Vodné elektrárne elektrárne

Transcript

1 Vodné elektrárne

2 Zdrojom energie vodných elektrární sú atmosferické zrážky (dážď a sneh). Obeh vody v prírode udržuje energia Slnka. Vodná energia vzhľadom na svoju závislosť od slnečného žiarenia vykazuje veľkú kolísavosť a malú koncentráciu. Koncentráciu vodnej energie možno docieliť viacerými spôsobmi: a) pomocou priehrady alebo hate, b) využitím derivácie (beztlakový obtok kanálom, alebo tlakový privádzač), c) prečerpávaním, d) využitím prílivu a odlivu.

3 Princíp činnosti Vodné elektrárne pracujú na princípe využitia energie vody: potenciálnej, ktorá môže byť vo forme energie - polohovej E H = m. g. H - tlakovej E P = m kinetickej (pohybová, rýchlostná) E V = p ρ 1 2 mv 2 kde je E - energia (J), m - hmotnosť vody (kg), g - tiažové zrýchlenie ( 9,8066 m.s -2 ), H - spád, t. j. výškový rozdiel medzi vstupom a výstupom turbíny (m), p - tlak (Pa), ρ - hustota vody ( približne 1000 kg.m -3, presne 998), v rýchlosť (m.s -1 ).

4 Princíp činnosti Výkon VE je daný vzťahom P = γ. Q. H = ρ. g. Q. H = ,81. Q. H = Q. H (W) kde je P - činný výkon VE (W), γ - merná tiaž vody (kg.m -2.s -2 ), Q -prietočné množstvo vody (m 3.s -1 ), H - spád, t. j. výškový rozdiel medzi vstupom a výstupom turbíny (m), ρ - hustota vody ( približne 1000 kg.m -3, presne 998), g - tiažové zrýchlenie ( 9,8066 m.s -2 ).

5 Vodné elektrárne sa delia podľa koncentrácie spádu na: a) prietočné haťové - spád je vytvorený pohyblivou alebo pevnou haťou. Stavajú sa pri malom spáde a veľkých prietokoch. Kostolná 1953, 25,5 MW

6 Vodné elektrárne sa delia podľa koncentrácie spádu na: a) prietočné derivačné - majú umelý kanál, alebo koryto (Váh, Gabčíkovo).

7 Vodné elektrárne sa delia podľa koncentrácie spádu na: b) akumulačné priehrady - klenbové, vyžadujú dobré bočné steny, - gravitačné, vyžadujú dobrý podklad (Gabčíkovo, Orava), Gabčíkovo 1992, 720 MW

8 Vodné elektrárne sa delia podľa koncentrácie spádu na: c) prečerpávacie - dve nádrže - s prirodzeným prítokom do hornej nádrže (L. Mara), - bez prítoku (Č.Váh), Dobšiná 1953, 24 MW prevádza vodu z povodia Hnilca do povodia Slanej.

9 Vodné elektrárne sa delia podľa koncentrácie spádu na: d) prílivové - využívajú vytvorený spád medzi prílivom a odlivom, - priemerná periodicita 6 hodín, - max. výškový rozdiel 19 m, priemer 10 m. Prílivová vodná elektráreň v ústí francúzskej rieky La Rance -1967, 240 MW

10 Vodné elektrárne sa delia podľa koncentrácie spádu na: e) využívajúce energiu vĺn Technológia využívajúca energiu vĺn je založená na ich zachytávaní do uzatvoreného priestoru a premieňaní ich kinetickej energie na elektrickú. Využívajú energiu oscilujúceho stĺpca vody, pričom vzniká tlak vzduchu, ktorý prechádza vzduchovou turbínou. Salter Duck Veľká Británia 1970

11 Vodné elektrárne sa delia podľa výšky spádu na: nízkotlaké stredotlaké - do 20 m - do 100 m vysokotlaké - nad 100 m Každé vodné dielo má všetky, alebo aspoň niektoré z týchto častí: vzdúvacie zariadenie, vtokový objekt, prívodné zariadenie (náhon, potrubie, štóla), elektráreň, odpadové zariadenie (otvorené koryto, štóla), osobitné prevádzkové zariadenie (stroje na čistenie hrablíc, uzávery, vyrovnávacie komory,...)

12 Vtokový objekt s hrablicami Rybochod

13

14 Technicky využiteľný hydroenergetický potenciál vodných tokov Slovenskej republiky, ktorý je definovaný ako súčet priemerných ročných výrob vybudovaných, rozostavaných a realizovateľných vodných elektrární a malých vodných elektrární na území SR Primárny hydroenergetický potenciál SR - technicky využiteľný je GWh za rok, - doteraz je využívaný na 57,8 %. Najvhodnejšie podmienky sú: - na rieke Váh (Bešeňová - Krpeľany, Lipovec -Žilina, Hlohovec - Kráľova), - na Dunaji (spoločný úsek s Rakúskom nad Bratislavou). Sekundárny hydroenergetický potenciál (PVE) pre MW je možné využiť Ipeľ.

15 Využitie vodných elektrární: - výroba el. energie; GWh, 14,72 % z celkovej výroby v SR - regulácia toku, - plavba; Dunaj 172 km, Váh 75 km (Komárno Sereď), - zavlažovanie, - rybolov, - rekreačné účely.

16 Turbíny Patria k najstarším motorom v histórii ľudstva. Pôvod majú vo vodných kolesách pre pohon mlynov, hámrov a pod. Mali malú účinnosť, pretože nápor vody pôsobil len na niekoľko lopatiek. Základom moderných vodných motorov sa stal v 18. storočí vynález nemeckého fyzika, bratislavského rodáka J. A. Segnera ( ). Segnerovo vodné koleso -otáča sa ako dôsledok reakcie prúdov vody v jeho tryskách, - vylepšil ho Francúz C. Burdin, - názov turbína je odvodený od latinského výrazu turbo pre krúživý pohyb. V 80. rokoch 19. storočia boli potrebné výkonnejšie a účinnejšie turbíny. S nimi prišli Angličan James Bicheno Francis, Američan Lester Pelton. V roku 1918 brnenský inžinier Viktor Kaplan.

17 Peltonova turbína - rovnotlaká turbína pre veľké spády s menším prietokom vody, - dosahuje až 1000 otáčok za minútu, účinnosť okolo 90 %, - pomalá regulácia je možná ihlou v tryske, - pri náhlej poruche sa vychyľuje vodný prúd mimo kolesa, pretože náhle uzatvorenie by spôsobilo silný dynamický ráz. (Pri spáde 500 m je výtoková rýchlosť vodného prúdu 70 m.s -1, čo je cca 250 km.h -1.)

18 Francisova turbína - pretlaková turbína - vstupuje voda s vyšším tlakom ako z nej vystupuje, - po zdokonaleniach prof. R. Finka v r sa začala používať aj v Európe, - voda je do rozvádzacích lopatiek privedená špirálovou skriňou, - z obežného kolesa vystupuje v axiálnom smere do sacej rúry savky, -stĺpec vody vytvára pod obežným kolesom podtlak, a tým sa využije celý spád medzi hornou a dolnou hladinou, - najvhodnejšie sú pre málo sa meniaci prietok.

19 Kaplanova turbína - natáčaním obežného kolesa a lopatiek je možné podľa meniaceho sa prietoku vody optimálne nastavovať nátokové uhly vodného prúdu, - problémy s kavitáciou, účinkom sania sa na spodných stranách lopatiek voda vyparuje a bublinky pary a plynov sa presúvajú do miest s vyšším tlakom, kde vyvolávajú pri implózii (zániku) vibrácie a silnú koróziu, - používa sa do 80 m premenlivého spádu.

20 Bánkiho turbína -priečna, dvojnásobne pretekaná horizontálna prietoková turbína, - používa sa v MVE so spádom 2 30 m aprietokom litrov. s -1, - jej vynálezcom bol v roku 1903 Austrálčan A. G. M. Mitchel, pre praktické používanie ju dopracoval v roku 1918 maďarský profesor Donat Bánki, - voda vstupuje do obežného kolesa turbíny tangenciálne a po prvom prietoku lopatkami sa turbíne odovzdá asi 79 % z celkového výkonu, - po vstupe do lopatiek na náprotivnej strane odovzdá voda ďalších 21 % energie a po opustení lopatkového venca voľne pod ním vyteká,

21 Bánkiho turbína - výrazne okysličuje vodu, - regulácia výkonu je posúvačom (šupátkom) alebo klapkou v prívodnom potrubí, - ložiská turbíny sú umiestnené mimo vodu, takže ňou môže pretekať aj pitná voda bez nebezpečia, že sa znečistí (vodárenské nádrže), - obežné koleso má veľký počet dlhých lopatiek (28-36 ks), - účinnosť je %, - MVE je pri Brčalovej chate a chate kpt. Nálepku vo Vysokých Tatrách.

22 Prečerpávacia (reverzibilná) Deriazova turbína - obdoba Kaplanovej turbíny, pretože má riadené otvorenie rozvádzacieho i obežného kolesa, ale prietok vody je šikmý (diagonálny), -pri prečerpávaní sa turbína a s ňou celý agregát otáča opačným smerom, - rozbeh agregátu do čerpadlovej prevádzky sa robí frekvenčným rozbehom.

23 Prietoková vrtuľová turbína - sú vhodné pre najnižšie spády na vyrovnávacích prietokových priehradách, - vstavané sú priamo do prietokového kanála v hermetickom púzdre, - okolo prúdiaca voda ich chladí, - odvodené sú od Kaplánovej turbíny a majú natáčacie obežné koleso a lopatky, - u nás sú použité napr. vo vyrovnávacej nádrži Tvrdošín, Bešeňová, Čunovo.

24 Nasadenie turbín pre rôzne výšky spádu

25 Príklady našich vodných elektrární Názov Spád (m) Hltnosť (m 3.s -1 ) Výkon (MW) Typ turbíny Č. VAH x 110 Francisova ORAVA x 10,9 Kaplanova L. MARA x 50 2x49 Kaplanova Deriazova HRIČOV x 10,5 Kaplanova GABČÍKOVO x 90 Kaplanova Žilina x 31 Kaplanova prednasky/prednaska5/prednaska5.htm#bk

26 Priehradové vodné elektrárne Regulačné alebo akumulačné elektrárne. Akumulácia - týždenná, - mesačná; Nosice -ročná. Teleso priehrady - betón, - zemina, - prepúšťanie najväčšieho prietoku vody, - vyprázdnenie nádrže priehrady, - odoláva - tlaku vody a sile zeminy, na ktorej spočíva, - tlaku vetra, - vlnobitiu, - tlaku ľadu a pod. Vodná nádrž - priestor, v ktorom sa zdržuje voda.

27 Vodná elektráreň a priehrada sa budujú ako objekty - spoločné, - čiastočne oddelené, - úplne oddelené. Z tohto hľadiska rozoznávame typy elektrární: - priehradová, strojovňu má umiestnenú v telese priehrady, - podpriehradová, strojovňu má umiestnenú pod priehradou, mimo prepadových blokov, - podpriehradová, strojovňu má umiestnenú pod priehradou pri vzdušnej päte telesa priehrady. Žľaby, sklzy zaberajú celú plochu, alebo iba časť plochy strechy strojovne.

28 Haťové vodné elektrárne Sústredenie spádu sa dosahuje vzdutím hornej hladiny haťou, alebo súčasným umelým znížením hladiny dolnej vody prebagrovaním riečišťa pod haťou. Majú väčšinou nízkotlaké priebežné elektrárne bez akumulácie vody. Stavajú sa spravidla na dolnom toku rieky s malým spádom, ale veľkým prietokom. Hate musia umožniť - odtok najvyšších vôd, - odchod ľadov, - prechod plavidiel. (plánovaný Nagymaros mala byť haťová elektráreň). Haťové elektrárne delíme na: - príhaťové, strojovne sú umiestnené celkom vedľa hate, - strojovne v telese hate - pilierové, - podpriehradové, - združené.

29 Derivačné vodné elektrárne Derivácia - umelé vedenie vody z vodného toku k elektrárni a od nej späť, - slúži nielen na vedenie vody, ale najmä na sústredenie spádu, Podľa spôsobu vedenia trasy môže byť derivácia: - pozdĺž využívaného toku, - skrátením oblúku využívaného toku, - odvodom vody z vyššie položeného toku do nižšieho. Derivácia môže byť : - beztlaková, - tlaková, - zmiešaná, jeden úsek derivácie vedie vodu s volnou hladinou a v ďalších úsekoch prúdi voda pod tlakom.

30 Derivačné elektrárne s beztlakovou deriváciou Deriváciu tvorí otvorený žľab alebo kanál. Na jednej derivácii môže byť umiestnených aj viac elektrární - kaskády. Kaskády na Váhu : Krpeľany -Sučany - Lipovec, Hričov - Mikšová - P. Bystrica, Ladce - Ilava - Dubnica - Trenčín, Kostolná - N. Mesto - H. Streda. Prívádzací a odpadový kanál môže slúžiť tiež pre plavbu, zavlažovanie,..., Vzdúvacie zariadenie tvorí hať, ktorej hlavnou úlohou nie je tvoriť zdrž na akumulovanie vody, ale vytvárať spád a prevádzať vodu z rieky do privádzacieho kanála (Čuňovo - Gabčíkovo). Súčasťou hate je jalová priepust vody, možnosť prepúšťania ľadov a povodňových vôd, plavebná komora,...

31 Derivačné elektrárne s beztlakovo - tlakovou a s tlakovou deriváciou Sú vhodné pre úseky tokov, kde sú veľké spády a menšie prietoky. Prívod je rozdelený regulačnou alebo vyrovnávacou komorou na: a) privádzač, ktorý vedie vodu z haťovej zdrže po regulačnú alebo vyrovnávaciu komoru. Privádzač môže byť: - beztlakový (náhon, kanál), - tlakový (štôlňa, potrubie). b) tlakové potrubie alebo šachtu, ktorá vedie vodu od komory až po vtok do turbín. Má spravidla veľký sklon a pracuje pod tlakom. Odpad býva zväčša beztlakový. Často sa riešia ako podzemné elektrárne.

32 Priehradovo-derivačné elektrárne Spád sa sústreďuje a voda akumuluje v nádrži pomocou priehrady, čím sa zväčšuje spád získaný deriváciou vychádzajúcou z nádrže. Spády a aj výkony týchto elektrární bývajú veľké. Akumulujú vodu pre dennú, týždennú, mesačnú alebo ročnú reguláciu. Pracujú ako regulačné - špičkové. VE Nosice má beztlakovú deriváciu - nemá privádzač.

33 Prečerpávacie vodné elektrárne Akumulačné špičkové elektrárne s denným cyklom a účinnosťou cca 75 %. Najvýhodnejšia s hľadiska regulácie salda je ich kombinácia s jadrovými elektrárňami. Majú vybudované dve nádrže s prirodzeným prítokom do hornej nádrže alebo bez neho. Čím je väčší spád, tým je treba menšie úžitkové objemy nádrží na výkon PVE. Usporiadanie sústrojenstva: štvorstrojové - samostatné čerpadlo s motorom a turbína s generátorom, trojstrojové - čerpadlo s pevnou alebo vysúvateľnou spojkou spojené s turbínou a motorgenerátorom, dvojstrojové - reverzná turbína a motorgenerátor.

34 Malé vodné elektrárne Umožňujú lokálnu, technicky nenáročnú elektrifikáciu. Využívajú malé toky. Vo svete sa označujú - mini s výkonom kw, - mikro s výkonom pod 100 kw. U nás sa podľa výkonu delia na - priemyselné, od 60 kw do 10 MW, - verejné, nad 100 kw, - drobné, pod 60 kw. Väčšinou sú to prietočné elektrárne priamo na rieke, alebo na kanáli. Pri MVE tvorí cena strojného zariadenia % investičných nákladov. Pri veľkých VE je to cca 15 %. Prevažne majú bezobslužnú prevádzku.

35