PODSTAWOWE PODZESPOŁY ELEKTROWNI WODNYCH

Transkrypt

1 ELEKTROWNIE WODNE

2 PODSTAWOWE PODZESPOŁY ELEKTROWNI WODNYCH

3 Zwierciadło wody górnej w elektrowni: - z zaporą: zwierciadło wody przy zaporze, - z kanałem: przy budynku elektrowni, - z rurociągiem ciśnieniowym: na wlocie do rurociągu. Zwierciadło wody dolnej w elektrowni: - na wylocie wody z rury turbiny. Spadek rzeki s jest ilorazem różnicy H rzędnych (wysokości) zwierciadła w dwóch przekrojach rzeki do odległości L pomiędzy tymi przekrojami: S = H / L Budowa elektrowni jest opłacalna przy minimalnym spadku rzeki równym 1m na długości 1 km. Na rzece górskiej można zbudować elektrownię z rurociągiem ciśnieniowym dla s > 15.

4 ELEKTROWNIE WODNE 22 marca 1880r. pierwsza elektrownia wodna w Grand Rapids w stanie Michiungen wykonana przez Electric Light and Power Co. (zasilano napięciem stałym 16 lamp lukowych), w Europie w 1881 w Anglii z generatorem wyprodukowanym przez Simensa. Wynalazek żarówki Swana włókno węglowe otrzymane z papieru w bańce szklanej z niedoskonałą próżnią. W 1860r; po sporach o prawa do wynalazku Swan i Edison utworzyli w Londynie wspólną firmę

5 NAJWIĘKSZA ELEKTROWNIA WODNA XIX w. - NIAGARA Tomas Alva Edison wprowadza system zasilania prądem stałym wada: brak możliwości przesyłania energii na dalsze odległości. George Westinghouse propaguje prąd zmienny; Nikola Tesla kończy współpracę z Edisonem i rozwija m.in. prądy zmienne współpracując z Westinghausem. Decydujący fakt: zdecydowano że elektrownia wodna na Niagarze będzie elektrownią prądu zmiennego turbin z generatorami o łącznej mocy 50 tyś KM. Zdemontowana w 1961 r. NAJWIĘKSZA INWESTYCJA ENERGETYCZNA XIX Turbiny dla elektrowni wodnej przy wodospadzie Niagara w czasie montażu

6 NAJWIĘSZA ELEKTROWNIA WODNA EUROPY XIX w. RHEINFELDEN - Pierwsza elektrownia przepływowa, - Budowa: r. - Turbiny Francisa o mocy KM, 8 generatorów 3-fazowych o napięciu 6800 V i f = 50 Hz, 12 generatorów prądu stałego o napięciach od V r wydanie koncesji na użytkowanie przez okres 90lat, - Wytwarzała energię elektryczną do 27 lipca 2010r. - Budowa nowej zlokalizowanej 130 m w górę rzeki. Montaż generatorów prowadził Michał Doliwo-Dobrowski Rozebrana!

7 ZAPORA ITAIPU NA RZECE PARANA Długość zapory - 8 km Moc: MW

8 ZAPORA TRZECH PRZEŁOMÓW Dane techniczne: - długość zapory: 2335m, - wysokość zapory: 185 m, - średnia szerokość:1,2 km ( 2-krotnie więcej niż obecna szerokość rzeki) piętrząca wodę do: 175m, - długość sztucznego zbiornika: 630 km, - głębokość sztucznego zbiornika: > 75m (130 m), - powierzchnia sztucznego zbiornika: 60 tyś. ha 32 generatory po 700 MW każdy, koszt tamy ok. 37 mld dolarów, przesiedlono 1,4 mln ludzi, spad maksymalny: 175 m, 1200 zatopionych miejscowości, protesty ekologów, długośc zbiornika 670 km.

9 ENERGIA PŁYWÓW Portugalia Póvoa de Varzim: 2006 r. Projekt pelamis wąż morski ; 3 węże o długości 120 m, zacumowane 5 km od brzegu moc 2,2 MW Opatentowano ok. 50 różnych rozwiązań elektrowni pływowych

10 POTENCJAŁ I WYKORZYSTANIE ENERGII RZEK NA ŚWIECIE 7 Moc zainstalowana w hydroenergetyce - ok. 945 GW. Źródło: T. Z. Leszczyński: Hydroenergetyka w Unii Europejskiej, Biuletyn URE, 6/2009

11 ELEKTROWNIE WODNE W POLSCE TROCHĘ HISTORII - okres międzywojenny: 12 elektrowni, - łączna moc: 18 MW, - największa w Gródku 3,9 MW, zasilała Gdynię, - lata 30 te: rozpoczęto budowę EW na Dunajcu, Sole i Sanie przerwane z powodu II wojny światowej, - po wojnie w Polsce znajdowało się kilkadziesiąt hydroelektrowni w tym Pilchowice i Dychów, - lata 60 te: uruchomiona EW w Kornowie, Myczkowcach, Dębnie, Solinie, Tresnej, Żydowie i Włocławku, - w następnych latach: Żarnowiec, Nidzica oraz Porąbka Żar. 7

12 POTENCJAŁ HYDROENERGETYCZNY POLSKI - teoretyczny, uwzględniający wszystkie możliwe spadki, równy ok. 23 TWh/rok, - techniczny, możliwy do zagospodarowania przy obecnym poziomie techniki, równy ok. 12 TWh/rok - ekonomiczny, możliwy do zagospodarowania przy rozsądnej stopie zwrotu, równy ok. 8 TWh/rok Elektrownie wodne w Polsce wykorzystują : - ok. 16% potencjału technicznego, - ok. 23% potencjału ekonomicznego.

13 ELEKTROWNIE WODNE - PODZIAŁ Ze względu na: - moc - duże; - małe; graniczna wartość 5 MW (w USA 15 MW), - sposób współpracy z systemem elektroenergetycznym: - podstawowa; czas pracy > 5000 h/rok, - podszczytowa; od 5000 do 2000 h/rok, - szczytowa; do 2000 h/rok, - możliwość magazynowania wody: - przepływowa, - zbiornikowa, - wysokość spadu: - niskospadowe; o różnicy poziomów mniejszej niż 15 m, - o średnim spadzie: od 15 do 50 m, - o wysokim spadzie od 50 m.

14 TURBINY WODNE Podstawowe parametry: - moc P ; kw, MW - prędkość obrotowa n ; obr./min. - spad H ; m - wyróżnik szybkobieżności n s ; obr./min. n s prędkość obrotowa miernika turbiny oddającej moc P = 736 W H = 1 m; n s 1,36P 5/ 4 H przy spadzie TURBINA SPAD H, m n s obr/min PELTONA FRANCISA KAPLANA

15 WIRNIK TURBINY PELTONA 16 Źródło: Wikipedia C.

16 KIEROWNICE STRUMIENI WODY W TURBINE PELTONA

17

18 TURBINA FRANCISA 19

19 TURBINA FRANCISA W TRAKCIE MONTAŻU

20 TURBINA KAPLANA

21 25 ŁOPATKI TURBINY KAPLANA

22 ZASOBY HYDROENERGETYCZNE POLSKI Zasoby hydroenergetyczne Polski szacuje się na 13,7 TWh rocznie, z czego: 45,3% przypada na Wisłę, 43,6% na dorzecza Wisły i Odry, 9,8% na Odrę, 1,8% na rzeki Pomorza. Elektrownie na rzekach pomorskich zapewniały przed II wojną światową energię elektryczną portowi morskiemu w Gdyni, Kartuzom oraz Gdańskowi i jego okolicom, co daje wyobrażenie jak duży potencjał mają elektrownie wodne. Obecnie Polska wykorzystuje swoje zasoby hydroenergetyczne jedynie w 12%, co stanowi 7,3% mocy zainstalowanej w krajowym systemie elektroenergetycznym.

23 ELEKTROWNIE WODNE W POLSCE Zasoby hydroenergetyczne możliwe do wykorzystania: ok. 13,7 TWh / rok w tym z małych elektrowni wodnych (MEW): ok. 1,6 GWh / rok Realny potencjał ekonomiczny: ok. 5 TWh / rok ELEKTROWNIE WODNE Moc zainstalowana: Energia wytworzona: 944,1 MW 1,616 TWh (na podstawie świadectw pochodzenia) * Źródło: URE

24 28 ELEKTROWNIE WODNE W POLSCE

25 NAJWIĘKSZE ELEKTROWNIE WODNE w POLSCE E W MOC, MW TURBINY* TYP EW** ROK URUCHOMIENIA ŻARNOWIEC 716 4R SP 1982 PORĄBKA - ŻAR 550 4R SP 1979 SOLINA 200 2R+2F ZP 1969 WŁOCŁAWEK 160 6K P 1969 ŻYDOWO 150 2R+1F SP 1971 CZORSZTYN ZP 2002 DYCHÓW 80 3K+4P ZP 1951 ROŻNÓW 56 4K Z 1942 KORONOWO 26 2K Z 1960 TRESNA 21 2K Z 1966 DĘBIE 20 4K P 1963 PORĄBKA 12,6 2K+1F Z 1954 *) K- Kaplan, F- Francis, R- odwracalna, P- oddzielna pompa śmigłowa **) SP- szczytowo pompowa, P- przepływowa, Z- zbiornikowa, ZP- zbiornikowo pompowa

26 EW ŻARNOWIEC Największa E.W. szczytowo pompowa: 716 MW - cztery turbiny Francisa: - praca generatorowa: 4x179 MW, - zakres regulacji: od 60 do 716 MW, - praca pompowa: 4x210 MW - roczna praca ok godz. - dwukrotne uruchamianie w ciągu doby: ok rozruchów w ciągu roku, - zbiornik górny: 122 ha, pojemność 13,6 mln m 3 wody, - napełnianie zbiornika wodą 6,5 godz. - zbiornik dolny: Jezioro Żarnowieckie

27 ELEKTROWNIA PORĄBKA - ŻAR -rok uruchomienia: cztery hydrozespoły odwracalne: 4x125 MW dla pracy turbinowej, 4x 135 MW dla pracy pompowej, -dolny zbiornik: Jezioro Miedzybrodzkie 318 m. n.p.m., -górny zbiornik-750m. n.p.m., -maszynownia w hali wydrążonej we wnętrzu góry, -czas pompowania 5,5 godz., -czas pracy generacyjnej 4 godz., -sprawność 75%. Widok z szybowca Źródło: W-C

28 ZEW SOLINA - MYCZKOWCE Budowa: , modernizacja w 2003 r. Spiętrzenie wody: 60 m Pojemność zbiornika: 474 mln m 3 Powierzchnia: 21 km 2 Moc elektrowni: 200 MW Dwa turbozespoły generacyjne Dwa zespoły generacyjno pompowe Pełny zbiornik pozwala na pracę w ciągu 5 6 godzin

29 EW we WŁOCŁAWKU na WIŚLE Budowa: 1970 r. Spad: 8,5 m Moc nominalna: 160,2 MW - 6 hydrozespołów - turbiny Kaplana - przełyk: 2190 m 3 /s 34 Źródło: EW Włocławek

30 E. W. DYCHÓW - moc zainstalowana: 80 MW, - spad nominalny: (24,2 29,8)m, - energia elektryczna wytworzona w ciągu roku: 80 GWh. 3 turbiny Kaplana o mocy: 2 x 26,1 MW 1 x 27,3 MW 3 pompy o wydajności 16 m 3 /s, każda o wysokości podnoszenia wody 28 m.

31 EW CZORSZTYN - NIDZICA - początek 1905 r. pierwsza dokumentacja sztucznego zbiornika, r. plany budowy zapory konsultuje G. Narutowicz (twórca kilku takich projektów w Szwajcarii), - po 1934 r. budowa zapory w Rożnowie, r. gotowa dokumentacja dla zapory w Nidzicy, r. budowa zapory w atmosferze protestów społecznych: - długość tamy 404 m., wysokość 60m., - moc turbin: ok. 100 MW (Nidzica 92 MW, Sromowce Wyżne - 2 MW, Łączany 2,5 MW, Smolice 2 MW), - spad wody: (3,4 10,3) m.

32 EW CZORSZTYN - NIDZICA Źródło;

33 EW CZORSZTYN - NIDZICA Mieści on 232 mln m³ wody, powierzchnia zalewu to 1226 ha, a jego głębokość przed zaporą w normalnych warunkach wynosi 42 m. Zapora w Niedzicy jest najwyższą w Polsce zaporą ziemną z centralnym uszczelnieniem glinowym. Wysokość zapory: 56 m, długość: 404 m. Zbudowana została z wykorzystaniem 1,7 mln m³ miejscowego żwiru. Poniżej zapory znajduje się elektrownia wodna wyposażona w 2 turbiny odwracalne o mocy nominalnej 2 x 46 MW. Waga jednego hydrozespołu - turbiny wraz z generatorem wynosi 250 t. Budynek elektrowni o kubaturze 171 tys. m³ jest posadowiony 40 m pod ziemią - posiada 7 kondygnacji. Woda doprowadzona jest ze zbiornika do elektrowni dwoma wydrążonymi w skale sztolniami o średnicy 7 m

34 ELEKTROWNIA PORĄBKA budowa: , wysokość zapory: 37,3 m, długość: 260 m, dwa hydrozespoły Kaplana: 6,1 MW,

35 MEW - MAŁE ELEKTROWNIE WODNE - w Polsce - ok. 700, w tym ok. 600 prywatnych - co roku powstaje kilkanaście nowych lub odbudowywanych - przed II wojną światową było ok instalacji wodnych, aktualnie większość w ruinie, - potencjał rzek wykorzystywany w ok. 40% (w Niemczech ok. 90%) KOSZTY: - budowa MEW o mocy 500 kw kosztuje 8-10 mln zł, - zwrot kapitału następuje po 8-9 latach. POWSTAŁO: TOWARZYSTWO ROZWOJU MAŁYCH ELEKTROWNI WODNYCH 350 członków. 43

36 M.E.W. W POLSCE

37 M.E.W. BYDGOSZCZ

38 46 M.E.W. BYDGOSZCZ kw

39 MEW WODNA STRUGA NA RZECE SŁUPIA Turbina Peltona, generator o mocy 250 kw, przełyk 2,5 m 3 /s

40 MEW GAŁĄŹNA MAŁA NA SŁUPI Moc: 4,16 MW, 5 turbin Francisa

41 MEW Klonówka Turbina Kaplana; średnica wirnika 1300 mm, spad 2,1 m, moc 110 kw Małe Elektrownie Wodne s.c. J.M.P. Kujawscy ul. Wiejska Kościerzyna

42 MEW Chwarszczany Turbina Kaplana; TK4-900 produkcji MEW Kościerzyna średnica wirnika 1300 mm; spad 2,1 m; moc 110 kw Małe Elektrownie Wodne s.c. J.M.P. Kujawscy ul. Wiejska Kościerzyna

43 MEW Nowa Bystrzyca TK4S-500 produkcji MEW Kościerzyna Kaplan w spirali średnica 500 mm Małe Elektrownie Wodne s.c. J.M.P. Kujawscy ul. Wiejska Kościerzyna

44 MEW Nowa Wieś Rzeczna Turbina TK4-650 produkcji MEW Kościerzyna Małe Elektrownie Wodne s.c. J.M.P. Kujawscy ul. Wiejska Kościerzyna Spadek 4,6 m; moc 55kW

45 MEW Nowa Wieś Rzeczna Turbina TK4-650 produkcji MEW Kościerzyna Małe Elektrownie Wodne s.c. J.M.P. Kujawscy ul. Wiejska Kościerzyna

46 Małe Elektrownie Wodne s.c. J.M.P. Kujawscy ul. Wiejska Kościerzyna MEW Nowa Wieś Rzeczna Turbina TK4-650 produkcji MEW Kościerzyna

47 MEW Nowa Wieś Rzeczna Turbina TK4-650 produkcji MEW Kościerzyna Małe Elektrownie Wodne s.c. J.M.P. Kujawscy ul. Wiejska Kościerzyna

48 MEW W POLSCE Ile jeszcze w Polsce jest takich obiektów? 49

49 POTENCJAŁ ENERGETYCZNY ELEKTROWNI WODNYCH w WOJEWÓDZTWIE LUBUSKIM, GWh/rok Rzeka Potencjał teoretyczny Potencjał techniczny Odra Środkowa Bóbr Kwisa Nysa Łużycka Warta Gwda Drawa Pozostałe RAZEM

50 EW PODSUMOWANIE: - przetwarzają naturalne zasoby energetyczne przyrody z największą, w porównaniu z innymi elektrowniami sprawnością ( do ok. 90%), - w czasie eksploatacji w minimalny sposób wpływają na środowisko, - posiadają dobre właściwości dynamiczne: osiągnięcie pełnego obciążenia wymaga niewielkiego czasu, - małe zużycie energii na potrzeby własne ok. 1% w porównaniu z (6-8)% w elektrowniach kondensacyjnych, - eksploatacja w ciągłym ruchu wymaga minimalnej liczby pracowników (często MEW są bezobsługowe)

51 Popularna nazwa choroby: syndrom MEW; Grupy ryzyka: zachorować może każdy, niezależnie od statusu społecznego, zamożności czy stanu zdrowia; Sposób zakażenia: nieznany, choroba pojawia się nagle; Objawy: organizm w stanie euforii, chory przemierza setki kilometrów w poszukiwaniu rzek, zaobserwowano, że na widok zrujnowanych młynów skacze mu ciśnienie, przeczesuje nadbrzeżne chaszcze, grzebie w błocie, niekiedy chorobie towarzyszy bezsenność, charakterystyczne - osoba zakażona szuka innych chorych; Historia: zarazę skutecznie zwalczano do końca lat pięćdziesiątych dzięki rewolucji socjalistycznej połączonej z elektryfikacją, jednak w ostatnich kilkunastu latach powstało ponad trzysta ognisk zarazy; Przebieg: w stadium początkowym - intensywne kontakty z urzędnikami, w stadium zaawansowanym - lekkomyślne zaciąganie wysokich kredytów; chorzy kupują za nie duże transformatory, silniki elektryczne i coś na kształt śrub okrętowych; cieszą się jak dzieci, gdy pada deszcz; Leczenie: czasami podejmują się go urzędnicy, znany jest przypadek sześcioletniej bezskutecznej terapii (pacjentowi udało się jednak załatwić wszystkie formalności); ozdrowienie jest możliwe dopiero wtedy, gdy zakażony zacznie przerabiać energię wodną na elektryczną; Nawroty: możliwe, w niektórych przypadkach bardzo częste; Naukowa nazwa choroby: syndrom Małej Elektrowni Wodnej