Centrifugalpump till vattenkraftverk

[bladhis]

Har läst i lite gamla trådar om centrifugalpumpar för eltillverkning. Är det så enkelt att koppla motorn till pumpen till nätet, släppa på vattnet till pumpen och på detta vis sänka sin elkostnad? Låter lite för enkelt. Kan man isåfall bara starta motorn på nät el för magnetiseringens skull och sedan stänga av den när vattnet forsar genom pumpen. Bibehålls magnetisering och rätt hertsantal osv då? Är det skillnader på en trefasmotor och en enfasmotor i detta avseende?

Min vattenkälla är en gammal kvarndamm som jag renoverat en aning. Gjorde för skojs skull ett hål i dammluckan på ca 12cm i diameter. Fyller ju en hink med vatten på ca 1-2 sek svårt att mäta fallhöjd borde jag kunna få till ca 3 m. Vad bör man kunna få ut i effekt med en sådan pump?

[torbjorn]

Asynkronmotorer är beroende av elnät (eller parallellarbete med en synkronmaskin) för att få reaktiv effekt och för att få frekvensen bestämd. Och det oavsett om det är en enfas- eller trefasmotor.
Det finns nödlösningar för att köra en asynkronmotor på eget nät med kondensatorer för att ge reaktiv effekt och spolar (reaktorer) med mättad kärna för att reglera spänningen, men det är svårt att få stabil drift och verkningsgraden blir dålig.

Synkronmaskiner kan man däremot lätt köra fristående, även det oavsett om det är enfas eller trefas. Där måste man styra magnetiseringen på lämpligt sätt för att hålla spänningen konstant, och för att få rätt frekvens krävs att den hela tiden, oavsett belastning, går med rätt varvtal. Det krävs alltså en varvtalsregulator som styr pådraget till turbinen för att hålla varvtalet konstant.
En släpringad asynkronmotor kan möjligen gå att använda som nödtorftig synkronmaskin om man lägger på likström för magnetisering på släpringarna. Det finns dock risk att den lämnar en spänning som är långt från sinusformad och har kraftiga övertoner.

Seriemotorer (kommutatormotorer) kan man bara få att leverera likström om man kör dem som generator, och det blir högst ostabil spänning och svårt att reglera om man inte kopplar om till separatmagnetiserat utförande.

Centrifugalpumpar kan i och för sig fungera som vattenturbiner, men verkningsgraden blir knappast särskilt mycket att tala om. Oftast blir verkningsgraden bäst om turbinen får gå med ungefär halva dess tomgångsvarvtal vid aktuell fallhöjd. Om det varvtalet inte ger rätt frekvens hos den elmaskin man använder som generator, får man ordna lämplig utväxling (rem, kuggväxel, kedja etc) emellan.

När det gäller vilken effekt du kan få ut ur tillgängligt vatten så säger en lite lätt avrundad formel P = 10 q h , där är P effekten i kW , q vattenflödet i m³/s och h fallhöjden i meter.
Räkna med att en turbin som är baserad på första bästa centrifugalpump eller helt och hållet hemgjord, i bästa fall har en verkningsgrad på 30-50 % , generatorn har kanske 70-80 % verkningsgrad, så i praktiken kanske du kan få ut 0,2 - 0,4 gånger den beräknade effekten.

[bladhis]

Ok, räknar jag rätt om jag förutsätter att har 10 l i sek och 3 m fallhöjd att detta blir 0,3 kW.

Men om jag låter den vara kopplad till nätet och bara låter den stå där och snurra, skulle det sänka mina elkostnader?

Skulle en sån här funka med motor och allt? http://www.alfredssonsmaskin.com/gfx/inlagg/bild_1/190.jpg

Vad händer om nätspänningen försvinner? Slutar den att leverera eller fortsätter den? Vore ju praktiskt om den slutade så ingen blev skadad om de bryter strömmen.

[torbjorn]

Det beror helt och hållet på vad pumpen har för data. Av utseendet att döma så misstänker jag att den där pumpen är avsedd för mycket högre tryck (alltså motsvarande högre fallhöjder), så den kommer nog inte att göra nämnvärd nytta med bara 3 meter.
Jag skulle tro att det kan bli svårt att med den fallhöjden överhuvudtaget komma upp i tillräckligt varvtal för att ha löphjulet direkt kopplat till generatorn, man får nog räkna med att ha utväxling emellan.
Om du ska bedöma pumpar efter utseendet så ska en lämplig pump för detta ändamål vara en s k snabblöpare - pumphjulet ska vara ganska långt i axiell led i förhållande till diametern, vattenvägarna ska vara rymliga med gott om plats mellan skovlarna och förmodligen har pumphjulet inte mycket större diameter än pumpens röranslutningar.
Långsamlöpare, som man använder för höga tryck och små flöden, har istället ett kort pumphjul med stor diameter och smala spalter mellan skovlarna.
Om du får tag i ett datablad för pumpen med uppgift om varvtal och en s k pumpkaraktäristika (ett diagram som visar vilket flöde pumpen lämnar vid olika mottryck) så går det med hjälp av det att avgöra om den kan vara lämplig.


Om det är en asynkronmaskin, som vi kan anta att det är på bilden, så kommer den att sluta leverera energi om den inte kan få reaktiv effekt någonstans ifrån (antingen från elnätet eller från kondensatorer som ligger parallellt, kanske som ingår "osynligt" i annan utrustning som ligger inkopplad i närheten, hos dig eller hos någon granne).
Ska man vara formellt korrekt så måste en generator som ska gå parallellt med elnätet anslutas via en brytare som styrs av reläskydd så att den slår ifrån automatiskt och dessutom stoppar turbinen vid nätbortfall.

Om man sätter dit något på måfå utan att ha räknat alls på om det är lämplig dimensionering, så är det stor risk att turbinen inte ens kan lämna så hög effekt att den täcker generatorns tomgångsförluster, så då kommer nettoutbytet att vara negativt - kraftverket drar energi från elnätet.

Låt oss anta att du ändå kan få ut 0,3 kW, alltså 300 W. Och att verket kan vara igång dygnet runt, året runt. Då levererar det 0,3 x 24 = 8 kWh per dygn, alltså grovt räknat levererar det el som skulle kosta 8 kr per dygn att köpa. Det blir alltså 8 x 365 = 2920 kr per år. Eller om man så vill 243 kr per månad.

[bladhis]

Med ca 200 m slang/rör samt kabel skulle jag kunna få något över 25 m höjdskillnad. Medelflödet under året ligger nog på den nivån det är nu även om det är massvis med vatten vår och höst och stora delar av vintern. Sommaren kan det torka nästsn helt.

Räknar man glädjekalkyl blir det ca 9125 kr per år. Säg att realistiskt sett skulle det kunna bli 3000 kr? Samt investeringskostnader på ca 20000 kr.

Är det effektivare att göra värme av energin? Isåfall hur? Bostadshuset ligger ca 100 m från kvarndammen.

Misstänker att det är billigare att transportera el än varmvatten, men en elpatron behöver väl inte "finel" utan nöjer säg kanske med vad det får och ger värme därefter?

[Edgar]

Investering 20000 kr och 200 m slang tyder på en slang som kostar högst 10 kr/m, vilket ger  en diam ca 25 mm. Den långa och smala slangen ger stort tryckfall, som minskar utbytet med bortåt 20%. Med slang 40 eller 50 mm minskar dessa förluster avsevärt, men priset går ju också upp 2 - 3 gånger.

Brorsan experimenterade med vinddriven generator som kopplades till egen värmeslinga i varmvattenberedaren, och det var han relativt nöjd med.

[Själv är bäste dräng]

Om man ändå skall investera några kronor i ett elskaparprojekt så kan det väl vara lönt att ta en generator från ett elverk. Det finns nya tvåtaktare på 1000w och fyrtaktare på 2000w för mellan 1-2000 kronor. Antingen använder man motorn till något annat kul, eller säljer den på blocket.

[torbjorn]

Dock kräver det lite mer maskinarbete att återanvända en generator från ett billigt bensinelverk, eftersom en sådan generator oftast inte har något eget lager i motoränden utan litar till bensinmotorns ramlager.
Man måste alltså nytillverka en lagersköld (gavel), och göra en axeltapp som passar ihop med generatorns rotor. Vanligtvis ska axeltappen vara konisk med ett gängat centrumhål.

Småelverk med motorhaveri eller fel på tändsystemet kan man ofta få nästan gratis.

[Själv är bäste dräng]

Småelverk med motorhaveri eller fel på tändsystemet kan man ofta få nästan gratis.

Skit i förgasarn verkar vara ett vanligt fel. Och de har inte gått många timmar.

En sådan generator borde väl vara god för några tusen timmar? Jämfört med en borstlös generator från Italien för 3-4 000?

Eller så bygger man en egen generator. Börja läs på  http://24volt.eu/generatorkonstruktion.php  och fastna i självbyggarträsket

[bladhis]

Jag har ett relativt hysat 3 fas elverk, bensin. Köpte det när nätkablarna hängde i luften här med strömavbrott som följd. Men nu är de nedgrävda så har det bara stått. Är det bättre att använda detta Som generator? Men då blir det ju ett himla meckande att få rätt varvtal och hålla detta konstant också.

[torbjorn]

Det är lika kritiskt att hålla rätt varvtal vad för generator du än använder.

De allra billigaste elverken (600-700 W enfas med tvåtaktsmotor) har s k självreglerande generator som jag tror brukar vara borstlös, medan lite mer seriösa verk med riktig spänningsregulator (2000 W och uppåt) har kol och släpringar, som ju har begränsad men förhoppningsvis lång livslängd. Man kan få jämnare slitage på kol och släpringar genom att polvända magnetiseringen då och då, t ex en gång i månaden.

Trefasgeneratorer bör förses med ett bra överströmsskydd (t ex ett vanligt motorskydd inställt på lämplig ström), om man belastar en sådan osymmetriskt kan man råka bränna lindningen på den mest belastade fasen. Enfasgeneratorerna brukar däremot få så stort spänningsfall vid överlast att man knappast kan få några överströmmar som är farliga för lindningen.

Ska man låta generatorn arbeta parallellt med elnätet måste man ordna fasningsutrustning (i enklaste fall tre glödlampor kopplade över generatorbrytaren), så att man kan reglera turbinen till rätt varvtal och fasläge innan man slår till brytaren.

[bladhis]

Naaa, nu blir det för komplicerat för en snickare. Hade det bara varit att koppla in en centrifugalpump och sätta i sladden till nätet hade det varit en sak men detta blir för avancerat. Jag får leta efter en snabblöparpump med andra ord...

[Rubensgården]

En annan variant är att köra med en likströmsgenerator som (kan gå mot batterier och) tillbakamatande inverter?
Vattenkraft mot nätet hör nog till den övre skolan. Dessutom en massa tillstånd och annat. Ska du bygga off the grid eller nätanslutet?

[bladhis]

Kommer aldrig kunna kapa serviceledningen då mitt företag kräver lite kapacitet. Men uppfinnar-jocken i mig tycker sånt här är kul. Men det får gärna finnas iaf en möjlighet att det skall gå runt.

[JohnA]

Tjo! Jag råkade snurra in på detta område ännu en gång, så sent som igår, när jag hittade begreppet "pico hydro" på Wikipedia. Definitionen tycks vara vattenkraftverk med en effekt lägre än 5kW. https://en.wikipedia.org/wiki/Pico_hydro

"Common centrifugal water pumps, can be operated in reverse to act as turbines. While these machines rarely have optimum hydraulic characteristics when operated as turbines, their availability and low cost makes them attractive."

Har man som glad hembyggare med klen budget tillgång till mer vattenflöde/tryck än man tänkt utnyttja är ju verkningsgraden av underordnad betydelse och kan man hitta en industriell vattenpump av lämplig typ billigt på skroten verkar det ju vara värt att prova. En alternativ typ av DIY-vänlig turbin tycks vara den som syns i wikipediaartikeln, alltså ett slags långsamlöpande liggande skovelhjul med vertikalt utlopp i botten. Om denna ger en sämre eller bättre turbin än en vattenpump vågar jag inte gissa.

Strax utanför min tomtgräns har jag en liten porlande bäck med ganska bra fart på våren och hösten, samt då och då sommartid efter perioder av mycket regn. Vid torrt väder och vintertid är flödet oftast noll. Total fallhöjd kan nog vara omkring 6-7 meter och det skulle vara möjligt att "tjuva" vattnet en bit upp i skogssnåren och leda det in på min egen mark ganska nära garaget där jag sedan ganska diskret kan släppa ut det i ett dike. Jag har nog närmare 50 meter gammal PEM-slang med ca 30mm diameter. Det blir förstås inte mycket till flöde och effekt att plocka ut ur ett så smalt rör, men det är åtminstone gratis. Inte heller blir det någon betydande energibesparing på hushållets elräkningar.

Det som lockar mig att bygga pico-kraftverk är helt enkelt nyfikenheten att se om det kan fås att fungera rent principiellt. Går det att plocka ut el nog för att driva några LED-lampor, en dator, ett litet kylskåp och lite annat småkrafs vore det också kul att ha som projekt att försöka bygga en off-grid ungdomslägenhet ovanpå garaget som en kul pryl att hyra ut till "alternativlivsstilare" eller egen tonåring. Mitt personliga familjeliv har inte utrymme för den sortens udda utsvävningar, men att bygga det för någon annan skulle kunna vara gott nog. 

Jag tänker mig därför ett lågspänningssystem, 12V DC, med vattenturbin, solceller och en vindsnurra. Periodvis blir det förstås överkapacitet, vilket kan nyttjas för (marginell) uppvärmning. Små inverters har väl sällan någon lysande verkningsgrad, men det kan ändå vara användbart för att driva mindre känsliga prylar som vanliga 230V LED-lampor för hushållsbruk, laptop m.m.
Små kylskåp för 12V (båt/husvagn) är förstås händigt att ansluta direkt till lågvoltssystemet, men deras kylprincip brukar ha usel verkningsgrad jämfört med en kompressorkyl så jag antar det även där kan vara försvarbart att driva med en kraftigare inverter.
Ett bensin- eller dieseldrivet elverk är bra att ha som backup men också då det behövs mer el än det lilla "vardagssystemet" levererar, t.ex. för svetsjobb i garaget och andra elverktyg.

Nu flöt tankarna iväg... 
Men som sagt, att med enkla medel bygga ett vattenkraftverk av gammalt skrot vore kul, om det så bara ger 100 watt. Bara vetskapen om att det är hemgjord el som driver några specifika men helt onödiga saker är gott nog.

[JohnA]

Kan man annars göra något kul av vädursprincipen? https://en.wikipedia.org/wiki/Hydraulic_ram
Man kan väl se tekniken som ett "hydrauliskt brännglas", d.v.s. den tar ett relativt stort men långsamt vattenflöde och fokuserar det till ett litet flöde med mycket högre tryck. Jag tvivlar på att det skulle vara en bättre metod att driva mikroturbiner, men det skulle åtminstone passa långa smala tryckrör av PEM-slang ganska bra. Det vill dock till att slangen står emot de kraftiga tryckstötarna.

Hmmm... Kanske väduren kan fungera som en "impedansomvanlare" mellan ett vattendrag med relativt låg fallhöjd och en liten centrifugalpump för relativt höga tryck och varvtal? Verkningsgraden hos väduren antar jag är ganska låg, eftersom den behöver spilla bort en hel del "matarvatten" för att bygga upp ett dynamiskt tryck den sedan kan stoppa plötsligt. Men vill man främst testa en princip kan det ju ändå vara gott nog.

[Alexn72]

Kort sagt
Asyncronmotor  ger ström bara du kan den att gå snabbare än sitt märkvarv
Tex tar du en som har 800v så om du får den att snurra 810varv när den är kopplad till nätet så genererar den ström men så fort den går under 800varv så börjar den ta ström.

Har du en 2 kw motor men låter vatten med energi motsvarande 3kw driva motorn så blir det inte så bra.
Så antingen får man dimensionera motorn för vad max vattnet kan ge eller ha lite aktiv styrning

[skogaliten]

Tjo! Jag råkade snurra in på detta område ännu en gång, så sent som igår, när jag hittade begreppet "pico hydro" på Wikipedia. Definitionen tycks vara vattenkraftverk med en effekt lägre än 5kW. https://en.wikipedia.org/wiki/Pico_hydro

"Common centrifugal water pumps, can be operated in reverse to act as turbines. While these machines rarely have optimum hydraulic characteristics when operated as turbines, their availability and low cost makes them attractive."

Har man som glad hembyggare med klen budget tillgång till mer vattenflöde/tryck än man tänkt utnyttja är ju verkningsgraden av underordnad betydelse och kan man hitta en industriell vattenpump av lämplig typ billigt på skroten verkar det ju vara värt att prova. En alternativ typ av DIY-vänlig turbin tycks vara den som syns i wikipediaartikeln, alltså ett slags långsamlöpande liggande skovelhjul med vertikalt utlopp i botten. Om denna ger en sämre eller bättre turbin än en vattenpump vågar jag inte gissa.

Strax utanför min tomtgräns har jag en liten porlande bäck med ganska bra fart på våren och hösten, samt då och då sommartid efter perioder av mycket regn. Vid torrt väder och vintertid är flödet oftast noll. Total fallhöjd kan nog vara omkring 6-7 meter och det skulle vara möjligt att "tjuva" vattnet en bit upp i skogssnåren och leda det in på min egen mark ganska nära garaget där jag sedan ganska diskret kan släppa ut det i ett dike. Jag har nog närmare 50 meter gammal PEM-slang med ca 30mm diameter. Det blir förstås inte mycket till flöde och effekt att plocka ut ur ett så smalt rör, men det är åtminstone gratis. Inte heller blir det någon betydande energibesparing på hushållets elräkningar.

Det som lockar mig att bygga pico-kraftverk är helt enkelt nyfikenheten att se om det kan fås att fungera rent principiellt. Går det att plocka ut el nog för att driva några LED-lampor, en dator, ett litet kylskåp och lite annat småkrafs vore det också kul att ha som projekt att försöka bygga en off-grid ungdomslägenhet ovanpå garaget som en kul pryl att hyra ut till "alternativlivsstilare" eller egen tonåring. Mitt personliga familjeliv har inte utrymme för den sortens udda utsvävningar, men att bygga det för någon annan skulle kunna vara gott nog. 

Jag tänker mig därför ett lågspänningssystem, 12V DC, med vattenturbin, solceller och en vindsnurra. Periodvis blir det förstås överkapacitet, vilket kan nyttjas för (marginell) uppvärmning. Små inverters har väl sällan någon lysande verkningsgrad, men det kan ändå vara användbart för att driva mindre känsliga prylar som vanliga 230V LED-lampor för hushållsbruk, laptop m.m.
Små kylskåp för 12V (båt/husvagn) är förstås händigt att ansluta direkt till lågvoltssystemet, men deras kylprincip brukar ha usel verkningsgrad jämfört med en kompressorkyl så jag antar det även där kan vara försvarbart att driva med en kraftigare inverter.
Ett bensin- eller dieseldrivet elverk är bra att ha som backup men också då det behövs mer el än det lilla "vardagssystemet" levererar, t.ex. för svetsjobb i garaget och andra elverktyg.

Nu flöt tankarna iväg... 
Men som sagt, att med enkla medel bygga ett vattenkraftverk av gammalt skrot vore kul, om det så bara ger 100 watt. Bara vetskapen om att det är hemgjord el som driver några specifika men helt onödiga saker är gott nog.

Att ta vatten från en bäck är i allra högsta grad tillståndskrävande, och skadar naturen, även om du "lämnar tillbaka" vattnet nedströms.

Jag vill inte vara tråkig, men bäckens vatten är inte ditt, även om bäcken råkar ligga på din mark, och vilka skador du orsakar för vattenlevande organismer, eller på det hydrologiska systemet runt bäcken, har du som enskild person antagligen inte tillräcklig kunskap om.

Så sök tillstånd först, skada bäcken sedan.

[kretslopp]

Du kanske ska ha en bilgenerator på din turbin. Jag har funderat på att bygga upp ett 24 volts system i huset. Anledningen är att vi använder bara ledlampor nu och att alla i grunden är likström lågvolt (12 eller 24 volt) och sen har en omvandlare som omvandlar 230 volt till lågspänning. Där omvandlaren drar betydligt mycket mer än lampan. Det skulle spara mycket energi.