ENERGETYKA JĄDROWA WYKŁAD 4

Transkrypt

1 ENERGETYKA JĄDROWA WYKŁAD 4 Gdańsk 2018

2 ENERGETYKAJ JĄDROWA wykład 4 1. Pierwsze elektrownie wodne 2. Klasyfikacja elektrowni wodnych 3. Elektrownie wodne na świecie 4. Elektrownie wodne w Polsce

3 KILKA SŁÓW TYTUŁEM WPROWADZENIA Energetyka wodna inaczej hydroenergetyka to pozyskiwanie energii wód i jej przetwarzanie na energię mechaniczna i elektryczną z użyciem silników wodnych i hydrogeneratorów WYBRANE ZAGADNIENIA Z ODDZIAŁYWANIA OBIEKTÓW ENERGETYCZNYCH NA ŚRODOWISKO

4 KILKA SŁÓW TYTUŁEM WPROWADZENIA Zasoby hydroenergetyczne Polski szacuje się na ok. 13,7 TWh rocznie.

5 KOŁO WODNE XX W. P.N.E Pierwsza wzmianka zawarta została w kodeksie praw Babilonii. W kodeksie widniał paragraf dotyczący kar nakładanych na sprawców kradzieży kół wodnych, używanych podówczas nawadniania pól uprawnych. Można śmiało stwierdzić, że były to najstarsze urządzenia przetwarzające energię przyrody nieożywionej w energie mechaniczną, czyli pierwsze silniki. Najstarsze silniki wodne (koła wodne) zbudowane były najprawdopodobniej z drewna.

6 KOŁO WODNE I W. P.N.E. Na terenach państwa rzymskiego, nadworny architekt cesarza Oktawian August- Marcus Witruwiusz opisał koło wodne w dziele Architektura, które powstało w latach p.n.e.

7 KOŁO WODNE I W. P.N.E Były to koła drewniane, które miały średnicę ponad 3 metrów, a wiadra lub drewniane rynny były zainstalowane na obwodzie.

8 MŁYNY ZBOŻOWE OK. 398 N.E. Pierwsze publiczne młyny zbożowe utworzone na rzece Janiculum w Rzymie. Rozszerzono zastosowanie również napęd kół wodnych do poruszania pił mechanicznych. Były bardzo pomocne zwłaszcza przy cięciu kamieni.

9 XIX-XX WIEK Rok 1827 Benoit Fourneyron, francuski inżynier jako pierwszy w skonstruował turbinę wodną. Rok 1859 Fink opracowuje aparat kierowniczy z przestawianymi łopatkami kierowniczymi, które stanowią bardzo ważną rolę, ponieważ umożliwiają uzyskanie regulacji oddawanej mocy oraz wysokiej sprawności przy szerokim zakresie obciążeń. Rok 1882 Powstaje pierwsza na świecie elektrownia wodna w Appleton (USA) na rzece Fox. Dostarczała ona energię do fabryki produkującej papier. WYBRANE ZAGADNIENIA Z ODDZIAŁYWANIA OBIEKTÓW ENERGETYCZNYCH NA ŚRODOWISKO

10 XIX-XX WIEK Rok 1884 Amerykanin Allen Pelton tworzy turbinę akcyjną, która stosowana jest do wysokich spadów wody, na ogół powyżej 300 m. Specjalnie wyprofilowane łopatki na kształt dwóch połączonych czarek zwiększają sprawność turbiny. Rok 1921 Prof. Wiktor Kaplan konstruuje turbinę wodną o odmianie turbiny śmigłowej. Łopatki przypominają kształt śrub okrętowych. Dodatkowo, umożliwiają zmianę kąta w czasie pracy i przyczyniają się do regulacji mocy i otrzymywania o wiele większego zakresu wysokich sprawności.

11 KLASYFIKACJA ELEKTROWNI WODNYCH Elektrownie wodne ze względu na typ podzielić możemy na elektrownie: wykorzystujące energię wód śródlądowych wykorzystujące energię wód morskich. Elektrownie (zawodowe duże EW) zlokalizowane na wodach śródlądowych podlegają dodatkowo podziałowi na: a) przepływowa bez zbiornika, b) regulacyjna, z dużym zbiornikiem, c) zbiornikowa, z małym zbiornikiem, d) pompowo-szczytowa, e) kaskadowa, z wieloma zbiornikami

12 KLASYFIKACJA ELEKTROWNI WODNYCH Elektrownie zlokalizowane na wodach morskich: maremotoryczne (falowo-wodna) - elektrownie tego typu pozyskują energię z fal, bądź prądów morskich maretermiczne (oceanotermiczne) - Energia elektryczna produkowana jest z energii cieplnej, która pochodzi z różnicy temperatur pomiędzy ciepłymi warstwami powierzchniowymi a warstwami zimnymi, które pochodzą z głębin morza Wave Dragon -projekt, powstał w 2003 roku, kiedy to zakotwiczono na Morzu Północnym w pobliżu ujścia duńskiego fiordu

13 KLASYFIKACJA ELEKTROWNI WODNYCH Elektrownie zlokalizowane na wodach morskich: maremotoryczne (falowo-wodna) - elektrownie tego typu pozyskują energię z fal, bądź prądów morskich Fot. Turbina w elektrowni wodnej pływowej w Bretanii (Francja) zamocowana na głębokości 35 m w wodach kanału La Manche

14 KLASYFIKACJA ELEKTROWNI WODNYCH Czyli elektrownia wykorzystująca energię fal morskich. Dwa główne rozwiązania to: turbiny wodne turbiny powietrzne Fot. Elektrownia maremotoryczna z turbiną powietrzną

15 KLASYFIKACJA ELEKTROWNI WODNYCH Energia maretermiczna wykorzystywana jest w: Indonezji (5 MW) Japonii (10 MW) Tahiti (5 MW) Hawajach (40 MW) fot. Projekt platformy maretermicznej na Hawajach

16 KLASYFIKACJA ELEKTROWNI WODNYCH Rys. Podział małej energetyki wodnej

17 TURBINY WODNE - PORÓWNANIE Typ turbiny Spad, m Przełyk, m 3 /s Moc na wale, kw Turbina rurowa z wirnikiem Kaplana Turbina Kaplana z wałem pionowym 1, do do Turbina Francisa , do Turbina Peltona ,1-50 do Źródło: Elektrownie wodne Ich funkcjonowanie i oddziaływanie na najbliższe środowisko

18 POLSKA HYDROENERGETYKA Pierwsza elektrownia wodna w Polsce Struga powstała w 1896 roku na rzece Słupi. Polska w okresie międzywojennym posiadała 12 elektrowni wodnych, każda o mocy poniżej 10 MW, łączna ich moc wynosiła 18 MW. Przed II wojną światową największa elektrownia w Polsce znajdowała się na Pomorzu w Gródku i zasilała w energię elektryczna Gdynię.

19 POLSKA HYDROENERGETYKA Elektrownia Gródek widok na halę maszyn i śluzę tratew od dolnej wody Uruchomienie I-ej turbiny w Gródku r. przez prezydenta. RP St. Wojciechowskiego

20 POLSKA HYDROENERGETYKA W latach trzydziestych w Polsce powstały również większe elektrownie w Dunajcu, Sole i Sanie. Po wojnie w wyniku zmian terytorialnych Polska otrzymała kilkanaście zakładów hydroenergetycznych t.j. w Pilchowicach i Dychowie. Przyczyniło się to 1946 roku do wzrostu ogólnej mocy do 160 MW W latach sześćdziesiątych uruchomiono kilka dużych elektrowni : w Kornowie, Myczkowcach, Dębem, Solinie, Tresnej, Żydowie i Włocławku. Pośród największych wybudowanych elektrowni wodnych w ostatnich latach znajdują się elektrownie: w Żarnowcu, Nidzicy i w Porąbce-Żar.

21 POLSKA HYDROENERGETYKA Elektrownia Wodna Żarnowiec to największa w Polsce elektrownia szczytowo-pompowa położona nad Jeziorem Żarnowieckim, woj.pomorskie. Elektrownia wykorzystuje Jezioro Żarnowieckie jako zbiornik dolny, natomiast zbiornik górny stanowi wybudowane na pobliskim płaskowyżu sztuczne jezioro Czymanowo. Moc 716 MW

22 POLSKA HYDROENERGETYKA Fot. Rok 1975 obetonywanie rur ssawnych

23 Rys. Większe elektrownie wodne występujące w Polsce

24 HYDROENERGETYKA NA ŚWIECIE Kraj Roczna produkcja w TWh Moc elektrowni GW Udział w krajowej produkcji Chiny 860,8 196,79 17,4% Brazylia 417,6 69,080 75,4% Kanada 380,2 88,974 62,3% USA 279,3 79,511 6,6% Rosja 167,0 45,000 15,6% Norwegia 143,9 27,528 96,7% Indie 115,7 33,600 10,9% Wenezuela 82,0 14,622 64,5% Japonia 80,9 27,229 7,3% Szwecja 78,8 16,209 45,4% Dziesięć krajów o największej produkcji energii z energii wodnej (2012)

25 HYDROENERGETYKA NA ŚWIECIE Zapora Trzech Przełomów- tama zbudowana na rzece Jangcy w centralnej prowincji Chin Hubei, największa elektrownia wodna na świecie 20,3 GW. WYBRANE ZAGADNIENIA Z ODDZIAŁYWANIA OBIEKTÓW ENERGETYCZNYCH NA ŚRODOWISKO

26 HYDROENERGETYKA NA ŚWIECIE

27 HYDROENERGETYKA NA ŚWIECIE Itaipu druga co do wielkości elektrownia wodna na świecie, zapora wodna na rzece Parana w Ameryce Południowej 14, GW.

28 HYDROENERGETYKA NA ŚWIECIE Amerykańskie Stowarzyszenie Inżynierów Cywilnych uznało zaporę Itaipu z "Siedmiu Cudów Współczesnego Świata. jako jeden Specjalnie dla robotników zbudowano oddzielne osiedle, składające się z 500 bloków, 4 szpitali, szkół dla dzieci, kin i restauracji.

29 ZAPORA I ELEKTROWNIA XILUODU Foto: english.cwe.cn Zapora na rzece Jangcy została otwarta w 2013 roku i dysponuje mocą 13860MW. 29

30 TAMA GURI, ZAPORA SIMON BOLIVAR, WENEZUELA Moc 10,2 GW Zapora ma 1300 m długości i 162 m wysokości oddana do użytku w 1978 roku 15 lat budowy. (fot. Carlos Hernandez/DPA/PAP) 30

31 HYDROELEKTROWNIA TUCURUI, BRAZYLIA Etap I w latach Etap II a drugą w Energia dla 13 mln ludzi Moc 8370 MW (fot. Sócrates Arantes/Eletronorte/Agencia Brasil CC BY 3.0 BR) 31

32 ZAPORA GRAND COULEE, STAN WASZYNGTON, USA Skonstruowana została w latach , Foto:wikimedia.org Creative Commons w 1974 dokończono jej rozbudowę o trzeci blok energetyczny Moc 6809 MW. 32

33 HYDROELEKTROWNIA SAJAŃSKO-SZUSZEŃSKA, ROSJA Wybudowana w latach Budowę rozpoczęto się w 1963 roku, elektrownię uruchamiano w latach Moc 6500 MW Foto:wikimedia.org Creative Commons (fot. PAP/ITAR-TASS/Alexander Kolbasov) 33

34 TAMA LONGTAN, CHINY (fot. Qianli zou dan qí CC BY-SA 3.0) zbudowana w latach m wys. koszt budowy 4,2 mld dol moc

35 ELEKTROWNIA WODNA I JEJ WPŁYW NA OTOCZENIE Niestety budowa elektrowni wodnej zmienia ekosystem i krajobraz otoczenia. Powstały w rzece zbiornik zawiera wodę stojącą, co sprawia, że rozwijają się tam zupełnie inne organizmy niż przed powstaniem zapory, a kumulacja glonów pobierających tlen może prowadzić do masowego śnięcia ryb, gromadzenia się osadów dennych Duży zbiornik charakteryzuje się większym parowaniem i zmienia wilgotność powietrza na stosunkowo dużym obszarze. Podczas podniesienia poziomu wody może wystąpić erozja brzegów oraz zatapianie nadbrzeżnych siedlisk lęgowych ptaków

36 ELEKTROWNIA WODNA I JEJ WPŁYW NA OTOCZENIE Elektrownie wodne produkują "czystą energię elektryczną Podczas wytwarzania energii elektrycznej nie występują jakiekolwiek gazy, ścieki, które w znacznym stopniu zanieczyściłyby środowisko Elektrownie wodne charakteryzują się niewielką pracochłonnością - do ich obsługi wystarcza sporadyczny nadzór techniczny EW stanowią awaryjne źródło energii w przypadku uszkodzenia sieci przesyłowej oraz regulują stosunki wodne w najbliższej okolicy. Budowa budowli piętrzącej powoduje powstanie zbiornika wodnego, który decyduje o rozwoju turystyki i rekreacji w danym regionie. Z mniejsza się bezrobocie, gdyż powstają nowe miejsca do pracy

37 MAŁA ENERGETYKA WODNA MEW: nie zanieczyszczają środowiska mogą być instalowane w licznych miejscach na małych ciekach wodnych mogą być zaprojektowane i wybudowane w ciągu 1-2 lat, wyposażenie jest dostępne powszechnie, a technologia dobrze opanowana prostota techniczna powoduje wysoką niezawodność i długą żywotność wymagają nielicznego personelu i mogą być sterowanie zdalnie rozproszenie w terenie skraca odległości przesyłu energii i zmniejsza związane z tym koszty

38 PARAMETRY ELEKTROWNI WIATROWEJ

39 ELEKTROWNIE WIATROWE W EUROPIE

40 ELEKTROWNIE WIATROWE W POLSCE

41 ELEKTROWNIE WIATROWE NA ŚWIECIE

42 ELEKTROWNIE WIATROWE NA ŚWIECIE Roscoe Wind Farm Texas, USA największa farma wiatrowa na świecie, Moc 781,5 MW 627 wiatrowych turbin Oddana do eksploatacji w 2009 r.

43 ELEKTROWNIE WIATROWE NA ŚWIECIE Tehachapi Pass Wind Farms elektrownia wiatrowa z Południowej Kalifornii, USA Moc 562 MW 5000 wiatrowych turbin Powstała w latach XX w.

44 ELEKTROWNIE WIATROWE w EUROPIE East Renfrewshire Wind Farm Renfrewshire, Szkocja Moc 539 MW 215 wiatrowych turbin Oddana w 2012

45 MOC I ENERGIA ELEKTROWNI WIATROWEJ Strumień energii kinetycznej(moc strumienia powietrza): P = E k t = ρsv3 t 2t = ρsv3 2 Strumień energii kinetycznej(moc strumienia powietrza) w odniesieniu do 1m 2 powierzchni : P S = E k St = ρv3 2, W m 2 Strumień energii, który może być praktycznie użyteczny ( ), ilość energii użytecznej: E uż = P S t ε = ρtε 2 v v 2 3 2

46 BUDOWA TURBINY WIATROWEJ

47 BUDOWA TURBINY WIATROWEJ Po lewej turbina przekładniowa, po prawej bezprzekładniowa (źródła:

48 BUDOWA TURBINY WIATROWEJ Małe turbiny wiatrowe to urządzenia wytwarzające moc poniżej 100kW. Produkują energię elektryczną już przy wietrze 2 m/s. Wiatraki takie wytwarzają prąd na użytek własny inwestora, najczęściej zasilając oświetlenie szklarni, domków letniskowych, budynków gospodarczych.

49 BUDOWA TURBINY WIATROWEJ Małe elektrownie wiatrowe spotykane są w dwóch wariantach: o osi pionowej. Turbiny o osi pionowej (Vertical Axis Wind Turbines) cechuj a się pracą niezależną od kierunku wiatru, to duża zaleta. o osi poziomej. Turbiny o osi poziomej (ang. Horizontal Axis Wind Turbines) charakteryzują się większą sprawnością i są częściej spotykane.

50 BUDOWA TURBINY WIATROWEJ Turbiny o osi poziomej HAWT (Horizontal Axis Wind Turbine): jednopłatowe, dwupłatowe, trzypłatowe, wielopłatowe z dyfuzorem wykorzystujące efekt Magnusa

51 BUDOWA TURBINY WIATROWEJ Turbiny o osi pionowej VAWT (Vertical Axis Wind Turbine): Darieus-a H- rotor Savonius-a

52 HAŁAS

53 Dziękuję za uwagę