Tilloppskraftverket. Ett försök att utvinna energi ur kranvatten med hjälp av ett litet vattenkraftverk

Transkript

1 Tilloppskraftverket Ett försök att utvinna energi ur kranvatten med hjälp av ett litet vattenkraftverk Daniel Sjödin, Nv3a och Oscar Bergström, SpHIL3 Projektarbete 100p Nolaskolan 2011/2012 Johan Lundin, Lars Hägglund

2 Sammanfattning Denna rapport är skriven med syftet att beskriva våra tankar, försök och tillvägagångssätt då vi byggde vårt vattenkraftverk. Den innehåller en detaljerad förklaring till hur vi gjorde, steg för steg när vi tillverkade prototypen. Den innehåller även fakta kring Sveriges vattenförbrukning i hemmet och våra tankar om hur samhället skulle kunna förbättras genom att ta tillvara på bortglömd energi. I slutet diskuteras även brister i vårt tillvägagångssätt samt förslag till förbättring om vi skulle göra om det. Det finns även bilder bifogade som kan kopplas till utvecklingsförloppet.

3 Innehållsförteckning 1 Inledning Bakgrund Mål Syfte och Frågeställningar Metod Tillvägagångssätt Motivation av materialval Resultat Hur ser marknaden ut för tillfället? Är det ekonomiskt hållbart att använda sig av produkten? Hur mycket energi kan våran produkt ta tillvara på? Hur ställer sig en valig svensk fastihetsägare till produkten? Diskussion Resultatdiskussion Metoddiskussion Källkritik Utvärdering Källförteckning Bilagor... 14

4 1 Inledning 1.1 Bakgrund Nu för tiden pratas det mycket om att man måste tänka på naturen. Det är allt ifrån att köra mindre bil till att byta till lågenergilampor. Jorden är något som vi måste ta väl hand om, vi har inte ärvt den av våra förfäder, vi har bara lånat den av våra barn. Det var av denna anledning som vi bestämde oss för att tillverka ett eget vattenkraftverk, ett vattenkraftverk som skulle kunna ta tillvara på energi som i vanliga fall skulle gå till spillo. Detta vattenkraftverk ska ta tillvara på överbliven kinetisk energi som finns i det rinnande hushållsvattnet. Det tänkte vi lyckas med genom att utnyttja det fysikaliska fenomenet elektromagnetisk induktion. Om man skulle få konstruktionen att fungera och börja ge elektricitet skulle det kunna bli ett enormt lyft, både ur ett ekonomiskt perspektiv samtidigt som det har en positiv inverkan på miljön. Detta eftersom att man slipper använda icke-förnybara energikällor i lika stor utsträckning. Tidigare så har ingenting liknande i samma storlek testats. Det finns dock en mängd olika konstruktioner av vattenkraftverk i större bäckar, floder och andra större vattendrag, men ingenting liknande finns för tillfället att sätta in i hushållet. Dessa större varianter av vattenkraftverken motsvarar ca hälften av sveriges elproduktion i dagsläget1, vilket tyder på att det helt klart finns möjligheter för oss i sverige att ta tillvara på en hel del energi ur vattnet. Det gäller bara att komma på rätt sätt att göra detta på. Enligt Vattenfall 2 förbrukar en person ca 165 liter vatten/dag Personlig hygien, 55 liter Spolning toalett, 30 liter Disk, 30 liter Tvätt, 40 liter Dryck och matlagning, 10 liter 1 Elbolaget Eons hemsida 2http:// Elbolaget Vattenfalls hemsida

5 Detta påstående stärks utav företaget Vimmerby energi 3 då de skriver att ett genomsnittligt hushåll förbrukar ca kubikmeter vatten/år. Det motsvarar ca liter/dag. Om man antar att ett hushåll har två personer så betyder det att varje personer förbrukar liter/dag. Av dessa siffror kan man alltså se att det finns en möjlighet att utvinna små mängder energi ur varje hushåll. Enligt SCB 4, finns det ca hushåll i Sverige. Det skulle betyda att varje dag förbrukar Sverige liter vatten per dag. Om man kunde ta till vara på den energin skulle det innebära stora besparingar på miljön. 1.2 Mål Att bygga ett litet vattenkraftverk som skall kunna sättas in, innan vattenkranen eller i avloppet. 1.3 Syfte och Frågeställningar Vi vill effektivisera hushållets energiförbrukning och ta tillvara på det energispill som existerar som kinetisk energi i kranvattnet. Några saker som vi ska ta reda på är: -Hur ser marknaden för produkten ut för tillfället? -Hur mycket energi kan våran produkt ta tillvara på? -Är det ekonomiskt hållbart att använda sig av produkten? -Hur ställer sig en vanlig svensk fastihetsägare till produkten? 2 Metod Så här ska vi göra för att uppnå målet. - Vi ska läsa om teorin bakom vattenkraftverk för att lära oss hur de funkar så att vi kan bygga ett eget. Detta kommer vi göra på internet eftersom att det är den bredaste källan till information nu för tiden. 3http:// -II- Vimmerbyenergis hemsida 4http:// aspx Statistiska Centralbyrån

6 - Finner vi denna informationen otillräcklig ska vi vända oss till litteratur - Vi ska köpa det material vi behöver för att kunna bygga ett vattenkraftverk i liten skala. - Vi ska kolla på filmer på Youtube av människor som byggt egna kraftverk för att få inspiration och idéer. - Vi ska använda oss utav några matematiska formler för att kunna räkna ut effektiviteten i det färdiga kraftverket. - Vi ska ta reda på hur mycket vatten en vanlig bostad förbrukar under en månad för att kunna se om det är effektivt ur ett ekonomiskt perspektiv. -Vi ska göra en intervju med en person för att se vad 2.2 Tillvägagångssätt Till att börja med lärde oss hur en generator fungerar, detta gjorde vi genom att läsa om induktion och hur det fungerar. Detta för att förstå vad som gör att generatorer fungerar som de gör. Efter det kollade vi på filmer på youtube för att se vad andra människor hade gjort för konstruktioner. Vi hittade dock ingen som skulle kunna passa våra intressen. Vi hittade bara större byggen som skulle sättas i till exempel bäckar. Efter några diskussioner kom vi fram till att vi ville bygga en liten generatorn som skulle kunna sättas in innan vattenkranen 5. Vi kom fram till att det var bäst att sätta den innan kranen, i tilloppet av den anledningen att där finns det mest energi i hela systemet. Hade vi satt den efter kranen, i avloppet, till exempel vid vattenlåset, hade all energi gått förlorad när vattnet träffar bottnen på diskhon. Nästa steg var att inhandla material. Först och främst behövde vi en dynamo 6 för att ha nånting som alstrar energi. Vi hittade en dynamoficklampa på Clas Ohlson som passade våra önskemål 7. Vi plockade isär den och tog ut själva generatorn 8 Nästa steg var att hitta en propeller, skovelhjul eller liknande för att ha något som drivs av 5 Se bilaga #1 6 En liten generator 7http:// Ficklampa på Clas Ohlson 8Se bilaga #2

7 vattenflödet och får dynamon att producera elektricitet. Det fann sig så lägligt att Daniel precis köpt ett nytt grafikkort till min dator, därför kunde vi plocka isär det gamla och ta ut fläkten, som passade alldeles utmärkt för vårt syfte 9. Man hade nu en dynamo och ett drivhjul, nu var det dags att sammanföra dem. För att göra det användes superlim och homogena plastbitar för att skapa en lagom lång axel, sedan limmades dynamon och drivhjulet fast på axeln. Efter att ha testat hjulet under vattenstrålen ansåg vi att det skulle kunna bli bättre effekt om man tog bort varannan skovel från hjulet, för att då får det plats mer vatten i varje hålighet 10. För att få bättre balans limmade vi fast en skruv centrerat på den sidan som saknade pålimmad axel, detta för att få bättre stabilitet med två axlar istället för en 11. Har man bara en axel finns det risk att det uppstår en hävarmseffekt vilket skulle kunna skapa onödig friktion och därmed hindra hjulet från att snurra som det ska. Som man ser på bilden 12 finns det inga väggar på sidorna av fläkten, eller på insidan av det inre hålrummet, det var alltså hål rakt igenom till mitten i varje skovel. På grund av detta klipptes det ut bitar av hård tunn plast för att täcka dessa hål. På sidorna, bitar som såg ut som munkar och i mitten klipptes det ut en lång rektangel som man satte ihop ändarna på så att det bildades ett hjul, detta hjul limmades fast inuti skovelhjulet. Då man behöver något sorts skal för att vattnet inte ska spruta överallt bestämde vi oss för att använda det som följde med grafikkortsfläkten, vi valde den eftersom att den redan är utformad för att passa fläkten. Den hade dessutom hål på båda sidor så att båda axlarna på hjulet fick plats. Dock behövde vi göra några smärre justeringar. Bland annat sågade vi ut en del av plasten för att vattnet skulle kunna ta sig ut på ett smidigare sätt 13 Efter det sågade vi ut tre hårda plastbitar som skulle sammankoppla hjulet och generatorn som stöd så att hela konstruktionen blev stadigare. Detta gjorde vi genom att först såga ut 9 Se bilaga #3 10 Se bilaga #4.1 och # Se bilaga #5 12 Se bilaga #3 13Se bilaga #6

8 avlånga bitar, sedan borrade vi hål i en ändarna på två av bitarna, vi borrade även hål i skalet runt hjulet, detta för att kunna fästa plastbitarna och kunna justera vinkeln på bitarna enkelt. Vi sågade även jack i de två bitarna, men även två jack i den tredje biten. Detta för att kunna föra ihop den ena biten med de andra två så att de bildar en enhet som på bilden 14 När vi gjort detta finjusterade vi oss fram för att hitta det bästa läget vi kunde ha komponenterna i, detta för att försöka eliminera onödig friktion. När vi fann dessa lägen limmade fast allting med smältlimm, för delarna skulle hålla sig på plats När vi provkörde konstruktionen under vattenkranen fann vi att det var för mycker friktion inuti skalet, mellan hjulets sidor och skalväggen. Detta löste vi genom att sätta bitar av silvertejp mellan skalets två bitar för att få ett större mellanrum så att hjulet kunde snurra friare utan att fastna någonstans. Eftersom att distanserna av silvertejp gjorde så att skaldelarna kom längre ifrån varandra fungerade det inte längre att använda de gamla skruvarna, därför är nu skaldelarna ihop satta med endast silvertejp. Pågrund av detta limmade vi fast bitar av hård plast på sidan av skaldelarna för att de skulle ligga stabilt och inte glida ur läge. I detta läge såg det ut så här Motivation av materialval Datorfläkt Dynamolampa Vi valde denna fläkt på grund av att vi inte ville bygga en egen fläkt med risk för att den skulle bli obalanserad och ineffektiv. Därför valde vi denna som är massproducerad och gjord för att vara så gott som friktionsfri. Fläkten hade dessutom de rätta måtten. Vi plockade isär lampan och tog ut dynamon som vi sedan satte in i vår konstruktion. Det föll sig naturligt att använda något som redan var tillverkat och som vi visste fungerade. 14 Se bilaga #7 15http:// Egen film

9 3 Resultat 3.1 Hur ser marknaden ut för tillfället? Idag så kan vi inte hitta några liknande produkter som fyller samma funktion i samma mått. Det finns däremot en mängd olika större vattenhjul som används i bäckar, floder och andra större ställen där vattnet förflyttas i större mängder. Man kan även konstatera att efterfrågan efter förnyelsebara energikällor i dagsläget är enorm och därför passar våran produkt bra i dagens marknad. 3.2 Är det ekonomiskt hållbart att använda sig av produkten? Det här blev en fråga som vi blev tvungen att lämna obesvarad på grund av att våran produkt inte fungerade som vi hade tänkt det. Detta skulle vi ta reda på genom att möta hur mycket energi vi kunde ta tillvara på för varje dag, jämfört med vad materialkostnaden för att bygga vattenhjulet skulle kosta. Sedan räkna på hur länge man skulle behöva använda vattenkraftverket innan man började gå i vinst ekonomiskt. 3.3 Hur mycket energi kan våran produkt ta tillvara på? Även detta blev en fråga som vi fastnade på. På grund av att vi hade bristande material och budget så blev detta omöjligt för oss att ta reda på. Vi märkte att vi hade för små kugghjul i våran dynamo och därför orkade inte vattenhjulet snurra av en vanlig vattenkran som finns i hushållen. Vi kom dock fram till att med en kran som har högre vattenhastighet och tryck så skulle vi kunna få ut mer energi eftersom att det då fungerar med något mindre kugghjul, vilket i sin tur betyder att dynamon tar tillvara på mer energi av mindre jobb. 3.4 Hur ställer sig en valig svensk fastihetsägare till produkten? Intervju med Ove, 52 årig villaägare: -Vi håller på att arbeta med ett projekt som innebär att vi skall bygga ett litet vattenkraftverk för hemmabruk i vattenledningarna. Är det något du skulle kunna använda dig av för att spara på miljön? -Allting för att spara på miljön är en bra sak, men jag skulle gärna vilja veta lite mer vad det är för typ av produkt innan jag använder och även hur mycket den skulle kosta respektive hur mycket pengar man kan tjäna på att ha en sådan sak i huset.

10 -Tyvärr kan vi ännu inte svara på hur mycket den kommer att kosta och hur mycket pengar du kan tänkas tjäna ännu. Vi är fortfarande i ett tidigt stadie på projektet och kan inte utlova några specifika siffror mer än att du långsiktigt kommer att spara på miljön och mest troligt spara lite pengar. -Att spara pengar och samtidigt hjälpa till att bidra till en bättre miljö lät som ett bra alternativ för en sak som jag antar att man inte kommer märka av? -Nej, den drivs av sig själv efter montering och man varken ser eller hör den när den är på plats -Om fallet är som ni säger så är det en produkt som jag skulle kunna tänka mig att investera i. Men jag kan inte säga hur mycket jag skulle vara villig att betala eftersom att jag inte vet hur mycket det egentligen bidrar till miljön, eller om det är gynnsammt ekonomiskt att ha en sådan sak i huset. -Tack för att du ställt upp på våran lilla intervju, vi kanske återkommer med detta när vi lyckats färdigställa vårat vattenkraftverk om du fortfarande är intresserad. -Tack själv. 4 Diskussion 4.1 Resultatdiskussion Tidigare under rubriken metod och även under frågeställningar skrev vi att vi skulle se om det här konceptet kunde vara tänkbart ur ett ekonomiskt perspektiv. Dock fann vi att det skulle bli ytterst svårt då det skulle innebära att vi behövde: - Räkna ut hur snabbt vattnet färdas då det lämnar kranmunstycket. - Räkna ut hur effektiv generatorn är, alltså ta reda på hur många watt som man får ut om man snurrar den ett varv t.ex. Detta skulle även variera beroende på hur snabbt hjulet snurrar. - Veta exakt hur mycket det skulle kosta att massproducera vår skapelse, med tanke på materialkostnad och produktionskostnad. - Veta hur länge materialet skulle hålla sig i bra skick. Detta för att kunna bedöma hur länge den skulle kunna producera el Detta gjorde att med de material och den tid vi hade, inte kunde genomföra detta projekt lika bra som vi önskat. Vi kunde helt enkelt inte mäta hur mycket energi vi kunde ta tillvara på genom våran produkt, utan fick acceptera att det krävs rätt sorts kugghjul och ett så gott som friktionslöst skovelhjul för att projektet skulle bli möjligt.

11 Det enda vi kunde klart konstatera genom våra tester var att ett högre vattentryck gjorde så att hjulet snurrade lättare och snabbare, vilket innebar att vi skulle kunna ta tillvara på mer energi om vi hade kranar med ett högre vattentryck. 4.2 Metoddiskussion En sak som vi fann problematiskt var att vi hade en extremt pressad budget samt att det var väldigt svårt att hitta material som höll måttet för våra behov. Det var av en ren slump att vi upptäckte att Daniels grafikkorts fläkt lämpade sig så bra för våran konstruktion, hade vi inte upptäckt det hade vi lika gärna kunnat stå här tomhänt. Anledningen till att slutprodukten inte fungerade var att det blev alldeles för hög utväxling i kugghjulen på generatorn. Man kunde snurra med hjälp av fingrarna utan problem men när det blev alldeles för låg kraft av vattenstrålen, som max fick vi den att snurra nån centimeter. Hade vi haft större tillgångar hade vi kunnat specialdesigna generatorn och anpassat kugghjulens storlek efter våra behov. Så att de var tillräckligt stora för att precis snurra av vattnets tryck. För att fortsätta på ämnet pengar hade vi med stor sannolikhet kunnat sänka friktionen i alla rörliga delar om vi hade kunnat skräddarsy alla delar så att allt passade in perfekt. Till skillnad från nu där vi försökte sänka friktionen genom att försöka att få alla rörliga delar att hänga fritt och inte ta i något annat. En sak som vi borde gjort annorlunda var att vi borde ha sökt sponsring av företag som skulle kunna vara intresserade av vårt projekt. Med deras hjälp hade vi kanske kunnat anlita nån som kunde ha tillverkat delarna vi behövde. Vi tänkte söka sponsring men vi gav upp då det redan hade gått halva kursen, det fick oss att tro att företagen inte skulle se det som lönsamt att ge oss pengar då vi kanske inte skulle hinna klart med vårt projekt innan sommarlovet. Nu i efterhand inser vi att vi borde ha gjort ett försök. 4.3 Källkritik I detta projekt har vi använt oss utav relativt tillförlitliga källor. [1] Vattenfall Vi anser att det här är en mycket säker källa. Vattenfall som är en större faktor

12 inom energibranchen skulle troligen inte lägga ut fakta som inte stämmer. [2] Vimmerby energi - Här hittade vi fakta som stämde med faktan som vi hittade på vattenfalls hemsida, därför anser vi att faktan är korrekt. Företaget ser även ut att vara seriöst. [3] Statistiska Centralbyrån Eftersom att SCB är en statlig myndighet anser vi att siffrorna är mycket tillförlitliga. [4] Clas Ohlson Eftersom att Clas Ohlson är ett så pass stort företag borde de ha koll på att det de lägger ut är korrekt. Då vi även har köpt produkten och plockat isär den vet vi också att allt är som det ska. [5] Youtube Då vi skapade den här filmen finner vi det troligt att innehållet stämmer. [6] Physics - Engelsk sida som hade sanningsenlig fakta, detta är vi säkra på eftersom att vi använde oss av saker som vi läste om på denna sida medan vi jobbade med vårat projekt, och det stämde överens med resultaten vi fick. [7] Eon - Även detta är ett stort elbolag som inte har råd att lämna felaktiga uppgifter, samt att vi hittat likvärdig fakta på andra sidor och därför är säkra på att det stämmer. 4.4 Utvärdering Vi tycker trots omständigheterna att vi lyckats med vårt försök. Även fast det inte gick riktigt som vi hade hoppats fungerade fortfarande uppfinningen bra om man bortser från att den gick lite trögt. Det var inte något som vi kunde rå på då vi hade bristande material. Under projektets gång har vi lärt oss riktigt mycket. Vi har behövt lösa många praktiska problem och därför har vi utvecklat våra färdigheter att komma runt problem på smarta, billiga sätt. Vi har fräschat upp våra kunskaper om induktion, alltså om teorin bakom hur en dynamo fungerar. Vi lärde oss även lite om Sveriges vattenförbrukning. Tyvärr har vi inte haft avsevärt mycket planering. Detta var till viss del på grund av att vi inte gjorde någon planering, men detta berodde då mycket på att vi inte kunde planera eftersom att vi inte hade konkret att arbeta med. Det första halvåret var nästan det enda vi gjorde att söka efter material vi skulle kunna använda oss av. Det var först nu några månader efter jul som vi verkligen kunde komma igång med vårt arbete på riktigt. Av denna anledning har vi inte heller kunnat skriva så mycket i loggboken. Dock kunde det ha varit bättre från vår sida. Vi har försökt göra så mycket som möjligt tillsammans, det har gått riktigt bra faktiskt. Vi har gjort det mesta tillsammans, men eftersom att alla grejer fanns hos Daniel föll det sig

13 naturligt att Daniel gick och fixade nån småsak som vi kom på allt eftersom vi pratade med varandra till exempel på skolan eller genom datorn. Vi insåg att det är problematiskt när man inte går i samma klass, detta pågrund av att vi inte kan jobba med varandra i samma grad på skoltid. Vi behövde göra allt på fritiden när det passade oss båda. 5 Källförteckning [1] Vattenfall [2] Vimmerbyenergi [3] aspx Statistiska Centralbyrån [4] Dynamoficklampa från Clas Ohlson [5] Egen film där vi testar produkten i ett tidigt stadie [6] Hemsida på engelska där vi lärt oss om Induktion [7] Eon

14 6 Bilagor Bilaga #1 Bilaga #2 Dynamon Bilaga #3 Grafikkortet

15 Bilaga #4.1 och #4.2

16 Bilaga #5 Bilaga #6

17 Bilaga #7