Od Scotta Gentlemana
Exkluzivně pro web – listopad 2007
Osm let jsme s Tracey žili v domě na solární pohon a po osm zamračených zim jsme každý týden provozovali malý generátor Honda, abychom dobíjeli baterie. Pochopili jsme, že původní majitel našeho domu provozoval malý vodní systém z celoročně tekoucího potoka na pozemku, ale nikdy jsme tuto možnost nezkoumali, protože potok protékal hustým lesem. Kromě toho jsme prostě mohli říct, že nad jeho tokem není dostatečný spád.
Site Level
Nakonec jsme se rozhodli použít Site Level společnosti Backwoods Solar, jen abychom si potvrdili, že hydroelektrárna nemá smysl. K našemu překvapení náš traverz lesem od potenciálního místa pro turbínu k příhodnému místu odběru odhalil asi 80′ spádu. To není možné, prohlásili jsme a usoudili, že naše technika musela selhat. Abychom si naši metodu překontrolovali, použili jsme stejný přístroj Site Level k měření poklesu od naší cisterny s vodou ke kuchyňskému dřezu. Věděli jsme, že tento spád činí 56 stop, protože jsme k jeho měření použili tranzit, když byl tento gravitační systém instalován. Přezkoumání pomocí Site Level nám dalo přibližně 60 stop a potvrdilo, že víme, jak vodováhu použít.
Voila, vodní potenciál. V nejsušším období roku měří náš potok asi 3 stopy na šířku a 3-4 palce na hloubku a pětilitrový kbelík a stopky naznačovaly, že kolem našeho odběrného místa protéká přes 300 g/min. Páni, velký potenciál. Při spádu 80 stop nám průtokový diagram trysek ukázal, že bychom teoreticky mohli propouštět 134 g/min přes turbínu Harris se 4 tryskami vybavenou 7/16″ tryskami. Dále jsme se obrátili na diagram výkonových wattů alternátoru Motorcraft od Dona Harrise. Při 134 g/min a spádu 80 stop jsme extrapolovali, že bychom mohli generovat 725+/- wattů. Museli bychom však nainstalovat 1100 stop dlouhý penstock. Další grafy. Abychom snížili ztráty třením a zachovali téměř maximální výkonový potenciál, určili jsme, že 4″ potrubí by při použití všech čtyř trysek obětovalo pouze asi 9 stop hrubého převýšení.
Flume Creek
Rychlé zhodnocení přínosů tohoto množství energie nás přesvědčilo, abychom přistoupili k instalaci. Psal se však rok 1999 a společnost Backwoods Solar byla neuvěřitelně zaneprázdněna uspokojováním veškerého humbuku kolem Y2K, takže Tracey a já jsme měli na instalaci málo času. A v té době nebyly mé zkušenosti s vodními elektrárnami zrovna odborné. Proto jsme požádali Leeho Tavennera ze společnosti Solar Plexus z Missouly v MT, aby vytvořil systém na klíč, který by zahrnoval jeho instalační práci. Lee dal laskavě dohromady seznam komponentů, i když pochopil, že většinu komponentů dodáme my, dohodli jsme se na ceně a on si ve svém nabitém programu našel čas na instalaci během jednoho zářijového víkendu.
Před tímto víkendem jsme s Tracey museli vypracovat trasu pro penstock přes les, kterým se klikatil potok. Cesta nejmenšího odporu vedla po starých a zarostlých smykových cestách pro těžbu dřeva a také hustým lesem. K vyznačení cesty jsme použili měřičskou pásku a najali jsme souseda s buldozerem, aby cestu prořezal a vyčistil. Dalšího souseda s bagrem jsme najali na vykopání sacího jezírka, 4′ hlubokého příkopu, místa pro turbínu a výpustného kanálu do potoka.
Lee nám doporučil použít polyethylenové trubky vysoké hustoty vzhledem k jejich odolnosti vůči drcení a skutečnosti, že při zamrznutí nepraskají. Jeho distributor z Missouly dodal třicet čtyřicetistopých kusů 4″ trubek na naše odlehlé místo, ale mohl se dostat pouze do vzdálenosti 1000 stop od naší linie výkopu. Tříkolka Honda dokázala odtáhnout tři kusy najednou do vzdálenosti 300 stop a zbytek vzdálenosti jsme s Tracey nesli každý kus. Nebyla to neúnosná dřina, ale ve 40′ trubce se mohou vytvořit velké poskakující vlny, pokud vaše vzájemné tempo není správně synchronizováno!“
Hydro Intake
Tyto délky trubek se musí k sobě spíše spojovat než lepit jako u PVC. Lee by si na tento postup pronajal malou techniku a přivezl ji s sebou, až přijde montážní víkend. Náš generátor Honda o výkonu 3500 wattů by poháněl stroj na tavení.
Dále jsme shromáždili a nainstalovali různé součásti napájecího systému. Vzhledem k tomu, že vzdálenost od turbíny k naší bateriové bance měřila 350 stop, rozhodli jsme se instalovat 24voltový systém. (Přestože fotovoltaický systém napájející náš dům byl 12voltový a mnoho našich zátěží bylo 12voltových stejnosměrných, věděli jsme, že EQ12/24-20 nám umožní zachovat naše 12voltové stejnosměrné obvody a zajistí, že naše 24voltová bateriová banka zůstane vyvážená). Vzdálenost 350 stop od turbíny k bateriím a náš výrobní potenciál 700 wattů nás vedly k výběru měděného kabelu 1/0 pro přímé uložení do země, abychom minimalizovali přenosové ztráty.
Další objednané položky zahrnovaly: turbína Motorcraft se 4 tryskami od Dona Harrise, dimenzovaná pro parametry naší lokality; střídač Trace SW4024; sada Backwoods Solar Powercenter postavená kolem odpojovací skříňky Trace DC250 a měřiče baterií Trimetric od Bogart Engineering; Trace C40 s digitálním displejem; dvě vzduchové zátěže Enermax 900 W určené pro 24voltové systémy; vestavěný analogový ampérmetr pro měření vodního proudu v elektrárně; čtyři baterie Trojan L-16HC; a různá kabeláž, pojistky atd.
Hydroturbína
Vhodně jsme se rozhodli, že náš nový systém bude umístěn v dílně vzdálené 100 stop od našeho domu. Dvanáctivoltový fotovoltaický systém byl omezen na náš dům se solárními moduly na střeše kuchyně a střídačem, bateriemi atd. v našem obývacím pokoji. Přemístěním bychom z našeho obytného prostoru odstranili všudypřítomné hučení onoho střídače SW2512 a výrazně bychom zvětšili vzdálenost mezi našimi kamny na dřevo a vodíkovým plynem z baterií. Instalací našeho 24V systému v dílně došlo k jedinému přerušení elektrického provozu v našem domě, když jsme odpojili měnič SW2512 od našeho servisního střediska střídavého proudu a znovu k němu připojili měnič SW4024; a když jsme odpojili naši 12V rozvodnou skříň s pojistkami od domácích baterií Lineage a znovu ji připojili k 12V polovině naší 24V bateriové banky Trojan v dílně.
Lee přijel v pátek večer a zůstal s námi. Hned v sobotu ráno jsme zahájili proces tavení 1200 stop 4″ HDPE trubky. Tavení je většinou práce pro jednoho člověka, které se ujal Lee. Spočívá v přitažení dvou konců trubek k sobě a jejich zasunutí do krytu tavicího zařízení poháněného generátorem. Po vložení se konce trubek zajistí na místě a páka ovládá jejich pohyb. Mezi konce trubek se vloží rotující řezací zařízení s čepelemi směřujícími k oběma koncům trubek a pákou se pohybuje, čímž se kusy vtáhnou do čepelí, které je k sobě přiloží do čtverce. Po vyrovnání do čtverce se mezi konce umístí topné těleso; generátor ohřeje topné těleso na správnou teplotu a poté se proti němu konce trubek současně přitáhnou pákou. Horký prvek se nechá změknout asi na ¼“ každého konce trubky; prvek se odstraní a páka přitáhne kusy k sobě, kde se navzájem spojí. Šev se na několik minut ochladí a přejde se na další spoj Lee. Zpočátku jsem o pevnosti tohoto spoje pochyboval, ale opakované pokusy o porušení čerstvě zataveného spoje selhaly.
Při zatavování Leeho jsme s Tracey přesouvali jednotlivé kusy trubek do vhodně rozmístěných zatavovacích míst. Když Lee dokončil šev, Tracey a já jsme stále se prodlužující část trubky odtáhli od Leeho, aby k ní mohl přitavit další kus. Zpočátku jsme s Tracey dokázali táhnout 200 metrů tavené trubky směrem k další odstavné ploše, ale v polovině odpoledne jsme po připojení pátého kusu trubky sténali, že potřebujeme Leeho pomoc. Tento proces ještě zhoršovala skutečnost, že výkop putoval ze strany na stranu vyčištěné cesty, když se dosahovalo co nejpřímější linie od sacího jezírka k místu turbíny. Opakovaně jsme museli překračovat výkop a jeho kopec vytěžené zeminy, když jsme podle potřeby přesouvali potrubí a generátor. Za soumraku jsme byli vyčerpaní a zbývalo nám dokončit tavení 200′ potrubí. Kdybychom to věděli lépe a kdyby to Leeho rozvrh dovoloval, rozhodl bych se pojistit celý penstock ještě před vykopáním výkopu a využít koňskou sílu tříkolky k tažení potrubí bez překážky v podobě čtyři metry hlubokého výkopu a jeho útrob.
Hydro Shed
Zpět do výkopů v neděli ráno. Dokončili jsme tavení; hotové potrubí jsme hodili do výkopu; a pak jsme se snažili zajistit, aby potrubí po celé své délce plynule klesalo. Čtyři metry hluboký výkop v často měkké a vlhké půdě se samozřejmě sesouvá, což způsobuje nesčetná vysoká místa, která jsme pracně spouštěli ruční lopatou. A pak jsme potrubí ručně vyrovnali asi 6″ zeminy předtím, než na něj buldozer natlačil většinu zásypu a hrozilo, že nás také zasype, pokud nebudeme dostatečně rychle vyrovnávat.
Konec jsme mohli připojit turbínu k potrubí. U skříně turbíny (tj. díry v zemi) jsme nainstalovali manometr, 2″ čisticí otvor, šoupátko a univerzální kloub, v řadě před turbínou. Lee poskytl na zakázku vyrobenou záchytnou nádrž z plexiskla s 6″ výpustnou spojkou, na kterou se turbína namontovala. Namontovali jsme turbínu na vodovodní potrubí; připojili jsme 6″ vypouštěcí potrubí k pánvi; připojili jsme alternátor k baterii (+) a (-); a otevřeli jsme šoupátko těsně za naším pivem. Peltonovo kolo zabzučelo; rychlým stisknutím startovacího tlačítka na ovládacím panelu turbíny se napájelo pole alternátoru; a jeho ampérmetr naskočil.
Naše šťastná hodinka se však rychle zhoršila. Když jsme nabrali rychlost, téměř plně nabité baterie Trojan L-16HC rychle dosáhly nastavené hodnoty hromadného napětí, kterou jsme naprogramovali do C40. Jak by měl, C40 by začal odvádět proud, ale neznámo proč okamžitě přešel do nadproudového vypnutí. Neregulované napětí baterií dále stoupalo. Nakonec jsme zabloudili do elektrárny; zaznamenali jsme neuvěřitelný zápach vodíku; slyšeli jsme obrovské bublání z baterií; všimli jsme si, že oranžová LED dioda C40 křičí o nadproudu; a spěchali jsme vypnout přívod vody do turbíny.
Mystifikováni jsme překontrolovali všechna zapojení; potvrdili jsme polaritu a napětí; a rozhodli jsme se to znovu spustit, právě když se okolí začalo trousit na ukázku. Šoupátko se otevřelo; vyvinul se proud; napětí stoupalo; C40 pozorován; a jakmile se C40 začal odklánět, bum, nadproudové vypnutí. Další vodík; další bublání; další závod k turbíně; žádný výkon; a zmatení majitelé, instalatér a sousedé. Ještě horší bylo, že jsme věděli, že Lee musí odjet do Missouly. Už předtím odložil svůj odjezd o několik hodin, abychom se dostali do tohoto bodu. Naštěstí jsme měli plné baterie; v případě potřeby jsme měli generátor Honda; a mohli jsme řešit problémy po telefonu.
Hydro Powered Home
Nakonec Lee problém vyřešil. Objednali jsme si jednoohmovou 900wattovou zátěž Enermax airload. Při 30 voltech by tato zátěž odvedla zhruba 30 ampér. Když jsme však změřili ohmy nainstalovaného Enermaxu, zaznamenal pouze 0,5 ohmu. Půl ohmu a 30 voltů vedlo k okamžitému odklonění více než 60 ampérů, a tedy k nadproudovému vypnutí C40 (náš raný model C40 byl navržen tak, aby se vypnul nad 62+/- ampérů). Vyměnili jsme viníka za jednoohmovou verzi a systém okamžitě fungoval podle reklamy.
Po několika týdnech provozu dvou trysek jsme zjistili, že máme nadbytek energie. Naše turbína měla čtyři trysky a náš potok by v případě potřeby uživil všechny čtyři, ale na denní bázi jsme nemohli využít energii, kterou vytvářely dvě trysky. Prodali jsme tedy naše solární panely; prodali jsme naši chladničku na propan o objemu 8 cuft; nahradili jsme ji elektrickou jednotkou Kenmore o objemu 14 cuft; přivezli jsme domů náš truhlicový mrazák o objemu 23 cuft, který vždy žil u sousedů s napájením ze sítě; odpojili jsme naše čerpadlo do studny na střídavý proud 120 V od obvodu generátoru a znovu jsme ho připojili k zátěžovému středisku střídavého proudu našeho střídače; a nainstalovali jsme do našeho zásobníku na teplou vodu topné těleso na střídavý proud 120 V. Nainstalovali jsme do něho topné těleso na střídavý proud. Když je na teplou vodu ohřívanou dřevem příliš teplo, otevřeme třetí trysku a zapneme střídavý prvek na ohřev vody. Není to neomezené množství teplé vody, ale v případě potřeby je jí dost na každodenní sprchování, mytí nádobí a praní pro nás dva.
Do dnešního dne jsme ještě nemuseli spustit čtyři trysky. Těžko uvěřit, že náš potok s „tak malým potenciálem“ umožňuje tak luxusně poháněnou alternativní usedlost a životní styl. Jsme potěšeni a denně si připomínáme, jaké máme štěstí, když mluvíme s lidmi, kteří se snaží vystačit s elektřinou mimo síť.“
Scott a Tracey jsou spolumajitelé společnosti Backwoods Solar, katalogové firmy, která se specializuje na alternativně vyráběnou elektřinu pro odlehlé domy, kde není dostupné nebo praktické vedení inženýrských sítí. Podnik provozují zaměstnanci, kteří své off-grid domy napájejí výhradně z prodávaných produktů. Kliknutím na výše uvedený odkaz navštívíte jejich webové stránky.