PWSZ w Sulechowie – Elektrownie wodne – prof. Marian Miłek

PWSZ w Sulechowie – Elektrownie wodne – prof. Marian Miłek

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
S
=
L pomiędzy tymi przekrojami:
∆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
7
-
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.
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 ns ; obr./min.
ns – prędkość obrotowa miernika turbiny oddającej moc P = 736 W
H = 1 m;
1,36 P
ns 
H 5/ 4
TURBINA
SPAD
H,
m
ns
obr/min
PELTONA
300-2000
2-35
FRANCISA
50-500
50-450
KAPLANA
3-80
300-1000
przy spadzie
WIRNIK TURBINY PELTONA
Źródło: Wikipedia C.
16
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_
ŁOPATKI TURBINY KAPLANA
25
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
ELEKTROWNIE WODNE W POLSCE
28
NAJWIĘKSZE ELEKTROWNIE WODNE w POLSCE
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
12,6
2K+1F
Z
1954
EW
PORĄBKA
*)
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 m3 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 m3
Powierzchnia: 21 km2
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 m3/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 m3/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
M.E.W. BYDGOSZCZ - 600 kW
46
MEW WODNA STRUGA NA RZECE SŁUPIA
Turbina Peltona, generator o mocy
250 kW, przełyk 2,5 m3/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
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 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
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
Rzeka
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