Stroom opwekken uit pijpleidingstroom: Hydraulische generatoren voor afgelegen installaties

Het van stroom voorzien van externe bewakingsapparatuur op waterdistributienetwerken is altijd een praktische uitdaging geweest. Op de meeste afsluiters en reservoirs op het platteland is geen elektriciteit beschikbaar. Zonnepanelen werken wel, maar ze liggen bloot, moeten regelmatig schoongemaakt worden en zijn een aantrekkelijk doelwit voor diefstal - een aanzienlijk operationeel probleem op onbeheerde locaties. In-line hydraulische stroomgeneratoren hebben een andere aanpak: ze onttrekken een klein deel van de kinetische energie die al in de pijpleidingstroom aanwezig is en zetten die om in bruikbare gelijkstroom, zonder opbouwcomponenten.

Hoe ze werken

Een hydraulische stroomgenerator wordt rechtstreeks in de pijpleiding geïnstalleerd als een geflensd spoelstuk. In het huis zet een turbine of waaier de snelheid van het stromende water om in rotatie-energie, die een kleine generator aandrijft die gelijkstroom produceert. De spanning is instelbaar binnen een bereik dat voldoet aan de gebruikelijke vereisten van telemetrie- en bewakingsapparatuur - gewoonlijk 12 tot 96 V DC, afhankelijk van de eenheid.

Het drukverlies over de generator is bescheiden: genoeg om het vereiste vermogen te onttrekken, maar niet genoeg om in de meeste installaties de hydraulica van het netwerk wezenlijk te beïnvloeden. De generator produceert vermogen wanneer er stroming is, wat op een goed functionerende distributieleiding continu of bijna continu is.

Wat ze macht

De meest voorkomende toepassing is het voeden van een telemetriestation op een afgelegen districtmetergebied of drukreduceerinstallatie. Een standaard SCADA RTU, een druktransmitter en een datalogger van een debietmeter verbruiken samen relatief weinig stroom - ruim binnen het vermogen van een kleine in-line generator op een DN50 tot DN100 hoofdleiding. De generator laadt een batterij of supercondensator op die de apparatuur tijdens korte perioden van laag debiet ondersteunt.

Grotere eenheden produceren genoeg vermogen om elektrisch bediende kleppen te bedienen - handig voor afgelegen reservoirs waar een magneetklep moet worden bediend zonder netvoeding. Met kleinere vermogens kunnen generatoren waterkwaliteitssensoren, niveautransducers en radiotelemetriemodems van stroom voorzien. Waar voorheen standaard een zonnepaneel werd gebruikt, is de in-line generator het overwegen waard als de pijpleiding constant onder druk staat.

Praktische voordelen ten opzichte van zonne-energie

Zonnepanelen hebben een vrije zichtlijn naar de hemel nodig, wat ze uitsluit in klepkamers en het moeilijk maakt om ze discreet in gevoelige landschappen te plaatsen. Ze degraderen geleidelijk door blootstelling aan UV-straling en vervuiling, waardoor de opbrengst jaar na jaar afneemt. In Noord-Europa is de instraling in de winter laag genoeg om veel te grote panelen en batterijbanken nodig te hebben om het hele jaar door betrouwbaar te kunnen werken.

Een in-line hydraulische generator heeft geen bovengrondse onderdelen. Hij zit volledig in de klepkamer, is van buitenaf niet zichtbaar en kan niet worden verwijderd zonder de pijpleiding te isoleren. De prestaties nemen niet af met de tijd, zoals de efficiëntie van zonnepanelen afneemt na jaren van blootstelling. Het enige onderhoud is de periodieke controle van de afdichtingen en lagers - in principe niet anders dan bij andere flensfittingen in de kamer.

Overwegingen bij de installatie

Hydraulische generatoren hebben een minimaal debiet nodig om bruikbare output te produceren. Ze zijn het meest geschikt voor leidingen met een redelijk consistente vraag, zoals hoofddistributieleidingen, bulkaanvoerpunten en reservoirinlaten. Op systemen met een zeer intermitterend debiet - kleine landelijke serviceaansluitingen of onregelmatig gebruikte hoofdbrandblusleidingen - is een back-upbatterij voor de periodes met laag debiet essentieel, of kan een alternatieve stroombron praktischer zijn.

De generator moet stroomopwaarts van alle regelkleppen of meters geïnstalleerd worden die drukschommelingen kunnen veroorzaken die de stabiliteit van de uitvoer kunnen beïnvloeden. Door de standaard flensaansluitingen volgens EN 1092-2 kan de generator eenvoudig worden geïntegreerd in elke kamer die ontworpen is volgens de standaardafmetingen.