ELEKTROWNIE WODNE
PODSTAWOWE PODZESPOŁY ELEKTROWNI WODNYCH
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.
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
NAJWIĘKSZA ELEKTROWNIA WODNA XIX w. - NIAGARA 1880 - 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. 25.08.1895 10 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
NAJWIĘSZA ELEKTROWNIA WODNA EUROPY XIX w. RHEINFELDEN - Pierwsza elektrownia przepływowa, - Budowa:1895-1899r. - Turbiny Francisa o mocy 800-1200 KM, 8 generatorów 3-fazowych o napięciu 6800 V i f = 50 Hz, 12 generatorów prądu stałego o napięciach od 100-1800 V. - 1899r 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!
ZAPORA ITAIPU NA RZECE PARANA Długość zapory - 8 km Moc: 24000 MW
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.
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
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
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
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.
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.
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 300-2000 2-35 FRANCISA 50-500 50-450 KAPLANA 3-80 300-1000
WIRNIK TURBINY PELTONA 16 Źródło: Wikipedia C.
KIEROWNICE STRUMIENI WODY W TURBINE PELTONA
TURBINA FRANCISA 19 http://pl.wikipedia.org/wiki/plik:francis_turbine_low_flow.jpg
TURBINA FRANCISA W TRAKCIE MONTAŻU
TURBINA KAPLANA http://commons.wikimedia.org/wiki/file:kaplan-rohrturbine_
25 ŁOPATKI TURBINY KAPLANA
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.
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
28 ELEKTROWNIE WODNE W POLSCE
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 100 - 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
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. 18 000 godz. - dwukrotne uruchamianie w ciągu doby: ok. 3000 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
ELEKTROWNIA PORĄBKA - ŻAR -rok uruchomienia: 1979 -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
ZEW SOLINA - MYCZKOWCE Budowa: 1961 68, 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
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
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.
EW CZORSZTYN - NIDZICA - początek 1905 r. pierwsza dokumentacja sztucznego zbiornika, - 1919 r. plany budowy zapory konsultuje G. Narutowicz (twórca kilku takich projektów w Szwajcarii), - po 1934 r. budowa zapory w Rożnowie, - 1939 r. gotowa dokumentacja dla zapory w Nidzicy, - 1970 1997 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.
EW CZORSZTYN - NIDZICA Źródło; http://www.zzw-niedzica.com.pl/
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
ELEKTROWNIA PORĄBKA budowa: 1928 1937, wysokość zapory: 37,3 m, długość: 260 m, dwa hydrozespoły Kaplana: 6,1 MW,
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. 8000 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
M.E.W. W POLSCE http://www.mew.pl/
M.E.W. BYDGOSZCZ
46 M.E.W. BYDGOSZCZ - 600 kw
MEW WODNA STRUGA NA RZECE SŁUPIA Turbina Peltona, generator o mocy 250 kw, przełyk 2,5 m 3 /s http://www.ely.pg.gda.pl/~zkusto/energia_odnawialna/prace_studenckie/
MEW GAŁĄŹNA MAŁA NA SŁUPI Moc: 4,16 MW, 5 turbin Francisa http://www.ely.pg.gda.pl/~zkusto/energia_odnawialna/prace_studenckie/
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 8 83-400 Kościerzyna
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 8 83-400 Kościerzyna
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 8 83-400 Kościerzyna
MEW Nowa Wieś Rzeczna Turbina TK4-650 produkcji MEW Kościerzyna Małe Elektrownie Wodne s.c. J.M.P. Kujawscy ul. Wiejska 8 83-400 Kościerzyna Spadek 4,6 m; moc 55kW
MEW Nowa Wieś Rzeczna Turbina TK4-650 produkcji MEW Kościerzyna Małe Elektrownie Wodne s.c. J.M.P. Kujawscy ul. Wiejska 8 83-400 Kościerzyna
Małe Elektrownie Wodne s.c. J.M.P. Kujawscy ul. Wiejska 8 83-400 Kościerzyna MEW Nowa Wieś Rzeczna Turbina TK4-650 produkcji MEW Kościerzyna
MEW Nowa Wieś Rzeczna Turbina TK4-650 produkcji MEW Kościerzyna Małe Elektrownie Wodne s.c. J.M.P. Kujawscy ul. Wiejska 8 83-400 Kościerzyna
MEW W POLSCE Ile jeszcze w Polsce jest takich obiektów? 49
POTENCJAŁ ENERGETYCZNY ELEKTROWNI WODNYCH w WOJEWÓDZTWIE LUBUSKIM, GWh/rok Rzeka Potencjał teoretyczny Potencjał techniczny Odra Środkowa 1045 596 Bóbr 591 320 Kwisa 138 45 Nysa Łużycka 345 351 Warta 1032 351 Gwda 91 43 Drawa 79 43 Pozostałe 338 70 RAZEM 3659 1544
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)
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