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Systeme für Kleinwasserkraft

Kleinwasserkraftwerk



Kleinwasserkraft kann eine der einfachsten und beständigsten Formen erneuerbarer Energien auf Ihrem Grundstück sein.

Wenn Wasser durch Ihr Grundstück fließt, könnten Sie den Bau eines kleinen Wasserkraftwerks zur Stromerzeugung in Betracht ziehen. Kleinwasserkraftwerke erzeugen in der Regel bis zu 100 Kilowatt Strom. Die meisten Wasserkraftsysteme, die von Hausbesitzern und Kleinunternehmern, einschließlich Landwirten und Viehzüchtern, genutzt werden, würden als Mikrowasserkraftanlagen gelten. Aber eine 10-Kilowatt-Kleinwasserkraftanlage kann im Allgemeinen genug Strom für ein großes Haus, ein kleines Resort oder einen Hobbybauernhof liefern.

Ein Kleinwasserkraftwerk benötigt eine Turbine, eine Pumpe oder ein Wasserrad, um die Energie des fließenden Wassers in Rotationsenergie umzuwandeln, die in Strom umgewandelt wird.

Auf unserer Seite zur Planung einer Kleinwasserkraftanlage finden Sie weitere Informationen.

Funktionsweise eines Kleinwasserkraftsystems

Komponenten für Kleinwasserkraftwerke

Laufwasserkraftwerke bestehen aus diesen Grundkomponenten:

  • Wasserförderung – Kanal, Rohrleitung oder Druckleitung (Druckleitung), die das Wasser liefert
  • Turbine, Pumpe oder Wasserrad – wandelt die Energie des fließenden Wassers in Rotationsenergie um
  • Generator oder Generator -- wandelt die Rotationsenergie in Elektrizität um
  • Regler -- steuert den Generator
  • Verkabelung -- liefert den Strom.

Handelsübliche Turbinen und Generatoren werden in der Regel als Paket verkauft. Do-it-yourself-Systeme erfordern eine sorgfältige Abstimmung eines Generators auf die Leistung und Drehzahl der Turbine.

Viele Systeme verwenden auch einen Wechselrichter, um den vom System erzeugten Niederspannungs-Gleichstrom (DC) in 120 oder 240 Volt Wechselstrom (AC) umzuwandeln. (Alternativ können Sie Haushaltsgeräte kaufen, die mit Gleichstrom betrieben werden.)

Ob ein Kleinwasserkraftwerk netzgekoppelt oder eigenständig sein wird, wird viele seiner Systemkomponenten bestimmen.

Einige eigenständige Systeme verwenden beispielsweise Batterien, um den vom System erzeugten Strom zu speichern. Da Wasserkraftressourcen jedoch tendenziell saisonaler sind als Wind- oder Solarressourcen, sind Batterien für Kleinwasserkraftsysteme möglicherweise nicht immer praktikabel. Wenn Sie Batterien verwenden, sollten diese so nah wie möglich an der Turbine platziert werden, da es schwierig ist, Niederspannungsstrom über weite Strecken zu übertragen.

Turbinen-Typen

Impulsturbinen

Impulsturbinen, die am wenigsten komplex konstruiert sind, werden am häufigsten für Mikrowasserkraftanlagen mit hoher Förderhöhe eingesetzt. Sie verlassen sich auf die Geschwindigkeit des Wassers, um das Turbinenrad zu bewegen, das als Laufrad bezeichnet wird. Zu den gebräuchlichsten Arten von Impulsturbinen gehören das Peltonrad und das Turgorad.

  • Peltonrad – nutzt das Konzept der Strahlkraft, um Energie zu erzeugen. Das Wasser wird in eine unter Druck stehende Rohrleitung mit einer schmalen Düse an einem Ende geleitet. Das Wasser spritzt in einem Strahl aus der Düse und trifft auf die Doppelbecher, die am Rad befestigt sind. Durch den Aufprall des Strahls auf die gekrümmten Schaufeln entsteht eine Kraft, die das Rad mit einem hohen Wirkungsgrad von 70 bis 90 % in Bewegung setzt. Peltonradturbinen sind in verschiedenen Größen erhältlich und funktionieren am besten unter Bedingungen mit geringem Durchfluss und hoher Fallhöhe.
  • Turgo Impulsrad -- eine verbesserte Version des Pelton. Er verwendet das gleiche Jet-Spray-Konzept, aber der Turgo-Strahl, der halb so groß ist wie der Pelton, ist so abgewinkelt, dass der Sprühnebel auf drei Eimer gleichzeitig trifft. Dadurch bewegt sich das Turgo-Rad doppelt so schnell. Er ist auch weniger sperrig, benötigt nur wenige oder gar keine Getriebe und hat einen guten Ruf für störungsfreien Betrieb. Der Turgo kann unter Bedingungen mit geringer Durchflussmenge betrieben werden, erfordert jedoch eine mittlere oder hohe Förderhöhe.
  • Jack Rabbit Turbine – eine Drop-in-the-Creek-Turbine, die Strom aus einem Bach mit nur 13 Zoll Wasser und ohne Fallhöhe erzeugen kann. Die Leistung des Jack Rabbit beträgt maximal 100 Watt, sodass die tägliche Leistung je nach Standort durchschnittlich 1,5 bis 2,4 Kilowattstunden beträgt. Manchmal auch als Aquair UW Submersible Hydro Generator bezeichnet.

Reaktionsturbinen

Reaktionsturbinen, die einen hohen Wirkungsgrad haben, sind bei der Energieerzeugung auf Druck und nicht auf Geschwindigkeit angewiesen. Alle Schaufeln der Reaktionsturbine halten ständigen Kontakt mit dem Wasser. Diese Turbinen werden häufig in großen Wasserkraftwerken eingesetzt.

Aufgrund ihrer Komplexität und hohen Kosten werden Reaktionsturbinen in der Regel nicht für Kleinwasserkraftprojekte eingesetzt. Eine Ausnahme bildet die Propellerturbine, die es in vielen verschiedenen Ausführungen gibt und die ähnlich wie die Schraube eines Bootes funktioniert.

Propellerturbinen haben drei bis sechs in der Regel feste Schaufeln, die in unterschiedlichen Winkeln auf dem Laufrad ausgerichtet sind. Der Bulb, das Rohr und das Kaplan-Rohr sind Variationen der Propellerturbine. Die Kaplan-Turbine, ein hochgradig anpassungsfähiges Propellersystem, kann für Mikrowasserkraftwerke eingesetzt werden.

Pumpen und Wasserräder

Konventionelle Pumpen können als Ersatz für Hydraulikturbinen eingesetzt werden. Wenn die Wirkung einer Pumpe umgekehrt wird, arbeitet sie wie eine Turbine. Da Pumpen in Massenproduktion hergestellt werden, sind sie leichter zu finden als Turbinen. Pumpen sind auch günstiger. Für eine angemessene Pumpenleistung muss Ihr Standort jedoch eine relativ konstante Förderhöhe und einen konstanten Durchfluss aufweisen. Pumpen sind auch weniger effizient und anfälliger für Beschädigungen.

Das Wasserrad ist die älteste Komponente des Wasserkraftsystems. Wasserräder sind zwar immer noch erhältlich, aber sie sind aufgrund ihrer langsamen Geschwindigkeit und sperrigen Struktur für die Stromerzeugung nicht sehr praktisch.

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