Małe elektrownie wodne w Małopolsce dr inż. Wacław Orlewski EAIiE Katedra Maszyn Elektrycznych Pawilon B-1 sala 4, 23 maja 2012
Plan 1. Korzyści z MEW -szybkość budowy -większa retencja wód -zielona energia -ulgi inwestycyjne; pewność sprzedaży energii 2. Specifika MEW w Małopolsce -duże nachylenie terenu (w terenach górzystych), ale tez duża zmienność poziomu wody -bogactwo rzek -utrzymanie żeglugi -turystyka (tor kajakowy) -obecność wód przemysłowych 3. Budowa elektrowni -rodzaje generatorów i turbin -włączenie do sieci -kaskady -dopływ wody 4. Przykłady MEW w Małopolsce
Wprowadzenie Polskie elektrownie wodne wykorzystują 16% technicznego i około 23% ekonomicznego potencjału hydrotechnicznego kraju. Obecnie większość inwestycji dotyczy obiektów istniejących oraz budowy małych elektrowni wodnych o mocy <5 MW. Elektrownie wodne zwiększają bezpieczeństwo energetyczne kraju. Mogą być szybkim źródłem mocy regulacyjnej umożliwiając optymalną pracę elektrowni konwencjonalnych, a także rozwój wykorzystania energii wiatrowej. Obiekty wykorzystane przez energetykę wodną mają charakter wielofunkcyjny. Stanowią elementy ochrony przeciwpowodziowej, regulują stosunki wodne i stanowią często składnik infrastruktury drogowej. Produkcja energii elektrycznej w elektrowni wodnej jest ekologicznie czysta.
Wykorzystanie energii wodnej na świecie Udział elektrowni wodnych w prod. energii el. w % Udział MEW w prod. energii el. w % Lp. Kraj 1 Austria 70,0 9,3 72 2 Czechy i Słowacja 5,7 12,6-3 Francja 20,0 9,2 90 4 Japonia 12,0 23,4 90 5 Niemcy 4,0 7,3 80 6 Norwegia 98,0-84 7 Polska 2,7 0,7 12 8 Szwajcaria 61,0-90 9 Szwecja 40,0-65 10 U S A 9,5 4,8 49 Stopień zasobów wodnych w % wyk.
Zalety i Wady Inwestycji w MEW Stosunkowo duży spadek rzek Obowiązek zakupu wytworzonej w MEW energii elektrycznej. Producent energii z MEW uzyskuje zielony certyfikat, których obrót jest przeprowadzany na Towarowej Giełdzie Energii S.A. Dotacja UE: (działanie 9.4 "Wytwarzanie energii ze źródeł odnawialnych ): Minimalna wartość projektu:10 mln zł, Max kwota wsparcia: 40 mln zł. Wysokość dofinansowania, włącznie z przyłączami : od 30% do 70% kosztów kwalifikowanych. Wysokie koszty inwestycyjne (7-8 mln zł za MEW o mocy 600 kw). Skomplikowane i czasochłonne procedury administracyjno-prawne (kilka lat). Konieczne wnioski o wydanie decyzji o środowiskowych uwarunkowaniach. Uzyskanie decyzji jest konieczne dla otrzymania jakichkolwiek dalszych pozwoleń i decyzji administracyjno-prawnych. W ramach tego dokumentu może się okazać konieczne przeprowadzenie Oceny Oddziaływania na Środowisko.
Specyfika MEW w Małopolsce Stosunkowo duży spadek rzek Możliwe wykorzystanie kanałów wylotowych do innych celów (np. tory kajakowe) Możliwość wytworzenia systemu kaskadowego (lepsze wykorzystanie cieku wodnego) Obecność wód przemysłowych (możliwość zbudowania MEW)
Budowa MEW Przepławka dla ryb Dołączenie do sieci miejskiej sieć miejska Jaz Kanał derywacyjny Kanał wylotowy Turbina Generator Osadnik
Sposoby doprowadzania wody Sposoby doprowadzenia wody do elektrowni wodnej
Generatory: generator synchroniczny Generator z jedną porą biegunów (szybkoobrotowy) Generator z dwoma parami biegunów (wolnoobrotowy)
Generatory: generator asynchroniczny Układ tworzący wirujące pole magnetyczne Wirnik klatkowy Częstość obrotów wirnika < od częstości wirowania pola Częstość obrotów wirnika > od częstości wirowania pola silnik generator
Generator asynchroniczny z kondensatorami Proces samowzbudzenia generatora asynchronicznego z kondensatorami Napięcie generatora U/U N 1.75 1.50 1.25 1.00 0.75 charakterystyka kondensatora 0.50 charakterystyka 0.25 generatora 0.00 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 Prąd biegu jałowego I 0 /I N napięcie kondensatora U C /U N Połączenie generatora asynchronicznego z kondensatorami Charakterystyka napięciowo-prądowa maszyny U(I 0 ) w warunkach biegu jałowego i charakterystyka baterii kondensatorów U c (I 0 ), w jednostkach względnych.
Generator asynchroniczny z kondensatorami L 1 L 2 L 3 W I c T G C Kompensacja mocy biernej generatora asynchronicznego współpracującego z siecią T f=const G W C I o odbiornik Praca samodzielna generatora asynchronicznego z kondensatorami I c U (V) 270 260 250 240 230 220 210 200 190 180 generator asynchroniczny C=32.6 F C=43.4 F C=41.2 F C=39.0 F C=37.0 F C=34.8 F 170-0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 I o (A)
Turbiny Pierwsza wzmianka o kole wodnym pochodzi z 80 r. p.n.e. z Pontu Azji Mniejszej. Młyny wodne z kołem podsiębiernym rozpowszechniły się w imperium rzymskim. Wydajniejsze koło wodne nasiębierne pojawiło się dopiero w V wieku n.e. koło podsiębierne koło śródsiębierne koło nasiębierne
Rodzaje turbin Turbina Francisa Turbina Kaplana Turbina Peltona Turbina Banki- Michella
Krajobraz małych elektrowni wodnych: Elektrownia Kościuszko Elektrownia wodna na stopniu wodnym Kościuszko http://www.fund.pl/mew
Krajobraz małych elektrowni wodnych: Elektrownia Kościuszko Elektrownia wodna na stopniu wodnym Kościuszko http://www.fund.pl/mew
Krajobraz małych elektrowni wodnych: Elektrownia Kościuszko Elektrownia wodna na stopniu wodnym Kościuszko http://www.fund.pl/mew
Krajobraz małych elektrowni wodnych: Elektrownia Kościuszko Turbina wodna http://www.fund.pl/mew Turbina elektrowni wodnej na stopniu wodnym Kościuszko
Krajobraz małych elektrowni wodnych: Elektrownia Kościuszko http://www.fund.pl/mew Wirnik turbiny w elektrowni wodnej na stopniu wodnym Kościuszko
Krajobraz małych elektrowni wodnych: Elektrownia Kościuszko Elektrownia wodna na stopniu wodnym Kościuszko http://www.fund.pl/mew
Walory eksploatacyjne elektrowni na stopniu wodnym Kościuszko Wyprodukowanie tej samej ilości energii w skali roku przez źródła zasilane paliwem stałym powoduje zanieczyszczenie pyłowo-gazowe w ilości:»pyłu zawieszonego ogółem około 9,2 do 19,0[t]»dwutlenku siarki około 46,5 do 95,8[t]»tlenku węgla około 17,1 do 35,2[t]»dwutlenku węgla około 7,5 do 15,5[t]»tlenków azotu około 13,7 do 28,2[t]»sadzy około 6,2 do 12,7[t]»benzo(a)pirenu około 1,4 do 2,/8[t] Elektrownia wodna na stopniu wodnym Kościuszko http://www.fund.pl/mew
Elektrownia kondensacyjna Skawina wraz z kanałem doprowadzającym wodę Budowę elektrowni kondensacyjnej w Skawinie realizowano etapami i oddanie pełnej mocy 550 MW dokonano w 1961 r. obecnie 590MW Maksymalny przepływ wody kanałem wynosi 24,5 m 3 /s Doprowadzana woda do elektrowni stosowana jest głównie do chłodzenia skraplaczy turbin parowych
Krajobraz małych elektrowni wodnych: Łączany zzw-niedzica.com.pl/łączany/otwarcie/foto Elektrownia wodna na stopniu wodnym Łączany. Stopień wodny dostarcza wodę chłodzącą do elektrowni kondensacyjnej Skawina
doprowadzenie pary Elektrownia Skawina 4 1. doprowadzenie wody 2. stacja pomp 3. doprowadzenie wody do skraplacza 4. skraplacz-kondensator (część obwodu turbiny kondensacyjnej) 5. odprowadzenie i schładzanie wody ze skraplacza 6. doprowadzenie wody do elektrowni z upustem awaryjnym 7. elektrownia wodna 8. rzeka odpływowa
Krajobraz małych elektrowni wodnych: elektrownia Skawina II Elektrownia wodna Skawina II na zrzucie wody chłodzącej
Elektrownia Skawina II parametry robocze W okresie badanym 2005 do 2007 roku uzyskano: średni przepływ z roku wahał się Q r = 16,8 17,9 m 3 /s, uzyskiwana moc średnio P śr = 940 1000 kw średnio roczna uzyskana energia E śr = 8255 MWh co stanowi 0,3 % globalnej produkcji Elektrowni Skawina moce uzyskane przy sprawności turbiny η t = 0,8 sprawności generatora η g = 0,9 średnio roczny czas pracy T śr = 8573 godz./rok co stanowi 97,75% wykorzystania godzin kalendarzowych
Literatura Liteatura: 1) Orlewski W., Siwek A.: Elektrownia wodna na przepływie wody użytkowej, Rynek energii Nr 6 (91) 2010 2) Orlewski W.: Badanie pracy generatorowej maszyny asynchronicznej wzbudzanej kondensatorami, Maszyny Elektryczne: zeszyty problemowe 2009 nr 84 3) Orlewski W., Siwek A.: Małe elektrownie wodne, GLOBEnergia, 2006 [t.] 4 4) Siwek A., Orlewski W.: Krakowskie elektrownie wodne, Ogólnopolskie Forum Odnawialnych Źródeł Energii 2005, XI Konferencja Techniczno Naukowa, Warszawa 28-30 listopada 2005 5) Orlewski W.: Stabilizacja napięcia i częstotliwości generatora asynchronicznego pracującego na wydzieloną sieć, Ogólnopolskie Forum Odnawialnych Źródeł Energii 2000, VII Konferencja naukowo techniczna 4 6 grudnia 2000 r. Łódź 6) Folder Fundacji im. Księdza Siemaszki Mała Elektrownia Wodna 7) 50 lat Elektrowni Rożnów. Wydanie Zew, Rożnów 1993