele, převodu a generátoru nebo případně čerpadla. Konstrukce je chráněna zinkováním a vyhovuje i krytí TH2 pro tropické oblasti. Rotor se roztáčí protékající vodou a svým hladkým povrchem kontaktně obíhá (odvaluje se) po vnitřní stěně konfuzoru, hřídel je ve své horní části upevněná tak, aby se mohla úhlově vychylovat. Součástí uchycení hřídele je převod na pomaluběžný synchronní generátor (alternátor) pro napětí 12 nebo 24 V, s optimálním počtem 600 ot/min. Domácí mikroturbína DVE 120 je vybavena synchronním generátorem s buzením 20 permanentními magnety (výrobce Agroplast VE Olešnice). Patentová ochrana: více než 30 zemí světa.











Technická data:
Výkonový rozsah: 35 - 750 W
Výstupní napětí: 12/24 V
Spád: 2 – 20 m
Průtok: 4 – 20 l/s
Hmotnost: 63 kg
Životnost: min. 10 let

Základní varianty využití
 Výstupní napětí 3 x 12/24 V se využívá přímo pro spotřebiče o tomto napětí – například osvětlení…
 Pro spotřebiče na 230 V/50 Hz se hydromotor doplňuje AKUMULÁTOROVOU BATERIÍ a NAPĚŤOVÝM MĚNIČEM typu 12-24 V/230 V, 50 Hz.
Hydromotor Setur je rovněž vybaven výkonovou regulovanou zátěží.

 


Graf výkonové křivky DVE 120 v závislosti na spádu a průtoku

INVESTIČNÍ NÁKLADY

PROVOZNÍ NÁKLADY

Bude-li uvažována životnost zařízení 10 let jako minimální, pak přichází v úvahu:
1x výměna - Akumulátor 42 Ah 2 500 Kč
Výměna rotoru po 2 letech = 5 ks 2 000 Kč

V následujícím příkladě uvážíme použití v případě dodávky elektrického proudu do chaty bez připojení k rozvodné síti (nutnost vlastní výroby). Nesmíme zapomenou, že před vlastní instalací DVE je nutné vyřešení všech majetkoprávních vztahů k lokalitě, včetně vodoprávního povolení a stavebního povolení. Naše výchozí situace může být podobná té na obrázku.

Pro naše rozhodnutí o zamýšlené instalaci DVE je nutno provést energetickou bilanci
 zdroje elektrické energie
 naší spotřeby elektrické energie

Energetická bilance vodního zdroje

V terénu, kde je postavena „naše“ obytná jednotka, provedeme hrubé stanovení potenciálu výroby elektrické energie z vodního zdroje, ze kterého budeme DVE napájet. Stanovíme 2 hlavní údaje:

Spád vody H [m]
Zjednodušeně odměříme rozdíl horní hladiny (místo, kde bude instalován vstup do potrubí) a dolní hladiny (místo, kde bude DVE instalována). Pro náš příklad bylo naměřeno H = 5m

Průtok vody Q [l/s]
Stanovíme v místě instalace DVE, a to alespoň provedením několika měření, např. naplňováním nádoby (sudu) známého objemu a stopkami odměřujeme čas, za který se vždy nádoba naplní. Pro náš případ bylo naměřeno (sud, objem 200 l; průměrný čas naplnění: 25 s potom průtok vody: Q=200/25=8 l/s) Q = 8 l/s

Stanovení trvalého výkonu elektrického zdroje
Za předpokladu, že celý objem vody proteče turbínou a vykoná práci, vypočteme očekávaný výkon na výstupních svorkách generátoru takto:
Konstanty
účinnost turbíny mechanická: hM = 0,7 (70 %)
účinnost generátoru: hG = 0,5 (50%)
koeficient hydraulických ztrát přívodního potrubí: 0,765

Elektrický výkon PEL:
PEL = g * Q * H * hM * hG * 0,765 =
PEL = 9,81 * 8 * 5 * 0,7 * 0,5 * 0,765 = 105 W
PEL = 105 W

Náš vodní zdroj je schopen přeměnit svůj energetický potenciál v elektrický výkon na generátoru 105 W. Turbína SETUR proto bude opatřena generátorem s následujícími parametry:
Výkon generátoru: 120 W
Napětí na svorkách: 3x 24 V střídavé
Generátor: 3 - fázový synchronní

Energetická bilance spotřeby elektrické energie

Základem pro výpočet je „naše“ účelné rozmístění spotřebičů s jejich výkony nebo spotřebami tak, jak je patrno z obrázku. Současně si stanovíme i předpokládanou dobu jejich denního provozu. Údaje si napíšeme do tabulky a provedeme výpočet spotřeby.

Dimenzování baterií, měniče a rozvodů

Po stanovení denní spotřeby (viz. tabulka) si zvolíme systémové napětí akumulátorů (12 V nebo 24 V DC). Z pohledu ztrát ve vedení volíme napětí vyšší: Usyst= 24 V - následně vypočítáme základní kapacitu akumulátorové baterie CA [Ah]:
CA = Ad/Usyst = 1899/24 Ah = 79,125

Takto vypočtená kapacita akumulátoru (baterie) odpovídá nepřetržitému pracovnímu režimu DVE, a to bez kapacitní rezervy a také bez ohledu na hloubku jeho vybití. Pro jistotu budeme uvažovat denní odstávku DVE max. 0,5 hodiny. Stanovíme si koeficient pro nárůst kapacity akumulátoru:
kA = 24/(24 - 0,5) = 1,021

Za účelem šetrného provozu akumulátoru nesmí být hloubka jeho vybití větší než 50%. Proto koeficient hloubky vybití bude:
hV = 0,5

Následně vypočítáme optimální kapacitu akumulátoru pro provoz našich spotřebičů:
C = CA * kA/hV = 79,125 * 1,021/0,5 = 161,617 Ah

Z dostupného výběru typů akumulátorů zvolíme sestavu 2 kusů akumulátorů se jmenovitou kapacitou 80 Ah s napětím 12 V v sériovém zapojení: C = 160 Ah, výstupní napětí obou akumulátorů U = 24 V (odpovídá Usyst).

Abychom mohli provozovat současně energeticky nejnáročnější spotřebiče, je nutné stanovit i vhodný výkon střídače pro vlastní síť 1~ 230 V, 50 Hz
Ze spotřebičů např. vybereme:
Chladnička 55 W
Čerpadlo 180 W
Televizor 50 W
Světlo 13 W
Celkem 298 W

Z uvedeného je zřejmé, že minimální výkon střídače napětí bude nutno zvolit, při systémovém napětí 24 V:
Pstř. = 300 W

Proudový odběr bude kryt z části z akumulátorů a z části z výkonu DVE jako zdroje. Proud na stejnosměrné straně střídače bude:
Istř. = PM/USYST = 300/24 = 12,5 A

S ohledem na již velký proud v přívodu do střídače je nutné i správně dimenzovat vedení. V našem případě vyhoví pro předpokládanou ztrátu do 3% ve vedení použít pro oba přívodní vodiče (+,-) do střídače vodiče průřezu min. 6mm2, při délce maximálně 8m (rozumí se od akumulátoru do střídače), při proudové hustotě 2,5 A/mm2.

Blokové schéma celé soustavy může vypadat zhruba následovně:

Legenda
1. vodní turbína Setur
2. generátor 3*24V synchronní
3. usměrňovač s regulátorem napětí pro šetrné dobíjení akumulátorů
4. střídač 24V stejnosměrných na 230 V, 50 Hz AC
5. akumulátor
6. stabilizační zátěž
7. soubor spotřebičů
8. rozvodná přechodová skříň

 

 

Závěr

Tím je naše energetická bilance spotřeby, návrh kapacity akumulátoru a stanovení výkonu střídače dokončeno. Pro vlastní jistotu ověříme možnosti zdroje (DVE) na redukovaném denním výkonu pro časový úsek od 600 - 2400, tj. pro 18 hodin.

Ad = 1899 Wh/den = 24 hodin
Adr = 1899 Wh/18 hodin -> stanovíme trvalý redukovaný výkon při provozu „naší“ obytné jednotky:
P18 = Ad/18 = 1899/18 = 105,5 W
DVE dle našeho úvodního výpočtu dává trvalý výkon PEL= 105 W

Porovnáním výpočtů a údajů z odstavců „A“ a „B“ jsme došli k závěru, že výkon zdroje elektrické energie vyhovuje naší provozní potřebě. V případě, že je vypočítaný údaj P18 > PEL (větší) více než o 5 %, je nutné představu o provozování „naší“ obytné jednotky znovu prověřit, a to úpravami v tabulce.

Ing. Fratišek Kalina,
KŽ Mechanika kol. aut. RaES Energy Centre Brno

Sdílet

Komentáře

Server CESKAENERGETIKA.cz
Česká Energetika s.r.o. a Česká energetická asociace provozují portál www.ceskaenergetika.cz, vydávají dva časopiy z oblasti energetiky a OZE, pořádají na tato témata semináře a konference pro laickou i odbornou veřejnost.
Důležité odkazy
Spolupracujeme
Najdete nás také na
Portál www.ceskaenergetika.cz © 2011 pohání redakční systém MultiCMS. Grafické zpracování Cossi Design.