Kleinst-Wasserkraftwerk mit Peltonturbine

[thebluehill]

Hallo zusammen,
kurze Vorstellung: wir bauen in der nächsten Zeit ein kleines Haus im Piemont auf und wollen uns (zum Teil) autark versorgen. Hierfür planen wir auch ein Wasserkraftwerk, wobei wir ein paar Hinweise und Denkanstöße gebrauchen könnten.

Zur Situation: Die Quelle liefert etwa 1l/s Wasser, welches wir gerne nutzen würden. Die Höhendifferenz von etwa 100m soll mittels Rohrleitung überwunden werden, sodass ca. 500 Watt zur Verfügung stehen sollten. Allerdings müsste der erzeugte Strom anschließend ca. 200m zum Haus "transportiert" werden, um dort sowohl die Solarbatterie zu unterstützen, als auch um die überschüssige Energie in (Heiz-) Widerständen zu verbraten.

Wie transportiere ich den Strom über die 200m? AC, DC, welche Spannung?
Was ich jetzt so gefunden habe ist, dass wohl permanent erregte Wechselstromgeneratoren üblich sind bei Peletonturbinen. Diese liefern z.B. zwischen 20...30V AC.

• Ist es sinnvoll, den Wechselstrom mittels Brückenschaltung auf 12V DC gleichzurichten um ihn dann direkt auf 230V AC wechselzurichten? So könnte ich mit 230V den Weg überbrücken und dann anschließend in einen Laderegler gehen.
• Wenn wir schon beim Thema sind: Laderegler, hat da jemand Erfahrung damit? Welche können die überschüssige Leistung in einen Widerstand umlegen?

Das ganze Projekt ist noch in der Anlaufphase, aber wir würden gerne so schnell wie möglich die grobe Marschrichtung abstecken können...

Gruß
TBH

[Haushahn]

Hallo,

hochinteressante Sache. Ich schreibe den Beitrag (auch), damit ich eine Meldung bekomme, wenn sich hier etwas tut

Übertragen würde ich mit 230 VAC (Höhere Spannung = kleinerer Strom = kleinerer Querschnitt). Toll wäre, wenn man die 30 V mit einem Trafo auf 230 V wandeln könnte. Trafos haben einen super Wirkungsgrad, was Umwandlungsverluste spart.

Mit welcher Spannung soll das Netz im Haus betrieben werden?
Was spricht gegen einen fremderregten Synchrongenerator, der Regelaufwand?
Wird das ein Eigenbau? Ich denke gerade über Schutzmaßnahmen und Netzform nach.
Gibt es auch ein öffentliches Netz oder wird das eine Insellösung? Bei Netzparallelbetrieb müsst ihr euch eh mit dem Versorgungsnetzbetreiber absprechen.
Welche Verbraucher sollen betrieben werden? Wenn es nur um Licht, Fernseher und Radio geht und 500 Watt permanent verfügbar sind, könnte man sich den Aufwand mit der DC Anlage, den Batterien und Ladereglern sparen. Sofern das Wasser in dieser Menge das ganze Jahr über verfügbar ist. (Wasserrecht?)
Vielleicht schieße ich auch über das Ziel hinaus, aber diese Fragen sind mir halt durch den Kopf gepurzelt

Bin gespannt.
Schöne Grüße, Gerald

[Haushahn]

Edit:
Vom Gefühl her könnte eine 4 mm² Cu Leitung bei 230 V reichen. Das kann ich nachrechnen, wenns konkret wird. Ich habe mich ein bisschen eingelesen. Dass so kleine Turbinen ohne Verstellmöglichkeit gebaut werden, war mir nicht bewusst. Das erklärt aber den permanenterregten Generator und das verbraten wollen der überschüssigen Leistung. Was ja sonst eher unüblich ist. Damit hat sich die Frage mit der Insellösung auch erübrigt.
Die Firma Maurer Elektromaschinen GmbH hat Informationen zum Thema Kleinwasserkraftwerk super aufbereitet, aber die kennst du höchstwahrscheinlich ja schon ;-)

[Rati]

wie steht es mit der Umweltvertäglichkeit?

will meinen (rein informative betrachtet):
Wie viel Wasser wird durch die verrohrung aus dem natürlichen Ablauf der Quelle entnommen?
Wo wird das Wasser nach der Energiegewinnung wieder eingeleitet?

Grüße Rati

[thebluehill]

Übertragen würde ich mit 230 VAC (Höhere Spannung = kleinerer Strom = kleinerer Querschnitt). Toll wäre, wenn man die 30 V mit einem Trafo auf 230 V wandeln könnte. Trafos haben einen super Wirkungsgrad, was Umwandlungsverluste spart.

Wäre mir so am liebsten, allerdings schwankt die Eingangsspannung und damit die Ausgangsspannung! Vllt. sollte ich mittels 1:8 Trafo die Spannung auf ein Niveau zwischen 150 und 230V transformieren und anschließend Gleichrichten (Mit welchen Komponenten müsste man sowas machen? )

Mit welcher Spannung soll das Netz im Haus betrieben werden?

Das Haus erhält eine 3x230V Versorgung, Verbraucher sind also dort angeschlossen.

Wird das ein Eigenbau? Ich denke gerade über Schutzmaßnahmen und Netzform nach.

Am liebsten ein Eigenbau...

Gibt es auch ein öffentliches Netz oder wird das eine Insellösung? Bei Netzparallelbetrieb müsst ihr euch eh mit dem Versorgungsnetzbetreiber absprechen.

Es gibt keine Kopplung, die Netze sind nicht verbunden (außer die Batterie ist leer, dann wird ein Netzladegerät zugeschaltet)

Vom Gefühl her könnte eine 4 mm² Cu Leitung bei 230 V reichen. Das kann ich nachrechnen, wenns konkret wird. ... Die Firma Maurer Elektromaschinen GmbH hat Informationen zum Thema Kleinwasserkraftwerk super aufbereitet, aber die kennst du höchstwahrscheinlich ja schon ;-)

Ja, 4mm² sollten bei 230V ewig reichen.

Wie viel Wasser wird durch die verrohrung aus dem natürlichen Ablauf der Quelle entnommen?
Wo wird das Wasser nach der Energiegewinnung wieder eingeleitet?

Naja, es werden 1l/s entnommen... das Wasser wird unabhängig von der Turbine entnommen und in ein Zwischenbecken geleitet, wo es zur Trinkwasserversorgung verwendet wird. Die Wasserqualität wird durch die Turbine nicht verschlechtert, manche behaupten sogar, dass durch die Sauerstoffeinbringung eine Verbesserung eintritt.
Selbstverständlich werden keine 60l/min dauerhaft benötigt, das überschüssige Wasser wird also 150m nach der Quelle wieder in die Freiheit entlassen. Anzumerken ist vllt noch, dass noch andere Quellen in der Umgebung sind, für die und ist noch mehr als genug da

[Haushahn]

Servus,

... Vllt. sollte ich mittels 1:8 Trafo die Spannung auf ein Niveau zwischen 150 und 230V transformieren und anschließend Gleichrichten (Mit welchen Komponenten müsste man sowas machen? )

Schwebt dir schon ein bestimmter Generator vor? Nach kurzem googlen habe ich diesen gefunden: http://www.ebay.at/itm/Kleinstwasserkra ... 35e978e5d5
Der Generator liefert bei 100 m Fallhöhe und 0,7 l/Sekunde 400 Watt, was relativ nahe an deine Angaben kommt (Angaben aus der Tabelle im Link, er kann auch mehr Wasser verstromen). Zitat aus dem Link:"(3-Phasen-) Permanentmagnet-Wechselstromgenerator", das klingt für mich, als ob 3x28 V ausgegeben werden.
Die 28 V könntest du mit einem Trafo (ähnlich dem: http://www.conrad.at/ce/de/product/7102 ... Elektronik ) auf 400 V wandeln.
Mit 400 V als "Übertragungsspannung" zum Haus fällt der benötigte Leitungsquerschnitt noch geringer aus, überschlagsmäßig reicht dann ein 1,5 mm². Du brauchst halt mehr Adern, weil die Energie mittels Drehstrom übertragen wird. Leider habe ich noch keinen Laderegler gefunden, der Drehtrom zu Gleichstrom verwurstet.
Welche Spannung soll die Batterieanlage haben, 24 V?

Mit welcher Spannung soll das Netz im Haus betrieben werden?

Das Haus erhält eine 3x230V Versorgung, Verbraucher sind also dort angeschlossen.

Also sind Drehstromverbraucher geplant. Welche Geräte willst du betreiben? Das ist mMn nicht sinnvoll, weil Drehstromverbraucher in der Regel leistungshungrig sind. Oder schwebt dir eine riesige Photovoltaikanlage mit riesigen Batteriebänken vor? Damit du die Anlage sinnvoll auslegen kannst, musst du wissen, wie lange du welche Geräte ungefähr betreiben willst können.

Wird das ein Eigenbau? Ich denke gerade über Schutzmaßnahmen und Netzform nach.

Am liebsten ein Eigenbau...

Wir sind ja schließlich auch in einem Selbstversorgerforum

Es gibt keine Kopplung, die Netze sind nicht verbunden (außer die Batterie ist leer, dann wird ein Netzladegerät zugeschaltet)

Das heißt, bei Energieknappheit richtest du Strom vom öffentlichen Netz gleich, speist es in die Batterien, von wo aus du sie wieder wechselrichtest. Je nachdem, wie oft das vorkommt, wäre eventuell im Bedarfsfall eine direkte Speisung des Hausnetzes durch das öffentliche Netz sinnvoller.

Ja, 4mm² sollten bei 230V ewig reichen.

Das Problem ist der Spannungsabfall, und 200 m sind schon ein Stück.

Gibt es schon eine bestehende Photovoltaikanlage?

Auf jeden Fall beneide ich euch um die Quelle. Ich hätte auch gern ein Picokraftwerk als "Spielzeug"

Nebenbei, ich kann nur mit Informationen aushelfen, wie die Vorschriften in Österreich sind. Aber die Physik verhält sich ja in allen Ländern ähnlich ;-)

Herzliche Grüße,
Gerald

[Benutzer 146 gelöscht]

Merkwürdig: über Spannungsverluste durch Leitungswiderstände macht Ihr Euch Gedanken, aber über Druckverluste in Wasser-Rohrleitungen offenbar nicht...
Was soll denn das für eine Rohrleitung werden? Innendurchmesser, Trassenverlauf etc.?

Gruß

frodo

[Benutzer 3370 gelöscht]

aber über Druckverluste in Wasser-Rohrleitungen offenbar nicht

Bei einem Polokalrohr DN 200 wäre der Druckverlust nicht alzu groß, da das Wasser ja fast steht ( ca. 100m/Std Fließgeschwindigkeit ), allerdings ob das dann auch die 10 Bar Druck aushält vorallem an den Dichtungen.

PS.: Ich weiß, das KG oder HT Rohre für Druckwasserleitungen nicht geeignet sind, dennoch würde mich die Rohrleitung auch interessieren.

[thebluehill]

Hi,
erstmal freut es mich, wie viele Kommentare man hier auf die schnelle bekommt!

Nach kurzem googlen habe ich diesen gefunden: http://www.ebay.at/itm/Kleinstwasserkra ... 35e978e5d5

Ja, den hatte ich auch schon im Blick, und preislich sind die kaum zu schlagen.

Leider habe ich noch keinen Laderegler gefunden, der Drehtrom zu Gleichstrom verwurstet.
Welche Spannung soll die Batterieanlage haben, 24 V?

Naja ich könnte ihn doch einfach mit einem Brückengleichrichter auf 16V richten und dann einen "normalen" Regler nehmen. Wie gesagt, er muss die Energie verbraten und nicht einfach Kurzschließen oder abklemmen.

Also sind Drehstromverbraucher geplant. Welche Geräte willst du betreiben? Das ist mMn nicht sinnvoll, weil Drehstromverbraucher in der Regel leistungshungrig sind. Oder schwebt dir eine riesige Photovoltaikanlage mit riesigen Batteriebänken vor? Damit du die Anlage sinnvoll auslegen kannst, musst du wissen, wie lange du welche Geräte ungefähr betreiben willst können. [...] Das heißt, bei Energieknappheit richtest du Strom vom öffentlichen Netz gleich, speist es in die Batterien, von wo aus du sie wieder wechselrichtest.

Ok, vllt habe ich mich undeutlich ausgedrückt: Das Haus hat ein 230V Netz (öffentlich) und die Werkstatt wird alle drei Phasen bekommen (Kreissäge, Schweißgerät ...). Die Batterien haben 12V und sind nur für ein Niedervoltnetz da, wir möchten eigentlich ungern wieder auf 230V wechselrichten. Aber vllt. ändern wir unsere Meinung hier auch noch. Fest steht, dass mit der jetzigen Batterie keine umfassende Nutzung möglich ist.

Gibt es schon eine bestehende Photovoltaikanlage?

Jein, liegt noch nicht auf dem Dach.

Was soll denn das für eine Rohrleitung werden? Innendurchmesser, Trassenverlauf etc.?

Naja, ich habe die Nettofallhöhe angegeben, aber du hast natürlich recht. Innendurchmesser ist min 25mm, vllt ziehen wir auch das 2"-Rohr hoch. Aber die Wassermengen sind relativ gering, sodass eine laminare Strömung vorliegen wird.

PS.: Ich weiß, das KG oder HT Rohre für Druckwasserleitungen nicht geeignet sind, dennoch würde mich die Rohrleitung auch interessieren.

Es sind Trinkwasserrohre mit Schraubverbindung. Gekauft von dem Vorbesitzer. Ich werde genaueres raussuchen.


Vielen Dank schon mal für eure Anmerkungen

[Benutzer 146 gelöscht]

Hier kannst Du mal ausprobieren, was geht
http://www.schweizer-fn.de/berechnung/s ... r_rech.php