De Scott Gentleman
Exclusivitate pe site – noiembrie, 2007
Timp de opt ani, Tracey și cu mine am trăit într-o casă alimentată cu energie solară și, timp de opt ierni înnorate, am folosit un mic generator Honda în fiecare săptămână pentru a ne reîncărca bateriile. Am înțeles că proprietarul inițial al casei noastre a exploatat un mic sistem hidroenergetic din pârâul de pe proprietate, care curgea pe tot parcursul anului, dar nu am investigat niciodată această opțiune, deoarece pârâul trecea printr-o pădure densă. În plus, ne puteam da seama pur și simplu că nu exista o cădere suficientă pe cursul său.
Site Level
Am decis în cele din urmă să folosim Site Level de la Backwoods Solar doar pentru a confirma că hidroenergia nu avea sens. Spre surprinderea noastră, traversarea noastră prin pădure de la un potențial loc de amplasare a turbinei până la o locație convenabilă de preluare a dezvăluit aproximativ 80′ de cădere. Nu este posibil, am declarat, presupunând că tehnica noastră trebuie să fi eșuat. Pentru a ne verifica de două ori metoda, am folosit același Site Level pentru a măsura căderea de la cisterna noastră de apă până la chiuveta din bucătărie. Știam că această cădere este egală cu 56 de picioare, deoarece am folosit un tranzit pentru a o măsura atunci când a fost instalat acest sistem de alimentare gravitațională. Revizuirea cu Site Level ne-a dat aproximativ 60 de picioare și ne-a confirmat că știam cum să folosim nivelul.
Voila, potențial hidro. În cea mai secetoasă perioadă a anului, pârâul nostru măsoară aproximativ 3 picioare lățime pe 3-4 inci adâncime, iar o găleată de cinci galoane și un cronometru au sugerat că am avut peste 300 gpm care au trecut pe lângă locul de admisie. Wow, mult potențial. Cu o cădere de 80 de picioare, o diagramă a fluxului de duze a indicat că, teoretic, am putea trece 134 gpm printr-o turbină Harris cu 4 duze echipată cu duze de 7/16″. În continuare, am apelat la graficul de putere în wați al alternatorului Motorcraft al lui Don Harris. Cu 134 gpm și o cădere de 80 de picioare, am extrapolat că am putea genera 725+/-wați. Cu toate acestea, am avea de instalat o conductă forțată de 1100 de picioare. Mai multe diagrame. Pentru a reduce pierderile prin frecare și a menține aproape de potențialul maxim de ieșire, am determinat că o țeavă de 4″ ar sacrifica doar aproximativ 9 picioare de înălțime brută dacă ar fi folosite toate cele patru duze.
Flume Creek
O evaluare rapidă a beneficiilor acestei cantități de energie ne-a convins să procedăm la o instalare. Cu toate acestea, anul era 1999, iar Backwoods Solar era incredibil de ocupat să se ocupe de alocarea de toate informațiile despre Y2K, lăsându-ne pe Tracey și pe mine cu puțin timp pentru o instalare. Iar la acea vreme, expertiza mea în domeniul hidroenergetic nu era tocmai expertiza. Așa că am apelat la Lee Tavenner de la Solar Plexus din Missoula, MT, pentru a dezvolta un sistem la cheie care să includă manopera sa de instalare. Lee a alcătuit cu bunăvoință lista de componente, chiar dacă a înțeles că noi vom furniza majoritatea componentelor; am convenit asupra unui preț; și a găsit timp în programul său încărcat pentru o instalare într-un weekend din septembrie.
Înainte de acel weekend, Tracey și cu mine a trebuit să elaborăm traseul conductei forțate prin pădurea prin care curgea pârâul. Calea de cea mai mică rezistență a urmat drumuri vechi și supraaglomerate de patinaj forestier, precum și o pădure densă. Am folosit o panglică topografică pentru a marca un traseu și am angajat un vecin cu un buldoexcavator pentru a tăia și curăța drumul. Un alt vecin cu un excavator a fost angajat pentru a săpa iazul de admisie, șanțul adânc de 4′, locul unde se află turbina și canalul de evacuare către pârâu.
Lee ne-a recomandat să folosim țevi din polietilenă de înaltă densitate, având în vedere rezistența sa la strivire și faptul că nu se crapă atunci când îngheață. Distribuitorul său din Missoula a livrat treizeci de bucăți de 40 de picioare de țeavă de 4″ la domiciliul nostru îndepărtat, dar nu a putut ajunge decât la o distanță de 1.000 de picioare de linia de șanț. O mașină Honda pe trei roți a putut să tragă câte trei bucăți deodată până la o distanță de 300 de picioare, iar Tracey și cu mine am cărat fiecare bucată pe restul distanței. Nu este o muncă insuportabilă, dar o țeavă de 40′ poate dezvolta niște valuri de sărituri grozave în ea dacă ritmul vostru reciproc nu este sincronizat corespunzător!
Hydro Intake
Aceste lungimi de țeavă trebuie să fie lipite între ele mai degrabă decât lipite ca în cazul PVC-ului. Lee urma să închirieze micile utilaje pentru această procedură și să le aducă cu el atunci când venea weekendul de instalare. Generatorul nostru Honda de 3500 de wați urma să alimenteze mașina de fuziune.
În continuare, am adunat și am instalat diferitele componente ale sistemului de alimentare. Având în vedere că distanța de la turbină până la banca noastră de baterii măsura 350 de picioare, am ales să instalăm un sistem de 24 de volți. (Chiar dacă sistemul fotovoltaic care ne alimenta casa era de 12 volți și multe dintre sarcinile noastre erau de 12 volți DC, știam că un EQ12/24-20 ne va permite să menținem circuitele noastre de 12 volți DC și să ne asigurăm că banca noastră de baterii de 24 de volți rămâne echilibrată). Distanța de 350 de picioare de la turbină la baterii și potențialul nostru de generare de 700 de wați ne-a determinat să alegem un cablu de cupru 1/0 cu îngropare directă pentru a minimiza pierderile de transmisie.
Alte articole comandate au inclus: o turbină Motorcraft cu 4 duze de la Don Harris dimensionată pentru parametrii sitului nostru; un invertor Trace SW4024; un kit Backwoods Solar Powercenter construit în jurul cutiei de deconectare Trace DC250 și a contorului de baterii Trimetric de la Bogart Engineering; un Trace C40 cu afișaj digital; două baterii de aer Enermax de 900 de wați proiectate pentru sisteme de 24 de volți; un ampermetru analogic în linie pentru măsurarea curentului hidro la centrala electrică; patru baterii Trojan L-16HC; și diverse cabluri, siguranțe etc.
Turbina hidroelectrică
În mod convenabil, am decis ca noul nostru sistem să fie amplasat într-un atelier aflat la 30 de metri de casa noastră. Sistemul fotovoltaic de 12 volți a fost limitat la casa noastră, cu modulele solare pe acoperișul bucătăriei, iar invertorul, bateriile, etc. în sufragerie. Prin relocare, am fi eliminat zumzetul omniprezent al invertorului SW2512 din spațiul nostru de locuit și am fi mărit semnificativ distanța dintre soba noastră cu lemne și gazul de hidrogen al bateriilor. Prin instalarea sistemului nostru de 24 V în atelier, singura întrerupere a serviciului electric în casa noastră a avut loc atunci când am deconectat SW2512 de la centrul nostru de servicii de curent alternativ și am reconectat SW4024 la acesta; și atunci când am deconectat cutia de distribuție a energiei cu siguranțe de 12 V de la bateriile Lineage ale casei noastre și am reconectat-o la jumătatea de 12 V a băncii noastre de baterii Trojan de 24 V din atelier.
Lee a sosit într-o vineri seara și a rămas cu noi. La prima oră sâmbătă dimineața, am început procesul de fuzionare a 1200 de metri de țeavă HDPE de 4″. Fuzionarea este în cea mai mare parte o sarcină pentru o singură persoană, pe care Lee și-a asumat-o. Aceasta constă în asamblarea a două capete de țeavă și montarea lor în carcasa aparatului de fuzionare alimentat de generator. Odată introduse, capetele țevilor sunt blocate în poziție, iar o pârghie controlează mișcarea lor. Un dispozitiv de tăiere rotativ cu lame orientate spre fiecare capăt de țeavă este introdus între capetele țevilor, iar pârghia este mișcată, trăgând bucățile în lamele care le așează la pătrat una față de cealaltă. Odată pătrate, un element de încălzire este plasat între capete; generatorul aduce elementul de încălzire la o temperatură adecvată, iar apoi capetele țevilor sunt trase simultan împotriva acestuia cu ajutorul pârghiei. Elementul fierbinte este lăsat să înmoaie aproximativ ¼” din fiecare capăt de țeavă; elementul este îndepărtat, iar maneta trage piesele împreună, unde acestea fuzionează una cu cealaltă. Îmbinarea se răcește timp de câteva minute și se trece la următoarea joncțiune pe care Lee ar merge. Inițial, m-am îndoit de rezistența acestei îmbinări, dar încercările repetate de a rupe îmbinarea proaspăt fuzionată au eșuat.
În timp ce Lee fuziona, Tracey și cu mine am mutat piesele individuale de țeavă în zonele de fuziune spațiate în mod corespunzător. Pe măsură ce Lee termina o îmbinare, Tracey și cu mine trăgeam secțiunea de țeavă din ce în ce mai lungă departe de Lee pentru ca acesta să poată fuziona următoarea piesă la ea. Inițial, Tracey și cu mine am putut târî 200 de metri de țeavă fuzionată spre următoarea zonă de pregătire, dar la jumătatea după-amiezii, după ce a fost atașată cea de-a cincea bucată de țeavă, am gemut după ajutorul lui Lee. Acest proces a fost exacerbat de faptul că șanțul se plimba dintr-o parte în alta a drumului curățat, în timp ce obținea cea mai dreaptă linie de la iazul de admisie la locul unde se afla turbina. A trebuit să traversăm în repetate rânduri șanțul și movila de pământ excavat în timp ce am mutat conductele și generatorul, după cum a fost necesar. La căderea nopții, eram epuizați și mai aveam încă 200′ de țeavă de terminat de fuzionat. Dacă am fi știut mai bine și dacă programul lui Lee ne-ar fi permis, aș fi ales să fuzionez întreaga conductă forțată înainte de săparea șanțului și să folosesc caii putere ai vehiculului cu trei roți pentru a trage conducta fără obstacolul șanțului adânc de un metru și jumătate și măruntaiele sale.
Hydro Shed
Duminică dimineața, înapoi în șanțuri. Am terminat fuziunea; am aruncat conducta finalizată în șanț și apoi am încercat să ne asigurăm că țeava coboară continuu pe toată lungimea ei. Bineînțeles, un șanț adânc de un metru și jumătate în solul adesea moale și umed se împrăștie, provocând nenumărate puncte înalte pe care le-am coborât cu greu cu lopata manuală. Și apoi am tamponat conducta cu mâna cu aproximativ 15 cm de pământ înainte ca buldoexcavatorul să împingă majoritatea umpluturii peste ea, amenințând să ne acopere și pe noi dacă nu am tamponat suficient de repede.
În sfârșit, am putut conecta turbina la conductă. La carcasa turbinei (adică – o gaură în pământ), am instalat un manometru, un dispozitiv de curățare de 2″, o supapă de poartă și o articulație universală, în linie înainte de turbină. Lee a furnizat un bazin de captare din plexiglas construit la comandă cu un racord de evacuare de 6″ pe care a fost montată turbina. Am montat turbina la instalația sanitară; am atașat o țeavă de evacuare de 6″ la bazin; am conectat alternatorul la bateria (+) și (-); și am deschis supapa de poartă imediat după berea noastră. Roata Pelton a bâzâit; o apăsare rapidă a butonului de pornire de pe panoul de control al turbinei a alimentat câmpul alternatorului; iar ampermetrul acestuia a sărit în acțiune.
Cu toate acestea, happy hour-ul nostru s-a deteriorat rapid. Pe măsură ce am preluat, bateriile Trojan L-16HC, aproape complet încărcate, au atins rapid punctul de setare a tensiunii de volum, pe care o programasem în C40. Așa cum ar fi trebuit, C40 ar fi început să devieze energia, dar, fără ca noi să știm, a intrat imediat în oprire la supracurent. Nereglementată, tensiunea bateriei a continuat să crească. În cele din urmă, ne-am plimbat în magazia de energie; am detectat un miros incredibil de hidrogen; am auzit bubuituri extraordinare de la baterii; am observat LED-ul portocaliu al C40 strigând supracurent; și ne-am grăbit să oprim fluxul de apă către turbină.
Mistificați, am verificat de două ori toate conexiunile; am confirmat polaritățile și tensiunile; și am decis să o pornim din nou chiar în momentul în care vecinii au început să se plimbe pentru o demonstrație. Supapa de poartă s-a deschis; curentul s-a dezvoltat; tensiunea a crescut; C40 a observat; și când C40 a început să devieze, bum, oprire la supracurent. Mai mult hidrogen; mai multe bule; o altă cursă spre turbină; fără curent; și proprietari, instalator și vecini confuzi. Și mai rău, știam că Lee trebuia să plece la Missoula. Își amânase deja plecarea cu câteva ore pentru a ajunge în acest punct. Din fericire, bateriile noastre erau pline; aveam generatorul Honda în caz de nevoie; și puteam să rezolvăm problemele prin telefon.
Hydro Powered Home
În cele din urmă, Lee a rezolvat problema. Comandasem un airload Enermax Enermax de un ohm și 900 de wați. La 30 de volți, această sarcină ar fi deviat aproximativ 30 de amperi. Cu toate acestea, când am măsurat ohmi ai Enermax-ului instalat, acesta a înregistrat doar 0,5 ohmi. O jumătate de ohm și 30 de volți au dus la o deviere instantanee de peste 60 de amperi, de unde și oprirea la supracurent a C40 (modelul nostru timpuriu de C40 a fost proiectat să se oprească peste 62+/- amperi). Am schimbat vinovatul cu o versiune de un ohm și sistemul a funcționat imediat așa cum a fost anunțat.
După câteva săptămâni de funcționare a două duze, ne-am dat seama că aveam o abundență de energie. Turbina noastră avea patru duze și pârâul nostru le putea susține pe toate patru dacă era necesar, dar zilnic, nu puteam folosi energia creată de două duze. Așa că am vândut panourile solare; am vândut frigiderul nostru cu propan de 8 cuft; l-am înlocuit cu o unitate electrică Kenmore de 14 cuft; am adus acasă congelatorul nostru de 23 cuft, care a trăit întotdeauna la un vecin cu energie electrică de la rețea; am deconectat pompa noastră de 120 V AC de la circuitul generatorului și am reconectat-o la centrul de încărcare AC al invertorului nostru; și am instalat un element de încălzire a apei de 120 V AC în rezervorul nostru de apă caldă. Atunci când este prea cald pentru apa caldă încălzită cu lemne, deschidem o a treia duză și pornim elementul de încălzire a apei de curent alternativ. Nu este vorba de apă caldă nelimitată, dar suficientă pentru dușuri, vase și rufe pentru noi doi în fiecare zi, dacă este necesar.
Până în prezent, nu a fost nevoie să folosim patru duze. Greu de crezut că pârâul nostru cu „atât de puțin potențial” permite o gospodărie și un stil de viață alternativ atât de luxos alimentat. Suntem încântați și ne amintim zilnic cât de norocoși suntem atunci când vorbim cu oameni care se străduiesc să facă rost de energie electrică cu un buget în afara rețelei.
Scott și Tracey sunt coproprietari ai Backwoods Solar, o afacere bazată pe catalog care este specializată în electricitate generată alternativ pentru casele îndepărtate, unde liniile de utilități nu sunt disponibile sau practice. Afacerea este operată de angajați care își alimentează casele off-grid în întregime cu produsele pe care le vând. Faceți clic pe link-ul de mai sus pentru a vizita site-ul lor.