Discussione: Gestione turbina

Salve a tutti
Dopo una pausa forzata dovuta ad impegni di lavoro, una trasferta particolarmente molesta, torno a porre delle domande agli amici del forum, che già mi hanno permesso di risolvere un problema alla grande, per cui persevero.
Ho il problema di accumulare dell’energia di giorno per utilizzarla poi la notte; specialmente per la mia particolare applicazione l’unica via percorribile appare essere quella idraulica; in sostanza devo generare una potenza quasi continuamente variabile da circa 5 Kw a 30 Kw max; sto valutando di costruire un invaso su di una collinetta prospicente l’area, alta nel punto di possibile presa 24 mt, con una pendenza della condotta che potrebbe superare il 75%; La condotta sarebbe in polietilene di grosso spessore, piu’ conformabile rispetto al pvc che e’ rigido, mentre la tubina sarebbe una banki, oppure molto meglio una pompa-turbina come consigliatomi da Wilmorel in un post precedente.
L’acqua verrebbe pompata nel serbatoio, che non ha quindi fonti di alimentazione sue proprie, per cui il suo contenuto sarebbe “prezioso”.
Le domande che intendo sottoporvi sono varie:
Una turbina, quale che sia, progettata per 30 Kw elettrici, come si comporta erogandone ad es. soltanto 5? E ovviamente consumando l’acqua pertinente a 5 Kw? Avrei un rendimento decente?
Ancora, ho notato che le banky hanno, rispetto al diametro, una larghezza piuttosto grande, almeno rispetto ad altre turbine; potrei quindi suddividere l’ammissione dell’acqua in diversi flussi da parallelizzare a seconda della potenza richiesta? Sarebbero necessari dei diaframmi tra le sezioni delle pale della turbina? oppure conviene l'utilizzo di una valvola proporzionale?
Stante la variabilità del carico, come risponderebbe la turbina? Cioè sto assorbendo, poniamo 5Kw, di colpo aggiungo, diciamo altri 15K, che cosa succede?
Rischio lo stallo della turbina, oppure dovrei gestire il carico agendo con un plc su di un inverter, o ancora inserire un signor volano sull’asse turbina- generatore?
Quale potrebbe essere il tempo di risposta del generatore?
Bene, mi fermo anche se avrei altre mille domande...
Un ultima cosa, nonostate sia un “informatico” non sono riuscito a capire come inviare un msg personale a Wilmorel; qualcuno sa come si fà?
Grazie anticipatamente a tutti coloro che vorranno rispondere.

Intanto benrivisto!
Sono molto di fretta e non mi dilungo sui tuoi interessanti quesiti, ma ti indico il modo di contattarmi con un messaggio.

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Ciao e a risentirci
Will

Ciao a tutti ,
bello il tuo quesito !
Iniziamo subito a dire che al netto delle perdite per evaporazione e infiltrazioni questo impianto ha un rendimento massimo del 50% .

Al netto di altre perdite vuol dire che se il tuo bacino è permeabile sei fregato ,il brutto è che lo saprai soltanto dopo aver fatto il lavoro .

Ricorda che ti serve un bacino anche a valle .

devi spiegare meglio quello che vuoi fare ,

Per produrre 30 kW con 20 mt di dislivello netto servono più di 200 lt al secondo ,sono 720 m cubi ora !

La tubina più adatta è sicuramente una banki ma funziona discretamente male a 5kw il prodotto dei 2 rendimenti :generatore e ruota ti farà sobbalzare sulla sedia ... diciamo 50 % ..e sono un grande ottimista !
La pompa potrà arrivare a 75 % .. finale 37.5% cioè 3,75kW ogni 10 kW consumati ,un disastro a meno che ....

Ciao.

Si, è vero, di prima battuta ti ho consigliato una pompa reversibile, ma questo tipo di macchina ha un comportamento "rigido". A fronte di consistenti variazioni di portata rispetto al nominale, il rendimento crolla a valori bassissimi.
E' però sicuramente efficente per pompare in quota se viene garantita una corretta alimentazione elettrica in termini di frequenza, tensione e potenza assorbita.
La turbina a flusso incrociato, Banki, viceversa si presta bene ad utilizzare portate anche molto variabili con un modesto scadimento delle prestazioni.
La sua regolazione dipende dalla sofisticazione della macchina e dalla ditta costruttrice. La Ossberger utilizza una valvola-diffusore a goccia, mentre altri utilizzano la semplice partizione longitudinale della girante, con alimentazione che tramite due serrande interessa una, due parti o il tutto della stessa.
Per quanto concerne la variabilità del carico, credo che non si possa chiedere alla macchina idraulica di fronteggiare così rilevanti e repentini cambiamenti di carico.
Purtroppo, non avendo competenze in elettrotecnica, non posso offrirti suggerimenti per fronteggiare il problema.

ciao
volevo aggiungere un parere.(spero possa essere di valore).
per quanto ne ho capito tu hai bisogno di 5kw di potenza elettrica costanti, e i restanti 25kw sono variabili.
a mio parere anke se a costi maggiori sicuramente,la suddivisione della tua potenza,per esempio: suddividere in due la potenza con una "turbina da 6 kw " e una da 24kw, avresti una "turbina" ke lavora con un buon rendimento e l'altra con un rendimento scarso. il rendimento complessivo però, o almeno credo, dovrebbe aumentare nel caso ke la "turbina più piccola" lavori molte ore in più di quella con il rendimento scarso.
quindi con questo mio parere( spero utile ) vorrei darti una "mano" e invitare gente competente in materia (come Sandro) ad esprimere un parere.
chiedo scusa per i dati delle potenze ipotizzati a caso e per il lessico scadente !!

ciao

Ciao Colonial.
Posso dare delle idee? Affrontiamo il problema basandoci su dei dati costanti invece che variabili. Suppongo che l’energia giornaliera in kWh che ti serve sia abbastanza costante, bisogna partire per fare un progetto da questo dato.
Secondo me dovresti costruire una stazione di pompaggio che lavori costantemente a una potenza X e quindi una portata XX (se ti fai un contratto con tariffa diurna/notturna conviene che lavori solo quando paghi la tariffa notturna).
Tutte le apparecchiature che assorbono 5Kw possono rimanere allacciate al contatore, se si può costruire un gruppo di generazione idraulico di 25 kW che ti dia istantaneamente la potenza variabile che ti serve. Oppure costruisci un gruppo di generazione idraulico da 30 kW che alimenta tutto l’impianto, ma così quei 5 kW li ottieni indirettamente con un rendimento dal 50 al 70% (una bella perdita!).
Comunque ritengo che la soluzione migliore sia un gruppo di pompaggio fisso di potenza adatta a accumulare la quota di energia variabile che ti serve in un giorno, abbinato ad un gruppo generatore idraulico che possa istantaneamente coprire la quota di potenza variabile di 25kW che ti serve.
Penso che da questi dati sufficientemente costanti si può buttare giù un progetto.
Io non ho nessuna competenza in impianti idroelettrici ma credo che così si semplifica e si chiarisce meglio il problema. Ciao SE-POL.

Originariamente inviata da SE-POL

Ciao Colonial.
Posso dare delle idee?
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(se ti fai un contratto con tariffa diurna/notturna conviene che lavori solo quando paghi la tariffa notturna).
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Penso che da questi dati sufficientemente costanti si può buttare giù un progetto.
Io non ho nessuna competenza in impianti idroelettrici ma credo che così si semplifica e si chiarisce meglio il problema. Ciao SE-POL.

Non vogliatemene se anticipo l'intervento di Colonial, ma nel recente passato mi ha parlato in modo piuttosto dettagliato della sua situazione.
L'impianto in progetto è situato a 40 km dalla più vicina linea di media tensione, e quindi si tratterebbe di una rete domestica/aziendale "in isola" ed il gruppo vasche, pompa, turbina, insieme a generatori eolico-solari dovrebbero fungere da accumulo notturno di energia.

Pompe eoliche

Ciao a tutti ,
si avevo capito che qualche dato ci manca per fare delle ipotesi ma il mio istinto mi dice : non se po' fa !
Le incognite a cui si va incontro sono troppe , proviamo a valutare un impianto a batterie oppure a celle combustibile .
ciao

Salve a tutti
I problemi più grandi emergono sempre dove uno meno se li aspetta; nel mio caso la regolazione del carico; il problema principale è il possibile stallo della turbina al variare del carico; sono in attesa di una risposta da parte di possibili "colonizzatori", dopodichè avvierò un sistema di simulazione composto da un motore sotto plc ed inverter che dovrebbe simulare una turbina, che comanderà, tramite l'interposizione di un congruo volano, un generatore chiuso su di un reostato a liquido che simulerà il carico. Come già postato altrove il bacino sarebbe di circa 10000 m3, impermealizzato con fogli di polietilene uso agricolo; Le celle a combustibile fuori dai laboratori non esistono, mentre le batterie, sottoposto a continui cicli di carica-scarica durerebbero forse settimane. Ovviamente le userei come volani per gestire la commutazione dei carichi; forse dei supercondensatori andrebbero meglio, bisogna vedere i costi. Come generatore pricipale per comandare la pompa di accumulo sto attendendo informazioni da una ditta americana che costruisce turbine a ciclo ORC, staremo a vedere...

Salve
é impossibile che tu abbia una variazione di potenza così elevata senza sapere quando questa accade .
Faccio un esempio : Devo fare partire un compressore per condizionamento o altro . Un segnale proveniente dal PLC o computer manda in Run l'inverter motore o i teleruttori ...Bene in serie a questo segnale mettimo il PLC di controllo turbina il quale sente il segnale in entrata ,apre la valvola turbina e solo quando la turbina ha raggiunto la potenza stabilita da il consenso alla partenza dei motori ,quando si spengono fa il contrario ,non mi sembra un progetto della NASA !!!
Se usi inverter ,lascia perdere volani e prove varie , sono prove costose e inutili ,te lo assicuro !
Se poi i carichi sono di varia natura è sufficiente portare al PLC turbina tutti i consensi di marcia il quale li riconosce e fornisce all impianto la potenza necessaria, puo anche fare la somma della potenze associate ad ogni ingresso .
Concordo con te che batterie e celle sono un problema . Per la turbina sicuramente è meglio usare una macchina che si presta bene ad un funzionamento fortemente parzializzato con un buon rendimento .
Il rapporto minimo -massimo è 5 -30 kW ? bisogna fare una 6 getti ad azione con generatore sincrono e valvole on off per comandare i getti .
Sevono 200lt/sec e 22 mt netti per fare 30kW
Serve una macchina con 6 ugelli da 45 mm x 33lt /sec ogniuno
Una ruota da 350 mm che farà 520 giri minuto
un generatore 12 poli sincrono da 45 kW ,è un po difficile da fare così piccolo e avra un rendimento non proprio da urlo ,forse è meglio usare un semplice generatore 4 poli accoppiato ad un moltiplicatore epicicloidale ad uno stadio (sere 1 a 3 )
Ciao.

Sandro
E' sempre un piacere leggere quello che scrivi.

Colonial
Senza conoscere il tutto è difficle dare consigli. Sicuramente devi stabilizzare i carichi, ma presumo che ci hai già pensato a iosa e se sei arrivato alla conclusione che devi accumulare energia è perchè non hai trovato altre strade.

Provo a dire una stupidaggine (sono solito), magari riesco ad illuminare qualcuno che ci capisce.
Al di là dei rendimenti, qualsiasi trasformazione di energia ti farà perdere qualcosa, il tuo esubero di energia puoi trasformarlo e accumularlo sotto forma di metano da utilizzare poi in un motore endotermico accoppiato ad un generatore?

Magari da qualche altra sezione del forum specializzata possono dirci se è fattibile.

Buon lavoro
Spes

Salve Colonial
Stai maturando idee piuttosto chiare nell'aspetto "generazione" del tuo progetto di impianto in isola, idee che in parte condivido.

Penso però che gli elementi critici, come anche tu ed altri avete rilevato, siano i carichi.
In questa direzione, ciò che maggiormente conta è la conoscenza degli stessi.
La natura dei carichi, la entità, la sequenza, la prevedibilità. Sono cioè carichi resistivi, induttivi, capacitivi, sono frazionati o frazionabili, dilazionabili, intervengono ad orari fissi? Quando inseriti si mantengono a lungo o si inseriscono-disinseriscono ripetutamente?
E' possibile ricavare dai carichi dei segnali predittivi?
Non voglio insistere, ma a questi e simili interrogativi occorrerebbe dare risposta e generare una sorta di simulazione dei carichi possibili.
Penso che una parte consistente delle utenze possa essere ritardata, messa in sequenza e gerarchizzata, in modo tale che l'incremento (o decremento) del carico complessivo nel tempo, consenta al generatore di adeguarsi e non sia mai superiore a quanto lo stesso può sostenere.
Il tutto, ovviamente, dovrebbe essere gestito da logica a microcontrollore e sensori.
Per esempio, fra i vari condizionatori, frigoriferi ecc. alimentati dall'impianto, ognuno dovrebbe essere inserito in sequenza e con un ritardo tale da consentire al generatore di portarsi al regime più opportuno. Quando il termostato di un determinato ambiente raggiunge la temperatura di intervento, manda il segnale non direttamente al proprio condizionatore perchè si attivi, ma al PLC centrale che temporizza l'intervento in funzione del regime del generatore e delle eventuali richieste degli altri carichi.
In altre parole, l'accesso alla rete da parte dei carichi è mediato dal PLC in funzione del regime del generatore.

Originariamente inviata da Spes

............................Provo a dire una stupidaggine (sono solito), magari riesco ad illuminare qualcuno che ci capisce.
................ il tuo esubero di energia puoi trasformarlo e accumularlo sotto forma di metano

Scusate volevo dire idrogeno.

Spes

Ciao ,
Più di colonial ,le stiamo maturando noi le idee di cosa fare !!
Stiamo facendo i conti senza l'oste ! pazienza se rimane un esercizio didattico !
Sandro

Ciao Colonial,
concordo con Spes,
una macchina per elettrolisi genera H e O puri, che puoi rivendere come gas all'industria.
Oppure :
bruciare l' H in motore endotermico-generatore --> elettricità
far reagire l' H in fuel cells ----> elettricità
Credo sia la via migliore

Saluti
Progettista

Salve amici
La valutazione del sistema in isola “Messico” è praticamente giunta alla fine ed il progetto va avanti;
Premetto che per qualsiasi progetto che non sia hobbistico o comunque strettamente privato, è necessario raggiungere un certo equilibrio finanziario.
I sistemi presi in esame sono stati 3:

1) Generazione solare-idraulica con un campo solare di adeguata estensione e surriscaldatore sempre solare, una turbina ORC da una cinquantina di Kw, un bacinetto di accumulo in altura da 8-10000 m₃, una turbina Banky col suo generatore da 30 kw nonchè un gruppo diesel per le emergenze. Il calore può essere ricuperato; La manutenzione del gruppo ORC può essere fatta solo dal costruttore a 4-5000 Km di distanza.

2) Un sistema diesel, costituito da 1+1 gruppi da 35 Kwe oppure da tanti piccoli gruppi quante sono le utenze + 1 di riserva; bisogna però tener ben presente il costo e la reperibilità del carburante. Il calore può essere recuperato; La manutenzione di queste unità può essere fatta da qualsiasi meccanico.

3) Una connessione di 38 Km alla linea elettrica nazionale, in media tensione, 5800 euro Km, con i dovuti sistemi di sicurezza radio contro i furti; il guardiano armato e realmente pronto a sparare è già incluso nel progetto. (mi è stato riportato che laggiù, alcune strutture private, sono state protette con piccoli campi minati... saranno anche illegali, ma fate voi...).
Conclusioni:
Un sistema solare in isola si è rivelato essere solo un sogno; i costi e le difficoltà sono letteralmente sbalorditivi. Ho una buona esperienza industriale, ed ho trovato che i prezzi, anche all’ingrosso, sono guidati da un criterio che non posso non definire predatorio, e non solo in Italia.
Tutti i sistemi presentano comunque delicati problemi di risposta al carico; grazie alla compiacenza di un amico impresario edile, che mi ha prestato in due riprese 2 gruppi diesel, uno da 44Kwe ed un’altro piccolino da 2.2Kwe, ho potuto fare alcuni test con dei reostati costituiti da 3 bidoni in plastica pieni di acqua e soda con degli elettrodi immersi ed un paio di lampade, di cui una al neon per vederne gli effetti, nonchè un oscilloscopio;
Con una variazione del carico improvvisa da 1 a 10 (circa...), il sistema più piccolo presenta una risposta immensamente migliore del grande. Col grande in alcuni casi la lampada al neon si è addirittura spenta per qualche istante mentre durante la commutazione ho notato un fiotto di disturbi che ho interpretato come armoniche, ma non essendo un esperto in questo campo, probabilmente mi sbaglio. Sarà necessario approfondire?
Il sistema solare può avere una sua logica come supporto ad un sistema “nazionale” magari sovvenzionato, ma è del tutto impraticabile come unico sistema di generazione per una piccola comunità isolata; Le uniche strade percorribili sembrano ridursi, comunque sia, o alla connessione alle linee elettriche nazionali, oppure nel caso di reale impossibilità, all’uso di gruppi elettrogeni diesel.
Un altro problema che ho incontrato sono i rapporti coi fornitori nazionali; alla mie richieste di dati tecnici la maggior parte di essi non ha mai risposto, forse si aspettano che la gente compri i loro (costosi) prodotti basandosi sui 3 dati in croce dei loro siti o forse hanno un eccesso di vendite, chissa’, quindi mi sono quindi orientato a quelli americani... un altro mondo!
Il sistema solare appare invece conveniente per la dissalazione dell’acqua.

Grazie per averci detto come stà andando.

Devo dirti però che mi sono perso.
La tua richiesta iniziale era:

Originariamente inviata da Colonial

................Ho il problema di accumulare dell’energia di giorno per utilizzarla poi la notte; specialmente per la mia particolare applicazione l’unica via percorribile appare essere quella idraulica; in sostanza devo generare una potenza quasi continuamente variabile da circa 5 Kw a 30 Kw max; .....................................

Le nostre risposte erano di produrre in modo costante zavorrando con sistemi di produzione che a loro volta diventavano accumulo, tu stesso proponevi la soluzione idraulica, noi ti abbiamo consigliato Idrogeno o fuell cells.

Nel tuo report hai individuato delle soluzioni che rispondono ad altri dati del problema.

Non potevamo aiutarti.

Ciao Spes

Ciao ragazzi ,
Colonial ,ora ho capito come mai i fornitori nazionali non ti hanno risposto !
Non incavolarti , ma quando una persona ti dice le cose con diffidenza ,ti risponde dopo 1 mese , non commenta quello che è stato detto ....
Non era più semplice dire :devo fornire energia elettrica ad un piccolo paese in Messico : cosa consigliate ? Perchè alla fine di questo si tratta !
Poi non capisco questo problema della risposta dei generatori al carico :
Se è un motore grosso ha l'inverter e poco gli interessa , se è un'apparecchiatura delicata ha un alimentatore che va da 90 a 300V .
Sandro

Ciao Sandroturbine2
Mi dispiace di essermi espresso male; non ho nessuna diffidenza, forse ho cercato di riassumere troppe informazioni, magari non tutte necessarie, in troppo poche righe: sono totalmente inesperto in questo settore. In effetti lo scopo era proprio quello che hai sottolineato tu; riguardo la mia "latenza" non e' voluta, ma sono un trasfertista e spesso, troppo spesso, sono assente. Riguardo la risposta al carico, il timore mi e' stato insistentemente instillato da mio cognato, perito elettrico del governo messicano e comproprietario del terreno;
Se guardiamo al gruppo elettrogeno preesistente, ormai un rottame, che era ricavato da un motore di camion, non posso peraltro dargli torto.
Probabilmente da un europeo si aspettavano un piccolo miracolo.
Io avevo invece sempre ritenuto che un gruppo elettrogeno fosse un oggetto da eccendere ed utilizzare...
Le richieste che ho fatto ad alcuni costruttori nazionali: potenza, prezzo, durata, consumo orario a bassa e ad alta potenza, programma di manutenzione; tutto li'.
Alle stesse richieste tre costruttori americani mi hanno invece letteralmente inondato di informazioni, tra l'altro molto pertinenti e professionali.
Non volermene.
Ciao

Assolutamente non te ne voglio ,
Essendo "esperto di America Latina " ho intuito cosa ti stava succedendo .
Per risparmiare accoppiano motori da camion che non hanno regolazione di giri ad un alternatore . Logicamente se non acceleri quando vai in salita il camion si ferma !
I motori degli alternatori hanno un regolatore elettronico che agisce sull'iniezione oppure un attuatore se il motore ha una pompa meccanica . Dalla taratura di questo regolatore dipende la stabilità ai carichi del gruppo elettrogeno .
L'assenza oppure i guasti di questo sistemi assieme alla mancanza ,oppure ai guasti dell AVR cioè il regolatore che mantiene la tensione stabile dell'alternatore variando l'eccitazione , provoca delle paurose variazioni di tensione e frequenza in quelle reti di distribuzione .
Da noi è scontato che un gruppo elettrogeno deve essere stabile ! non lo puoi vendere altrimenti !
Se devi risolvere problemi di manutenzione è meglio usare Cat....
Ciao.

Mmm...
Non credo che la soluzione "solo diesel" sia alla lunga conveniente, ma l'area è tua ed i soldi pure...

Questa in allegato è una vasca di accumulo per irrigazioni di soccorso a servizio di una azienda ortofrutticola sita nel piacentino.
La foto è scadente perchè ripresa col cellulare.

Le dimensioni sono:
Larghezza in sommità argine= 28 m circa
Lunghezza = 100 m
Profondità = 4 m
Capacità = 9600 m3