초초소수력

[자강불식]

초초소수력 ] [미국 뉴욕] 계통연계 초초소수력 - Grid-Tied Microhydro in New York State

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89 .초초소수력

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https://www.homepower.com/articles/microhydro-power/project-profiles/grid-tied-microhydro-new-york-state?v=print

 http://cafe.naver.com/renewableenergy/80128

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Grid-Tied Microhydro in New York State

  [미국 뉴욕] 계통연계 초초소수력

In 2014, Morrisville State College students in the Renewable Energy Technology program installed a grid-tied, net-metered 2 kW residential microhydro system at a 44-acre homestead near Oneida, New York. This system produces an average of 8,500 kWh each year—covering approximately 70% of the homestead’s needs in a typical year.

2014년에 모리스스빌 주립 대학의 신재생 에너지 기술 프로그램의 일환으로 학생들은 뉴욕주 오네이다(Oneida) 근처 44에이커( = 0.178 km2 )의 농가에서 2킬로와트 계통연계형 가정용 마이크로 하이드로 시스템을 설치했습니다. 이 시스템은 매년 평균 8,500 kWh를 생산하며, 전형적으로 매년 농가의 요구량의 약 70 %에 해당하는 전력에너지를 생산합니다. 

상기 계곡에 보이는 계곡수를 발전에 이용함.  조라해 보일정도의 수량이지만 한집에 충분한 전력공급이 가능하며, 국내의 경우 입지는 무수히 많음.  본 초초소수력 시스템은 매년 평균 8,500 [kWh/년]를 생산하며, 월평균 708 [kWh/월]로 국내 가정 월평균 소비량인 360 [kWh/월]을 훨신 상회하고 있어, 본 초초소수력 발전량으로는 국내에서는 2개 가정에 안정적 전력공급이 가능하다.

Flow fluctuates significantly throughout the seasons, and depends on rain events and temperatures.

흐름(유량)은 계절에 따라 크게 변동하며 강수량 및 기온에 따라 달라집니다.

----------------------------------  Overview --------------------------------

1. Overwiew

○ System type: Grid-tied microhydro-electric

○ System location: Oneida, New York

○ Site head: 100 ft. ( 30.48 m )

○ Hydro resource flow (dry season): 40 gpm  ( 2.523 litters/s )

○ Hydro resource flow (wet season): 1,000 gpm  ( 63.100 litters/s )

○ Production (dry season): 250 AC kWh per month

○ Production (wet season): 1,200 AC kWh per month

○ Utility electricity offset: 70%

2. Civil Works 

○ Diversion: Vertical pipe intake in pond

○ Intake: 4 in. diameter PVC pipe ( 101.6 mm )

○ Penstock: 800 ft., 4-in. diameter, HDPE  ( 244 m , 101.6 mm  )   [800 피트(= 243.84 m )]

○ Powerhouse: 4 x 4 x 8 ft. wood-framed powerhouse ( 1.22  x 1.22  x 2.44 m )

3. Hydro Turbine 

○ Turbine: 2 kW HiPower Hydro, 4 nozzles  ---  hipowerhydro.com http://cafe.naver.com/renewableenergy/54244

○ Runner: 4 in. turgo  ( 101.6 mm )

○ Rated peak power output: 2 kW

4. Balance of System 

○ Hydro turbine controller: HiPower Hydro, 300 VDC, 7 A

○ Inverter: SMA Sunny-Boy SB2500-US, 250–600 VDC nominal input, 240 VAC output

○ System performance metering: Form 2S, 240 VAC, 100 A EZ-read cyclometer

○ Diversion load: 3 kW passive ceramic air heater

5. Microhydro Specification

○ 수압관 : 수압관 이음은 퓨전융착 이음이 마찰손이 가장 작음

- 재질 : HDPE (고밀도 폴리에틸렌)

- 직경 : 101.6 mm

- 길이 : 243.84 m

○ 낙차 : 낙차손은 10% 이내로 설계하는 것이 좋음 ( 3% 정도가 가장 이상적임 )

- 총낙차 : 30.48 m

- 유효낙차 : 21.30 m @ 15 litter/s

- 마찰손 : 9.16 m @ 15 litter/s

- 마찰손율 : 30.05 % ( 유효낙차율 : 69.95 % )

○ 하천수량 :

- 건기 : 2.523 litters/s

- 우기 : 63.100 litters/s

○ 취수유량 :

- 평균취수량 : 15 litters/s

○ 터빈

- 종류 : 터고터빈

- 런너경 : 101.6 mm

- 노즐수 : 4 nozzles

- 노즐경 : 15.279 mm

- 노즐속 : 20.5 m/sec @ 15 litter/s

- 터빈출력 : 2.352 kW @ 15 litter/s

- 터빈속 : 1,846 rpm @ 15 litter/s

○ 발전기 : 영구자석 동기발전기

- 최대출력 : 2.00 kW

- 출력전압 : 교류3상 220 V

- 정류전압 : 300 VDC ( 전파정류 : 3상정파정류 DC[VDC] =1.35 ×1[ VAC] = 220[VAC] ×1.35[VDC/ VAC]= 319[VDC] )  

- 정류전류 : 7 A

○ 인버터 : SMA Sunny-Boy SB2500-US

- 직류입력 : 250～600 VDC

- 교류츌력 : 240 VAC

○ Balance of System

- 종류 : HiPower Hydro

- 제어전압 : 300 VDC

- Diversion load: 3 kW ( 세라믹 에어히터 )

○ 종합효율 : 46.2 %

12.07	(Kf,eg.Entrance+ 90's)
0.001524	pipe roughness (mm)				1	1. 플라스틱
10.2	pipe dia (cm)		4.000	pipe dia (in)		2. 상철
244	pipe length (m)		800.5	pipe length (ft)		3. 회주철	10
30.5	static or total head (m)		100.00	static head (ft)		4. 도금철	9
4	number of nozzles					5. 주철	8
75%	turbine efficiency(%)						7
88.0%	generator efficiency'(%)					런너직경입력	6
101.6	runner pitch diameter (mm)			choose	0	101.6	5
48.0%	Runner %Vjet				0:직접입력		4
4	극수(Pole)				1 : 70.9mm		3
0.10	pipe dia (m)			빨간색:입력	10: 122.1mm		2
0.008	area(m2)						1
1.500E-05	eps/dia
2.86%	est % motor slip
0.1	lps step		% slip	motor rated rpm
			2.857%	1750	1차풀리경	1	1.763
				1800	2차풀리경	1	최대낙차
				1851		1.00000	30

lps 취수량	dp(m) 마찰손	Eff.Head(m) 유효낙차	Shaft(W) 축동력	Electric(W) 발전정격	Vjet (m/sec)	터빈 RPM	~Hzoutput 4pole	D-nozzle (mm)	D-nozzle (mm)	D-nozzle (mm)	D-nozzle (mm)
15.0	9.16	21.3	2,352	2,070	20.5	1,846	59.8	15.279	17.642	21.607	30.557
1.0	0.07	30.4	224	197	24.4	2204	71.4	3.610	4.168	5.105	7.220
2.0	0.23	30.2	445	391	24.4	2198	71.2	5.112	5.903	7.230	10.224
3.0	0.48	30.0	662	582	24.3	2189	70.9	6.274	7.245	8.873	12.548
4.0	0.81	29.7	873	768	24.1	2177	70.5	7.265	8.388	10.274	14.529
5.0	1.22	29.3	1076	947	24.0	2162	70.1	8.150	9.411	11.526	16.300
6.0	1.70	28.8	1270	1117	23.8	2144	69.5	8.965	10.352	12.679	17.930
7.0	2.25	28.2	1453	1278	23.5	2123	68.8	9.731	11.236	13.761	19.461
8.0	2.88	27.6	1624	1429	23.3	2100	68.0	10.461	12.079	14.794	20.922
9.0	3.57	26.9	1781	1567	23.0	2073	67.2	11.166	12.894	15.791	22.333
10.0	4.34	26.1	1922	1692	22.6	2044	66.2	11.855	13.689	16.766	23.710
11.0	5.17	25.3	2047	1802	22.3	2011	65.2	12.535	14.474	17.727	25.069
12.0	6.07	24.4	2154	1896	21.9	1975	64.0	13.211	15.255	18.683	26.422
13.0	7.03	23.4	2241	1972	21.4	1935	62.7	13.890	16.038	19.643	27.779
14.0	8.06	22.4	2308	2031	21.0	1892	61.3	14.577	16.832	20.615	29.153
15.0	9.16	21.3	2352	2070	20.5	1846	59.8	15.279	17.642	21.607	30.557
16.0	10.32	20.2	2372	2087	19.9	1795	58.2	16.002	18.477	22.630	32.004
17.0	11.54	18.9	2367	2083	19.3	1739	56.4	16.755	19.347	23.695	33.510
18.0	12.83	17.6	2336	2056	18.6	1679	54.4	17.547	20.262	24.815	35.094
19.0	14.18	16.3	2,277	2,004	17.9	1,613	52.3	18.391	21.236	26.008	36.781
20.0	15.60	14.9	2189	1926	17.1	1542	50.0	19.302	22.288	27.297	38.604
21.0	17.08	13.4	2070	1821	16.2	1463	47.4	20.303	23.443	28.712	40.605
22.0	18.62	11.9	1919	1689	15.3	1377	44.6	21.424	24.739	30.299	42.849
23.0	20.22	10.3	1735	1527	14.2	1280	41.5	22.715	26.229	32.124	45.430
24.0	21.88	8.6	1517	1335	13.0	1172	38.0	24.254	28.006	34.300	48.507
25.0	23.61	6.9	1263	1111	11.6	1048	33.9	26.180	30.230	37.024	52.360
26.0	25.40	5.1	972	855	10.0	901	29.2	28.788	33.241	40.712	57.575
27.0	27.25	3.2	642	565	8.0	719	23.3	32.845	37.927	46.450	65.691
28.0	29.15	1.3	273	240	5.1	460	14.9	41.807	48.274	59.124	83.613

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https://www.homepower.com/articles/solar-electricity/equipment-products/no-batteries-required/page/0/3?v=print

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뉴질랜드 파워 스파우트사의 2014년 매뉴얼 / PS-manual-May-2014

http://cafe.naver.com/renewableenergy/74918

http://cafe.naver.com/renewableenergy/79183

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버니 우튼.hwp 내PC 저장|네이버 클라우드

버니 우튼(Bernie Wootten) 초초소수력 시스템 설치단가

Item	단가(Cost)		비고
	달러	원(‘18.3.3)
전기장치:   - HiPower 키트   - SMA 선니보이 인버터 ( SMA SB2500 )	6,000	6,498,000
전기장치   - 분전반   - 디스콘 스위치	317	343,311
전기장치 기타 :	580	628,140
수압관 : HDPE   - 직경 : 101.6 mm   - 길이 : 243.84 m	2,945	3,189,435
수압관 배관공사 기타 :	1,077	1,166,391
Cost	10,919	11,825,277
Suny. RF System Grant ( 선니 시스템 교부금 )	-4,500	-4,873,500
Total Cost	6,419	6,951,777

Payback Period & ROI ( 회수 기간 및 ROI(Return on investment : 투자수익율))

연간 전기소비량 (kWh/y)	12,500 kWh/y	From utility bills
연간 전기사용량 납부금(달러)	1,407 (1,523,781원)	From utility bills
전력 요금 단가 (달러/kWh )	0.113 (122.38원)	단가/소비량
초초소수력 발전전력 생산량 (kWh/y)	8,500 kWh/y (( 970 W ))	2014년 이후 평균단가
초초소수력 발전전력 생산금 (달러×/kWh)	957 (1,036,431원)	전력단가 × 전력생산량
초초소수력 발전전력 생산금액 (달러)	6,419 (6,951,777원)	From 전력단가표
투자 회수기간 (년)	6.7 년	총비용/전력생산금액
Return on Investment (연간 투자수익)	14.9%	투자회수기간의 역수

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[파워스파우트] 초초소수력 설치 프로젝트 / HYDRO POWER

http://cafe.naver.com/renewableenergy/73902

	단가	계산내역	금액
			달러	원
팬스탁	$2.50	2.5 × 2300[FT]	$5,750.00	5,980,000
전선	$0.96	0.98 × 800[FT]	$768.00	798,720
터빈	$2,400	2400 × 1EA	$2,400	2,496,000
터파기	$300	(300/8)× 20시간	$750	780,000
연료	$5.00	5 × 20시간	$100.00	104,000
배관공사	$10	10 × 20시간	$200	208,000
시멘트	$20.00	20 × 10포대	$200.00	208,000
목재	$20.00	20 × 10장	$200.00	208,000
인버터	$1,600.00	1600 × 1대	$1,600.00	1,664,000
노동력	$20.00	200 × 100 × 2명	$4,000.00	4,160,000
맨파워(ManHours)	100	계	$15,968.00	16,606,720
땅파기 시간	20
팬스탁길이	20
시멘트포	10
거프집등 (Lumber #)	10

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http://cafe.naver.com/renewableenergy/52653

http://cafe.naver.com/renewableenergy/54244

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In 2012, I gave a presentation about microhydro-electric systems at a small conference on renewable energy and efficiency options for local farms. At the end of the seminar, a tall man with a rough farm-built handshake asked me about the process of installing a net-metered microhydro system at his homestead. This is how I met Bernie Wootten, and how we came to install his hydroelectric system.

2012년에는 지역 농장의 재생 가능 에너지 및 효율성 옵션에 대한 소회의에서 마이크로 하이드로 - 전기 시스템에 대한 프레젠테이션을 했습니다. 세미나가 끝나자마자  악수를 하는 키 큰 남자( 버니 워튼)가 농가가 만든 농가에 그물망이 있는 스크린을 갖춘 마이크로 하이드로 시스템을 설치하는 과정에 대해 물었다. 버니 워튼 (Bernie Wootten)을 만니서 다음과 같은 내용을 물었습니다. 어떻게 수력 전기 시스템을 설치하게 되었습니까? 

When I first pulled down his long driveway, I was greeted by guinea fowl, chickens, sheep, and Scottish Highland cattle. His homestead sprawls across 44 acres outside of Oneida, and his hand-built house is perched at the brink of a 40-foot waterfall on a small, unnamed stream. 

내가 처음에 길게난 차도가 있는 이곳에 왔을 때, 나는 기니피그(돼지), 닭, 양, 스코틀랜드 고원 가축들이 나를 맞이해 주었습니다. 그의 홈스테드는 원주민 외곽의 44에이커에 걸쳐 펼쳐져 있으며, 손으로 지은 집은 작고 이름없는 스트림에 40피트( = 12.192 m) 크기의 폭포가 일직선에 자리 잡고 있습니다. 

Bernie has long had a love of water; he has paddled whitewater with the best boaters in the world and holds several records for flatwater kayaking time trials. 

버니는 오랫동안 물에 대한 사랑을 가지고있었습니다. 그는 세계 최고의 보트 타기 선수들과 함께 화이트 워터를 노로 젓고 카약 타기 시간 기록을 위한  여러 기록 보유자 입니다.

He works on weekends as a rescue kayaker for a whitewater-rafting outfitter on the Black River in Watertown, New York. While he always dreamed of using water to create electricity for his home, he was unsure how to go about it.

그는 주말에 워터타운 (Watertown)의 블랙리버 (Black River)에 있는 급류 래프팅 승무원의 구조 카약 관련 일을 합니다. 그는 항상 가정용 전기를 만들기 위해 물을 사용하는 꿈을 꾸었지만, 어떻게 해야 할 지 잘 모르고 있었습니다. 

The retention pond, built for the project, holds approximately 520,000 gallons and helps temper runoff to a usable, steady flow. The perforated intake is visible near the overflow drain. 

프로젝트를 위해 건설 된 유지 연못은 약 520,000 갤런( = 1968.4 톤 )을 수용 할 수 있으며 사용 가능한 안정된 흐름으로 기력 유출수를 얻을수 있습니다. 천공 된 흡입구는 오버플로 드레인 근처에서 볼 수 있습니다.

1.  Permitting, Contracting & Incentives

        허가, 계약 및 인센티브 

If you’re interested in a grid-tied PV system in New York state, companies will show up within 48 hours to give you a free assessment, can have the permitting paperwork submitted within a week, and your system can be installed within a month. Though small wind has permitting challenges in this part of the state, companies are at the ready for a client with a promising wind site. But microhydro specialists are few and far between—Bernie had been trying, unsuccessfully, to find a company who would take on his project.

뉴욕주에 있는 계통 연계형 태양광 발전 시스템에 관심이 있는 기업이라면,  48시간 이내에 무료 평가를 제공하고 1주일 이내에 승인 서류를 제출하고 1개월 이내에 시스템을 설치할 수 있습니다 . 작은 바람이 국가의 이 부분에 도전을 허용하고 있지만, 회사는 유망한 바람 사이트와 클라이언트에 대한 준비가되었습니다. 그러나 마이크로 하이드로 전문가들은 거의 없으며 Bernie는 자신의 프로젝트를 맡을 회사를 찾기 위한 작업에 실패했다.

I had been working on and teaching about residential and farm-scale hydro projects since 2008 through SUNY-Morrisville, a small agriculture and technical college in upstate New York. Though most of the courses I teach are about solar electricity, solar water heating, and small wind systems, I have had a strong interest in residential hydro systems. We have abundant rainfall (approximately 36 inches) that’s well-distributed throughout the year, and topography amenable to hydro (rolling, forested ridges with 100 to 200 feet of relief). Additionally, I enjoy the challenge of designing and installing hydro systems. These systems require integration of assessment, analysis, electrical, mechanical, and on-site fabrication skills. Many lean companies cannot afford to take on hydro systems and stay profitable, so hydro systems are relegated to the few.

저는 뉴욕 북부에있는 작은 농업 및 기술 대학인 SUNY-Morrisville을 통해 2008 년부터 주거 및 농장 규모의 수력 발전 프로젝트에 대한 연구와 교육을 해왔습니다. 내가 가르치는 코스의 대부분은 태양광 전기, 태양열 온수 및 소형 풍력 시스템에 관한 것이지만, 나는 주거용 수력 시스템에 강한 관심을 가지고 있습니다. 우리는 1 년 내내 잘 분포되어있는 강우량이 약 36 인치( = 914.4 mm )이며 수력 발전에 적합한 지형 (100 ~ 200 피트( = 30.48  ~  60.96 m) 의 안도감을 지닌 산림이 울퉁불퉁 한 능선)을 가지고 있습니다. 또한, 저는 하이드로 시스템을 설계하고 설치하는 것에 대한 도전을 즐깁니다. 이러한 시스템은 평가, 분석, 전기, 기계 및 현장 제작 기술의 통합을 필요로합니다. 많은 린(lean) 기업들은 수력 시스템을 도입하고 수익을 유지할 여력이 없기 때문에 수력 시스템은 소수로 옮겨 가게됩니다.

In New York, there are excellent state incentives—both tax credits and grant funds—for solar electricity and small wind systems. However, no such incentives exist for microhydro systems—though small hydro can be cost-competitive without incentives. To help offset the expense, I applied for a grant through the Research Foundation of SUNY. I used this grant fund, along with free student labor, to help Bernie get his dream hydro system installed.

뉴욕에는 태양광 및 소형 풍력 시스템을 위한 뛰어난 세금 인센티브 (세액 공제 및 보조금)가 있습니다. 그러나 마이크로 하이드로 시스템에는 이러한 인센티브가 존재하지 않습니다. 작은 인력은 인센티브가 없어도 비용 경쟁력이 있을 수 있습니다. 경비를 상쇄하기 위해 나는 SUNY의 연구 재단을 통해 보조금을 신청했습니다. Bernie이 꿈꾸는 수력 시스템을 설치하는 데 도움이 되도록 무료 학생 노동과 함께  이 기금을 사용했습니다.

Permitting is often a daunting requirement for microhydro systems. Bernie’s system was installed in compliance with the New York State Department of Environmental Conservation (DEC). The pond’s construction required completing a Joint Application Form (JAF), a state permitting package that describes the scale of stream disturbance and the nature of the impoundment. To aid with this aspect, the NYS DEC provides web access to the Environmental Resource Mapper, a geographic information system specifying stream classification, presence of rare or endangered biota, and wetland classification. This tools aids in completion of the JAF, which is completed once and submitted for review by the DEC, Army Corps of Engineers, the Office of General Services, and the Department of State.

허가는 종종 마이크로 하이드로 시스템에 대한 까다로운 요구 사항입니다. Bernie의 시스템은 뉴욕 주 환경 보존부 (DEC)의 허가에 따라 설치되었습니다. 연못의 건설은 하천 저울의 규모와 저수지의 특성을 기술한 주 허용 포장인 공동 신청서 (JAF)를 작성해야했습니다. 이러한 측면을 돕기 위해 NYS DEC는 하천 분류, 희귀 또는 멸종 위기에 처한 생물 군의 존재, 습지 분류를 지정하는 지리 정보 시스템 인 환경 자원 매퍼 (Environment Resource Mapper)에 대한 웹 액세스를 제공합니다. 이 도구는 JAF 완료에 도움이됩니다. JAF는 한 번 완료되어 DEC, 육군 공병대, 일반 서비스 사무국 및 국무부에 의해 검토를 위해 제출됩니다.

Getting a small hydro system approved through the Federal Energy Regulatory Commission (FERC) can also be a challenge. This involved several phone calls and email chains to resolve. After quite some time, we applied for and received a “small hydro” exemption. However, this required submitting all civil and electrical plans for the system, including estimates of maximum power production and annual energy exports onto the grid.

연방 에너지 규제위원회 (Federal Energy Regulatory Commission, FERC)를 통해 승인 된 소규모 수력 시스템을 얻는 것도 어려울 수 있습니다. 이것은 해결할 여러 전화 및 이메일 체인과 관련이 있습니다. 꽤 오랜 시간이 지난 후에, 우리는 "작은 수력"면제를 신청하고 받았다. 그러나 이것은 최대 전력 생산 및 연간 전력 수출량에 대한 추정치를 포함하여 시스템에 대한 모든 민간 및 전기 계획을 제출해야했습니다.

In addition to DEC and FERC permitting, local permits were required for the civil and electrical work. This necessitated submitting an electrical diagram, and a site plan depicting power sources and disconnects for system shutdown. These documents, along with inverter testing procedures, were also submitted to the electric utility for grid interconnection. Both the township and utility permitting process required an electrical inspection from an independent inspection service. Letters of completion and copies of the inspection were sent to the utility and to the local town’s codes enforcement officer.

DEC와 FERC가 허가하는 것 외에도 시민 및 전기 작업을 위해서는 현지 허가가 필요했습니다. 이를 위해서는 전기 다이어그램을 제출하고 시스템 종료를위한 전원 공급 장치와 연결을 끊는 현장 계획을 제출해야했습니다. 이러한 문서는 인버터 테스트 절차와 함께 계통 연계를 위해 전기 유틸리티에 제출되었습니다. 타운십과 유틸리티 허가 프로세스 모두 독립적 인 검사 서비스에서 전기 검사가 필요했습니다. 검사의 완료 및 사본을 유틸리티 및 지자체의 코드 담당관에게 보냈다.

2. Site Assessment

       사이트 평가

Estimating power from a hydro site is not terribly complex. Since the base physics equation is derived from potential energy, potential hydro system power can be determined as:

수력 발전소로부터의 동력을 추정하는 것은 그리 복잡하지 않습니다. 기본 물리 방정식은 잠재 에너지로부터 파생되기 때문에 잠재적 인 수력 발전량은 다음과 같이 결정될 수 있습니다.

Power = Water Density × Acceleration Due to Gravity × Flow × Head

전력 = 물의 밀도 × 중력에 의한 가속도 × 흐름 × 헤드

Since density and acceleration of gravity can be considered constants at a given site, you need only measure head (the vertical drop between the intake and the turbine) and flow (volume per unit time) to estimate the resource’s power.

중력의 밀도와 가속은 주어진 현장에서 상수로 간주 될 수 있기 때문에 자원의 전력을 추정하기 위해 낙차 (터빈 입구와 터빈 사이의 수직 낙하)와 유량 (단위 시간당 양) 만 측정하면됩니다. 

Head (ft.) × Flow (gpm) ÷ 12* = Power (W)

헤드 (ft) × 유량 (gpm) ÷ 12 * = 파워 (W) 

*For this system, 12 was used; a range of 8 to 12 is typical.

*이 시스템의 경우 12 가 사용되었습니다. 8에서 12의 범위가 일반적입니다. 

After our initial meeting, Bernie had a retention pond constructed to raise fish and to water his animals and gardens. At the time the pond was constructed, he sistered a perforated 4-inch-diameter PVC pipe next to the overflow culvert for an intake, and capped the end that punched through the berm.

우리의 첫 만남이 있은 후, 버니는 물고기를 키우고 그의 동물과 정원에 물을주기 위해 지어지는 고정 연못을 가지고있었습니다. 연못이 건설되었을 때, 그는 섭취를 위해 넘쳐 흐르는 수 구벽 옆에 구멍이 뚫려있는 4인치 (= 101.6 mm ) 직경의 PVC 파이프를 깔고, 껍질을 관통 한 끝 부분을 덮었다.

During the site assessment, we discovered that there was 100 feet of vertical drop between his retention pond and where the turbine could be installed. Water has a relationship between vertical distance and static pressure—there is 1 psi for every 2.3 feet of vertical drop (for every 10 vertical foot of water in a pipe, there are 4.3 psi). Since Bernie’s site had 100 vertical feet, this would give a static pressure of 43 psi. To get the water from the intake to the turbine, it required about 800 linear feet of pipe.

현장 평가 기간 동안, 우리는 그의 보유 연못과 터빈이 설치 될 수있는 곳 사이에 100 피트의 수직 낙하가 있음을 발견했습니다. 물에는 수직 거리와 정압 사이의 관계가 있습니다. 수직 낙하 2.3 피트(= 0.701m) 당 1 psi( = 0.0703 kg/cm2 )가 있습니다 (파이프의 10 피트(= 3.048 m) 수직 물마다 4.3 psi (= 0.302 kg/cm2 )가 나타남). Bernie의 부지에는 100 피트(= 30.48 m )의 수직낙차가 있었기 때문에 43 psi(= 3.03 kg/cm2)의 정압이 발생합니다. 흡기구에서 터빈까지 물을 얻으려면 약 800 피트(= 243.84 m )의 파이프가 필요했습니다

3. System Design

       시스템 디자인

It is possible to calculate the power delivery of a given pipe diameter and length, assuming a certain flow. Larger pipe costs more, so finding the ideal pipe size saves money without losing much power potential. 

특정 유량을 가정하여 주어진 파이프 직경 및 길이의 전력 공급량을 계산할 수 있습니다. 더 큰 파이프 비용은 더 많으므로 이상적인 파이프 크기를 찾는 것이 많은 잠재력을 잃지 않고 비용을 절약합니다. 

This sweet spot generally occurs when dynamic head pressure is approximately 70% of static head pressure. As water moves through the penstock, friction from the interior pipe surface extracts pressure energy from the system, as does turbulence from fittings and valves. 

이 스위트 스폿은 일반적으로 동적 헤드 압력이 정적 헤드 압력의 약 70 % 일 때 발생합니다. 물이 펜 받침을 통해 이동할 때, 내부 파이프 표면으로부터의 마찰은 피팅과 ​​밸브의 난기류와 마찬가지로 시스템에서 압력 에너지를 추출합니다.

These frictional losses reduce pressure from the maximum of static conditions to a lower dynamic (net) head pressure. Many turbine manufacturers provide head loss tables to help with estimating frictional losses. If net head is greater than 70% of static head (i.e., too close to static head pressure), the pipe diameter may be larger and more expensive than necessary. 

이러한 마찰 손실은 정적 조건의 최대치에서 낮은 동적 (순) 헤드 압력까지의 압력을 감소시킵니다. 많은 터빈 제조업체는 마찰 손실을 예측하는 데 도움이되는 낙차손실 표를 제공합니다. 네트헤드(순낙차)가 스태틱 헤드의 70 %보다 큰 경우 (즉, 정적 헤드 압력에 너무 가깝다면), 파이프 직경은 필요할 때보 다 크고 더 비쌀 수있다. 

If net head is less than 70% of static head, the pipe may be undersized (i.e., too much frictional loss). In this case, it may be cost-effective to install the next larger pipe size, since more power will be the result.

네트 헤드가 스태틱 헤드의 70 % 미만이면 파이프가 너무 작아서 (마찰 손실이 너무 큼) 이 경우 더 많은 전력이 결과가되기 때문에 다음으로 큰 파이프 크기를 설치하는 것이 비용 효율적일 수 있습니다.

We calculated head loss for water flowing through a 4-inch high-density polyethylene (HDPE) pipe, since that was the largest diameter we could afford through the grant. We determined that maximum power through the pipe would occur at approximately 32% head loss, yielding a net head of 68 feet (30 psi). 

우리는 4인치 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE) 파이프를 통해 흐르는 물에 대한 수두 손실을 계산했습니다. 그 이유는 이것이 교부금으로 얻을 수있는 최대 직경 이었기 때문입니다. 우리는 파이프를 통한 최대 출력이 약 32 %의 낙차 손실이 발생하여 낙차가 68 피트 (30 psi) 인 것을 확인했습니다. 

To net 68 feet of head, we would expect a maximum flow of 230 gallons per minute (gpm) through the penstock, which would, in theory, provide 2,400 watts. From this, we needed to subtract the system inefficiencies from the runner, the generator, and the electrical system. The realized maximum power output from the machine would be likely be between 1,800 and 2,000 W.

이론적으로는 2400 와트를 제공하는 penstock(수압관)을 통해 분당 230 갤런(gpm)( = 14.51리터/초 )의 최대 유량을 예상 할 수 있습니다. 이로부터 러너, 발전기 및 전기 시스템에서 시스템 비효율을 제거해야했습니다. 기계에서 실현 된 최대 출력은 1,800 ~ 2,000W가 될 가능성이 큽니다.

The next task was estimating annual energy output. Energy is equal to power multiplied by time—for a hydro resource, then, which fluctuates depending on the season, flow must be measured at various times throughout the year. Though the power of a 4-inch HDPE penstock is maximized at 230 gpm, there was nothing suggesting this could be achieved year-round. The small stream was fed from only about 0.8 square miles of watershed area, flowing from a low of 40 gpm in the autumn to more than 1,000 gpm through the spring. We turned to the U.S. Geological Survey’s National Water Information System (NWIS) real-time database for further data.

다음 과제는 연간 에너지 생산량을 추정하는 것이 었습니다. 에너지는 시간당 전력량에 수력 자원을 곱한 것과 같으며, 계절에 따라 변동하기 때문에 일년 내내 여러 번 유량을 측정해야합니다. 4 인치 HDPE 수압관의 힘은 230gpm으로 극대화되었지만 1 년 내내 달성 할 수있는 것은 아닙니다. 작은 유역은 약 0.8 평방 마일의 유역 지역에서 공급 받았으며, 가을에 40gpm의 낮은량에서 봄에 1,000gpm 이상의 수량으로 흐릅니다. Google에서 미국 지질 조사국의 국립 수자원 정보 시스템 (NWIS) 실시간 데이터베이스를 통해 추가 데이터를 수집했습니다.

The NWIS database (see “Web Extras”) includes long-term flow information for rivers and streams. With a Swoffer 3000 flow meter, we measured the stream’s flow over a six-month period, and determined the range to be 25 to well over 3,000 gpm, depending on the season. 

NWIS 데이터베이스 ( "웹 Extras"참조)에는 하천 및 하천에 대한 장기 흐름 정보가 포함됩니다. Swoffer 3000 유량계를 사용하여 우리는 6 개월 동안의 흐름을 측정하였고, 계절에 따라 3,000 gpm을 초과하는 범위로 25를 결정했습니다. 

We then took real-time data from four nearby streams on the same dates that we measured stream flow at Bernie’s site. A regression analysis was used to predict monthly and annual stream flow from the streams in the NWIS database. We used this to estimate his system’s annual energy production to determine cost-effectiveness of his net-metered hydroelectricity.

우리는 버니 (Berie) 현장에서 흐르는 물의 흐름을 측정 한 날짜와 같은 시간에 인근의 4 개 스트림에서 실시간 데이터를 가져 왔습니다. 회귀 분석을 사용하여 NWIS 데이터베이스의 스트림에서 월별 및 연간 스트림 흐름을 예측했습니다. 우리는 그의 net-metered 수력 전기의 비용 효과 성을 결정하기 위해 그의 시스템의 연간 에너지 생산을 산정하기 위해 이것을 사용했다.

There’s a valve and vacuum break at the top of the 4-inch penstock where it enters the dam, next to the overflow culvert. The pipe had not yet been connected to the elbow.

4인치 수압관의 상부에는 밸브(그림에서 빨간손잡이)와 진공차단장치(에어밴트)가 있으며, 취수파이프(그림에서 하얀 파이프)는 오버 플로우 칼바트(파형관 수구) 옆에 있는 파이프로  저수지(폰드: 저류조 ⇒ 위의 저수지 사진 참고)의 취수 스크린에 연결됩니다.  파이프가 아직 엘보우(연결장치)에 연결되지 않았습니다. 

4. Gear & Installation

        기어 및 설치

Since we knew the maximum output would be around 2 kW, we purchased a 2 kW grid-intertied system from Hydro Induction Power. This package includes a four-nozzle turbine with a turgo runner and a 2 kW alternator, AC and DC disconnects, a controller and ceramic air-heater diversion load, and a 2 kW Sunny Boy grid-tied inverter. 

최대 출력이 약 2kW라는 것을 알고 있었기 때문에, 우리는 Hydro Induction Power로부터 2kW 그리드 인터 레이드 시스템을 구입했습니다. 이 패키지에는 turgo runner와 2kW 교류 발전기, AC 및 DC 차단 장치, 컨트롤러 및 세라믹 에어 히터 전환 부하 및 2kW Sunny Boy 계통 연 결 인버터가있는 4 노즐 터빈이 포함됩니다. 

Turbine design and runner efficiency are strongly linked to vertical head and available flow. Because this system is characterized by its relatively high head and low flow, it is ideally suited for either a turgo or Pelton runner. Alternatively, high flow and low head sites are best suited for propeller, Kaplan, or Francis runners. To convey the water from intake to turbine, we purchased HDPE pipe in 20-foot lengths from a local geothermal supply company.

터빈 설계 및 러너 효율은 수직 헤드 및 가용 흐름과 강하게 관련되어 있습니다. 이 시스템은 머리와 흐름이 상대적으로 높기 때문에 turgo 또는 Pelton 주자에게 이상적입니다. 또한 높은 유량과 낮은 헤드 위치는 프로펠러, 카플란 또는 프란시스 런너에서 가장 적합합니다. 취수구에서 터빈으로 물을 전달하기 위해 우리는 지열 공급 업체로부터 20 피트 길이의 고밀도 폴리에틸렌 파이프를 구입했습니다.

The students from my lab classes and I installed the system over five weeks. We started by hand-excavating a flat area at the base of the waterfall, and poured a concrete pad. A 4-by-4-by-8-foot shed was built on it to house the turbine and power electronics. The 20-foot HDPE pipe sections were fused with a Central Plastics BS-4 pipe welder; stainless steel fittings transition between the HDPE penstock and both the PVC intake and distribution manifold.

내 실험실 수업의 학생들과 5주 이상 시스템을 설치했습니다. 우리는 폭포 바닥에있는 평평한 지역을 손으로 굴착하고 콘크리트 패드를 부어서 시작했습니다. 터빈 및 전력 전자 장치를 수용하기 위해 4 x 4 x 8 피트 크기의 창고가 건축되었습니다. 20 피트 높이의 HDPE 파이프 섹션은 Central Plastics BS-4 파이프 용접기로 융착하였습니다. 스테인레스 스틸 피팅은 HDPE 수압관과 PVC 흡입 및 분배 매니 폴드 사이를 전환합니다.

 퓨전융착작업 : 파이프는 동결방지 및 파손보호를 위해서 30cm이상(빌결방지 깊이로 지역에 따라서 다름) 매립하는 것이 좋음

참고: Cold Weather Microhydro - Lessons Learned ⇒ http://cafe.naver.com/renewableenergy/80117

In the holding pond, the intake uses a vertical, screened, perforated PVC pipe to exclude debris, fish, and amphibians; a ball valve for flow control; and vacuum relief to drain the system for maintenance. 

홀딩연못에서, 흡기구는 파편(데브리스), 물고기 및 양서류를 배제하기 위해 수직의 물과 이물질을 선별하기 위해 천공된 PVC 파이프를 사용합니다.  

At the power shed, four brass gate valves control flow to the nozzles, to adjust overall flow throughout the year. 

① 흐름 제어를 위한 볼 밸브; 및  ② 유지 보수를 위해 시스템을 배수하기위한 진공 릴리프(에어밴트). 발전하우스에는 4개의 황동 게이트 밸브가 노즐로 가는 물의 흐름을 제어하여 연중 전체 흐름을 조정합니다.

We put in two each of 1/2 and 9/16 in. nozzles so that Bernie can turn nozzles off and on to match the stream flow throughout the year. We connected the brass valves to the turbine with 1-inch braided, reinforced flexible PVC tubing to allow disconnecting from the penstock for maintenance and purging the pipe. Because braided PVC can be difficult to remove from barbed fittings, we used Banjo cam lever couplings at the turbine to disconnect the turbine from the manifold quickly and easily.

버니씨(Bernie)가 일년 내내 흐름을 일치시키기 위해 노즐을 켜고 끌 수 있도록 1/2 및  9/16 인치 노즐을 각각 2개씩 넣었습니다. 우리는 황동 밸브를 1인치 꼬인 편조된 유연한 PVC 튜브(플랙시블 튜브)로 터빈에 연결하여 유지보수 및 파이프 퍼지를 위해 수압관에서 분리할수 있게 되도록 설치 했습니다. 편조된 PVC는 미늘재 피팅으로 되어 있어서 제거하기가 어려울 수 있으므로 터빈에서 반조 캠 레버 커플링(Banjo cam lever couplings)을 사용하여 매니폴드(다기관)에서 터빈을 쉽고 빠르게 분리할수 있도록 했습니다.

---------------------------------------------------------빈조프로덕트-------------------------------------------------------------

bit.ly/BanjoProducts

http://banjocorp.com/products/cam-lever-couplings/part-b

http://banjocorp.com/products/cam-lever-couplings/part-b/stainless-steel/200bss

Cam Lever Couplings

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Water exits the bottom of the powerhouse onto the concrete pad. Several layers of fencing and large stones make up a gabion wall that forms a tailrace to return water to the stream. This reduces erosion of the stream bank, but still gives Bernie a small waterfall that he can see from his house.

물은 발전소 바닥에 위치한 콘크리트 패드 위로 빠져 나갑니다. 펜싱(fencing)과 커다란 돌을 여러 층 겹쳐서 가비온(gabion : 돌망태) 벽을 구성하여 물이 흡수되어 물줄기로 되돌아 오도록 방수구(tailrace : 울타리 그물)를 만듭니다. 이것은 스트림 뱅크(냇가 둑)의 침식을 줄일뿐 아니라, 이 풍경은 버니에게 그의 집에서 볼 수있는 작은 폭포를 제공합니다.

 수압관 종결부에 설치된 차단밸브 및 압력계

The powerhouse contains a three-pole AC disconnect, a diversion controller, and a diversion load. We opted to mount these components inside the powerhouse in case a tree fell onto the aerial wire run to Bernie’s house. Because of bedrock, buried conduit was not possible. 

발전실에는 3상 AC 차단 장치, 전환 제어장치 및 전환부하(잉여전력을 태우는 용도)가 있습니다. 버니씨의 집으로 이어지는 가공(공중)선 위에 나무가 떨어졌을 때를 대비하여 우리는 이 장치들을 터빈하우스에 설치하기로 결정했습니다. 기반암 때문에 매립된 도관은 설치가 불가능했습니다. 

From the controller, we ran the DC output conductors along the penstock and then back uphill in flexible liquid-tight metal conduit. 

컨트롤러에서 수압관(penstock)을 따라 DC 출력 컨덕터를 가동한 다음 유연한 액-밀식(liquid-tight) 금속도관으로 위쪽으로 연결했습니다. 

We installed a utility pole to span aluminum SE cables across the stream to a weather-head on the house. The DC disconnect, inverter, analog production meter, and AC disconnect were put on the outside wall of Bernie’s house (mostly so that students could access the electrical equipment without going into his house). The system backfeeds a 15 A breaker in the home’s main service panel.

우리는 알루미늄 극세 케이블을 하천에 가로 질러 집안의 기상-조건에 이르는 전주를 설치했습니다. DC 분리기, 인버터, 아날로그 전력량계,  AC 차단기는 버니씨(Bernie) 집의 외벽에 설치되었습니다 (대부분 학생들이 집에 들어 가지 않고도 전기 장비에 접근 할 수있게 되었습니다). 이 시스템은 가정의 주요 서비스 패널에 15A 차단기를 백피드합니다.

5. Site Challenges

A major issue was dealing with the steep terrain during construction. Working with students in this environment became an exercise in risk management. 

주요 이슈는 건설 중 가파른 지형을 다루는 것이 었습니다. 이 환경에서 학생들과 함께 일하면서 위험 관리에 대한 연습이 되었습니다. 

However, tower climbing and rescue are part of the RRT curriculum, and some of the students were already familiar with high-angle rescue and overhead rigging systems. We built a high line to bring all of the materials to the powerhouse, including bags of cement, building materials, and the electrical equipment. We also built a rock staircase and hand line for easier access to the turbine.

그러나 타워 등반과 구조는 RRT 커리큘럼의 일부이며 학생들 중 일부는 이미 하이 앵글 구조 및 오버 헤드 장비 시스템에 익숙해 있습니다. 우리는 시멘트 백, 건축 자재 및 전기 장비를 비롯하여 모든 재료를 발전하우스로 가져올 수있도록 높은라인(삭도)을 구축했습니다. 우리는 또한 터빈에 쉽게 접근 할 수 있도록 암석 계단과 핸드라인(핸드 가이드)를 만들었습니다.

Microhydro electricity systems require more owner attention than PV systems. The first real eye-opener occurred when the perforated standpipe intake dislodged from the slip fitting we installed for maintenance purposes. 

초초소수력 전력 시스템은 PV 시스템보다 더 많은 소유주의 관심을 필요로합니다. ① 첫 번째로 진짜 눈을 뜨게하는 것은 구멍 뚫린 직관 흡입구(취수 스크린) 가 유지보수 목적으로 설치한 슬립 피팅에서 빠져 나왔을 때 발생했습니다. 

The intake dislodged just as madtom catfish were spawning in the retention pond. Troubleshooting a loss of power, I found four nozzles packed with little fish. Since then, we have secured the intake and have had no debris—or critters—entering the pipe.

마돈메기(madtom catfish : 담수산(産)의 가물치류의 Naturus 속(屬)의 물고기의 총칭; 모양은 올챙이 비슷하며, 가슴지느러미의 가시에 독이 있다; 미국 중·동부산(産))가 고정 연못에서 산란하는 시기에는 취수량도 감소했습니다.  이러한 취수량 감소에 따른 전력손실 문제를 해결하기 위해 취수장치를 점검결과, 4개의 노즐 주변에 작은 물고기가 모여 들어 구멍이 막혀 있음을 발견했습니다. 그 이후로 우리는 취수를 확보하기 위해서,  파편이나 생물(마돈 메기등)들이 파이프에 도달치 못하도록 하고 있습니다.

A Morrisville State College student with the (L to R) DC disconnect; SMA Sunny Boy 2.5 kW batteryless grid-tied inverter; hydro production kWh meter; and AC disconnect. From there, the input backfeeds a 15 A breaker in the main distribution panel.

① DC 디스콘스위치 (모리스빌 주립대학 학생옆 오른쪽에 있음) ; 

② SMA Sunny Boy 2.5 킬로와트 배터리없는 계통 연계형 인버터; 

③ 수력 발전량 kWh 미터; 및 AC 연결차단 스위치. ⇒ 여기에서 발전된 교류입력은 기본배전판(분전반)에 15 A 차단기로 백피드 되어 부하 및 계통으로 전력이 공급됩니다.

In February 2015, we were gripped in a two-week cold snap, with temperatures never rising above 15°F and dropping to a low of -31°F. Worried, we drained the penstock to avoid pipe damage. 

2015년 2월, 보통 2월에는 화씨 15도(섭씨 -9.3도) 이상으로 온도가 올라가지 않지만, 요즈음은  -31 ℉(섭씨 -35도)의 온도로 떨어지는 2주간의 추운 날씨에 우리의 몸은 바짝 움츠러 들었습니다. 걱정스럽게도 우리는 파이프 손상을 피하기 위해 수압관의 물을 배출했습니다.

Unfortunately, the ball valve at the intake then froze and split. In hindsight, it would have been better to crack the upper ball valve and allow flow through an open gate valve, disconnected from the turbine nozzle.

불행하게도, 볼밸브의 흡입구쪽이 얼어 붙어, 파이프가 터져 있었습니다. 뒤돌아 생각해 볼 때,  상부 볼 밸브를 없애고, 대신에 터빈 노즐에서 분리된 개방형 게이트 밸브를 통한 흐름을 허용하는 것이 좋을 것 같습니다.

 --------------------------------------------------------------------------------하이모터 참고링크-------------------------------------------------------------------------------------

http://cafe.naver.com/renewableenergy/78174   http://cafe.naver.com/renewableenergy/74245  http://cafe.naver.com/renewableenergy/78446

https://www.facebook.com/hipowerhydro/     http://www.hipowerhydro.com/   http://www.homehydro.com/

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The turbine includes a 4-inch turgo runner and four nozzles.

터빈에는 4 인치짜리 turgo runner와 4 개의 노즐이 있습니다.

During a particularly wet spring in 2016, a stream on a neighboring property jumped its banks. Stream overflow rushed across a large pasture and into Bernie’s valley, sending cascaded shale onto the penstock, distribution manifold, and powerhouse. The entire rock staircase was gone within a 3-hour period. One of the shale pieces took out the pressure gauge upstream of the valves, so water was shooting out of the pipe. The repair required draining the line and changing the manifold setup to better protect it from future rockslides.

특히 2016년에 습기가 많은 봄철 동안, 이웃 한 부동산의 시내가 둑을 뛰어 넘었 범람했습니다.  범람된 홍수(스트림 오버 플로우)는 커다란 목초지와 버니(Bernie 's)씨 소유 계곡으로 달려가 계단식 수압관 (penstock), 분배 다기관 및 파워하우스로 혈암(세일암, 점판암)을 휩쓸려 내려 보냈습니다. 전체 바위 계단이  3시간 내에 사라졌습니다. 셰일 조각 중 하나가 밸브의 압력계 상류 측에 충돌하여 물이 파이프에서 튀어 나오고 있었습니다. 수리를 위해 라인을 배수하고 매니 폴드 설치를 변경하여 미래의 산사태로부터 더 잘 보호해야만 하는 작업을 했습니다.

A HiPower 300 VDC hydro controller and disconnect.

HiPower 300 VDC 하이드로 컨트롤러 및 분리.

The most challenging part of system operation is squeezing every kWh of energy from it. Because of rapid flow changes, capturing water from a two- or three-day storm event can boost the system’s production by 60 to 80 kWh during that time. 

시스템 운영에서 가장 어려운 부분은 에너지를 kWh 씩 쥐어 짜는 것입니다. 급격한 흐름 변화로 인해 2 ~ 3 일간의 폭풍으로 인해 물을 포획하면 그 시간 동안 시스템의 생산량을 60 ~ 80 kWh까지 증가시킬 수 있습니다. 

This need for hands-on interaction from the homeowner makes actual energy production nearly impossible to accurately predict. If Bernie were less willing or physically unable to traverse the steep terrain down to the turbine to adjust valves based on available flow, the system’s annual energy production would be substantially lower.

집주인과의 실제적인 상호 작용의 필요성은 있지만,  실제 에너지 생산을 정확하게 예측하는 것을 거의 불가능하게 만듭니다. Bernie가 가파른 지형을 터빈쪽으로 흘러가는 흐름을 기반으로 밸브를 조절할 노력(의향)이 적을경우  시스템의 연간 에너지 생산량이 현저하게 낮아질 것입니다.

 터빈실

6. Moral of the Story

       이야기의 교훈

Would we do it again? Yes. My students and I have designed and installed five residential and farm hydro systems through the years. In each case, success of the project was dependent upon a robust design; realistic expectations of system maintenance and operation by the homeowner; and funding through grants to keep systems cost-competitive with current utility rates.

다시 할 수 있을까요? 예. 우리 학생들과 저는 수년에 걸쳐 5 개의 주거 및 농장 수력 시스템을 설계하고 설치했습니다. 각각의 경우에 프로젝트의 성공은 견고한 설계에 달려있었습니다. 주택 소유자에 의한 시스템 유지 보수 및 운영에 대한 현실적인 기대; 시스템을 현재 유틸리티 요금으로 비용 경쟁력을 유지하는 보조금을 통한 자금 지원이 필요하다.

 터빈하우스 전경

Bernie was my favorite hydro “client” because of his willingness to help with the construction and his interest in seeing the project succeed in all weather conditions. He is exceptionally happy to fulfill his dream of using the stream to reduce his carbon footprint. Students are happy to get real-world experience in system design, installation, and troubleshooting. Outreach into the community with renewable energy education is the best thing I can think of for future generations, for environmental, economic, and social advancement.

버니는 건설과 모든 기상 조건에서 프로젝트가 성공하는 것을 보았던 것에 대한 그의 관심 때문에 내가 가장 좋아하는 하이드로 "클라이언트"였습니다. 그는 자신의 이산화탄소 배출량을 줄이기 위해 하천을 사용하는 꿈을 이루기 위해 그가 노력했던 노력에 대한 활동들을 특별히 저는 기쁘게 생각합니다. 학생들은 시스템 설계, 설치 및 문제 해결에 대한 실제 경험을 얻게되어 기쁩것입니다. 신 재생 에너지 교육으로 지역 사회에 대한 봉사 활동은 미래 세대, 환경적, 경제적 및 사회적 발전을 위해 내가 생각할 수있는 최선의 방법입니다.

Web Extras

USGS NWIS database • bit.ly/USGSwaterdata

Hydro Induction Power • hipowerhydro.com

Central Plastics pipe welder • bit.ly/FusionWelder

Banjo Liquid Handling Products • bit.ly/BanjoProducts

NYS DEC Environmental Resource Mapper • dec.ny.gov/gis/erm/

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초초소수력 발전졍격 계산

Power extraction = h × r × g × Q × H [kW]

발전전력 P[kW] = 9.8[m/s²] × Q[m³/s] × H [kW]

Where:

○ h is efficiency

○ r is water density (about 1,000 kg/m³)

○ g is 9.81 m/s²

○ Q is flow in m³/s

○ H is vertical head in m

○ Efficiency (h) accounts  for all of the energy conversions once water has left the pipe:

○ Nozzle efficiency—0.8 to 0.95 is common depending on the nozzle shape.

Runner efficiency, which follows typical curves based on runner type, head pressure, and percent of maximum flow—about 90% for turgo runners at high head.

러너 유형, 헤드 압력 및 최대 유량의 퍼센트에 따른 전형적인 곡선을 따르는 러너 효율 - 고낙차에서의 turgo 런너의 경우 약 90 %.

Alternator efficiency, which varies wildly depending on rpm—up to 80% or so.

교류 발전기의 효율은 rpm에 따라 격렬하게 변합니다. 최대 80 % 정도입니다.

Wiring and power electronics—2% to 3% for line losses; 3-5% each for controllers and inverters.

When these are multiplied together, the water-to-wire-efficiency is about 60%.

배선 및 전력 전자 장치 - ① 라인 손실의 경우 2 % ~ 3 %; ② 컨트롤러와 인버터 각각 3-5 %.

이들이 곱해질 때, water-to-wire-efficiency는 약 60 %입니다.

H has to be adjust for dynamic conditions, following Bernoulli’s equation. In microhydro systems, both major losses (pipe friction described by the Hazen-Williams equation) and minor losses (valves and fittings, a function of pipe velocity) must be accounted for. 

베르누이 방정식에 따라 H는 동적 조건에 대해 조정해야합니다. 초초소수력 시스템에서는 주요 마찰손실 (Hazen-Williams 방정식에 의해 묘사 된 파이프 마찰)과 작은 손실 (밸브 및 부속 장치, 파이프 속도의 함수)을 모두 고려해야합니다. 

A typical pipe should aim to keep dynamic head to about 70% of static head.

일반적인 파이프는 다이내믹 헤드를 고정 헤드의 약 70 %로 유지해야합니다.

Assuming a small microhydro system with 100 feet of head (gross) and 100 gpm, we can estimate power output as 100 × 100 ÷ 12 (range could be 8–12) = 833 W.

100 feet (head) (100 gpm)와 100 gpm (100 gpm)의 소형 마이크로 하이드로 시스템을 가정 할 때, 우리는 100 x 100 ÷ 12 (범위는 8-12) = 833 W로 전력 출력을 예측할 수 있습니다.

Working backward (and converting feet to meters and gpm to cubic meters per second), this gives:

뒤로 작업 (피트를 미터로, gpm을 초당 입방 미터로 변환)하면 다음을 얻을 수 있습니다. 

833 W ÷ (1,000 kg/m2 × 9.81 m/s2 × 0.00631 m3/s × 30.4 m) = 44% efficiency 

The easiest way to increase efficiency (from 44%) is to properly match the nozzle to the runner and the alternator rpm to the jet velocity and flow, and slightly oversize the pipe (if funds allow for it). This is how we improved the efficiency of Bernie’s system.

(44 %에서) 효율을 높이는 가장 쉬운 방법은 노즐을 러너에, 알터네이터 rpm을 제트 속도와 유량에 적절하게 맞추고, 파이프를 약간 크게 하는 경우 (자금이 허용하는 경우)입니다. 이것이 Bernie 시스템의 효율성을 개선 한 방법입니다.

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[출처] 카페 대문 (앞서가는 사람들(신재생,태양광,풍력,소수력,에너지절약등)) |작성자 세옹지마

[코난.카페장(경기)]

터빈이 색다르네요 산골자기 약간의 물로도 발전이 가능하군요

[travel]

자세한 설명 감사합니다. 공학적 이해 위한 약간의 공부가 필요하나 구체적 장기플랜으로 시도해봐야겠습니다