Effective grid connection approach for an overshot waterwheel

• Americo Vicente Teixeira-Leite ^[1]
  1. [1] Instituto Politécnico de Bragança

     Instituto Politécnico de Bragança

     Bragança (Sé), Portugal

     
• Localización: Revista Facultad de Ingeniería: Universidad de Antioquia, ISSN-e 2422-2844, ISSN 0120-6230, Nº. 108, 2023, págs. 67-80
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Enfoque eficaz de conexión a la red de una rueda hidráulica de tipo overshot
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• Resumen
  • español

    El interés por la generación hidroeléctrica a muy pequeña escala ha aumentado en los últimos años. Estos sistemas pico-hidráulicos van de unos pocos vatios hasta varios kW. La explotación de emplazamientos de baja altura no requiere costosas obras civiles, son ambientalmente sostenibles. Son atractivos no sólo para las zonas remotas donde no hay red, sino también para la conexión a la red. Esto es especialmente relevante en infraestructuras existentes, utilizadas para otras actividades, pero que también pueden utilizarse para la generación de energía. Las ruedas hidráulicas están surgiendo con un enorme potencial en este contexto. Las bajas velocidades y las variaciones en la altura y el caudal son una limitación para su conexión a la red. Este estudio demuestra que pueden conectarse eficazmente utilizando tecnología competitiva y ampliamente disponible para otras renovables, como la fotovoltaica. Este trabajo presenta un enfoque innovador para la conexión eficaz a la red de una rueda hidráulica overshot, utilizando un generador síncrono de imanes permanentes y un inversor fotovoltaico. La compatibilidad entre ambos se analiza en detalle y el análisis es válido para otras turbinas hidráulicas. Una rueda hidráulica de 2 m de diámetro se ha instalado en la infraestructura existente de un centro de acuicultura. Con un caudal de unos 13 l/s, ésta inyecta una potencia media de 126 W en una microrred con un rendimiento global del 50%.

  • English

    Interest in very small-scale hydropower generation has increased over the past few years. These pico-hydro systems range from a few watts to several kW. The exploitation of low head sites does not require expensive civil works and is environmentally sustainable. Pico-hydro systems are attractive not only for remote areas where the grid is not available, but also for grid connection. This is especially relevant in existing infrastructures, used for other activities but which can also be used for energy generation. Waterwheels are emerging with enormous potential in this context. Low speeds and variations in head and water flow are a constraint to their connection to the grid. This study shows that they can be effectively connected to the grid using competitive and widely available technology for other renewable sources, such as photovoltaics. This paper presents an innovative approach for an effective grid connection of a pico-hydro system based on an overshot waterwheel. For this purpose, a permanent magnet synchronous generator and a photovoltaic inverter are used. The compatibility between them is analysed in detail and the analysis is valid for other hydro turbines. The 2 m diameter waterwheel has been installed on an existing infrastructure of an aquaculture centre. With a flow rate of about 13 l/s, it injects an average power of 126 W into a microgrid with a global efficiency of 50%.