By Scott Gentleman
Website Exclusive – Marraskuu 2007
Kahdeksan vuotta asuimme Traceyn kanssa aurinkoenergialla toimivassa kodissa, ja kahdeksan pilvisen talven ajan käytimme joka viikko pientä Honda-generaattoria akkujemme lataamista varten. Ymmärsimme, että kotimme alkuperäinen omistaja oli käyttänyt pientä vesivoimajärjestelmää kiinteistön ympärivuotisesta purosta, mutta emme koskaan tutkineet tätä vaihtoehtoa, koska puro kulki tiheän metsän läpi. Sitä paitsi pystyimme vain toteamaan, ettei sen varrella ollut riittävää pudotusta.
Site Level
Päädyimme lopulta käyttämään Backwoods Solarin Site Level -ohjelmaa vain vahvistaaksemme, ettei vesivoima ollut järkevää. Yllätykseksemme metsän läpi kulkemisemme potentiaaliselta turbiinipaikalta sopivalle vedenottopaikalle paljasti noin 80′ pudotuksen. Se ei ollut mahdollista, totesimme ja oletimme, että tekniikkamme oli epäonnistunut. Tarkistaaksemme menetelmämme uudelleen käytimme samaa Site Level -mittalaitetta mitataksemme pudotuksen vesisäiliöstä keittiön tiskialtaaseen. Tiesimme, että tämä pudotus oli 56 jalkaa, koska olimme käyttäneet kauttakulkumittaria sen mittaamiseen, kun tämä painovoimainen järjestelmä asennettiin. Site Level -mittarilla tehty tarkistus antoi tulokseksi noin 60 jalkaa ja vahvisti, että osasimme käyttää mittaria.
Voila, hydropotentiaali. Kuivimpaan aikaan vuodesta puromme on noin 3 jalkaa leveä ja 3-4 tuumaa syvä, ja viiden gallonan ämpäri ja sekuntikello osoittivat, että vedenottopaikkamme ohi virtasi yli 300 gpm. Vau, paljon potentiaalia. Kun pudotusta on 80 jalkaa, suuttimien virtauskaavio osoitti, että voisimme teoriassa päästää 134 gpm Harrisin 4-suutinturbiinin läpi, joka on varustettu 7/16 tuuman suuttimilla. Seuraavaksi käännyimme Don Harrisin Motorcraft-vaihtovirtageneraattorin wattitehokaavion puoleen. Ottaen huomioon 134 gpm ja 80 jalan pudotuksen ekstrapoloimme, että voisimme tuottaa 725 +/- wattia. Meidän olisi kuitenkin asennettava 1100 jalan pituinen paineputki. Lisää kaavioita. Vähentääksemme kitkahäviöitä ja säilyttääksemme lähes maksimituotantopotentiaalin, määrittelimme, että 4″ putki uhraisi vain noin 9 jalkaa bruttokorkeutta, jos kaikki neljä suutinta olisivat käytössä.
Flume Creek
Nopea arvio tämän energiamäärän hyödyistä sai meidät vakuuttuneiksi siitä, että meidän oli syytä jatkaa asennusta. Vuosi oli kuitenkin 1999, ja Backwoods Solarilla oli uskomattoman paljon kiireitä huolehtia Y2K-hypetyksestä, joten Traceylla ja minulla oli vain vähän aikaa asennukseen. Ja tuohon aikaan vesivoimaosaamiseni ei ollut varsinaisesti asiantuntemusta. Niinpä pyysimme Missoulassa, MT:ssä toimivan Solar Plexusin Lee Tavenneria kehittämään avaimet käteen -periaatteella toimivan järjestelmän, joka sisältäisi hänen asennustyönsä. Lee kokosi ystävällisesti komponenttiluettelon, vaikka hän ymmärsi, että me tarjoaisimme suurimman osan komponenteista; sovimme hinnasta; ja hän löysi kiireisestä aikataulustaan aikaa asennukseen yhtenä viikonloppuna syyskuussa.
Ennen tuota viikonloppua Traceyn ja minun oli kehitettävä reitti putkiputkelle metsän läpi, jonka läpi puro kiemurteli. Pienimmän vastuksen reitti kulki vanhoja ja umpeenkasvaneita metsäautoteitä sekä tiheää metsää pitkin. Käytimme kartoitusnauhaa polun merkitsemiseen ja palkkasimme naapurin, jolla oli puskutraktori, leikkaamaan ja raivaamaan polun. Toinen naapuri, jolla oli kaivuri, palkattiin kaivamaan vedenottolampi, 4′ syvä kaivanto, turbiinipaikka ja purkauskanava puroon.
Lee suositteli, että käytettäisiin suuritiheyksistä polyeteeniputkea, koska se kestää murskautumista ja ei halkeile jäätyessään. Hänen Missoulan jälleenmyyjänsä toimitti syrjäiselle kotipaikallemme kolmekymmentä 40 jalan pituista 4 tuuman putkea, mutta pääsi vain 1000 jalan päähän kaivantolinjastamme. Honda-kolmipyöräinen ajoneuvo pystyi raahaamaan kolme kappaletta kerrallaan 300 jalan päähän, ja minä ja Tracey kannoimme kutakin kappaletta loppumatkan. Se ei ollut sietämätöntä työtä, mutta 40′:n putkeen voi syntyä hienoja pomppivia aaltoja, jos keskinäistä vauhtia ei synkronoida kunnolla!
Hydro Intake
Nämä putkenpätkät on pikemminkin sulatettava toisiinsa kuin liimattava toisiinsa kuten PVC:n kanssa. Lee vuokraisi pientä konetta tätä toimenpidettä varten ja toisi sen mukanaan, kun asennusviikonloppu saapuisi. Honda 3500 watin generaattorimme antaisi sulatuskoneelle virtaa.
Seuraavaksi kokosimme ja asensimme sähköjärjestelmän eri komponentit. Koska etäisyys turbiinista akkupankkiimme oli 350 jalkaa, päätimme asentaa 24 voltin järjestelmän. (Vaikka kotiamme syöttävä aurinkosähköjärjestelmä oli 12 voltin jännitteinen ja monet kuormistamme olivat 12 voltin tasavirtaa, tiesimme, että EQ12/24-20:n avulla voisimme ylläpitää 12 voltin tasavirtapiirejä ja varmistaa, että 24 voltin akkupankkimme pysyisi tasapainossa). Turbiinin ja akkujen välinen 350 jalan etäisyys ja 700 watin tuotantopotentiaalimme johtivat siihen, että valitsimme 1/0-kuparikaapelin, joka on suoraan maahan upotettava, siirtohäviöiden minimoimiseksi.
Muihin tilattuihin tuotteisiin kuuluivat: Trace SW4024 -invertteri; Backwoods Solar Powercenter -sarja, joka on rakennettu Trace DC250 -kytkentäkotelon ja Bogart Engineeringin Trimetric-akkumittarin ympärille; Trace C40 digitaalisella näytöllä; kaksi Enermaxin 900 watin ilmakuormaa, jotka on suunniteltu 24 voltin järjestelmiin; analoginen analoginen ampeerimittari vesivirran mittaamiseen virtalähteessä; neljä Trojan L-16HC-akkua; ja erilaisia kaapelointeja, sulakkeita, jne.
Hydroturbiini
Hyvin sopivasti päätimme, että uusi järjestelmämme sijoittuisi korjaamolle, joka sijaitsisi 30 metrin päässä kodistamme. 12 voltin aurinkosähköjärjestelmä rajoittui kotiimme, jossa aurinkopaneelit olivat keittiön katolla ja invertteri, akut jne. olohuoneessamme. Siirtämällä siirryttäessä poistaisimme tuon SW2512-invertterin alati läsnä olevan huminan asuintiloistamme ja lisäisimme merkittävästi etäisyyttä puuhellamme ja akkujen vetykaasun välillä. Asennettuamme 24 voltin järjestelmämme korjaamoon ainoa katkos kotimme sähköpalvelussa tapahtui, kun irrotimme SW2512:n vaihtovirtahuoltokeskuksestamme ja kytkimme SW4024:n siihen uudelleen; ja kun irrotimme 12 voltin sulakkeella varustetun virranjakelulaatikkomme kotimme Lineage-akuista ja kytkimme sen uudelleen korjaamossa sijaitsevan 24 voltin Trojan-akkupankkimme 12 voltin puoliskoon.
Lee saapui perjantai-iltana ja jäi luoksemme. Ensimmäisenä lauantaiaamuna aloitimme 1200 jalan 4″ HDPE-putken sulattamisen. Sulattaminen on enimmäkseen yhden miehen hommaa, jonka Lee otti hoitaakseen. Siinä vedetään yhteen kaksi putken päätä ja sovitetaan ne generaattorikäyttöisen sulatuslaitteen koteloon. Kun putken päät on asetettu paikalleen, ne lukkiutuvat paikoilleen, ja vipu ohjaa niiden liikettä. Pyörivä leikkauslaite, jossa on terät kumpaankin putken päähän päin, työnnetään putken päiden väliin, ja vipua liikutetaan, jolloin kappaleet vedetään teriin, jotka neliöivät ne toisiinsa. Kun ne on neliöity, päiden väliin asetetaan lämmityselementti; generaattori nostaa lämmityselementin oikeaan lämpötilaan, minkä jälkeen putkenpäät vedetään samanaikaisesti sitä vasten vivun avulla. Kuuman elementin annetaan pehmentää noin ¼ tuumaa kummastakin putken päästä, elementti poistetaan ja vipu vetää kappaleet yhteen, jolloin ne sulautuvat toisiinsa. Sauma jäähtyy muutaman minuutin ajan ja seuraavaan liitoskohtaan Lee menisi. Aluksi epäilin tämän liitoksen lujuutta, mutta toistuvat yritykset rikkoa juuri sulatettu sauma epäonnistuivat.
Leen sulatuksen aikana Tracey ja minä siirtelimme yksittäisiä putkipaloja sopivin välimatkoin oleville sulatusalueille. Kun Lee sai sauman valmiiksi, Tracey ja minä raahasimme yhä pitenevän putken osan pois Leen luota, jotta hän saattoi sulattaa siihen seuraavan kappaleen. Aluksi Tracey ja minä pystyimme raahaamaan 200 metriä sulatettua putkea kohti seuraavaa etappialuetta, mutta iltapäivän puolivälissä huokailimme Leen apua sen jälkeen, kun viides putkipala oli kiinnitetty. Tätä prosessia pahensi se, että kaivanto vaelsi raivatun polun puolelta toiselle, kun se saavutti suorimman mahdollisen linjan vedenottolammikolta turbiinipaikalle. Meidän oli toistuvasti ylitettävä kaivanto ja sen kaivettu maakasa, kun siirtelimme putkia ja generaattoria tarpeen mukaan. Iltaan mennessä olimme uupuneita ja meillä oli vielä 200′ putkea sulatettavana. Jos olisimme tienneet paremmin ja Leen aikataulu olisi sallinut, olisin päättänyt sulattaa koko putkiston ennen kaivannon kaivamista ja hyödyntää kolmipyöräisen ajoneuvon hevosvoimaa putken vetämiseen ilman neljän jalan syvän kaivannon ja sen sisälmysten aiheuttamaa estettä.
Vesivoimalaitos
Takaisin kaivantoon sunnuntaina aamulla. Saimme sulatuksen valmiiksi; heitimme valmiin putken kaivantoon; ja sitten yritimme varmistaa, että putki laskeutuu jatkuvasti pituudeltaan. Neljän jalan syvyinen kaivanto usein pehmeässä, kosteassa maaperässä liukastuu ja aiheuttaa lukemattomia korkeita kohtia, joita me vaivalloisesti laskimme käsikauhalla. Sitten puskuroimme putken käsin noin 2,5 senttimetrin paksuisella maakerroksella ennen kuin puskutraktori työnsi suurimman osan täytöstä putken päälle ja uhkasi peittää myös meidät, jos emme puskuroisi tarpeeksi nopeasti.
Viimein pystyimme liittämään turbiinin putkeen. Turbiinikotelon (eli maassa olevan reiän) kohdalle asensimme painemittarin, 2″ puhdistusaukon, sulkuventtiilin ja kardaaninivelen riviin ennen turbiinia. Lee toimitti mittatilaustyönä rakennetun pleksi-lasista valmistetun valuma-altaan, jossa oli 6″:n purkauskytkin, johon turbiini asennettiin. Asensimme turbiinin putkistoon, kiinnitimme 6″:n poistoputken altaaseen, kytkimme generaattorin akkuun (+) ja (-) ja avasimme sulkuventtiilin heti oluen jälkeen. Peltonpyörä surisi; turbiinin ohjauspaneelin käynnistyspainikkeen nopea painallus viritti vaihtovirtageneraattorin kentän; ja sen ampeerimittari hyppäsi toimintaan.
Iloinen hetkemme kuitenkin heikkeni nopeasti. Kun nostimme vauhtia, lähes täyteen ladatut Trojan L-16HC -akut saavuttivat nopeasti irtojännitteen asetusarvon, jonka olimme ohjelmoineet C40:een. Kuten pitikin, C40 olisi alkanut ohjata virtaa muualle, mutta meidän tietämättämme se meni välittömästi ylivirtasammutukseen. Säätämättömänä akkujen jännite jatkoi nousuaan. Lopulta vaelsimme voimalaitokseen, havaitsimme uskomattoman vedyn hajun, kuulimme valtavaa kuplimista akuista, huomasimme C40:n oranssin LED-valon huutavan ylivirtaa ja ryntäsimme sammuttamaan veden virtauksen turbiiniin.
Mysteerisenä tarkistimme uudelleen kaikki liitännät, varmistimme polariteetit ja jännitteet ja päätimme käynnistää sen uudestaan juuri, kun naapurustossa alettiin vaeltaa paikalle esittelyä varten. Sulkuventtiili avautui; virta kehittyi; jännite nousi; C40 havainnoitiin; ja kun C40 alkoi harhautua, pam, ylivirta sammui. Lisää vetyä; lisää kuplimista; toinen kilpajuoksu turbiinille; ei virtaa; ja hämmentyneet omistajat, asentaja ja naapurit. Vielä pahempaa oli, että tiesimme Leen joutuvan lähtemään Missoulaan. Hän oli jo lykännyt lähtöään parilla tunnilla saadakseen meidät tähän pisteeseen. Onneksi akkumme olivat täynnä; meillä oli Honda-generaattori, jos sitä tarvittiin; ja pystyimme vianmääritykseen puhelimitse.
Hydro Powered Home
Lopulta Lee ratkaisi ongelman. Olimme tilanneet yhden ohmin 900 watin Enermax airloadin. Tämä kuorma ohjaisi 30 voltilla noin 30 ampeeria. Kun kuitenkin mittasimme asennetun Enermaxin ohmit, se rekisteröi vain 0,5 ohmia. Puoli ohmia ja 30 volttia johti hetkelliseen yli 60 ampeerin ohjautumiseen, mikä johti C40:n ylivirtasammutukseen (varhainen C40-mallimme oli suunniteltu sammuttamaan yli 62+/- ampeerin). Vaihdoimme syyllisen yhden ohmin versioon, ja järjestelmä toimi välittömästi mainostetulla tavalla.
Kun pari viikkoa olimme käyttäneet kahta suutinta, huomasimme, että meillä oli runsaasti energiaa. Turbiinissamme oli neljä suutinta ja puromme voisi tarvittaessa tukea kaikkia neljää, mutta päivittäin emme voineet käyttää kahden suuttimen tuottamaa energiaa. Niinpä myimme aurinkopaneelimme; myimme 8-kuutioisen propaanijääkaappimme; korvasimme sen 14-kuutioisella Kenmore-sähkölaitteella; toimme kotiin 23-kuutioisen rinnakkaispakastimemme, joka oli aina asunut naapurissa, jossa oli verkkovirtaa; irrotimme 120 voltin vaihtovirtajännitteisen kaivopumppumme generaattoripiiristä ja liitimme sen uudelleen invertterimme vaihtovirtajännitteiseen kuormituskeskukseen; ja asensimme 120 voltin vaihtovirtajännitteisen vedenlämmityselementin lämminvesisäiliöömme. Kun on liian lämmintä puulämmitteiselle kuumalle vedelle, avaamme kolmannen suuttimen ja kytkemme päälle vaihtovirtalämmitteisen vedenlämmityselementin. Kuumaa vettä ei ole rajattomasti, mutta se riittää tarvittaessa suihkuun, astioihin ja pyykinpesuun meille kahdelle päivittäin.
Tähän mennessä meidän ei ole tarvinnut käyttää neljää suutinta. Vaikea uskoa, että puromme, jolla on ”niin vähän potentiaalia”, mahdollistaa näin ylellisen vaihtoehtoisen kotitilan ja elämäntavan. Olemme iloisia ja meitä muistutetaan päivittäin siitä, kuinka onnekkaita olemme, kun puhumme sellaisten ihmisten kanssa, jotka kamppailevat saadakseen sähköiset rahat riittämään off-grid-budjetilla.
Scott ja Tracey ovat osaomistajia Backwoods Solarissa, luetteloon perustuvassa yrityksessä, joka on erikoistunut vaihtoehtoisesti tuotettuun sähköön syrjäisille kodeille, joissa ei ole saatavissa tai käytännöllisiä sähkölinjoja. Yritystä pyörittävät työntekijät, jotka syöttävät sähköä omiin, verkkoverkosta riippumattomiin koteihinsa kokonaan myymillään tuotteilla. Klikkaamalla yllä olevaa linkkiä pääset heidän verkkosivustolleen.