Pienvesiturbiinin käyttö energiatehokkuuden parantamisessa

Abstract

Tämän insinöörityön tarkoituksena on selventää vesiturbiinin ja vesivoimalan suunnittelussa tarvittavia tietoja. Tietoja työhön on saatu ammattiosaamisesta sekä turbiinikirjallisuudesta. Tarkastelun kohteena on pienvesiturbiini ja siitä erityisesti Kaplan-mallinen turbiini. Mukana on myös selvitystä muistakin turbiinimalleista. Työ jakautuu viiteen osaan. Ensimmäisessä on selvitetty yleisiä vesiturbiiniasioita ja eri malleja. Toisessa on selvitetty voimalaitoksen eri kokonaisuudet. Kolmannessa on selvitetty turbiinin teoriaan liittyvää hydrodynamiikkaa. Neljännessä on käyty läpi turbiinin eri osat ja niiden mitoitusta ja viimeisessä viidennessä osassa hieman turbiinin käytännön asioita liittyen turbiinin asentamisesta viemäriverkostoon. Tarkasteltavien asioiden mitoitusta on pyritty katsomaan turbiinin suunnittelijan näkökulmasta ja mukana on ohjeita siitä, miten laitteita ja asioita tulee mitoittaa. Mukana on lisäksi hieman talouteen liittyviä kannattavuuslaskelmia turbiinilaitoksesta. Talousluvut perustuvat vuoden 2014 hintoihin ja näihin tulee lisätä inflaatiovaikutukset myöhemmän vertailun pohjaksi. Työ osoittaa, että turbiineja on teknisesti mahdollista asentaa kaikkialle, missä vain vesi virtaa ja löytyy putouskorkeutta. Tosin laitosten kannattavuuden kanssa on hieman vaikeuksia. Karkeasti sanoen, että mitä enemmän löytyy putouskorkeutta ja virtaavaa vettä, sitä helpompi on saada turbiinilaitokset taloudellisesti kannattaviksi.

The purpose of this thesis was to provide understanding of what is required when designing water turbines and water power plants. The source for this thesis was a mixture of professional experience as water turbine designer and related professional literature. This thesis concentrates on small water turbines and especially Kaplan design. An overview of other turbine models are also included. This thesis has five main chapters. The first chapter will is explaining turbines on general level and also provides understanding on various turbine models. The second chapter is explaining different components of a water power plant. The third chapter is explaining in detail the hydrodynamics and technical theory behind turbine design. The fourth chapter explains turbine design on detail level including measurements and parts of turbines, and the thesis is a summary with practical example when implementing water turbines as part of sewer system. Personal background made it possible to investigate the turbines from a professional point of view. An example of profitability calculation of water turbine installation is included, based on 2014 rates. The intention of this thesis was to prove that water turbines can be installed on different locations, basic requirement being that there is running water available. The key challenge is to design the power plants in a way that the plant will provide profit on all partners.