Zielony Telefon Alarmowy OZE.

Transkrypt

1 Zielony Telefon Alarmowy OZE Energia Wody : Projekt dofinansowany ze środków Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej

2 Energetyka wodna Energetyka wodna (hydroenergetyka) zajmuje się pozyskiwaniem energii wód i jej przetwarzaniem na energię mechaniczną i elektryczną przy użyciu silników wodnych (turbin wodnych) i hydrogeneratorów w siłowniach wodnych (np. w młynach) oraz elektrowniach wodnych, a także innych urządzeń (w elektrowniach maretermicznych i maremotorycznych). ENERGIA WODY Energia spadku wód Energia fal morskich Energia pływów i prądów morskich 2

3 Energetyka wodna Energetyka wodna opiera się przede wszystkim na wykorzystaniu energii wód śródlądowych (rzadziej mórz w elektrowniach pływowych) o dużym natężeniu przepływu i dużym spadzie mierzonym różnicą poziomów wody górnej i dolnej z uwzględnieniem strat przepływu. Aby osiągnąć takie warunki, wybór odpowiedniej lokalizacji pod elektrownię wodną jest kluczową sprawą. Energia spadku wód związana jest bezpośrednio z energią potencjalną wody uwalnianą podczas jej spadku czy spływu z określonej wysokości. E = m g h [J] gdzie: E energia wody [J] m masa wody [kg] g przyśpieszenie ziemskie [m/s 2 ] h wysokość spadku [m] Zasoby energii wody są tym większe im większa jest masa płynącej wody oraz większa jest różnica wysokości. Rzeka charakteryzująca się dużym przepływem wody oraz bystrym nurtem charakteryzuje się dużymi zasobami energii. Szczególnym przypadkiem są wodospady, które wraz z wysokością charakteryzują się coraz wyższymi zasobami energii.

4 Zasoby energii spadku wód TWh1000 Zasoby energii spadku wód w Polsce potencjał teoretyczny potencjał techniczny potencjał ekonomiczny polskie zapotrzebowanie na energię energia słoneczna 23 12, ,6 4

5 Hydroelektrownie w Polsce Z uwagi na lokalizację znaczenie praktyczne w Polsce ma energia mechaniczna płynącej wody. Zasoby wodne Polski cechuje duża zmienność sezonowa i nierównomierność rozmieszczenia terytorialnego. Wielkość zasobów wodnych zależy głównie od spadku koryta rzeki i przepływów wody. Polska jest krajem nizinnym i dlatego też nasz potencjał nie należy do znaczących w Świecie. Niemniej jednak na terenie kraju występuje kilka dużych elektrowni wodnych zlokalizowanych głównie w obszarze dorzecza Wisły zaś małe elektrownie wodne zlokalizowane są w Karpatach, Sudetach, na Roztoczu a także na rzekach Przymorza i Odrze. 5

6 Budowa Elektrowni wodnej 6

7 Największe hydroelektrownie w Polsce Rodzaj elektrowni Nazwa elektrowni Moc zainstalowana w MW szczytowo-pompowa Żarnowiec 716 szczytowo-pompowa Porąbka-Żar 500 szczytowo-pompowa Żydowo 150 przepływowa Włocławek 160 przepływowa Solina 138 przepływowa Dychów 80 przepływowa Rożnów 50 7

8 Rodzaje elektrowni wodnych Elektrownie wodne wykorzystujące wody śródlądowe- ze względu na sposób doprowadzania wody do turbin dzielimy na: Elektrownie przepływowe - przetwarzają bezpośrednio w turbinach energię kinetyczną przepływającą w rzece wody. Ich moc uzależniona jest od ilości przepływającej wody. Brak zbiornika gromadzącego wodę. Elektrownie regulacyjne (zbiornikowe) wyrównują sezonowe różnice w ilości płynącej wody dzięki zastosowaniu zbiornika wodnego umieszczonego przed elektrownią. Mogą mieć one charakter retencyjny (wyrównują poziom rzeki poniżej zapory). 8

9 Elektrownia szczytowo-pompowa Elektrownie szczytowopompowe - służą głównie do magazynowania energii elektrycznej wyprodukowanej w inny sposób. Elektrownia taka znajduje się pomiędzy dwoma zbiornikami wodnymi górnym i dolnym. Umożliwiają kumulowanie energii w okresie małego zapotrzebowania na nią przez pompowanie wody ze zbiornika dolnego do górnego, (co powoduje stratę pewnej części energii). Elektrownie szczytowo pompowe potrafią szybko gromadzić i dostarczać duże ilości energii, w ten sposób doskonale uzupełniają pracę elektrowni wiatrowych i słonecznych. Natomiast wokresie większego zapotrzebowania energia wyzwalana jest przez spuszczenie wody ze zbiornika górnego do dolnego, która napędza turbiny. Elektrownie te są skutecznym akumulatorem o ogromnej pojemności. 9

10 Podział turbin wodnych Akcyjne, które wykorzystują prędkość wody Reakcyjne, które wykorzystują prędkość wody i różnicę ciśnień Francisa Peltona Banki Michella Kaplana 10

11 Dobór turbiny 11

12 Kontrowersje związane z dużymi elektrowniami wodnymi Znacząco wpływają negatywnie na wodny ekosystem (zapory na wiśle i jej dorzeczach praktycznie wyeliminowały polską populację łososia) Zmieniają charakter rzeki Zmieniają lokalny mikroklimat Zalanie często cennych przyrodniczo obszarów (zapora trzech przełomów) Zwiększenie erozji dennej poniżej zapory, zanik żwiru, obniżenie dna rzeki oraz poziomu wód gruntowych. Powodowanie cofki powyżej zapory 12

13 Małe elektrownie wodne Polska nie posiada obecnie dużego potencjału do rozwoju dużych elektrowni wodnych dodatkowo budzą one bardzo wiele kontrowersji społecznych. Z tego względu rozwój energetyki wodnej wpolsce prawdopodobnie będzie należał do tzw. Małych Elektrowni Wodnych (MEW) których budowa budzi znacznie mniej kontrowersji. Zgodnie z polskim prawem MEW to elektrownie do 5MW 13

14 Małe elektrownie wodne MEW mogą wykorzystywać potencjał niewielkich rzek, rolniczych zbiorników retencyjnych, systemów nawadniających, wodociągowych, kanalizacyjnych ikanałów przerzutowych. Małe elektrownie wodne w przeciwieństwie do dużych zawodowych elektrowni charakteryzują się mniejszym negatywnym wpływem na środowisko gdyż w znacznie mniejszym stopniu zmieniają lokalne warunki hydrologiczne, siedliskowe, krajobrazowe. Dodatkowo MEW jak wszystkie elektrownie wodne są źródłem czystej energii elektrycznej na lokalnym rynku. Technologiczne rozwiązania małych elektrowni wodnych zależą w głównej mierze od sposobu doprowadzenia wody (kanałem otwartym lub przewodem ciśnieniowym) oraz od typu zastosowanego turbozespołu. Zwłaszczaten drugi czynnik powoduje dużą różnorodność rozwiązań. Istnieje bowiem wiele typów turbozespołów malej mocy stosowanych w elektrowniach wodnych (turbiny Francisa, Kaplana, rurowe, Banki, Peltona). 14

15 MEW -Derywacyjne elektrownie Derywacyjne elektrownie wodne wykorzystują kanał derywacyjny który przecina w poprzek naturalne zakole rzeki w ten sposób sztucznie zwiększana jest wysokość spadu elektrowni. Na końcu kanału umieszczana jest turbina wodna wraz z generatorem. 15

16 MEW Wysoko, średnio i nisko spadowe elektrownie W zależności od wysokości spadu wyróżniamy małe elektrownie: Wysoko pow. 150m Średnio m Nisko spadowe 2 20m 16

17 MEW Elektrownie pływające po rzece Elektrownie pływająca po rzece, jest rozwiązaniem alternatywnym dla drogich i negatywnie wpływających na środowisko tam. Mogą być one budowane w znacznie mniejszej odległości od siebie niż elektrownie spiętrzające wodę, co pozwala na pełniejsze wykorzystanie potencjału danej rzeki. Nie bez znaczenia jest także czynnik ekonomiczny zbudowanie dużej elektrowni pływającej o mocy jednego megawata, jest wielokrotnie tańsze niż zbudowanie małej tamy na rzece, z której uzyska się taka samą ilość energii. 17

18 Szacowanie uzysku energii z małej elektrowni wodnej Oszacowanie dostępnej mocy cieku wodnego P = g Q ρ h f gdzie: P -dostępna moc cieku wodnego g przyśpieszenie ziemskie 9,81 [m/s 2 ] h wysokość spadku [m] Q objętościowe natężenie przepływu [m 3 /s] ρ -Gęstość wody 1000 [kg/ m 3 ] f procent wykorzystania objętościowego natężenia przepływu szacowanie sprawności małej elektrowni wodnej ηe= ηt ηp ηg ηtr gdzie: ηe sprawność elektrowni ηt sprawność turbiny ok % ηp sprawność przekładni ok. 95% ηg sprawność generatora ok. 95% ηtr sprawność transformatora ok. 95% Założenie czasu pracy elektrowni, który zazwyczaj wynosi od 5000 do 8000 godzin rocznie Obliczenie energii elektrycznej wyprodukowanej przez elektrownię. Ee= P t ηe gdzie: Ee wyprodukowana energia elektryczna [Wh] P -dostępna moc cieku wodnego [W] t czas pracy [h] ηe sprawność elektrowni 18

19 Szacowanie uzysku energii z małej elektrowni wodnej Szacowanie energii wyprodukowanej przez małą elektrownię wodną umiejscowioną przy jazie o wysokości 2m na rzece o przepływie 240 m 3 /h, z którego wykorzystane będzie 30% objętościowego przepływu. Założyć: sprawność turbiny = 80% sprawność przekładni = 95% sprawność generatora = 95% sprawność transformatora = 95% czas pracy godzin/rok. P = 9.81 (240/60) =23544 W = 23.5 kw ηe = =0.6859=68,6% Ee = = kwh = 113 MWh 19

20 Zalety i wady MEW Zalety Nie zanieczyszczają środowiska i mogą być instalowane w licznych miejscach na małych ciekach wodnych. Mogą być zaprojektowane i wybudowane w ciągu 1-2 lat, wyposażenie jest powszechnie dostępne, a technologia dobrze znana. Prosta technicznie budowa przekłada się na wysoką niezawodność i długą żywotność. Łatwość obsługi sprawia, że wymagają nielicznego personelu i mogą być sterowanie zdalnie. Poprawiają bezpieczeństwo energetyczne, są stabilnym źródłem energii. Energia z MEW jest zazwyczaj wykorzystywana lokalnie, co skraca odległości przesyłu energii i zmniejsza związane z tym koszty. Wady Powodowanie cofki powyżej progu, która prowadzi do zamulenia koryta, pogorszenia, jakości wody, przegrzewania się wody w czasie upałów, zmniejszenia się natleniania wody, akumulacji zanieczyszczeń. Zwiększenie erozji dennej poniżej progu, zanik żwiru, obniżenie dna rzeki oraz poziomu wód gruntowych, naruszenie równowagi biologicznej, zubożenie lub zmiana lokalnego ekosystemu. Uniemożliwienie lub utrudnienie migracji ryb, zanik tarlisk w obrębie elektrowni, uszkodzenia ryb przechodzących przez niektóre rodzaje turbin. Wysokie koszty budowy w przypadku potrzeby spiętrzenia wody, które powodują brak rentowności inwestycji bez dotacji. 20