Onderzoek lokale energieopslag

Onderzoek lokale energieopslag

Datum: 4 oktober 2014 Uitgevoerd door: N.M. Samsom Versie: V1.01 beknopte versie

Uitgevoerd door:

In opdracht van:

Inhoudsopgave 1

Doel ................................................................................................................................................. 3

2.

Wateropslag .................................................................................................................................... 4

3

4

2.1

Voorbeeld berekening wateropslag 1 ..................................................................................... 4

2.2


2.3


Energie opwekken ........................................................................................................................... 6 3.1

Kiezen micro-hydro generator ................................................................................................ 6

3.2

Voorbeeld berekening Low head generator ........................................................................... 7

Wateropslag vullen.......................................................................................................................... 8 4.1

Kiezen waterpomp .................................................................................................................. 8

4.2

Berekening waterpomp ........................................................................................................... 9

5

Investering ..................................................................................................................................... 10

5

Conclusie ....................................................................................................................................... 11

6

Bronnen ......................................................................................................................................... 12

Pagina 2 van 12

1

Doel

Het doel van dit onderzoek het aantonen van de haalbarheid van het lokaal opslaan van schone energie op een agrarisch bedrijf. De opgeslagen energie dient op ieder willekeurig moment te kunnen worden onttrokken. Het opslaan van de energie gebeurt in een leegstaande mestsilo, deze mestsilo wordt gevuld met slootwater dat in de buurt aanwezig is. Het vullen van de leegstaande mestsilo gebeurt op een duurzame manier bijvoorbeeld door gebruik te maken van zonne-energie. Op het moment dat er op het agrarische bedrijf energie nodig is zal er een kraan worden opgedraaid onderaan de mestsilo zodat het water uit de silo stroomt, deze waterstroom zal een generator aandrijven die elektrische energie opwekt. In de volgende hoofdstukken zal de haalbaarheid van dit concept worden onderbouwd met berekeningen.

Pagina 3 van 12

2.

Wateropslag

Het opslaan van water in een leegstaande mestsilo

2.1

Voorbeeld berekening wateropslag 1 Wateropslag

D H h d1

Omschrijving diameter tank hoogte tank vloeistofhoogte in de tank diameter aftap punt

waarde 12,00 5,00 5,00 0,10

eenheid meter meter meter meter

Formule leegstroomtijd (

)

√

20560,94 sec 342,68 min 5,71 uur

Formule Debiet uit Q uit = Vh / t

98,96 1,65 0,03 27,49

m3/uur m3/min m3/sec L/sec

- Leegstroomtijd van een volle silo is gelijk aan 5,71 uur bij een uitstroom opening van Ø10cm - Debiet* in de uitstroompijp op het moment van een volle silo is gelijk aan 27,49 liter per seconde. *Debiet is het aantal liters water die per seconde door de aftap opening stoomt.

2.2


D H h d1

Omschrijving diameter tank hoogte tank vloeistofhoogte in de tank diameter aftap punt Formule hydrostatische druk (Pa) p=ρ*h*g Formule Debiet uit Q uit = Vh / t

waarde 12,00 5,00 1,00 0,10


9809,706 Pa 0,098 bar 44,26 0,74 0,01 12,29


- Debiet in de uitstroompijp bij een silo met nog 1 meter vloeistof hoogte is gelijk aan 12.29 liter per seconde bij een uitstroom opening van Ø10cm

Pagina 4 van 12

2.3


D H h d1

Omschrijving diameter tank hoogte tank vloeistofhoogte in de tank diameter aftap punt

waarde 12,00 5,00 1,00 0,15


99,58 1,66 0,03 27,66


Formule Debiet uit Q uit = Vh / t

- Debiet in de uitstroompijp bij een silo met nog 1 meter vloeistof hoogte is gelijk aan 27,66 Liter per seconde als de uitstroom opening wordt vergroot naar Ø15cm. Conclusie; In rekenvoorbeeld 1 is de diameter van het aftappunt Ø10cm, in voorbeeld 2 is deze diameter gelijk aan die bij rekenvoorbeeld 1, maar inmiddels is het vloeistof niveau gedaald naar 1 meter in de tank waardoor ook het debiet op het aftappunt is gedaald naar 12,29L/sec. In rekenvoorbeeld 3 is de vloeistofhoogte in de tank gelijk aan die van rekenvoorbeeld 2 maar de diameter van het aftappunt is i.p.v. Ø10cm Ø15cm geworden. Met deze grotere aftap diameter bij een lage vloeistofhoogte is het debiet gelijk aan het voorbeeld met de hoge waterstand en de kleine aftap diameter. In het kort; Naarmate de vloeistofhoogte in de tank daalt, zal de diameter van het aftappunt moeten worden vergoot om een constant debiet in het aftappunt te houden.

Pagina 5 van 12

3

Energie opwekken

3.1

Kiezen micro-hydro generator

Het bedrijf Powerspout uit Nieuw-Zeeland heeft zich gespecialiseerd in het ontwikkelen en installeren van micro-hydrogeneratoren die op basis van een waterstroom energie kunnen omzetten in elektriciteit. Dit bedrijf biedt een drietal micro-hydrogeneratoren aan: het type Pelton, Turgo en Low head. Het type Lowhead is voor onze toepassing het meest geschikt omdat het kan functioneren met een lage “waterhead” als die van onze toepassing. De “waterhead” is het verschil tussen de instroomhoogte van de pomp en de uitstroom hoogte van de pomp. Nadeel van dit type pomp is dat dit type vraagt om een relatief hoog debiet, minimaal 25 liter per seconde. Typen micro-hydrogeneratoren

Afbeelding Low head micro-hydro generator

Specificaties Low head micro-hydro generator

Pagina 6 van 12

3.2

Voorbeeld berekening Low head generator

Het bedrijf Powerspout stelt op haar website een calculator beschikbaar waarmee het op te wekken vermogen van de Lowhead micro-hydrogenerator berekend kan worden. Als de gegevens uit voorgaande berekeningen worden ingevuld in deze calculator, levert dat onderstaande gegevens op. Input: Available Flow: 27.0 lps Used Flow: 27.0 lps LH Head: 1.5 m Pipe Material: Drawn plastic tube Pipe Fall: 0.1 m Pipe Diameter: 400 mm Pipe Length: 20.0 m Water Depth in Pipe: 109 mm Pipe Capacity: 195.1 lps Draft Tube Diameter:190 mm Number of Powerspout LH Units: 1 Operating RPM: 749 rpm "No Load" RPM: 1264 rpm

Results: LH Output Voltage: 149 V LH "No Load" Voltage:336 V Target Cable Efficiency: 90 % Actual Cable Efficiency: 98 % CableLength: 20 m Load Max Voltage: 400 V Load Min Voltage: 50 V ActualLoadVoltage: 146 V Cable Material: Copper Cable Size: 0.311 mm^2 Cable AWG: 22 AWG Cable Amperage: 1.3 A

Actual Total Output: 192 W

Leeglooptijd silo is gelijk aan 5,71 uur 5,71 uur x 192W = 1095.32 Wh = 1.09 Kwh

Pagina 7 van 12

4

Wateropslag vullen

4.1

Kiezen waterpomp

Om de wateropslag weer te vullen is een waterpomp nodig. Als voorbeeld is er gekozen voor een vuilwater dompelpomp van het type Maxima 24000.

Specificaties van de Maxima 24000 Vuilwater Dompelpomp Gewicht

13 kg

Fabrikant

TIP

Voltage

230 Volt

Wattage

950 Watt

Materiaal

RVS

Persaansluiting

1,5"

Max. pompcapaciteit

24.000 liter per uur

Max. opvoerhoogte

9 meter

Max. grootte van gepompte vaste deeltjes

35 mm

Max. temperatuur vloeistof

35°C

Afmetingen (l x b x h)

21 x 21 x 48,5 cm

Lengte aansluitkabel

10 meter

Pagina 8 van 12

4.2

Berekening waterpomp

De pomp wordt aangedreven door duurzame energie, bijvoorbeeld zonne-energie. Aangenomen wordt dat er op de agrarische onderneming een gemiddelde solar installatie aanwezig is die effectief 10 uur per dag de waterpomp kan aandrijven zonder daar energie van het elektriciteitsnet voor te hoeven onttrekken. Waterpomp Omschrijving Pomp capaciteit bij uitstroomhoogte Voltage Wattage

eenheid 15,75 230,00 950,00

waarde m3/uur volt watt

Gegevens: Vermogen benodigd Aantal m3 water verpompt Aantal uren pompen tank vol Vermogen 1 hele tank vulling

9500,00 10,00 35,89 34091,43

Wh/dag uur/dag uur Wh

9,50 157,50 3,59 34,09

Kwh/dag m3/dag dagen Kwh

Opmerking; Type pomp Maxima 24000 Om de lege wateropslag helemaal te vullen zijn 3,6 dagen nodig en 34Kwh aan vermogen om de waterpomp te laten pompen.

Pagina 9 van 12

5

Investering

Energievoorziening voor de waterpomp die de wateropslag weer moet vullen is reeds aanwezig. Waterpomp Low Head micro-hydro generator Aansluitmaterialen Installeren en in gebruik nemen Onvoorzien

€ 250,00 € 1850,00 € 1850,00 € 2000,00 € 500,00

Investering totaal € 6450,00 Exclusief btw.

Pagina 10 van 12

5

Conclusie

Het vullen van een complete wateropslag zoals in het voorbeeld is aangenomen neemt ongeveer 3,5 dag in beslag, het laten leegstromen van dezelfde opslag neemt ongeveer tussen de 4,5 en 6 uur in beslag. De energie die erin wordt gestoken bedraagt ongeveer 34Kwh op basis van de gekozen pomp in dit voorbeeld. De energie die het oplevert is ongeveer gelijk aan 1Kwh met de gekozen microhydrogenerator. Op basis van de gekozen pomp en micro-hydrogenerator kunnen we stellen dat deze manier van energie omzetten/opslaan niet erg efficiënt is en een investering van ongeveer €6450,00 niet rechtvaardigt. Met een verdiepend onderzoek naar gebruik van een efficiënte waterpomp en ander type microhydrogenerator is het waarschijnlijk wel mogelijk om een beter rendement te behalen.

Pagina 11 van 12

6

Bronnen

Micro-hydrogenerator

www.powerspout.com

Waterpomp

www.waterpompshop.nl

Pagina 12 van 12

Onderzoek lokale energieopslag

Recommend Documents