Rozdział XII - Energetyka wodna

Energia wodna
RYNEK ENERGII ELEKTRYCZNEJ ZE ŹRÓDEŁ ODNAWIALNYCH
[ TWh ]
Rok
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
Baza
102 104 105 107 108 110 113 115 117 120
umowna
Obowiązek
2,4
2,5 2,65 2,85 3,1
3,6
4,2
5
6
7,5
zakupu %
A. Popyt 2,4
2,6
2,8
3,0
3,3
4,0
4,7
5,8
7,0
9,0
Woda
Wiatr
Biomasa
Inne
B. Podaż
•
•
2,3 2,4 2,4
2,5 2,6 2,7
2,8 2,8 2,9
3,0
0,06 0,06 0,24 0,30 0,48 0,50 0,60 0,70 1,12 1,21
0,06 0,15 0,14 0,20 1,98 2,31 2,76 3,21 3,66 4,80
0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04
2,4
2,6
2,8
3,0
Przyjmując rok 2001 za rok bazowy,
sprzedaż energii elektrycznej objętej
Rozporządzeniem MG z 15.12.2000
wzrośnie do roku 2010 o 20%;
Zgodnie z założeniami Polityki
energetycznej Polski do 2020, popyt na
energię ze źródeł odnawialnych do roku
2010 szacuje się na poziomie
9000GWh/a.
5,1
•
•
5,4
6,1
6,8
7,7
9,0
Obecna produkcja energii elektrycznej z
OZE wynosi: z elektrowni wiatrowych
375GWh/a; elektrowni wodnych
2200GWh/a - potencjał wzrostu do roku
2010 wynosi 6425GWh/a
Wg stanu na koniec roku 2002 - 84%
produkcji energii elektrycznej ze źródeł
odnawialnych to produkcja generowana z
elektrowni wodnych
ESP NA RYNKU ENERGII ZE ŹRÓDEŁ ODNAWIALNYCH
ELEKTROWNIE WODNE bez małych elektrowni wodnych
Lata
MOC zainstalowana
w tym elektrownie szczytowo - pompowe*
Produkcja energii elektrycznej
w tym elektrownie szczytowo - pompowe*
1995
2008
1330
3780
1930
2000
2116
1330
3967
1915
2001
parametr
2160
MW
1330
MW
4043 GWh/a
1800 GWh/a
*Żarnowiec, Żar, Żydowo
Ogółem moc zainstalowana
w elektrowniach wodnych
Grupy Kapitałowej ESP S.A.
(GK ESP S.A.) na koniec
roku 2002 wyniosła 1533MW
Udział GK ESP S.A.
w produkcji
„zielonej energii”
elektrycznej
w kraju
17%
ELEKTROWNIE GK ESP S.A. WYKORZYSTUJĄCE DOPŁYW NATURALNY
ELEKTROWNIA
ZDOLNOŚĆ PRODUKCYJNA ILOŚĆ (MWh/a)
Myczkowce
32 500
Dychów teren
58 725
Kliczków
1 961
Dychów (dopływ)
82 000
Tresna i Porąbka
62 400
Solina (dopływ)
134 000
Razem
371 586
OPŁACALNOŚĆ WYKORZYSTANIA OZE
Szacunkowe ceny energii elektrycznej i nakłady inwestycyjne dla poszczególnych rodzajów źródeł w Polsce
Średnie nakłady jednostkowe Średni czas wykorzystania mocy
w tys.PLN/kW
zainstalowanej w h
Lp.
Typ elektrowni
Cena PLN/kWh
Okres zwrotu w latach
1.
Mała wodna na istniejącym jazie (do 5MW)
0,15 - 0,20
około 30
3,0 - 5,0
4000
2.
3.
4.
5.
Mała wodna budowana z jazem (do 5MW)
Duża wodna budowana z jazem (powyżej 5MW)
Wiatrowa (0,6 - 1,0MW)
Elektrociepłownia na biomasę lub biogaz
0,35
0,35 - 0,40
0,25 - 0,40
0,20 - 0,30
około 30
około 30
8 - 10
10 - 15
6,0 - 10,0
10,0 - 15,0
3,5 - 4,0
5,0 - 7,5
4000
4500
2200
4500 - 6500
Wpływ cen energii odnawialnej na średnią cenę zakupu spółek dystrybucyjnych
Cena zakupu energii
konwencjonalnej
Cena energii
odnawialnej
PLN/kWh
PLN/kWh
%
%
%
%
%
Wzrost ceny
zakupu
ogółem
%
0,12
0,12
0,12
0,12
0,12
0,12
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
2,40
2,40
2,40
2,40
2,40
2,40
101,60
102,60
103,60
104,60
105,60
106,60
5,00
5,00
5,00
5,00
5,00
5,00
103,30
105,40
107,50
109,60
111,70
113,80
7,50
7,50
7,50
7,50
7,50
7,50
105,00
108,10
111,30
114,40
117,50
120,60
Udział energii
eko w zakupie
Wzrost ceny
zakupu ogółem
Udział energii eko w
zakupie
Wzrost ceny
zakupu ogółem
Udział energii eko
w zakupie
Koszty produkcji energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych w UE
Wyszczególnienie
1980
1985
1990
1995
2000
2005*prognoza
2010*prognoza
Małe elektrownie wodne - koszt
energii w EUR'98/kWh
0,025 0,21
0,025 0,19
0,024 0,16
0,024 0,15
0,024 0,125
0,024 - 0,10
0,022 - 0,09
Elektrownie wiatrowe - koszt energii
w EUR/kWh
0,28 0,70
0,14 0,35
0,084 0,21
0,04 0,10
0,03 0,08
0,0275 - 0,07
0,027 - 0,07
Analiza strategii rozwoju energetyki odnawialnej w Polsce
- odnawialne źródła energii elektrycznej
Wojciech Kułagowski- TEW, ESPSA
Strategia rozwoju energetyki odnawialnej Ministerstwa
Środowiska (2) – główne założenia
Realizacja wariantu 7,5% udziału energii odnawialnej elektrycznej w
2010 roku zakłada wybudowanie około 2500 MW z produkcją roczną
około 14 000 000 MWh z tego:
•
•
•
•
•
600 MW elektrownie wiatrowe
200 MW małe elektrownie wodne
590 MW biogazownie
1200 MW elektrociepłownie na drewno
2 MW ogniwa fotowoltaiczne
1 200 000 MWh,
800 000 MWh,
530 000 MWh,
9 600 000 MWh,
2 000 MWh.
Analiza strategii rozwoju energetyki odnawialnej w Polsce
- odnawialne źródła energii elektrycznej
NA PODSTAWIE MATERIAŁU Wojciech Kułagowski- TEW, ESPSA
Rodzaje źródeł odnawialnych - szanse rozwoju
hydroenergetyka (1)
Potencjał energetyczny polskich rzek wynosi:
- teoretyczny około
23,0 TWh/rok
- realny techniczny około
12,1 TWh/rok
- ekonomiczny około
8,5 TWh/rok
Obecnie w Polsce pracuje około 500 różnej mocy elektrowni wodnych.
Produkcja roczna (z dopływu naturalnego) wynosi około 2,2 TWh.
W obecnych warunkach, w najbliższych dziesięciu latach, nie należy
spodziewać się większego przyrostu produkcji z elektrowni wodnych
niż 800 000 MWh/rok - jest to przyrost mocy rzędu 200 MW.
Analiza strategii rozwoju energetyki odnawialnej w Polsce
- odnawialne źródła energii elektrycznej
Wojciech Kułagowski- TEW, ESPSA
Rodzaje źródeł odnawialnych - szanse rozwoju
hydroenergetyka (2)
Zakładając wybudowanie małych i średnich elektrowni o łącznej
mocy 150 MW i dużej elektrowni o mocy około 50 MW w roku 2010
łączna moc w elektrowniach wodnych wyniesie około 1000 MW
z produkcją około 3 000 000 MWh rocznie.
Wykorzystanie technicznych zasobów energii wodnej zwiększy się z
obecnych 18 % do około 25 % .
Analiza strategii rozwoju energetyki odnawialnej w Polsce
- odnawialne źródła energii elektrycznej
Wojciech Kułagowski- TEW, ESPSA
Prognoza rozwoju (2)
Struktura sprzedaży energii odnawialnej w latach
1999
2010
woda 98,8% biomasa 1%
wiatr 0,2% inne 0%
woda 33,3% biomasa 52,8%
wiatr 13,3% inne 0,6%
Fale i pływy morskie
Farma podmorskich turbin
Gazeta Wyborcza, 2 marca 2004
Podmorskie turbiny
•
•
•
Pierwsze urządzenie zbudowali w 1967 roku Francuzi u ujścia
rzeki Rance. Moc 240 MW.
Podobnie jak w przypadku zapór na rzekach tego typu
elektrownie stanowią nieprzekraczalną barierę dla ryb i
utrudniają transport wodny.
Podmorskie turbiny – 300 kW przytwierdzona do morskiego dna
w cieśninie Kvalsund koło norweskiego miasteczka Hammersfest.
Podmorskie turbiny – zasada
działania
• W cieśninie bez przerwy występuje ruch wody
wywołany przypływami o wysokości ok. 3 m. Przez pół
doby przypływ wtłacza wodę morską do zatoki z
prędkością do 2.5 m/s, a przez drugie pół woda wraca z
powrotem do morza. Podwodne turbiny zaopatrzone są
w ruchome ramiona o dł. 10 m, które równo co 12 godz.
i 25 min. obracają się o 180 stopni. Ramiona turbiny
znajdują się na głębokości 17 m pod poziomem morza,
umożliwiając tym samym swobodny transport morski.
Historia elektrowni wodnych na Raduni
Radunia mała, ale bystra rzeka Pomorza, wypływająca na poziomie 160
m npm z 12 jezior "Raduńskich"; w byłym powiecie kartuskim,
położonych na zachód od Kartuz, nanosiła w okresach powodzi tak
znaczne ilości piasku do dolnego jej biegu, że przed Gdańskiem
występowały częste spiętrzenia wody, rozmycia tam i powodzi na
nizinnych przedpolach Gdańska.
Obecnie praca w elektrowniach odbywa się w systemie
półautomatycznym: pracownicy posiadają w swoich domach systemy
sygnalizacyjne zakłóceń pracy elektrowni. Energia wytwarzana w
elektrowniach jest bezpośrednio przesyłana do ogólnej sieci
energetycznej. Najczęściej elektrownie szczytowe pracują w godzinach
od 7.00 do 13.00 i od 19.00 do 22.00, a więc wtedy, gdy energia
elektryczna jest najdroższa. Elektrownie przepływowe pracują całą dobę.
WYKORZYSTANIE ENERGETYCZNE RZEKI WIERZYCY
1. Ogólna charakterystyka Wierzycy
Rzeka Wierzyca jest lewobrzeżnym dopływem Wisły. Bierze poczatek w rejonie Wzgórz
Szymbarskich u stóp Zamkowej Góry na wysokości 223 m npm. Po przebyciu 166 km wpada
do Wisły w Gniewie. Po drodze zbiera wody Kacynki (Małej Wierzycy), Wietcisy, Piesienicy,
Węgermucy i Inki (Janki) ze zlewni o powierzchni ok.1650 km2. Spad całkowity wynosi
ponad 200 m - jest więc Wierzyca rzeka bystra o reżimie przepływu zbliżonym do górskiego.
Liczne jeziora w dorzeczu Wierzycy wpływają stabilizująco na natężenie przepływu w cieku.
2. Energetyczne wykorzystanie Wierzycy
Górski reżim przepływu Wierzycy spowodował, iż chętnie budowano na niej tartaki i młyny
wodne, tym bardziej że nieopodal leżą Żuławy Wiślane, bogaty spichlerz regionu. Podczas II
wojny i wkrótce po niej część urządzeń popadła w ruinę. Młyny wodne straciły na znaczeniu,
niektóre stopnie wodne - zapomniane - zarosły zielskiem. Kilka stopni odbudowano.
Ponieważ Wierzyca w górnym biegu prowadzi niewiele wody, do wykorzystania
energetycznego nadaje się ok. 100 m spadu (poniżej Skarszew). Zakład Energetyczny Gdańsk
S.A. ma na tym odcinku cztery elektrownie wodne o łącznym spadzie 18.70 m.
Elektrownia Czarnocińskie Piece
Położona jest na terenie gminy Skarszewy, 92 km od źródła. Ujmuje wody ze zlewni o
powierzchni 850 km2. To najstarsza elektrownia wodna na Wierzycy, zbudowana przez miasto
Skarszewy w 1907. roku. Poczatkowo w pozwoleniu wodno - prawnym udzielono zezwolenie na
piętrzenie do rzędnej 99.21 m npm, jednak z powodu wzrostu zapotrzebowania na energię
elektryczną w Skarszewach w roku 1919. piętrzenie podniesiono o 1.20 m, do rzędnej 100.41 m
npm.
Elektrownia przepływowa. Poczatkowo dwie turbiny pionowe Francisa o mocy 145 kW i 60 kW
z przekładnią zębatą. W 1961. roku elektrownię zmodernizowano likwidując jedną (małą)
turbinę. Na miejscu drugiej zainstalowano turbinę pionowa Kaplana w komorze otwartej o mocy
136 kW, spadzie 3.5 m i przełyku 6 m3/s. W roku 1986. wymieniono stara przekładnię zębata na
przekładnię pasowa. W 1996. regulator hydrauliczno-mechaniczny Voitha zastapiono
regulatorem elektrohydraulicznym, wykonanym przez Instytut Energetyki O/Gdańsk. Generator
synchroniczny o napięciu 0.525 kV, 500 obr./min. Jaz żelbetowy o długości 17.5 m, światło 11.4
m. Przepustowość jazu 111 m3/s. Największy przepływ notowany w kwietniu 1962. -17.4 m3/s,
średni przepływ 3.8 m3/s.
Elektrownia Owidz
Położona jest na terenie gminy Starogard Gdański, 113 km od źródła.
Wielkość zlewni Wierzycy w przekroju Owidza wynosi 1070 km2. W
Owidzu co najmniej od 1880. roku istniał młyn wodny. W roku 1910.
firma F. Wichert pobudowała na jego miejscu elektrownię wodną.
Dozwolone piętrzenie 69.304 m npm.
Elektrownia przepływowa o mocy 186 kW. Turbina pionowa Francisa w
komorze otwartej, spad 4 m, przełyk 7 m3/s. Modernizacja
przeprowadzona w roku 1978. polegała na wymianie generatora
synchronicznego i przekładni o zębach drewnianych na generator
asynchroniczny o napięciu 6 kV, 990 obr./min. i przekładnię kątową. Jaz
betonowy - długość 12.6 m, światło jazu 9.86 m. Przepustowość jazu
84.5 m3/s. Przepustowość upustu bocznego przy elektrowni 55.23 m3/s.
W kwietniu 1962. zanotowano przepływ 21.6 m3/s, najwyższy po
wojnie. W źródłach zachowały się zapisy o wielkiej wodzie wiosną
1888. roku, kiedy to przepływ w Owidzu wyniósł 61.6 m3/s.
Elektrownia Kolincz
Położona jest w gminie Starogard Gdański,127 km od źródła. Wielkość
zlewni Wierzycy w przekroju Kolincza wynosi 1180 km2. W roku 1911.
firma F. Wichert wybudowała tu młyn zbożowy, do którego po trzech
latach dobudowano siłownię wodną. Piętrzenie 58 m npm, dozwolone od
poczatku istnienia obiektu.
Elektrownia przepływowa o mocy 407 kW. Turbina podwójna bliźniacza
Francisa pozioma w komorze otwartej (dwie turbiny na wspólnym wale).
Spad 7 m, przełyk 6.88 m3/s. Generator synchroniczny bez hamulca o
napięciu 5.2 kV, 214 obr./min. Jaz betonowy o długości 20 m, światło
17.5 m. Przepustowość jazu 81 m3/s. Przepustowość upustu dennego
44.6 m3/s, upustu bocznego 22 m3/s. Największy powojenny przepływ
zanotowano w kwietniu 1962. - 22.5 m3/s. W źródłach zachowały się
zapisy o wielkiej wodzie wiosną 1888. Przepływ w Kolinczu wyniósł
wówczas 68 m3/s.
Małe elektrownie wodne (MEW), nieliczne jeszcze
w Polsce (ok.300) budowane wg tradycyjnych
sposobów pochłaniają znaczną część kosztów w
czasie ich realizacji na zrealizowanie piętrzenia
wody. Zrealizowanie piętrzenia wymaga środków
na kosztowne i czasochłonne budowle
hydrotechniczne.
Ponadto niemal każdorazowo konieczne jest
przebrnięcie przez czasochłonną procedurę zmiany
planu zagospodarowania danej gminy.
Dla większości gmin projektanci urbaniści nie
zaproponowali terenów pod MEW. Można wręcz
stwierdzić, że takich planów niemal nie ma.
Opracowując projekty MEW zauważyliśmy u
inwestorów naturalną w tej sytuacji dążność do
wykorzystania piętrzeń istniejących, energetycznie
niezagospodarowanych.
Najliczniejszą grupę( wg naszego rozeznania ponad 300) takich
piętrzeń stanowią jazy zasuwowe budowane w trakcie regulacji rzek
nizinnych. Jazy te piętrząc wodę służą,(a właściwie służyły) do
nawodnień okolicznych pól.
Cechą charakterystyczną takich piętrzeń jest niski spad (1 ¸ 3m)
oraz dosyć znaczny przepływ rzeki sięgający niekiedy kilkunastu
m3/s. Pozwala to na zbudowanie elektrowni o mocy od kilku do
kilkuset kW.
Wybudowanie jednak MEW na takim piętrzeniu
metodą tradycyjną pociąga za sobą konieczność:
•Wykupienia terenu obok jazu, co nie zawsze jest możliwe.
•Dokonania zmian w planie zagospodarowania gminy (MEW w
terenie rolniczym).
•Wybudowania budynku elektrowni w nawiązaniu do
istniejącego jazu