Af Scott Gentleman
Website Exclusive – November, 2007
I otte år boede Tracey og jeg i et hus, der drives af solenergi, og i otte overskyede vintre kørte vi en lille Honda-generator hver uge for at genoplade vores batterier. Vi forstod, at den oprindelige ejer af vores hjem havde drevet et lille vandkraftsystem fra ejendommens bæk, der løb året rundt, men vi undersøgte aldrig denne mulighed, fordi bækken løb gennem tæt skov. Desuden kunne vi bare se, at der ikke var tilstrækkeligt fald over dens løb.
Site Level
Vi besluttede os til sidst for at bruge Backwoods Solars Site Level bare for at bekræfte, at vandkraft ikke gav mening. Til vores store overraskelse afslørede vores traverse gennem skoven fra et potentielt mølleområde til et praktisk indtagssted omkring 80′ fald. Det er ikke muligt, erklærede vi og antog, at vores teknik måtte have fejlet. For at dobbelttjekke vores metode brugte vi det samme Site Level til at måle faldet fra vores vandcisterne til køkkenvasken. Vi vidste, at dette fald var på 56 fod, fordi vi havde brugt en transit til at måle det, da dette gravitationssystem blev installeret. Gennemgangen med stedniveauet gav os ca. 60 fod og bekræftede, at vi vidste, hvordan vi skulle bruge niveauet.
Voila, vandkraftpotentiale. På den tørreste tid af året måler vores bæk ca. 3 fod bred og 3-4 tommer dyb, og en fem-gallon spand og et stopur viste, at vi havde over 300 gpm, der flød forbi vores indtagssted. Wow, masser af potentiale. Med 80 fods fald indikerede et dysestrømningsdiagram, at vi teoretisk set kunne lade 134 gpm passere gennem en Harris 4-dyseturbine udstyret med 7/16″ dyser. Dernæst kiggede vi på Don Harris’ Watt-udgangsdiagram for Motorcraft-generatorens effekt i watt. Med 134 gpm og 80 fods fald ekstrapolerede vi, at vi kunne generere 725+/- watt. Vi ville dog skulle installere en 1.100 fod lang rørledning. Flere diagrammer. For at reducere friktionstabet og opretholde tæt på det maksimale produktionspotentiale bestemte vi, at 4″-rør kun ville ofre ca. 9 fod bruttohøjde, hvis alle fire dyser var i brug.
Flume Creek
En hurtig vurdering af fordelene ved denne energimængde overbeviste os om at gå videre med en installation. Året var imidlertid 1999, og Backwoods Solar havde utroligt travlt med at tage sig af al den Y2K-hype, så Tracey og jeg havde kun lidt tid til en installation. Og på det tidspunkt var min ekspertise inden for vandkraft ikke ligefrem ekspertise. Så vi opfordrede Lee Tavenner fra Solar Plexus i Missoula, MT til at udvikle et nøglefærdigt system, som ville omfatte hans installationsarbejde. Lee var så venlig at sammensætte komponentlisten, selv om han forstod, at vi skulle levere størstedelen af komponenterne; vi blev enige om en pris, og han fandt tid i sin travle kalender til en installation i løbet af en weekend i september.
Forud for den weekend skulle Tracey og jeg udvikle ruten for rørledningen gennem skoven, som bækken snoede sig igennem. Vejen med mindst mulig modstand fulgte gamle og tilgroede skovningsskidveje samt tæt skov. Vi brugte målebånd til at markere en sti og hyrede en nabo med en bulldozer til at skære og rydde stien. En anden nabo med en rendegraver blev hyret til at grave indløbsbassinet, den 4′ dybe grøft, turbinepladsen og udløbskanalen til bækken.
Lee anbefalede, at vi brugte polyethylenrør med høj densitet, da det er modstandsdygtigt over for knusning, og da det ikke knækker, når det er frosset. Hans distributør i Missoula leverede tredive stykker på 40 fod af 4″-røret til vores fjerntliggende hjemsted, men kunne kun komme inden for en afstand af 1000 fod fra vores grøftelinje. En Honda trehjulstrækker kunne trække tre stykker ad gangen til en afstand af 300 fod, og Tracey og jeg bar hvert stykke resten af afstanden. Ikke uudholdeligt arbejde, men et 40′ rør kan udvikle nogle store hoppebølger i det, hvis jeres indbyrdes tempo ikke er synkroniseret ordentligt!
Hydro Intake
Disse længder af rør skal smeltes sammen i stedet for at blive limet som med PVC. Lee ville leje den lille maskine til denne procedure og medbringe den, når installationsweekenden kom. Vores Honda-generator på 3500 watt skulle drive fusionsmaskinen.
Dernæst samlede og installerede vi de forskellige komponenter til elsystemet. Da afstanden fra turbinen til vores batteribank målte 350 fod, valgte vi at installere et 24-volts system. (Selv om det solcelleanlæg, der forsynede vores hjem med strøm, var 12 volt, og mange af vores belastninger var 12 volt DC, vidste vi, at en EQ12/24-20 ville gøre det muligt for os at opretholde vores 12v DC-kredsløb og sikre, at vores 24v-batteribank forblev afbalanceret). Den 350 fod lange afstand fra mølle til batterier og vores 700 watt genereringspotentiale fik os til at vælge 1/0 kobberkabel med direkte nedgravning for at minimere transmissionstab.
Andre varer, der blev bestilt, omfattede: en Motorcraft-turbine med 4 dyser fra Don Harris, der er dimensioneret til vores anlægs parametre; en Trace SW4024-inverter; et Backwoods Solar Powercenter-kit bygget omkring Trace DC250-afbryderboksen og Bogart Engineerings Trimetric-batterimåler; en Trace C40 med digital visning; to Enermax 900 watt luftladninger designet til 24 volt-systemer; en analog inline-ampere-måler til måling af vandkraftstrømmen i kraftværket; fire Trojan L-16HC-batterier; og diverse kabler, sikringer osv.
Hydroturbine
Passende nok besluttede vi, at vores nye system skulle placeres i et værksted 30 meter fra vores hjem. 12 volt PV-systemet var begrænset til vores hjem med solcellemoduler på køkkenets tag og inverter, batterier osv. i vores stue. Ved at flytte ville vi fjerne den evigt tilstedeværende brummen fra den SW2512 inverter fra vores opholdsrum og øge afstanden mellem vores brændeovn og batteriernes brintgas betydeligt. Ved at installere vores 24v-system i værkstedet skete den eneste afbrydelse af den elektriske service til vores hjem, da vi afmonterede SW2512 fra vores vekselstrømsservicecenter og genindkoblede SW4024 til det; og da vi afmonterede vores 12v sikret strømfordelingsboks fra hjemmets Lineage-batterier og genindkoblede den til 12v halvdelen af vores 24v Trojan-batteribank i værkstedet.
Lee ankom en fredag aften og blev hos os. Som det første lørdag morgen begyndte vi processen med at smelte de 1200 fod 4″ HDPE-rør på 1.200 fod. Sammensmeltning er for det meste en opgave for én person, som Lee påtog sig. Det består i at trække to rørender sammen og sætte dem ind i den generatordrevne fusinganlæggets hus. Når rørenderne er indsat, bliver de låst på plads, og et håndtag styrer deres bevægelse. En roterende skæreanordning med knive, der vender mod hver rørende, indsættes mellem rørenderne, og løftestangen bevæges, hvorved stykkerne trækkes ind i knivene, som firkantede dem til hinanden. Når de er blevet kvadratiske, placeres et varmeelement mellem rørenderne; generatoren bringer varmeelementet op på den rette temperatur, og derefter trækkes rørenderne samtidig mod det med håndtaget. Det varme element får lov til at blødgøre ca. ¼” af hver rørende; elementet fjernes, og håndtaget trækker stykkerne sammen, hvor de smelter sammen. Sømmen afkøles i et par minutter, og så går Lee videre til den næste samling. I første omgang tvivlede jeg på styrken af denne samling, men gentagne forsøg på at bryde den nyligt smeltede søm mislykkedes.
Mens Lee smeltede, flyttede Tracey og jeg de enkelte rørstykker til passende placerede smelteområder. Når Lee afsluttede en søm, trak Tracey og jeg det stadig længere rørstykke væk fra Lee, så han kunne smelte det næste stykke sammen med det. I første omgang kunne Tracey og jeg trække 200 fods smeltet rør mod det næste område, men midt på eftermiddagen stønnede vi efter Lees hjælp, efter at det femte rørstykke var blevet fastgjort. Denne proces blev forværret af det faktum, at renden vandrede fra side til side af den ryddede sti, mens den opnåede den mest lige linje fra indsugningsbassinet til møllepladsen. Vi måtte gentagne gange krydse grøften og dens gravhøj af opgravet jord, mens vi flyttede rør og generatoren efter behov. Ved mørkets frembrud var vi udmattede og havde stadig 200′ rør, som vi skulle have smeltet færdigt. Hvis vi havde vidst bedre, og hvis Lees tidsplan havde tilladt det, ville jeg have valgt at smelte hele penstocken, inden grøften blev gravet, og udnytte trehjulstrækkerens hestekræfter til at trække rør uden forhindringen fra den fire fod dybe grøft og dens indvolde.
Hydro Shed
Tilbage til grøfterne søndag morgen. Vi afsluttede fusionen, kastede den færdige rørledning ned i grøften og forsøgte derefter at sikre, at røret hele tiden faldt nedad over hele sin længde. En fire fod dyb grøft i en ofte blød, fugtig jord er naturligvis slammet, hvilket forårsagede utallige høje punkter, som vi omhyggeligt sænkede med en håndspade. Og så bufferede vi røret i hånden med ca. 6″ jord, før dozeren skubbede størstedelen af fyldet ind over det og truede med også at dække os, hvis vi ikke buffer hurtigt nok.
Endelig kunne vi tilslutte turbinen til røret. Ved turbinehuset (dvs. et hul i jorden) installerede vi en trykmåler, en 2″ renseudtag, en skytteventil og en kardanled i linje før turbinen. Lee leverede et specialbygget opsamlingsbassin af plexiglas med 6″-udløbskobling, som turbinen blev monteret på. Vi monterede turbinen på ledningsnettet; fastgjorde et 6″-udløbsrør til bassinet; tilsluttede generatoren til batteri (+) og (-); og åbnede portventilen lige efter vores øl. Peltonhjulet summede; et hurtigt tryk på startknappen på turbinens kontrolpanel satte strøm til generatorens felt; og dens amperemåler sprang i gang.
Men vores glade time blev hurtigt forværret. Da vi tog op, nåede de næsten fuldt opladede Trojan L-16HC-batterier hurtigt op på det bulk-spændings-setpoint, som vi havde programmeret i C40. Som den skulle, ville C40’eren være begyndt at omdirigere strømmen, men uden at vi vidste det, gik den straks i overstrømsafbrydelse. Ureguleret fortsatte batterispændingen med at stige. Til sidst vandrede vi ind i strømforsyningen, opdagede en utrolig lugt af brint, hørte en enorm boblen fra batterierne, bemærkede C40’s orange lysdiode, der råbte overstrøm, og skyndte os at lukke for strømmen af vand til turbinen.
Mystificeret dobbelttjekkede vi alle forbindelser, bekræftede polariteter og spændinger og besluttede at starte den op igen, netop som naboerne begyndte at vandre ind for at se en demonstration. Gateventilen åbnede; strøm udviklede sig; spændingen steg; C40 observeret; og da C40 begyndte at aflede, boom, overstrømsafbrydelse. Mere brint; mere boblen; endnu et løb til turbinen; ingen strøm; og forvirrede ejere, installatør og naboer. Endnu værre var det, at vi vidste, at Lee var nødt til at tage af sted til Missoula. Han havde allerede udsat sin afrejse med et par timer for at få os til dette punkt. Heldigvis var vores batterier fulde; vi havde Honda-generatoren, hvis det blev nødvendigt; og vi kunne foretage fejlfinding via telefon.
Hydro Powered Home
Ettertid løste Lee problemet. Vi havde bestilt en en ohm 900 watt Enermax airload. Ved 30 volt ville denne belastning aflede ca. 30 ampere. Men da vi målte ohm’erne på den installerede Enermax, registrerede den kun 0,5 ohm. En halv ohm og 30 volt resulterede i en øjeblikkelig afledning på over 60 ampere, hvilket betød, at C40’s overstrømsafbrydelse (vores tidlige model C40 var designet til at slukke over 62+/- ampere). Vi udskiftede den skyldige til en version med en ohm, og systemet fungerede straks som annonceret.
Efter et par ugers drift af to dyser indså vi, at vi havde en overflod af energi. Vores turbine havde fire dyser, og vores bæk kunne understøtte alle fire, hvis det var nødvendigt, men på daglig basis kunne vi ikke bruge den energi, som to dyser skabte. Så vi solgte vores solpaneler; solgte vores 8 cuft propankøleskab; erstattede det med en 14 cuft Kenmore elektrisk enhed; bragte vores 23 cuft fryseboks hjem, som altid havde boet hos en nabo med netstrøm; frakoblede vores 120v AC brøndpumpe fra generatorkredsløbet og genindkoblede den til vores inverters AC-lastcenter; og vi installerede et 120v AC-vandvarmeelement i vores varmtvandsbeholder. Når det er for varmt til træopvarmet varmt vand, åbner vi en tredje dyse og tænder for vekselstrømsvandvarmeelementet. Ikke ubegrænset varmt vand, men nok til brusebad, opvask og vasketøj til os to på daglig basis, hvis det er nødvendigt.
Til dato har vi ikke haft brug for at køre fire dyser. Det er svært at tro, at vores bæk med “så lidt potentiale” muliggør et så luksuriøst drevet alternativt homestead og livsstil. Vi er glade og bliver dagligt mindet om, hvor heldige vi er, når vi taler med folk, der kæmper for at få de elektriske ender til at mødes på et off-grid-budget.
Scott og Tracey er medejere af Backwoods Solar, en katalogbaseret virksomhed, der har specialiseret sig i alternativt genereret elektricitet til fjerntliggende hjem, hvor forsyningsledninger ikke er tilgængelige eller praktiske. Virksomheden drives af medarbejdere, der driver deres hjem uden for nettet udelukkende ved hjælp af de produkter, de sælger. Klik på linket ovenfor for at besøge deres websted.