In druckbeaufschlagten Bewässerungsnetzen muss ein bestimmter Durchfluss und ein Mindestdruck an allen Hydranten gewährleistet sein. In der Praxis bedeutet dies, dass die Regelung der manometrischen Höhe in den Pumpen nach den ungünstigsten Hydranten erfolgt, was zu einem Überdruck in den übrigen Hydranten führt. Aus diesem Grund ist der Einbau von Druckregelventilen notwendig, um die hydraulischen Infrastrukturen und Bewässerungssysteme vor den in einem großen Teil des Netzes bestehenden Überdrücken zu schützen.
Außerdem ist es üblich, dass diese Art von Netzen nach Bedarf organisiert wird, was bedeutet, dass ständig Wasser für die Bewässerung zur Verfügung steht. Dies bedeutet, dass die Landwirte ihre Hydranten je nach Bedarf öffnen und schließen können, was die Durchflussmengen im Netz sehr variabel und schwer vorhersehbar macht. Andererseits ist die Bewässerung saisonabhängig, d.h. in manchen Monaten ist der Wasserbedarf sehr hoch, in anderen praktisch gleich null.
Die Nutzung von Überdruck in Wasserverteilungsnetzen zur Erzeugung von elektrischer Energie hat zu zahlreichen Studien und Lösungsvorschlägen geführt. Diese Vorschläge beruhen auf dem Einbau von Turbinen, die in der Regel Druckregelventile ersetzen und die Strömungs- und Druckverhältnisse zur Stromerzeugung nutzen. Angesichts der derzeitigen Situation der Bewässerung, bei der die Energieabhängigkeit sehr hoch ist und der Stromverbrauch für das Pumpen durchschnittlich 40 % der Wasserkosten ausmacht, ist jede Initiative zur Senkung des Energiebedarfs von größtem Interesse. Die Rückgewinnung von Wasserkraft könnte verschiedene ökologische und wirtschaftliche Vorteile mit sich bringen, wie z. B. geringere Kosten für die Nahrungsmittelproduktion und weniger Treibhausgasemissionen.
Herkömmliche Turbinen haben jedoch den Nachteil, dass sie sehr teuer sind, vor allem bei kleinen Leistungen (im Bereich von 5 bis 100 kW, die in dieser Art von Netzen üblich sind), was die Installation und Amortisation der Anlagen erschwert.
Eine Alternative für diesen Einsatz ist die Verwendung von Pumpen, die als Turbinen arbeiten, oder PATs (Pump as Turbines), die aus hydraulischen Pumpen bestehen, die auf die entgegengesetzte Weise wie die konventionellen Pumpen arbeiten. Der große Vorteil von PATs als rentable Technologie für mikrohydraulische Lösungen liegt in ihren geringen Kosten. PATs bieten eine hohe Leistung unter Bedingungen maximaler Effizienz (Durchfluss und Druck), aber ihre Leistung sinkt merklich, wenn die Durchflussraten vom Optimum abweichen. Dies steht im Gegensatz zu den üblichen Situationen in Bewässerungswassernetzen, in denen es häufig zu Schwankungen der Durchflussmengen kommt. Aus diesem Grund müssen die Arbeitsbedingungen der PAT reguliert werden, um sicherzustellen, dass sie immer an den Punkten mit der höchsten Effizienz arbeiten.
Zur Regulierung der Arbeitsbedingungen wurden in den letzten Jahren verschiedene Studien durchgeführt, die im Wesentlichen zwei Arten der Regulierung vorschlagen: die elektrische und die hydraulische. Bei der hydraulischen Regelung wird ein Bypass-Schema verwendet, bei dem ein Teil des Durchflusses in der Rohrleitung abgeleitet wird und die Einlassbedingungen zum PAT mit Hilfe von Regelventilen geregelt werden. Das PAT arbeitet parallel zu einem Druckminderventil, das den Ausgangsdruck des Bypasses regelt. Dieses System eignet sich sehr gut für Netze, in denen bereits Reduzierventile installiert sind. Im Gegensatz dazu wird die Drehzahl des Generators durch eine elektrische Steuerung geregelt, die sich jederzeit an die im Netz herrschenden Bedingungen anpasst.
Mit der Installation eines PAT können also zwei Ziele erreicht werden: Einerseits wird der Überdruck im Netz abgebaut, andererseits wird Strom erzeugt, der für den Betrieb verschiedener Geräte (Sensoren, Kontrollsysteme, Einspritzdüsen, Dünger usw.) verwendet werden kann und sogar, wenn möglich, in das Stromnetz eingespeist werden kann, um einen wirtschaftlichen Nutzen aus dem Verkauf von Energie zu ziehen.
Wir von Powerturbines sind Pioniere in der Anwendung dieser Technologie und helfen Ihnen gerne weiter. Schreiben Sie uns dazu bitte eine E-Mail an die angegebene Adresse info@powerturbines.eu und wir werden Ihnen so schnell wie möglich antworten.