Użyteczność Energetyki Wodnej w województwie kujawsko-pomorskim. Prof. dr hab. inż. Józef Flizikowski fliz@utp.edu.pl

Transkrypt

1 Użyteczność Energetyki Wodnej w województwie kujawsko-pomorskim Prof. dr hab. inż. Józef Flizikowski fliz@utp.edu.pl

2 Użyteczność Energetyki Wodnej w województwie kujawsko-pomorskim 1. ENERGETYKA WODNA 2. WOJEWÓDZTWO KUJAWSKO-POMORSKIE 3. UŻYTECZNOŚĆ 4. ROZWÓJ JAKOŚCI, EFEKTYWNOŚCI I NIESZKODLIWOŚCI EW 5. ROZWÓJ UŻYTECZNOŚCI EW

3 SYSTEM OPERATOR ERGONOMICZNOŚĆ OBIEKT OBRABIANY FUNKCJONALNOŚĆ ŻYWE OBIEKTY OTOCZENIA EKOLOGICZNOŚĆ SZTUCZNE OBIEKTY OTOCZENIA SOZOLOGICZNOŚĆ OBIEKTY I SPOSOBY UŻYTECZNOŚCI SP: JAKOŚĆ ENERGII, EFEKTYWNOŚĆ PROCESU, NIESZKODLIWOŚĆ PRODUKTU I PROCESU SYSTEM ELEKTROWNI WODNEJ UŻYTECZNOŚĆ CELE

5 ENERGETYKA Tabela Tabela: Światowe zapotrzebowanie na nośnikidla energii 2010/2030 Światowe zapotrzebowanie na nośniki energii, przewidywania roku 2010/2030 ILOŚĆ 2010/2030 UDZIAŁ L.P. NOŚNIK ENERGII, PROCESOR MLN. TON 2010/2030 EKWIWALENTU OLEJOWEGO % 1. Ropa naftowa 4.308/ ,33/34,97 2. Węgiel kam. i brunatny 2.763/ ,66/21,84 3. Gaz 2.703/ ,17/25,05 Razem konwencjonalne: 9.774/ ,16/81,86 4. Biomasa 1.264/ ,37/9,74 5. Jądrowa 778/764 6,38/4,62 6. Hydroenergia 276/365 2,26/2,22 7. Aeroenergia, wiatr i in. 101/256 0,83/1,56 Razem niekonwencjonalne: 2.419/ ,84/18,14 Zużycie i potrzeby razem: / GJ = tona ekwiwalentu olejowego

6 ENERGETYKA

7 ENERGETYKA

8 ENERGETYKA Kluczowe technologie wspomagające UE

9 ENERGETYKA

10

11 ENERGETYKA WODNA

12

13 ENERGETYKA WODNA ZALETY: Czyste odnawialne źródło energii. Możliwość szybkiego zatrzymywania i uruchamiania elektrowni. Małe problemy przy utrzymywaniu i eksploatacji elektrowni. Sztuczne zbiorniki wodne gromadzą wodę, zmniejszając ryzyko powodzi. WADY: Zależność od opadów deszczu. Konieczność zalania dużych obszarów i przesiedlenia ludzi, co niszczy naturalne siedliska lądowych dla roślin i zwierząt. Lokalne zmiany klimatyczne.

14 ENERGETYKA WODNA

15 ENERGETYKA WODNA Energia odnawialna 2012, Lp. Rodzaj źródła OŹE OŹE i biopaliwa Udział procentowy w OŹE, % MWh 100, , Współspalanie (biomasa/węgiel) ,293 41,3 2. Elektrownie wiatrowe ,670 34,5 3. Elektrownie wodne ,902 14,4 4. Elektrownie na biomasę 5. Elektrownie na biogaz 6. Fotowoltaika Łącznie OŹE elektrownie ,1 78 7,9 3, ,802 0, ,422 57,0 Biopaliwa 1. Biodiesel ,132 83,9 2. Bioetanol ,111 16, ,243 43,0 Łącznie biopaliwa (w TD)

16 ENERGETYKA WODNA Ilość wytworzonej energii elektrycznej w odnawialnych źródłach energii wynikająca z wydanych przez Prezesa URE świadectw pochodzenia, ze względu na rodzaj źródła i według stanu na 30 maja 2013 r., wynosi:

17

19 WOJEWÓDZTWO KUJ.POM.

23

24 WOJEWÓDZTWO KUJ.POM. Dane techniczne: Elektrownia: EW we Włocławku Rzeka: Wisła Lokalizacja: 674,850 km Rok budowy: 1970 Rzędna piętrzenia: 57,30 m n.p.m. Spad znamionowy: 8,80 m Liczba hydrozespołów: 6 Typ turbiny: turbina Kaplana Moc instalowana: 160,2 MW Przełyk instalowany: 2190 m³/sek Średnia produkcja: 739 GWh/a

26

27

28

29

30

31

32

33

34

36 UŻYTECZNOŚĆ Co to jest środowiskowa użyteczność?

37 UŻYTECZNOŚĆ Użyteczność= racjonalność: W ogólnym pojęciu racjonalności, wyróżnia się trzy jej typy: Racjonalność pragmatyczna polega głównie na dopasowaniu środków do celów: ta działalność (teoretyczna lub praktyczna) jest najbardziej racjonalna pod względem pragmatycznym, która odznacza się najwyższą skutecznością. Racjonalność poznawcza polega głównie na dopasowaniu wniosków do przesłanek (inaczej: konsekwencji do racji): ta działalność myślowa (technologiczna) jest najbardziej racjonalna pod względem poznawczym, która odznacza się największą konsekwencją logiczną. Racjonalność aksjologiczna polega głównie na odpowiednim doborze wartości, celów, wzorów i ideałów: ta działalność jest najbardziej racjonalna aksjologicznie, która urzeczywistnia cele (wartości, wzorce, ideały) warte i godne realizacji.

38 UŻYTECZNOŚĆ Efektywność jest to cecha, która wyraża racjonalne zdolności systemów do zaspokajania określonych potrzeb, pragnień zasobności człowieka, ich funkcjonalności, jakości produktu, nieszkodliwości produktu i procesu działania (osiąganie zamierzonych celów działania, funkcjonowania zgodnie z przeznaczeniem i wymaganiami). Kryteria oceny efektywności: 1.Skuteczność, kryterium operacyjne, związane z organizacją i przebiegiem działania; 2.Ekonomiczność, kryterium wartości efektów dodatnich (korzyści) i ujemnych (nakładów) w działaniu; 3.Informacyjność, kryterium wpływu systemu sterowania, dostępu informacji, wiedzy na działanie; 4.Sprawność, kryterium podatności systemu na działanie techniczne, energetyczne, użyteczne; 5.Eksploatacyjność, kryterium funkcjonowania elementów i środków w określonym czasie, otoczeniu, kryterium użytkowania, obsługiwania, zasilania/logistyki systemu.

39 UŻYTECZNOŚĆ Wartość = Środowiskowa użyteczność

40 UŻYTECZNOŚĆ Użyteczność Wszystkie źródła, nośniki, procesory energii są jednakowo ważne - równe, wyróżnia je środowiskowa użyteczność! 40

41 SYSTEM OPERATOR ERGONOMICZNOŚĆ OBIEKT OBRABIANY FUNKCJONALNOŚĆ ŻYWE OBIEKTY OTOCZENIA EKOLOGICZNOŚĆ SZTUCZNE OBIEKTY OTOCZENIA SOZOLOGICZNOŚĆ OBIEKTY I SPOSOBY UŻYTECZNOŚCI SP: JAKOŚĆ ENERGII, EFEKTYWNOŚĆ PROCESU, NIESZKODLIWOŚĆ PRODUKTU I PROCESU SYSTEM ELEKTROWNI WODNEJ UŻYTECZNOŚĆ CELE

42 UŻYTECZNOŚĆ Użyteczność, ergonomiczność OPERATORÓW: 1. Właściciele źródła, gruntu, pozyskanie, inwestorzy, 2. Wytwórcy, 3. Sprzedaż, 4. Sieci przesyłowe, 5. Operatorzy sieci przesyłowej, 6. Spółki dystrybucyjne, 7. Operatorzy sieci dystrybucyjnej, 8. Kupujący na rzecz odbiorców, 9. Oferenci energii 10.Odbiorniki, odbiorcy,

43 UŻYTECZNOŚĆ Użyteczność, ergonomiczność OPERATORÓW: Koszt jednostkowy wytworzenia energii elektrycznej w przypadku instalacji o mocy poniżej 5 MW wynosi około 280 zł/mwh. Przychody z tytułu sprzedaży energii elektrycznej wynoszące obecnie 197,50 zł/mwh nie pokrywają kosztów.

44 UŻYTECZNOŚĆ Użyteczność, funkcjonalność (EW) PRZETWARZANIA: Pokrycie przewidywanego, zmiennego w czasie zapotrzebowania, przy minimum kosztów eksploatacji, Kompensacja czynnych i biernych strat przesyłu w systemie, przy pokryciu przewidywanego zapotrzebowania, Spełnienie różnorodnych ograniczeń eksploatacyjnych (ograniczenia termiczne lub stabilnościowe w liniach, poziomy napięć w węzłach itp.), Zapewnienie elastyczności wytwarzania w czasie rzeczywistym dla zbilansowania odchyleń (jeśli takie wystąpią) od wartości przewidywanego zapotrzebowania, Zapewnienie rezerwowania w przypadku awaryjnego odłączenia dowolnego elementu w systemie (cel n-1).

45 UŻYTECZNOŚĆ Użyteczność, funkcjonalność (EW) PRZETWARZANIA: 1. Fenomenalna konstrukcja procesowa 2. Wysokosprawna konstrukcja sterownicza 3. Samoorganizująca konstrukcja informacyjna 4. Niezawodna konstrukcja logistyczna Możliwa drastyczna poprawa, reinżynieria - twórczy, zintegrowany rozwój obrabiania w EW

46

47 UŻYTECZNOŚĆ

49 STRATEGIE ROZWOJU Cele, (problemy) współczesnej energetyki, postulowane stany i przemiany (strategia Europa 2020): 1.Zmniejszenie zużycia energii, 2.Zwiększenie efektywności energetycznej, 3.Zwiększenie udziału odnawialnych źródeł energii 4.Tworzenie otwartych i inteligentnych sieci energetycznych 5.Decentralizacja wytwarzania i dystrybucji energii 6.Zwiększenie bezpieczeństwa dostaw energii w przypadku katastrof 7.Zwiększenie niezależności energetycznej Europy i zmniejszenie zależności od energetyki jądrowej (obecnie 30%)

50

51 WARUNKI ROZWOJU WARUNKI ROZWOJU ELEKTROWNI WODNYCH: Jeżeli OZE (system) nie osiąga charakterystyk (niska efektywność działania, niewystarczająca jakość produktu, szkodliwość środowiskowa), to przyczynami mogą być: 1. Zniekształcone elementy (E) lub błędne ich relacje (R), 2. Nieprawidłowe (statyczne) oddziaływanie sterownicze (s), 3. Błędna istota realizacji procesu (I) i błędne oddziaływanie sterownicze (s). MODELE ROZWOJU: 4. Efektywności działania występują dane o strukturze i charakterystykach DZIAŁANIA systemu (IS); 5. Jakości produktu występują dane o jakości mocy, energii (IW); 6. Oddziaływania, życia, bezpieczeństwa występują dane dotyczące następstw działania PROCESU i PRODUKTU (ISW)

52 ROZWÓJ JAKOŚCI Obliczenia sprawności turbiny, przekładni i generatora MEW: Moc cieku: Pc Q p Moc na wale turbiny: Moc na wale generatora: Sprawność przekładni: Sprawność generatora: P1 M 1 1 M 2 2 P2 Pg p M 1 1 P1 Pt Pc Fd u P2 M 2 2 Pe g P2 Gdzie we wzorach oznaczono: Q wydatek cieku, p ciśnienie, M1 moment obrotowy turbiny, M2 moment obrotowy generatora, 1- prędkość kątowa wału turbiny, 2- prędkość kątowa wału generatora, Pe - moc elektryczna, Fd - siła parcia, u prędkość cieku

53

54 ROZWÓJ JAKOŚCI Od kilku lat na terenie Europy prowadzone są badania nad wykorzystaniem przepływów wodnych do produkcji energii. Na wzór znanych z przeszłości kół młyńskich została ożywiona myśl wykorzystywania płynącej rzeki jako surowca. Mowa jest o mikroinstalacjach, które zestawione w kilka modułów mogą działać jako mikroelektrownie, lub w mniejszej ilości zasilacz gospodarstwo domowe przylegające do rzeki. Nadwyżki mogą, oczywiście być, sprzedawane do sieci. Źródło: Energiaidom.pl

55 ROZWÓJ JAKOŚCI Konstrukcja procesowa KP

56 ROZWÓJ JAKOŚCI

57 ROZWÓJ JAKOŚCI Zakład Automatyki i Sterowania AiS mgr inż. Roman Sułowski Firma zajmuje się projektowaniem i wdrażaniem dużych systemów automatyki przemysłowej bazującej na dostępnych na rynku sterownikach programowalnych

58 ROZWÓJ JAKOŚCI Konsorcjum i firma Openhydro na wyspie Alderney na Kanale Lamanch buduje elektrownie o mocy 300 MW w oparciu o 2 MW zespoły pływających turbin. Na zdjęciu próby stanowiskowe

59

60

61

62 ROZWÓJ JAKOŚCI Prędkości wariant 2A głębokość 0.2 m prędkość cieku 0.1 m/s Prędkości wariant 2A głębokość 2 m prędkość cieku 0.1 m/s Prędkości wariant 2A głębokość 0.2 m prędkość cieku 5.5 m/s

63

64 Anna Niemczewska ul. Okrężna Koronowo Data KARTA INSTRUKCYJNA dr inż. Ryszard Wocianiec Opracował Nazwa przedmiotu: Płyta łopaty Wydział: dr inż Piotr Domanowski Data Sprawdził Oddział: Data Uzupełnił Nr rys. BJ3_1301 Stanowisko: Liczba godz. Data Zatwierdził Nr zespołu Arkuszy Arkusz 1 1 Akr. w zesp. Nr ark. zesp

65

66 ROZWÓJ JAKOŚCI Tabela Momenty sił (Nm), zmienne prędkości przepływu, głębokości wariantów 1A, 1B, 2A i 2B Prędkość przepływu Prędkość obrotowa Głębokość 1A 1B War 2A iant 2B 0.1 m/s 2.7 m/s 5.5 m/s 1.06 obr/min 28.6 obr/min 58.4 obr/min 0,2 m ,5 2m 10 6,2 0,2 m m ,2 m m ,55 95 (1 łop) 0, ,3 (1 łop) (1 łop) (1 łop) (1łop) (1 łop) 9,5 9 (1 łop) 2 4, ,6 (1 łop) (1 łop) (1łop) (1 łop) (1 łop) M d Fd (0.5 L R ) Fd cd 0.5 u A Obliczenia zostały wykonane programem ANSYS/FLUENT 12, cd - współczynnik oporu (przyjęto 2, odpowiednio dla liczby cieczy, - prędkość przepływu, u u lop koła, L - długość łopatki, G - głębokość - prędkość liniowa łopatki w 2/3 jej długości, A powierzchnia łopat, R - promień Re>10 5), ρ gęstość

67

68

69

70

71

72 ROZWÓJ NIESZKODLIWOŚCI Ponur to część budowli hydrotechnicznej zabezpieczającej dno na stanowisku górnym. Stosowany jest przede wszystkim w budowlach piętrzących (np. zapora, jaz). Ma postać szczelnej, ciężkiej płyty. Dzięki takiej konstrukcji nie tylko zabezpiecza dno rzeki przed rozmywaniem, ale także zwiększa stateczność budowli (przede wszystkim na przesunięcie) oraz wydłuża drogę filtracji. Współcześnie ponur wykonywany jest jako płyta betonowa lub żelbetowa. Poszur to część budowli hydrotechnicznej, obejmujące konstrukcję stanowiącą ubezpieczenie dna cieku na pewnym określonym odcinku, poniżej wypadu danej budowli. Poszur stosuje się w celu zabezpieczenia dna cieku przed rozmyciem i erozją denną. Jest także elementem budowli, który uczestniczy w rozpraszaniu energii wody można tu wyróżnić strefę pasywną, dla której wymagane jest umocnienie ciężkie poszuru i strefę tłumienia, dla której wystarczające może być umocnienie lekkie poszuru. Poszur może zostać wykonany jako płaszczyzna o orientacji poziomej (powierzchnia płaska), bądź zostać ukształtowana w odpowiednio dobrany sposób, tak aby stanowił tzw. wybój przygotowany. Poszur stosowany jest więc w tych budowlach, w których występują urządzenia upustowe; dotyczy to przede wszystkim budowli piętrzących, analogiczne umocnienie dna występuje w niektórych innych budowlach, np. w progu, będącym rodzajem budowli regulacyjnej.

74 ROZWÓJ UŻYTECZNOŚCI

75 ROZWÓJ UŻYTECZNOŚCI

76 PODSUMOWANIE

77 PODSUMOWANIE Celem działań, wspomaganych finansowo środkami unijnymi (82,5 mld euro), ma być zwiększenie inwestycji, wzrost zatrudnienia oraz bardziej innowacyjna i konkurencyjna gospodarka w obszarach: Infrastruktura i Środowisko (27,41 mld euro), Inteligentny Rozwój (8,61 mld euro), Wiedza Edukacja Rozwój (4,69 mld euro), Polska Cyfrowa (2,17 mld euro), Polska Wschodnia (2 mld euro), programy Europejskiej Współpracy Terytorialnej (0,7 mld euro) oraz Pomoc Techniczna (0,7 mld euro). Dodatkowo na poziomie województw realizowanych będzie 16 Regionalnych Programów Operacyjnych o wartości 31,2 mld euro.