Par Scott Gentleman
Exclusivité du site Web – Novembre 2007
Pendant huit ans, Tracey et moi avons vécu dans une maison alimentée à l’énergie solaire et pendant huit hivers nuageux, nous avons fait fonctionner une petite génératrice Honda chaque semaine pour recharger nos batteries. Nous avons compris que le propriétaire initial de notre maison avait exploité un petit système hydroélectrique à partir du ruisseau de la propriété qui coule toute l’année, mais nous n’avons jamais étudié cette option parce que le ruisseau traverse une forêt dense. De plus, nous pouvions simplement dire qu’il n’y avait pas de chute suffisante sur son cours.
Niveau du site
Nous avons finalement décidé d’utiliser le niveau du site de Backwoods Solar juste pour confirmer que l’hydro n’avait pas de sens. À notre grande surprise, notre traversée des bois entre un site potentiel de turbine et un emplacement pratique de prise d’eau a révélé environ 80′ de dénivelé. Impossible, avons-nous déclaré, supposant que notre technique devait avoir échoué. Pour revérifier notre méthode, nous avons utilisé le même Site Level pour mesurer la chute de notre citerne d’eau à l’évier de la cuisine. Nous savions que cette chute était égale à 56 pieds car nous avions utilisé un transit pour la mesurer lors de l’installation de ce système par gravité. L’examen avec le Site Level nous a donné environ 60 pieds et a confirmé que nous savions comment utiliser le niveau.
Voila, potentiel hydroélectrique. Au moment le plus sec de l’année, notre ruisseau mesure environ 3 pieds de large par 3-4 pouces de profondeur et un seau de cinq gallons et un chronomètre ont suggéré que nous avions plus de 300 gpm qui s’écoulaient par notre site de prise d’eau. Wow, beaucoup de potentiel. Avec 80 pieds de dénivelé, un diagramme de débit des buses a indiqué que nous pourrions théoriquement faire passer 134 gpm à travers une turbine Harris à 4 buses équipée de buses 7/16″. Ensuite, nous nous sommes tournés vers le tableau de sortie en watts de l’alternateur Motorcraft de Don Harris. Avec 134 gpm et 80 pieds de chute, nous avons extrapolé que nous pourrions générer 725+/- watts. Cependant, nous aurions une conduite forcée de 1100 pieds à installer. Plus de graphiques. Pour réduire la perte de friction et maintenir près du potentiel de production maximal, nous avons déterminé qu’un tuyau de 4″ ne sacrifierait qu’environ 9 pieds de hauteur de chute brute si les quatre buses étaient utilisées.
Flume Creek
Une évaluation rapide des avantages de cette quantité d’énergie nous a convaincus de procéder à une installation. Cependant, nous étions en 1999 et Backwoods Solar était incroyablement occupé à répondre à tout le battage médiatique de l’an 2000, ce qui laissait à Tracey et moi peu de temps pour une installation. Et à cette époque, mon expertise en hydroélectricité n’était pas vraiment une expertise. Nous avons donc fait appel à Lee Tavenner de Solar Plexus de Missoula, MT, pour développer un système clé en main qui inclurait son travail d’installation. Lee a gracieusement reconstitué la liste des composants, même s’il a compris que nous en fournirions la majorité ; nous nous sommes mis d’accord sur un prix ; et il a trouvé du temps dans son emploi du temps chargé pour une installation au cours d’un week-end de septembre.
Avant ce week-end, Tracey et moi avons dû élaborer le tracé de la conduite forcée à travers les bois où serpente le ruisseau. Le chemin de moindre résistance suivait d’anciens chemins de débardage forestiers envahis par la végétation ainsi qu’une forêt dense. Nous avons utilisé un ruban d’arpentage pour marquer un chemin et avons engagé un voisin avec un bulldozer pour couper et dégager le chemin. Un autre voisin avec une pelleteuse a été embauché pour creuser le bassin d’admission, la tranchée de 4′ de profondeur, le site de la turbine et le canal de décharge vers le ruisseau.
Lee a recommandé que nous utilisions un tuyau en polyéthylène haute densité étant donné sa résistance à l’écrasement et le fait qu’il ne se fissure pas lorsqu’il est gelé. Son distributeur de Missoula a livré trente morceaux de 40 pieds de tuyau 4″ à notre site de résidence éloigné, mais il ne pouvait se rendre qu’à moins de 1000 pieds de notre ligne de tranchée. Une Honda à trois roues pouvait traîner trois pièces à la fois jusqu’à 300 pieds et Tracey et moi avons porté chaque pièce sur le reste de la distance. Ce n’était pas un travail insupportable mais un tuyau de 40′ peut développer de grandes vagues rebondissantes si votre rythme mutuel n’est pas synchronisé correctement !
Hydro Intake
Ces longueurs de tuyau doivent être fusionnées ensemble plutôt que collées comme avec le PVC. Lee louerait les petites machines pour cette procédure et les apporterait avec lui lorsque le week-end d’installation arriverait. Notre générateur Honda de 3500 watts alimenterait la machine de fusion.
Puis, nous avons rassemblé et installé les différents composants du système d’alimentation. Étant donné que la distance entre la turbine et notre banque de batteries mesurait 350 pieds, nous avons choisi d’installer un système de 24 volts. (Même si le système PV alimentant notre maison était en 12 volts et que beaucoup de nos charges étaient en 12 volts DC, nous savions qu’un EQ12/24-20 nous permettrait de maintenir nos circuits 12v DC et d’assurer que notre banque de batteries 24v reste équilibrée). La distance de 350 pieds entre l’éolienne et les batteries et notre potentiel de production de 700 watts nous ont amenés à choisir un câble en cuivre 1/0 à enfouissement direct afin de minimiser les pertes de transmission.
Les autres articles commandés comprenaient : une turbine Motorcraft à 4 buses de Don Harris dimensionnée pour les paramètres de notre site ; un onduleur Trace SW4024 ; un kit Backwoods Solar Powercenter construit autour du boîtier de déconnexion Trace DC250 et du compteur de batterie Trimetric de Bogart Engineering ; un Trace C40 avec affichage numérique ; deux charges d’air Enermax de 900 watts conçues pour les systèmes de 24 volts ; un ampèremètre analogique en ligne pour mesurer le courant hydraulique à la prise de courant ; quatre batteries Trojan L-16HC ; et divers câblages, fusibles, etc.
Turbine hydroélectrique
Commodement, nous avons décidé que notre nouveau système serait situé dans un atelier à 100 pieds de notre maison. Le système PV 12 volts était confiné à notre maison avec des modules solaires sur le toit de la cuisine, et l’onduleur, les batteries, etc. dans notre salon. En déménageant, nous supprimerions le bourdonnement omniprésent de l’onduleur SW2512 de notre espace de vie et augmenterions considérablement la distance entre notre poêle à bois et l’hydrogène des batteries. En installant notre système 24v dans l’atelier, la seule interruption du service électrique de notre maison s’est produite lorsque nous avons déconnecté le SW2512 de notre centre de service CA et que nous y avons reconnecté le SW4024 ; et lorsque nous avons déconnecté notre boîte de distribution électrique à fusible 12v des batteries Lineage de notre maison et que nous l’avons reconnectée à la moitié 12v de notre banque de batteries Trojan 24v dans l’atelier.
Lee est arrivé un vendredi soir et est resté avec nous. À la première heure samedi matin, nous avons commencé le processus de fusion des 1200 pieds de tuyau PEHD 4″. La fusion est principalement une corvée d’une seule personne, que Lee a entreprise. Il s’agit d’assembler deux extrémités de tuyau et de les insérer dans le boîtier de l’appareil de fusion alimenté par un générateur. Une fois insérés, les bouts de tuyaux sont verrouillés en place et un levier contrôle leur mouvement. Un dispositif de coupe rotatif avec des lames orientées vers chaque extrémité du tuyau est inséré entre les extrémités du tuyau et le levier est déplacé, tirant les pièces dans les lames qui les mettent à l’équerre. Une fois l’équerrage effectué, un élément chauffant est placé entre les extrémités ; le générateur amène l’élément chauffant à la température appropriée ; puis les extrémités des tuyaux sont simultanément tirées contre lui avec le levier. On laisse l’élément chaud ramollir environ ¼ » de chaque extrémité de tuyau ; on retire l’élément ; et le levier tire les pièces ensemble où elles fusionnent l’une à l’autre. La soudure refroidit pendant quelques minutes et sur la prochaine jonction Lee irait. Au départ, j’ai douté de la solidité de ce joint, mais les tentatives répétées de briser la soudure fraîchement fusionnée ont échoué.
Pendant que Lee fusionnait, Tracey et moi déplacions des morceaux individuels de tuyaux vers des zones de fusion convenablement espacées. Lorsque Lee terminait un joint, Tracey et moi éloignions la section de tuyau toujours plus longue de Lee pour qu’il puisse y fusionner la pièce suivante. Au début, Tracey et moi pouvions traîner 90 mètres de tuyaux soudés vers la prochaine zone d’assemblage, mais au milieu de l’après-midi, nous avons demandé l’aide de Lee après la fixation du cinquième morceau de tuyau. Ce processus était exacerbé par le fait que la tranchée se déplaçait d’un côté à l’autre du chemin dégagé pour obtenir la ligne la plus droite entre le bassin d’admission et le site des turbines. Nous avons dû traverser à plusieurs reprises la tranchée et son monticule de terre excavée pour déplacer les tuyaux et le générateur, selon les besoins. À la tombée de la nuit, nous étions épuisés et il nous restait 200′ de tuyaux à finir de fusionner. Si nous avions su mieux et si l’emploi du temps de Lee l’avait permis, j’aurais choisi de fusionner toute la conduite forcée avant de creuser la tranchée et d’utiliser la puissance du trois roues pour tirer les tuyaux sans l’obstacle de la tranchée de quatre pieds de profondeur et de ses entrailles.
Hydro Shed
Retour aux tranchées dimanche matin. Nous avons terminé la fusion, jeté la canalisation terminée dans la tranchée, puis tenté de faire en sorte que le tuyau descende continuellement sur sa longueur. Bien sûr, une tranchée de quatre pieds de profondeur dans un sol souvent mou et humide s’affaisse, provoquant d’innombrables points hauts que nous avons laborieusement abaissés à la pelle manuelle. Et puis nous avons tamponné le tuyau à la main avec environ 6″ de terre avant que le bouteur ne pousse la majorité du remblai par-dessus, et menaçant de nous couvrir aussi si nous ne tamponnions pas assez vite.
Enfin, nous avons pu connecter la turbine au tuyau. Au niveau du logement de la turbine (c’est à dire un trou dans le sol), nous avons installé un manomètre, un 2″ clean out, une vanne d’arrêt, et un joint universel, en ligne avant la turbine. Lee a fourni un bassin de capture en plexiglas sur mesure avec un raccord de décharge de 6″ sur lequel la turbine s’est montée. Nous avons adapté la turbine à la plomberie ; fixé un tuyau de décharge de 6″ au bassin ; connecté l’alternateur à la batterie (+) et (-) ; et ouvert le robinet-vanne juste après notre bière. La roue Pelton a bourdonné ; une rapide pression sur le bouton de démarrage du panneau de commande de la turbine a mis sous tension le champ de l’alternateur ; et son ampèremètre a sauté en action.
Cependant, notre happy hour s’est rapidement détérioré. Lorsque nous avons décroché, les batteries Trojan L-16HC presque entièrement chargées ont rapidement atteint le point de consigne de tension de masse, que nous avions programmé dans le C40. Comme il se doit, le C40 aurait commencé à dévier l’alimentation mais, à notre insu, il s’est immédiatement arrêté pour cause de surintensité. Sans régulation, la tension de la batterie a continué à grimper. Finalement, nous nous sommes promenés dans le powershed ; nous avons détecté une incroyable odeur d’hydrogène ; nous avons entendu un énorme bouillonnement des batteries ; nous avons remarqué la LED orange du C40 qui criait à la surintensité ; et nous avons couru pour arrêter le flux d’eau vers la turbine.
Mystifiés, nous avons revérifié toutes les connexions ; nous avons confirmé les polarités et les tensions ; et nous avons décidé de le remettre en marche juste au moment où le voisinage commençait à se promener pour une démonstration. La vanne s’est ouverte ; le courant s’est développé ; la tension a augmenté ; le C40 a été observé ; et alors que le C40 commençait à dévier, boum, coupure par surintensité. Plus d’hydrogène, plus de bulles, une autre course vers la turbine, pas de courant, et des propriétaires, installateurs et voisins confus. Pire encore, nous savions que Lee devait partir pour Missoula. Il avait déjà retardé son départ de quelques heures pour nous permettre d’en arriver là. Heureusement, nos batteries étaient pleines ; nous avions le générateur Honda si nécessaire ; et nous pouvions dépanner par téléphone.
Hydro Powered Home
Eventuellement, Lee a résolu le problème. Nous avions commandé une charge à air Enermax de 900 watts à un ohm. À 30 volts, cette charge devait détourner environ 30 ampères. Cependant, lorsque nous avons mesuré les ohms de l’Enermax installé, il n’a enregistré que 0,5 ohm. Un demi-ohm et 30 volts ont donné lieu à une déviation instantanée de plus de 60 ampères, d’où la coupure pour surintensité du C40 (notre premier modèle de C40 a été conçu pour se couper au-dessus de 62+/- ampères). Nous avons échangé le coupable pour une version d’un ohm et le système a immédiatement fonctionné comme annoncé.
Après quelques semaines de fonctionnement de deux buses, nous avons réalisé que nous avions une abondance d’énergie. Notre turbine avait quatre buses et notre ruisseau pouvait supporter les quatre si nécessaire, mais sur une base quotidienne, nous ne pouvions pas utiliser l’énergie que deux buses créaient. Nous avons donc vendu nos panneaux solaires, notre réfrigérateur au propane de 8 pi3 et l’avons remplacé par un appareil électrique Kenmore de 14 pi3, nous avons ramené à la maison notre congélateur coffre de 23 pi3 qui avait toujours vécu chez un voisin alimenté par le réseau électrique, nous avons déconnecté notre pompe de puits de 120 V CA du circuit du générateur et l’avons reconnectée au centre de charge CA de notre onduleur, et nous avons installé un élément de chauffage de l’eau de 120 V CA dans notre réservoir d’eau chaude. Quand il fait trop chaud pour l’eau chaude chauffée au bois, nous ouvrons une troisième buse et mettons en marche l’élément de chauffage de l’eau en CA. L’eau chaude n’est pas illimitée mais suffisante pour les douches, la vaisselle et la lessive pour nous deux sur une base quotidienne, si nécessaire.
À ce jour, nous n’avons pas eu à faire fonctionner quatre buses. Difficile de croire que notre ruisseau avec « si peu de potentiel » permet une maison et un mode de vie alternatifs si luxueusement alimentés. Nous sommes ravis et nous nous rappelons tous les jours à quel point nous sommes chanceux lorsque nous parlons avec des gens qui ont du mal à joindre les deux bouts en matière d’électricité avec un budget hors réseau.
Scott et Tracey sont copropriétaires de Backwoods Solar, une entreprise basée sur un catalogue qui se spécialise dans l’électricité produite de manière alternative pour les maisons éloignées où les lignes électriques ne sont pas disponibles ou pratiques. L’entreprise est gérée par des employés qui alimentent leur maison hors réseau entièrement grâce aux produits qu’ils vendent. Cliquez sur le lien ci-dessus pour visiter leur site Web.