ENERGETYKA JĄDROWA WYKŁAD 4 Gdańsk 2018
ENERGETYKAJ JĄDROWA wykład 4 1. Pierwsze elektrownie wodne 2. Klasyfikacja elektrowni wodnych 3. Elektrownie wodne na świecie 4. Elektrownie wodne w Polsce
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
KILKA SŁÓW TYTUŁEM WPROWADZENIA Zasoby hydroenergetyczne Polski szacuje się na ok. 13,7 TWh rocznie.
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.
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 25-23 p.n.e.
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.
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.
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
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.
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
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
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
KLASYFIKACJA ELEKTROWNI WODNYCH Czyli elektrownia wykorzystująca energię fal morskich. Dwa główne rozwiązania to: turbiny wodne turbiny powietrzne Fot. Elektrownia maremotoryczna z turbiną powietrzną
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
KLASYFIKACJA ELEKTROWNI WODNYCH Rys. Podział małej energetyki wodnej
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 1,5-25 5-1200 do 50 000 8-80 5-1000 do 200 000 Turbina Francisa 10-600 0,5-1000 do 850 000 Turbina Peltona 50-1200 0,1-50 do 300 000 Źródło: Elektrownie wodne Ich funkcjonowanie i oddziaływanie na najbliższe środowisko
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.
POLSKA HYDROENERGETYKA Elektrownia Gródek widok na halę maszyn i śluzę tratew od dolnej wody Uruchomienie I-ej turbiny w Gródku 24.04.1923 r. przez prezydenta. RP St. Wojciechowskiego
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.
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
POLSKA HYDROENERGETYKA Fot. Rok 1975 obetonywanie rur ssawnych
Rys. Większe elektrownie wodne występujące w Polsce
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)
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
HYDROENERGETYKA NA ŚWIECIE
HYDROENERGETYKA NA ŚWIECIE Itaipu druga co do wielkości elektrownia wodna na świecie, zapora wodna na rzece Parana w Ameryce Południowej 14, GW.
HYDROENERGETYKA NA ŚWIECIE Amerykańskie Stowarzyszenie Inżynierów Cywilnych uznało zaporę Itaipu z "Siedmiu Cudów Współczesnego Świata. jako jeden Specjalnie dla 37000 robotników zbudowano oddzielne osiedle, składające się z 500 bloków, 4 szpitali, szkół dla 16000 dzieci, kin i restauracji.
ZAPORA I ELEKTROWNIA XILUODU Foto: english.cwe.cn Zapora na rzece Jangcy została otwarta w 2013 roku i dysponuje mocą 13860MW. 29
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
HYDROELEKTROWNIA TUCURUI, BRAZYLIA Etap I w latach 1975-1984 Etap II a drugą w 1998-2010 Energia dla 13 mln ludzi Moc 8370 MW (fot. Sócrates Arantes/Eletronorte/Agencia Brasil CC BY 3.0 BR) 31
ZAPORA GRAND COULEE, STAN WASZYNGTON, USA Skonstruowana została w latach 1933-1942, Foto:wikimedia.org Creative Commons w 1974 dokończono jej rozbudowę o trzeci blok energetyczny Moc 6809 MW. 32
HYDROELEKTROWNIA SAJAŃSKO-SZUSZEŃSKA, ROSJA Wybudowana w latach 1968-1978 Budowę rozpoczęto się w 1963 roku, elektrownię uruchamiano w latach 1978-1985. Moc 6500 MW Foto:wikimedia.org Creative Commons (fot. PAP/ITAR-TASS/Alexander Kolbasov) 33
TAMA LONGTAN, CHINY (fot. Qianli zou dan qí CC BY-SA 3.0) zbudowana w latach 2001-2009 200 m wys. koszt budowy 4,2 mld dol moc 6426 34
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
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
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
PARAMETRY ELEKTROWNI WIATROWEJ
ELEKTROWNIE WIATROWE W EUROPIE
ELEKTROWNIE WIATROWE W POLSCE
ELEKTROWNIE WIATROWE NA ŚWIECIE
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.
ELEKTROWNIE WIATROWE NA ŚWIECIE Tehachapi Pass Wind Farms elektrownia wiatrowa z Południowej Kalifornii, USA Moc 562 MW 5000 wiatrowych turbin Powstała w latach 70 80 XX w.
ELEKTROWNIE WIATROWE w EUROPIE East Renfrewshire Wind Farm Renfrewshire, Szkocja Moc 539 MW 215 wiatrowych turbin Oddana w 2012
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 1 3 + v 2 3 2
BUDOWA TURBINY WIATROWEJ
BUDOWA TURBINY WIATROWEJ Po lewej turbina przekładniowa, po prawej bezprzekładniowa (źródła: www.wikimedia.org, www.treehugger.com)
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.
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.
BUDOWA TURBINY WIATROWEJ Turbiny o osi poziomej HAWT (Horizontal Axis Wind Turbine): jednopłatowe, dwupłatowe, trzypłatowe, wielopłatowe z dyfuzorem wykorzystujące efekt Magnusa
BUDOWA TURBINY WIATROWEJ Turbiny o osi pionowej VAWT (Vertical Axis Wind Turbine): Darieus-a H- rotor Savonius-a
HAŁAS
Dziękuję za uwagę