Vidogo maji na katika-mabomba ya maji

Kabla ya mvuke, viwanda kando ya kila mto vilibadilisha maji kuwa kazi. Baadhi ya makundi na vikundi vyao bado vinapatikana. Nishati ya maji bado ni chanzo kikubwa cha umeme unaoweza kutumika tena duniani, takriban asilimia 15 ya umeme wa dunia mwaka 2023, hasa kutoka visima vikubwa (Umeme wa maji). Ukurasa huu ni kuhusu mwisho mwingine wa kiwango: turbines ya kilowatts chache kwa megawatts chache katika mito, zamani kiwanda weirs, mifereji ya umwagiliaji, na mabomba ambayo kubeba maji ya kunywa kwa miji.

Kama juu ya yetu Fan ukurasa wa utafiti Wall, sisi kuanza na fizikia, kisha kuangalia nini mipango halisi kipimo na nini gharama dhidi ya kiwango chetu, paa jua paneli katika kuhusu $ 0.19 kwa kWh. toleo fupi: ** ndogo maji ni kuthibitishwa, muda mrefu-kuishi na mbio usiku, na tovuti nzuri inaweza kushinda juu ya paa jua kwa urahisi. Lakini nguvu ni tu mtiririko mara kuanguka, mito na mabomba wengi kutoa tu kilowatts chache, na gharama ya kudumu ya vibali, kazi za kiraia na ulinzi wa samaki sink mipango mingi ndogo. Katika-mabomba majimaji ina maana tu ambapo shinikizo ni kutolewa mbali anyway. **

Nini ni

“Kidogo cha maji” kinajumuisha aina mbalimbali za mashine, kwa kawaida huhesabiwa kulingana na ukubwa: ndogo hadi MW 10, mini chini ya MW 1 au kW 500 kutegemeana na nchi, micro chini ya kW 100 na pico chini ya 5 hadi 10 kW (Kidogo cha maji; Mikro maji). Karibu yote ni run-of-river: badala ya bwawa, mto wa chini huelekeza sehemu ya mto kupitia turbine na kurudi nyuma.

Katika-mabomba au mkondo maji anaweka turbines ndani ya miundombinu ya maji ambayo tayari ipo: maji kuu mbio chini kutoka bwawa, valves kwamba kukata shinikizo kabla ya maji kufikia nyumba, mabwawa ya umwagiliaji na matone, na matokeo ya kazi matibabu. Hakuna bwawa jipya na hakuna mto mpya wa kuvuka, ambayo ni kwa nini Marekani iliondoa miradi ya mkondo hadi MW 5 kutoka kwa leseni ya shirikisho mwaka 2013.

Jinsi inavyofanya kazi

Equation moja. Hydro turbine hubadili nishati ya uwezo wa maji kuanguka katika umeme. Nguvu ni P = ρ × g × Q × H × η, ambapo ρ ni mnene wa maji (kilo 1,000 kwa mita ya ujazo), g ni mvuto (9.81 m/s²), Q mtiririko katika mita za ujazo kwa sekunde, H kichwa, au urefu maji hupotea, katika mita, na η ufanisi wa turbine, jenereta na mifereji pamoja. Kuweka wazi: kila mita za ujazo wa pili kuanguka mita moja ina 9.81 kW. Mashine kubwa hubadilisha zaidi ya asilimia 90; zile ndogo kwa kawaida hubadilisha kati ya asilimia 50 na 85 (Micro hydro).

Kichwa na mtiririko wa biashara maeneo. Mto mlima na trickle ya mtiririko na 100 m kuanguka inaweza kutoa nguvu sawa kama mto nchi tambarare na mara mia ya mtiririko juu ya 1 m weir. turbine ifuatavyo tovuti:

• Kichwa cha juu, mtiririko wa chini (makundi kwa mamia ya mita): Pelton na magurudumu Turgo, hit na jets ya maji.
• Kichwa cha kati: Francis na turbines ya mtiririko wa mstari.
• Kichwa cha chini, mtiririko wa juu (1 hadi 10 m): Propellers Kaplan na Archimedes screws, ambayo hugeuka polepole, kupita mabaki na ni laini juu ya samaki.
• Katika mabomba: maalum katika turbines line, au pampu kiwango kukimbia nyuma kama turbines, kutumika sana bei nafuu chaguo.

Shinikizo ni kichwa. Katika bomba, urefu inaonyesha kama shinikizo: moja bar sawa na kuhusu 10.2 m ya kichwa. Hiyo ni muhimu kwa katika-mrija majimaji. Miji huhifadhi maji ya maji katika bars chache; ambapo msingi unaendesha chini ya mlima kutoka kwa hifadhi, shinikizo litakuwa juu sana kwa nyumba, hivyo shinikizo-kupunguza valve hutupa ziada mbali kama joto na kelele. Mto unaopita katika kata hii ni Ruvu. Mfano wa “valve katika maji kuu” ya mtoa maelezo, 0.3 mita za ujazo kwa sekunde zaidi ya bar 3, ni kuhusu 60 kW ambayo ni vinginevyo kupotea.

Hakuna chakula cha mchana bure katika bomba. turbine inaweza kuchukua tu shinikizo kwamba si muhimu chini ya mto. Kuweka moja katika bomba kwamba inahitaji shinikizo yake yote tu kuiba kutoka kwa wateja au hufanya pampu kazi ngumu, ambayo gharama zaidi ya umeme kuliko turbine hufanya. Maeneo mazuri ya mifereji ni maalum: uzito wa nguvu za mvutano na shinikizo la ziada, mtiririko mkubwa wa kutosha, na matumizi ya kudumu. Kiwango cha mtengenezaji wa tovuti yake mwenyewe kilikuwa mabomba ya 0.6 hadi 2.4 m katika upana, kasi ya mtiririko wa 0.9 hadi 3.7 m / s na angalau 5 psi (bar 0.34) ya shinikizo la ziada (Lucid Energy, archived).

Factor uwezo anakuja kutoka mto. Mito kupanda na kuanguka na misimu, na mpango lazima kuacha maji ya kutosha katika mto kwa samaki na kila kitu kingine. Mti mdogo wa kuendesha-mto kwa kawaida una ukubwa wa kutumia mtiririko uliopatikana kwa sehemu nzuri ya mwaka; Settle 50kW screw hufanya kazi kwa kiwango cha uwezo wa asilimia 38, na hufunga mwenyewe katika nyakati za ukame ili kuweka maji yanayopita kupitia njia yake ya samaki.

mipaka: nadharia na vitendo

Physics. nishati ni tu kama kubwa kama mtiririko mara kuanguka. Mkondo bustani na lita 10 ya pili kuanguka m 5 inatoa kuhusu 0.3 kW, kutosha kwa taa na friji lakini si inapokanzwa nyumbani . A typical water main valve gives tens of kilowatts. Hiyo ni kiwango cha kweli ya maeneo mengi madogo: kilowatts, si megawatts.

Fixed gharama. 20 kW mpango mahitaji karibu utafiti huo, masomo ya mazingira, vibali, ulinzi wa samaki, gridi ya uhusiano na kazi ya kisheria kama 500 kW mpango. Gharama hizi hazipungui na ukubwa, hivyo mipango ndogo ni mara nyingi ghali zaidi kwa kila kWh.

Mahali pa kazi. Weirs kuzuia uhamiaji wa samaki, na turbines inaweza kujeruhi samaki. Hata na ngazi ya samaki, wafanyakazi wa jamii katika Settle waliripoti kuwa samaki wachache wanapita juu ya mto na kudhaniwa kelele kutoka kwa screw (Settle Hydro). Nchi nyingi hazihitaji tathmini kamili ya mazingira kwa mipango ndogo, ambayo imesababisha kuwekwa vibaya mimea katika baadhi ya maeneo (Small hydro). Mradi mzuri unaacha maji ya kutosha katika mto, hupita samaki pande zote mbili, na kufuatiliwa.

Usalama wa maji. Turbines ndani ya maji ya kunywa mains kugusa maji watu kunywa. Wanapaswa kuthibitishwa kwa mawasiliano na maji ya kunywa, lazima kamwe kuruhusu hewa au uchafu ndani, na lazima kushindwa salama, hivyo huduma haitajaribu na mains yake kwa urahisi.

miradi halisi, kupima

Mradi	Ambapo	Aina na ukubwa	Nini ilikuwa kipimo au taarifa
Ujenzi wa barabara	Mto Ribble, North Yorkshire, Uingereza	Archimedes screw juu ya mto, 50 kW	Kuzalisha tangu Novemba 2009; kuhusu 165 MWh mwaka (38% uwezo sababu); £ 410,000 kukusanywa kupitia hisa jamii; waendeshaji ripoti salmon chini upstream na shahidi screw kelele (Settle Hydro)
Maelezo ya jumla	Mto Goyt, New Mills, Uingereza	Archimedes screw, 2.4 m kipenyo, hadi 63 kW	Mpango wa kwanza wa Uingereza wa maji ya jumuiya, uliotolewa mnamo Septemba 2008; £100,000 iliyokusanywa kutoka kwa wanachama 200 wa jamii (Torrs Hydro)
Ujenzi wa barabara za lami	Portland, Oregon, Marekani	Katika-line turbines ndani ya kubwa gravity-fed maji kuu	Imewekwa katika mifereji ya maji ya mji na kuzalisha mapema 2015 (Oregon Idara ya Nishati; Lucid Energy habari, archived 2015). Sisi aligundua hakuna kumbukumbu iliyochapishwa ya pato lake kila mwaka kupimwa, na kwa 2022 developer ya wavuti uwanja ilikuwa ikitolewa kwa ajili ya mauzo (archived page).
Ujenzi wa barabara za vijijini	Karibu Madras, Oregon, Marekani	Kuendesha maji ya mvua kwenye mtaro wa umwagiliaji (Natel Energy)	Moja ya miradi ya operesheni mkondo orodha na Oregon Idara ya Nishati (Oregon Idara ya Nishati)
Uingereza kuendesha exemptions	Marekani	Mabomba na mifereji	236 miradi ya mkondo walikuwa wameidhinishwa na wakala wa shirikisho kwa mwaka 2013 (Conduit umeme wa maji)
Uchaguzi wa Rais wa Zanzibar	China ya vijijini	Kuhusu 45,000 mimea ndogo	Takriban 160 TWh mwaka 2010, mengi ya nguvu vijiji kwamba walikuwa na gridi (Small hydro)

somo kutoka miradi hii ni sambamba. Wakati ambapo kichwa, mtiririko na muundo tayari zipo, kazi ndogo za majimaji kwa miongo: viwanda vya umeme kutoka kwa mapinduzi ya viwandani vinatengeneza umeme tena. Wakati rasilimali ni nyembamba, pato ni ndogo haijalishi jinsi smart turbine. Katika-mabomba ya maji hasa imekuwa na vyombo vya habari shauku na vipimo chache kuchapishwa; fizikia ni sauti, lakini maeneo mazuri ni maalumu na soko imebaki ndogo.

Ni nini gharama

chanzo	Nini ni	Bei
Micro maji, kawaida imewekwa gharama	$1,000 to $5,000 kwa kila kW (Micro maji)
Mahesabu yetu kutoka kwa mbalimbali kwamba	40 hadi 60% uwezo sababu, miaka 20 katika 7% halisi, matengenezo 3% ya uwekezaji mwaka (Fani Wall njia)	$0.02 to $0.18 kwa kila kWh
Kuamua Hydro, mahesabu yetu	£ 410,000 kwa MWh 165 mwaka, miaka 20-40 katika 7% halisi, 3% matengenezo	kuhusu £ 0.26 kwa £ 0.31 kwa kWh
Malengo yetu	Solar paa juu ya jengo, Fan Wall mfano; Lazard 2026 kibiashara na jamii solar	$0.19 kwa kila kWh; $0.09 to $0.20
Lazard (June 2026)	New nishati ya jua / upepo pwani	$0.04 to $0.10 / $0.04 to $0.10 kwa kila kWh

Upana wa eneo ni mkubwa kwa sababu ya milima. Tovuti nzuri ya juu-kichwa na ulaji uliopo unaweza kufanya umeme kwa senti chache kwa kWh, mbali chini ya paa jua, na kuendelea kufanya hivyo kwa miaka hamsini. Mpango mdogo wa chini-kichwa jamii na ulinzi kamili samaki, kama Settle, gharama zaidi kwa kila kWh kuliko jua paa juu ya matarajio yetu ya kawaida; mipango hiyo ni kawaida kuthibitishwa na maisha marefu, umiliki wa ndani, pato usiku na katika majira ya baridi, na msaada wa ushuru. Kwa ajili ya katika-mabomba maji swali ni rahisi: je, kuna shinikizo ziada kuwa kuharibiwa katika valve leo? Kama ndiyo, kurejesha inaweza kulipa; kama hapana, hakuna kitu cha kurejesha.

Ambapo inaweza kushinda, na ambapo haiwezi

Inaweza kushinda:

• Wires zilizopo na maeneo ya mhimili, ambapo kazi za kiraia walikuwa kulipwa kwa karne au mbili iliyopita.
• Maji ya huduma na uzito wa maji, maghala ya hifadhi na valves shinikizo-kupunguza kwamba kutupa mbali shinikizo kila saa ya siku.
• Mifereji ya umwagiliaji na matone, na matokeo ya kazi za matibabu ya maji taka.
• Off-grid vijiji milima, ambapo micro-hydro minigrid inaweza kutoa nguvu siku na usiku kwa gharama ya chini kuliko dizeli.
• Usiku na nguvu ya baridi katika maeneo ambapo paneli za jua kufanya kidogo.

Inawezekana kushinda:

• Katika nchi ya gorofa na mito ndogo: bila kichwa au mtiririko hakuna nguvu.
• Katika mabomba ambayo haja ya shinikizo yao, ambapo turbine tu huenda nishati bili kutoka mita moja hadi nyingine.
• Pamoja na weir mpya ingekuwa kuharibu samaki katika mto kwamba mambo kwa ajili yao, isipokuwa madhara inaweza kuzuiwa na kuonyesha.
• Katika kiwango pico kwenye gridi, ambapo gharama imara dwarf nishati.

Nini ni kuthibitishwa, plausible na speculative

Kuthibitishwa: equation ya nguvu za maji; ufanisi wa turbine; kwamba mipango ndogo ya majimaji huendesha kwa miongo na gharama za chini za kuendesha; kwamba Archimedes screws na turbines za kawaida kazi kwenye weirs za zamani; kwamba umiliki wa jamii unaweza kugharamia mipango midogo; kwamba miradi ya mkondo hufanya kazi katika mifumo ya maji na umwagiliaji.

Plausible: kwamba huduma nyingi za maji kuwa na shinikizo ya kutosha ziada katika valves na maduka ya hifadhi kwa kilowatts muhimu katika kila tovuti; kwamba pampu kiwango kukimbia kama turbines unaweza kupunguza gharama ya mipango ya ndani-mabomba; kwamba mpya samaki-rafiki michoro inaweza kupunguza madhara katika maeneo chini-kichwa.

Speculative: katika turbines bomba katika mabomba ya kawaida usambazaji bila shinikizo ziada (nuru ina kuja kutoka mahali fulani); kubwa michango ya kitaifa kutoka micro maji katika nchi na kichwa kidogo; bei nafuu sana “plug-in” mto turbines bila kazi za kawaida za kiraia na leseni.

Kufungua maswali ya utafiti

• Map sura shinikizo. Ni kiasi gani cha nishati mitandao ya maji kuharibu katika valves leo, tovuti kwa tovuti, na jinsi imara ni kupitia siku na mwaka?
• Control. Turbines kwamba kushikilia shinikizo chini ya mto kama imara kama valve wao badala, hata kama mabadiliko ya mahitaji.
• Samaki. Ambayo turbine miundo na skrini kuruhusu samaki kupita njia zote mbili na majeruhi ya chini, kupima, si kuchukuliwa?
• Cost. Standardised mipango ndogo na bespoke kazi za kiraia wachache, na ruhusa rahisi kwa maeneo ambayo tayari wana weirs.
• Inflate kama vile nguvu. mito na maji ya msingi ni pia imara vyanzo joto kwa ajili ya pampu joto; unaweza mpango mmoja kufanya wote?

Nini prototype kazi inahitaji

Wazo ndogo ya maji ni moja ya rahisi kujaribu kwa uaminifu, kwa sababu maji, mabomba na mita ni mambo ya kila siku. Gharama chini ni makadirio yetu kavu.

Hatua	Kazi	Nini inathibitisha	Gharama ya kawaida	Muda
1. Benchi rig	pampu mduara au tanki header na mtiririko kupima (mtiririko mita) na shinikizo (gauge kabla na baada ya), turbine kuendesha gari akaunti ya mzigo kupitia mita nguvu logged	ufanisi dhidi ya mtiririko na kichwa	$5k to $30k	1 hadi miezi 3
2. Tovuti halisi ya majaribio	A 1 hadi 20 kW kitengo juu ya mkondo, kilimo pipe au bypass valve ya huduma, na ulinzi wa ubora wa maji ambapo inahitajika, kuandika kwa msimu	Pato halisi juu ya mabadiliko ya mtiririko, mabaki, matengenezo	$20k to $150k	6 hadi miezi 12
3. Utility au jamii pilot	Ufungaji wa kuruhusiwa na uhusiano gridi, ufuatiliaji samaki au vibali vya maji ya kunywa kama inahitajika	Bankable kila mwaka nishati, vibali, gharama	$100k to $1 million	1 hadi miaka 2

Awamu ya 1 ni katika ufikiaji wa shule au eneo la mtengenezaji. Pia ni hasa ushahidi wa mahitaji ya uwanja: turbine, mtiririko uliopimwa, kuanguka kwa kupima na mita inayoonyesha umeme uliofanywa.

Ambao tunahitaji

• Hydraulic na hydropower wahandisi kwa ajili ya tathmini tovuti na turbine uteuzi.
• Wahandisi wa maji ambao wanajua ambapo shinikizo ni kupunguzwa na jinsi mitandao kutenda kupitia siku.
• Uvuvi biolojia kwa ajili ya samaki mlango muundo na ufuatiliaji.
• Umeme wahandisi kwa jenereta ndogo, gridi ya uhusiano na minigrids kisiwa.
• Wahandisi wa kiraia kwa intake, weirs na skrini.
• Makundi ya jamii ya nishati na wamiliki wa ardhi wenye visima, viwanda vya kutengeneza mafuta au miundombinu ya kilimo.
• Wataalamu wa uthibitishaji maji ya kunywa kwa kitu ndani ya potable kuu.

Kuwa na wazo bora?

Baadhi ya wanachama wa Foundation wanaweza kuwa na mawasiliano ambayo inaweza kusikia pitch. Ili kuwekwa wazi, wazo linahitaji kazi, mfano halisi wa maisha ambayo kweli huzalisha nguvu, na pato lake limepimwa kwenye chombo, si kudai: turbine juu ya mtihani rig na mita ya mtiririko, vipimo shinikizo na mita iliyosajiliwa nguvu ni thamani zaidi kuliko michoro yoyote. Mawazo ya karatasi ni kuwakaribisha pia: kama fizikia na idadi ni imara, tunaweza kuchapisha yao hapa kwenye tovuti. Lakini kukusanya mtaji bila mfano wa kazi ni vigumu sana, na hakuna hapa ni ahadi ya fedha, kurudi au maelezo.

Tumia fomu ya changia kutuma mawazo yako, kwa kuchagua Mpango wa Kijani. Tuambie mtiririko na kichwa kazi na, ufanisi wewe kupima au kutarajia, gharama kavu kwa kWh, na mtihani rahisi kwamba inaweza kuthibitisha ni kosa. Ukurasa wa vyanzo vya nishati unalinganisha majimaji madogo na mawazo mengine kumi na moja.

Chanzo

1. Hydroelectricity, Wikipedia: kushiriki katika umeme duniani na ufanisi turbine.
2. Small hydro, Wikipedia, kuonyesha UNIDO ya Ripoti ya Maendeleo ya Nishati ya Maji ya Kidogo Duniani 2022.
3. Micro maji, Wikipedia: darasa ukubwa, ufanisi na gharama imewekwa.
4. Umeme wa maji, Wikipedia.
5. Sheria ya Ubora wa Nishati ya Maji ya 2013, Wikipedia; maandishi katika Congress.gov.
6. Kuamua Hydro na Mto Torrs, Wikipedia.
7. Ofisi ya Taifa ya Takwimu. Hydropower katika Oregon, ikiwa ni pamoja na miradi ya mkondo katika Portland na katika North Unit Umwagiliaji Wilaya.
8. Inatumia nishati ya jua. Target projects (archived 2021) and lucidenergy.com (archived 2022).
9. Run-ya-mto umeme wa maji, Wikipedia: msimu na athari za mazingira.
10. Ofgem (2023). Maadili ya kawaida matumizi ya ndani: 2,700 kWh ya umeme kwa mwaka kwa mtumiaji wa wastani.
11. Lazard (June 2026). Levelized Gharama ya Nishati+, toleo 19.
12. Local Solar System Foundation. The Fan Wall: wazi mfano na kipimo, rooftop jua katika $ 0.19 kwa kWh.