Energie cu microhidro turbine  

            Energia electrica obtinuta de la microhidro turbine se bazeaza pe un concept foarte simplu. Apa curgatoare invarte o turbina care la randul ei actioneaza un generator care produce energie electrica. Simplu si efficient! Evident sistemul este un pic mai complex si contine mai multe componente, insa  acesta este principiul de baza.    Hidroturbine - 1000W     Cum voi genera energie cu ajutorul apei  ?          “Forta” apei este de fapt o combinatie intre CAP (head) si DEBIT (flow). Ambele trebuie sa fie prezente pentru a produce energie.   CAP(head) – este presiunea  creata de distanta verticala intre locul in care apa patrunde in conducta de aductie (pipeline) si locatia turbinei si e masurata in picioare (sau metri), sau ca presiune in pounds (sau livre) pe inch patrat (psi).   DEBIT (flow) – este o cantitate de apa ( exprimata in volum per timp) care curge prin conducta de aductie intr-o anumita perioada de timp si e masurata in metri cubi  /secunda, galoane pe minut (gpm) sau litri pe minut.   Apa este colectata intr-un micro-bazin si apoi canalizata prin conducta de aductie direct in turbina. Caderea pe verticala (cap), creaza presiunea necesara la capatul inferior al conductei de aductie, pentru a pune in miscare turbina. Cu cat va fi mai mare debitul sau capul, cu atat vom obrtine mai multa energie electrica.   Dupa cum se observa, valorile acestor doua criterii, sunt foarte importante pentru determinarea valorii de energie electrica (potentialul) unei locatii pentru implementarea unui microhidro system bazat pe microhidroturbine.

  Cateva din relatile de  conversie:                        1 picior cub = 7.481 galoane                      1 metru cub = 35.31 picior cub                      1 metru cub = 1,000 litrii                      1cubical feet /min = 0.47195 litri/ sec = 28.31685 litri / min                      1psi = 0.06895 bar =0.06805 atm                      1psi = 0.0007 Kgf/mm patrat                      1 galon = 3.78541 litri                      1 vertical foot = 0.433 pounds per inch patrat (psi)                      1 psi = 2.31 picior vertical   Cum voi masura debitul ?     Masurarerea debitului se face cel mai usor prin masurarea timpului de umplere a unui container.

 

  Container = 5 galoane (18.93 Litri) Timp de umplere = 8 secunde -               5 galoane / 8 secunde = 0.625 galoane/ secunda (gps) sau 37,5 galoane /min -                sau 2.36588 litri /sec sau 141.95294 litri/min   Convertim in  Picior-cubic / Secunda (cfs):   -                7.481 galoane / sec = 1 cubic foot per secunda, deci -                0.625 gps / 7.481 = 0.0835 cubic feet per secunda (cfs).   Cum voi masura capul  ?   Acuratetea e critica cand se masoara capul, pentru ca va afecta nu numai puterea produsa, dar va determina si tipul turbinei folosite ca de exemplu Francis sau Pelton, dar evident si forma palelor.   Utilizarea GPS este utila numai daca dispunem de un aparat de mare acuratete, dar  in lipsa lui, folosirea unei metode simple si  precise este necesara..

Folosind o simpla rigla verticala gradata in milimetri si o rigla orizontala ghidata de un “nivel” se poate masura cu destula precizie capul. Simpla insumare a cotelor A, B, C si D din exemplul din figura de mai sus va conduce spre rezultatul exact.

Ce tip de turbina sa folosesc  ?

Folosirea celei mai bune turbine depinde de CAP si DEBIT. De exemplu Turbina Pelton este mai eficienta in locatile cu CAP inalt, in contrast cu o turbina Crossflow care e folosita numai in locatile cu CAP scurt dat DEBIT mare.

Cat de mult conteaza conducta de aductie?

Conducta de aductie (pipeline) nu este numai “gidajul” pentru apa,  in drumul ei spre turbina, dar si cea care creaza presiunea necesara. Ca efect , conducat ade aductie concentreaza toata presiunea creata de diferenta de nivel, la baza conductei, la intrarea in turbina. Diametrul conductei  , lungimea, marerialul din care e confectionata si “drumul parcurs” , toate afecteaza eficienta turbinei. O conducta mica in diametru poate reduce considerabil energia obtinuta , chiar daca se foloseste toata apa de care se dispune.

Din ce e compus un sistem de energie alternativa  ?

Indiferent daca vor fi folosite turbine eoliene, panouri solare sau microhidro turbine, la generarea energiei alternative pentru aplicatii de mica capacitate, schema sistemului este similara. Ca si componente de baza , avem nevoie de baterii , invertoare si regulatoare de incarcare. 

Schita de mai jos este explicativa.

 

Cat curent pot produce  ?

Este evidemt ca nu pot consuma mai multa energie decat acumulez. Deci daca am un generator Harris de 900W el va produce in mod ideal o energie ehivalenta cu 21,6 KWh pe zi. Daca o casa consuma in medie 180 -200KWh pe luna rezulta ca aceasta microhidroturbina poate alimenta 3 case independente. Productia echivalenta pe luna fiind 540KWh (consideram o luna de functionare de 25 zile).Daca : 1KWh = 0,08 Euro Rezulta ca productia unei luni e echivalenta cu 43,2 Euro.  

Sisteme cu microturbine Harris de 900W    

                         

  

 

Cateva exemple de microturbine   

  

Microhidroturbina Francis

Microhidroturbina Harris Turbina Pelton

Pompa de caldura cu stalp de gheata

Pompa de caldura OCTOPUS

Sistem care se bazeaza pe legile naturii si care în acelasi timp poate folosi noua tehnologie -  este un sistem actual si de viitor.

Cu acest stalp de gheata nu mai e nevoie de a face sapaturi sau foraje. Acesta da energia pentru încalzirea gazului din compresor, prin profilele de aluminiu, care condenseaza umiditatea din aer, care în timp se transforma în gheata.

Cu aceasta pompa de caldura se pot încalzi: vile, case de vacanta, locale, ferme, etc, într-un mod mai efectiv economic, decat de exemplu, combustibili fosili, sau curent direct.  Prin schimbatorul de caldura, energia este transferata în sistemul de încalzire din casa.

De ce sa ai un stalp de gheata ?  

          Cand tu ti-ai instalat acest stalp, doar reglezi temperatura care doresti sa o ai în casa, restul se întretine stalpul singur, an dupa an. Asa simplu este a avea un stalp de gheata.

          Cu acest stalp de gheata, nu mai este necesar sa îti strici gradina, sapand santuri pentru furtunul colector, sau platind scump pentru foraj.

·          Stalpul de gheata foloseste doar  fortele naturii cand acesta se îngheata. Stalpul de gheata da aceeasi economie ca si o alta pompa de caldura cu spirale în pamant sau cu foraj.

          Constructia lui este sigura, deoarece este foarte simpla.           Stalpul de gheata este doar dependent de un compresor.

Astazi sunt stalpi de gheata în functiune, cei mai multi în Suedia, dar si în Norvegia, Danemarca, Polonia, si Estonia.

 Principiul de functionare

1. Vaporizator, pentru a face o solutie sa fiarba si sa devina aburi, este nevoie de caldura. Pompa Octopus, are un profil de aluminiu care are o mare suprafata de captare a caldurii. Pe suprafata mare a profilului, se condenseaza vaporii de umezeala din aerul de afara si îngheata, devenind gheata. În procesul condensarii si formarea ghetii, se emana o cantitate de energie (caldura).

2. Compresor: cand gazul din pompa de caldura capteaza aceasta energie, acesta fierbe si se transforma în vapori, vaporii fiind apoi comprimati în compresor, ridicand temperatura gazului foarte mult, c.a. 85°C.

3. Condensor: pompa de caldura transfera energia ridicata din compresor catre condensor, care transfera aceasta energie în sistemul de încalzire (calorifere, spirale în pardosea, etc.). Cand gazul se condenseaza (transformanduse din nou în stare lichida), acesta emana energia obtinuta prin comprimare, catre sistemul de încalzire.

4. Ventilul de expansiune: gazul condensat trece prin acest ventil pentru a-si reduce presiunea, trecand apoi din nou în vaporizator (unde se repeta din nou acelas ciclu).

Diverse:

Acest captator de caldura construit din aluminiu, nu are parti componente mobile si nu este necesar nici o dezghetare, astfel facandu-se schimbarea de energie fara nici un zgomot. Pompa de caldura Octopus, lucreaza chiar si la temperaturi foarte scazute, împreuna cu o rezistenta electrica. Componentele de baza a pompei de caldura, sunt cuplate împreuna printr-un sistem de tevi ce este umplut cu Gasol, care fierbe la temperaturu foarte scazute (-42°C)

 Factorul pompei de caldura variaza între 2,5 – 5 si depinde de caracteristicele constructiei, umiditatea aerului cat si temperatura de afara.

In functie de temperatura exterioara - 1 kilowatt curent la compresor cedeaza 2,5-5 kilowati caldura.

Pompa de caldura Octopus, functioneaza cel mai bine si da cea mai multa caldura, cand temperatura de afara este între -5 si + 5 grade. Aceasta perioada este ce-a mai lunga din anotimpul rece, aceasta înseamna ca necesarul de caldura în mare parte corespunde cerintei.

Daca este bine dimensionata, pompa de caldura Octopus, corespunde aproximativ 80-85 %din toata perioada anului, cand este nevoie de încalzire. La temperaturi de – 20  grade, factorul de caldura este c.a. 2. În timpul acestor zile foarte reci, sistemul se complecteaza cu extra efect, folosind de ex rezistenta electrica.

Date tehnice

Caracteristici     IS 81X

Dimensiunea   2100 x 800 x 2250mm

Zgomot     50 dB

Refrigerant   R290 (Propan)

Cantitate refirgerant 3,6 kg

Compresor     Copeland Scroll – USA

Putere nominala absorbita de compresor

    4,5 kW

Efect de caldura realizat     9 -22,5 kW

Tensiunea electrica compresor 3 x 380/400 V

Tensiunea electrica rezistenta     220 V

Curent  8 A

Greutate  200 kg

Instalarea pompei OCTOPUS

Instalarea este destul de usoara, deoarece Octopus a fost gandit sa fie simplu. Daca este doar o singura unitate, se va turna o placa de beton de 1m2 pe care se va aseza stalpul de gheata si se va prinde cu 4 suruburi de beton. Daca sunt doi stalpi de gheata, atunci se vor plasa la o distanta de c.a. 60 - 100cm unul de celalalt. Nu este o regula stricta.

 

1. Stalpul de gheata. 2. Condensator (schimbator de caldura). 3. Pompa de recirculare. 4. Rezistenta electrica. 5. Tabloul de comanda.

2. Senzor de camera. 7. Vas de expansiune. 8. Calorifere. 9. Schimbator de caldura. 10. Boiler.

 

Pompa OCTOPUS

Diagrama turbina eoliana  

Diagrama care descrie partile componente a unei turbine.    Sistemul este compus din: 1. Pale- Forma si conceptia lor este esentiala pentru a asigura forta de rotatie necesara. Acest design este propriu fiecarui tip de generator electric. 2. Nacela- Contine generatorul electric asigurand si o protectie mecanica  3. Pilon- Asigura strucura de sustinere si rezistenta a asamblului superior. 4. Fundatie- Asigura rezistenta mecanica a generatorului eolian.   

 

 

Cum functioneaza o turbina eoliana ?  

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu. Vantul pune in miscare palele care la randul lor actioneaza generatorul electric. Sistemul mecanic are in componenta si un multiplicator de viteza care actioneza direct axul central al generatorului electric.

Curentul electric obtinut este, fie  transmis spre imagazinare in baterii si folosit apoi cu ajutorul unui invertor DC-AC in cazul turbinelor de mica capacitate , fie livrat direct retelei de curent alternativ ( AC) spre distribuitori.

Turnul solar

ODISEEA GASIRII unor noi forme de energie nepoluanta continua prin achizitionarea unei ferme de oi, cu o suprafata de 101 mii de hectare, situata adanc in teritoriul australian, informeaza siteul WiredNews.com. Imensul proiect pentru energie alternativa nu se bazeaza insa pe ingrasaminte naturale, asa cum ar putea parea la prima vedere, ci pe uzina termala numita Solar Tower, inalta de…un kilometru.

Anuntat de cativa ani, Solar Tower e unul din cele mai abitioase proiecte de energie alternativa din istorie. Uzina urmeaza sa produca la fel de multa energie ca un mic reactor nuclear, dar fara pericolele acestuia. Inaltimea acesteia va fi dubla fata de cea mai inalta cladire de pe Pamant, CN Tower din Canada.

Solar Tower este goala pe dinauntru, ca un horn. La baza sa se afla un sistem de captare a energiei solare – o portiune circulara, transparenta, ce masoara in jur de 10 mii de hectare suprafata. Aerul de sub sistem se incalzeste datorita luminii solare si se ridica prin convectie, in cladirea sub forma de horn. Aici, in timpul ascensiunii, aerul accelereaza pana la viteza de 55 km/h, punand in functiune 32 de turbine, care genereaza energie electrica in mod similar cu un sistem de mori de vant.

Dar Solar Tower are un avantaj mare fata de morile de vant sau de generatorii solari: poate functiona fara vant, si timp de 24 de ore pe zi. Datorita multimii de celule solare, aerul se incalzeste in timpul zilei, permitandu-i sa functioneze incontinuu si in absenta soarelui.

Desi initial s-a anuntat ca uzina va fi pusa in functiune anul acesta, totusi constructiile nu vor incepe mai repede de 2006, a declarat Roger Davey, presedinte al EnviroMission Limited, din Melbourne, Australia, compania care se ocupa de acest proiect.

Cumpararea fermei, situata in apropiere de Mildura, Victoria, a costat 1 milion de dolari, si este “un foarte mare pas” in cadrul proiectului, a spus Davey.

Pana acum, cea mai mare piedica in cadrul proiectului sunt costurile, care variaza intre 500-750 milioane de dolari. Davey nu a dezvaluit pretul total al proiectului, dar a compania sa va folosi unele inovatii ingineresti care reduc costurile si maresc eficienta.

Momentul ales pentru dezvoltarea proiectului e foarte bun. In timp ce pretul petrolului trece de 50 de dolari pe baril, multe tari cauta metode ieftine de producere a energiei, si in acelasi timp metode pentru a reduce emisiile de gaze cu efect de sera. “E momentul potrivit”, a fost de parere Davey. “Lumea cauta o imensa sursa de energie regenerabila.”

Estimarile arata ca Solar Tower va genera 200 de megawatti, destul pentru ca sa alimenteze cu energie electrica 200 de mii de locuinte, iar in acelasi timp ar reduce emisiile de gaze cu efect de sera, cu 830 de mii de tone anual.

“Hornurile (turnurile) solare au devenit un domeniu aparte, in atentia cercetarilor”, considera S.A. Sherif, profesor de mecanica si inginerie aerospatiala la Universitatea din Florida. Sherif a scris cateva lucrari pe tema acestei noi tehnologii la inceputul anilor ’90 si este editorul tehnic al jurnalului stiintific Solar Energy (Energie Solara).

Desi costisitoare, turnurile solare “creeaza energie gratuit”, spune Sherif. In plus, s-a dovedit ca aceasta tehnologie alternativa functioneaza: un turn solar, inalt de aproximativ 300 de metri, a fost construit in Spania in 1981 de catre inginerul german Schlaich Bergermann si partenerul sau. Producand 50 de kilowatti, acesta a functionat timp de sapte ani. Dar cum pretul petrolului era doar 15 dolari pe baril la mijlocul anilor ’80, nu au existat motive pentru a se construi unul mai inalt. Iar cand e vorba de astfel de constructii, marimea conteaza. “Cu cat e mai inalt turnul, cu atat creste eficienta”, a spus Sherif.

In ciuda optimismului generat de proiectul Australian Solar Tower, investitorii particulari ar putea fi descurajati de faptul ca e nevoie de 10 ani sau mai mult pana cand ar recupera investitia initiala. “Proiectul are nevoie de finantare din partea guvernului pentru a fi dus la bun sfarsit”, a adaugat Sherif.

Acelasi lucru a fost valabil si pentru energia nucleara, o tehnologie mult mai complexa su mai periculoasa. Si totusi, guvernul american a investit sume imense in energia rezultata din puterea atomului. Dar aceasta nu a fost o investitie foarte bine cantarita, considera Sherif.

“Energia creata de uzinele nucleare e inca foarte scumpa, si mai exista problema deseurilor”. Si, in timp ce exista un interes innoit in energia nucleara, resursele mondiale de uraniu sunt limitate – in timp ce energia solara nu, a continuat el.

EvinroMission a semnat un contract cu o companie din China, care va construi cateva astfel de turnuri solare in aceasta tara, a spus Davey. “China va avea mare nevoie de energie in viitor si doreste sa apeleze si la energia regenerabila.”

Alte zone, precum sudul Asiei, Orientul Mijlociu sau sud-vestul Statelor Unite, primesc destula radiatie de la Soare pentru a fi construi turnuri solare, a incheiat oficialul.

Solar Tower Technology combina principiile de a concentra puterea solarã si puterea vintului. Aerul de sub un acoperis circular translucid( colector) deschis la periferie este încãlzit de radiatia solarã si dirijat prin tiraj fortat spre baza unui turn foarte inalt, localizat in centru colectorului. La baza turnului se amplaseaza una sau mai multe turbine de mare randament care vor functiona datorita curentului de aer fierbinte,care trece cu mare viteza pentru a iesi prin cosul turnului. O prima realizare practica prototip s-a pus in functiune in 1981/1982 în Manzanares(150 km de Madrid), Spania, a dus la rezultate uluitoare. Sistemul necesita o investitie destul de mare,dar care se amortizeaza prin costurile mici de exploatare si a randamentului ridicat,turnul functionind atit ziua cit si noaptea. Pentru marirea randamentului,sub acoperisul circular s-au montat serpentine din conducte care sunt umplute cu apa,inmagazinind ziua caldura , pe care o cedeaza aerului noaptea.

Date constructive

tower height: 194.6 m (inaltimea turnului)tower radius: 5.08 m (diametrul turnului)mean collector radius: 122.0 m (raza acoperisului colector)mean roof height: 1.85 m (inaltimea acoperisului)number of turbine blades: 4 (nr. palete pe turbina)turbine blade profile: FX W-151-A (tip profil paleta-pt. viteza fluid de min. 15m/sec)typical collector air temp. increase: T = 20 K(diferenta de temperatura dintre aerul din colector si turn)(min=20 C-:-35 C)nominal output: 50 kW(puterea nomila de iesire)coll. covered with plastic membrane: 40'000 m(suprafata acoperita cu plastic)coll. covered with glass: 6'000 m(suprafata acoperita cu sticla)Costurile rezultate pentru energia livrata :0,07-0,11 Eur/KWh

Dat fiind aceste rezultate se fac extinderi de proiecte si in alte zone din Europa,America de sud,Australia,Africa,China cu SOLAR TOWER de inaltimi de 1000m,diametre de 120m si puteri de iesire de 200MWCercetarile in acest domeniu au inceput inca din 1931,dar s-au materializat in 1982,iar din 1983 pina in anul 2000 studiile de calcul al sistemelor bazate pe observatiile asupra

prototipului au ajuns foarte exacte permitind proiectarea unor mega turnuri asa cum va fi cel din AUSTRALIA.

Principalele caracteristici in proiectarea unor turnuri solare :

Capacity MW 5 30 100 200 tower height m 550 750 1000 1000 tower diameter m 45 70 110 120 collector diameter m 1250 2900 4300 7000 electricity output GWh/a 14 99 320 680