2014-04-22
Katedra Sieci Elektrycznych i Zabezpieczeń,
WEiI
1
Wykład IV
ELEKTROWNIE WODNE
37
Plan wykładu
1.
Ogólna charakterystyka elektrowni wodnych EW
2.
Moc i energia elektrowni wodnych
3.
Rodzaje elektrowni wodnych
4.
Turbiny wodne stosowane w elektrowniach
5.
Charakterystyka wybranych EW
1. EW przepływowe
2. EW zbiornikowe
3. EW szczytowo-pompowe
4. Małe elektrownie wodne MEW
dr inż. Michał Wydra
38
Ogólna charakterystyka elektrowni wodnych
•
Elektrownie wodne EW posiadają pozytywne cechy:
▫ Wykorzystują odnawialne zasoby energetyczne, są włączone w
naturalny ruch wody w przyrodzie
▫ Przetwarzają naturalne zasoby energetyczne na energię
elektryczną ze sprawnością największą wśród wszystkich
znanych rodzajów elektrowni
▫ Sprawność EW jest ponad dwukrotnie wyższa od klasycznych
elektrowni cieplnych
▫ Wywierają najmniej destruktywny wpływ na środowisko
▫ Posiadają możliwość szybkiego rozruchu i natychmiastowego
pełnego obciążenia
▫ Stanowią cenne źródło mocy rezerwowych – szczególnie EW
zbiornikowe
dr inż. Michał Wydra
39
2014-04-22
Katedra Sieci Elektrycznych i Zabezpieczeń,
WEiI
2
Ogólna charakterystyka elektrowni wodnych (2)
•
Elektrownie wodne EW posiadają pozytywne cechy:
▫ Bardzo małe zużycie energii na potrzeby własne 1%
(elektrownie cieplne wymagają 6-8%)
▫ Nieliczny stały personel; bywają EW bez stałej obsługi
▫ Praca EW może być sterowana zdalnie z okręgowej lub
centralnej dyspozycji mocy
•
Cechy negatywne to:
▫ Wysokie nakłady inwestycyjne na jednostkę mocy
zainstalowanej, kilkakrotnie przewyższające nakłady na
elektrownie cieplne
▫ Wysokie koszty inwestycyjne są zazwyczaj związane z
wybudowaniem budowli piętrzącej: tamy lub zapory
dr inż. Michał Wydra
40
Ogólna charakterystyka elektrowni wodnych (2)
•
Energia wody jest gromadzona na pewnym odcinku rzeki
poprzez spowolnienie strumienia i jej spiętrzenie
•
Powstała różnica energii potencjalnej przed i za zaporą jest
zamieniana na energię kinetyczną strumienia wody i
przetwarzana przez silnik hydrauliczny, tj. turbinę wodną
dr inż. Michał Wydra
41
Ogólna charakterystyka elektrowni wodnych (3)
dr inż. Michał Wydra
42
2014-04-22
Katedra Sieci Elektrycznych i Zabezpieczeń,
WEiI
3
Moc i energia elektrowni wodnych
•
Energia wody w korycie w każdym z przekrojów może być
wyrażona:
▫ Z1,Z2 – wzniesienie nad poziom odniesienia
▫ p
1
, p
2
– ciśnienie wody w [Pa]; ρ – gęstość wody [kg/m
3
];
▫ v
1
,v
2
– prędkość wody [m/s]; g – przyspieszenie ziemskie;
▫ V – objętość przepływającej wody;
▫ H1, H2 – poziomy niwelacyjne luster wody,
▫ h1, h2 – głębokość środka ciężkości masy wody
dr inż. Michał Wydra
43
2
1
1
1
1
2
2
2
2
2
2
2
J
J
p
A
gZ
V
p
A
gZ
V
Moc i energia elektrowni wodnych
•
Energia rozwijana przez rzekę między dwoma przekrojami
będzie wyrażona:
•
Uwzględniając sprawności urządzeń :
▫ H – spad niwelacyjny; gΣh
str
– straty oporów wodnych
dr inż. Michał Wydra
44
2
2
1
2
1
2
12
1
2
1
2
2
p
p
A
A
A
g Z
Z
V
2
2
1
2
12
2
u
str
T
g
el
A
jednostkowa energia użyteczna
A
gH
g h
V
Moc i energia elektrowni wodnych
•
W zapisie skróconym:
•
Moc elektrowni wodnej przy ρ = 1000 kg/m
3
;t=1s:
dr inż. Michał Wydra
45
12
u
T
g
el
A
A V
12
12
12
kW
el
u
T
g
Q przeplyw
u
T
g
A
V
P
A
t
t
P
A Q
2014-04-22
Katedra Sieci Elektrycznych i Zabezpieczeń,
WEiI
4
Moc i energia elektrowni wodnych
•
Moc EW wykorzystującej energię rzeki pomiędzy
przekrojami 1-2 zależy od:
▫ jednostkowej energii użytecznej A
u
, która jest funkcją
deniwelacji terenu H i prędkości strugi wody
▫ Przepływu masy wody w czasie Q
▫ Sprawności turbiny i generatora
PRZYKŁAD OBLICZENIOWY:
•
Jaką moc osiąga elektrownia wodna o parametrach?
▫ H = 10 m, v
1
= 0,08 m/s, v
2
= 1 m/s, Σh
str
= 0,5 m,
▫ Q = 100 m
3
/s , η
T
= 0,90, η
g
= 0,95;
dr inż. Michał Wydra
46
Rozwiązanie
•
Moc wyraża się wzorem:
•
Podstawiając do wzoru wartości otrzymujemy:
dr inż. Michał Wydra
47
2
2
1
2
12
2
2
u
T
g
str
T
g
P
A Q
gH
g h
Q
2
1
0, 08
1
9,81 10
9,81 0,5 100 0,90 0,95
2
2
P
7926
P
kW
Rozwiązanie
•
Przybliżoną wartość mocy EW można określić na podstawie
praktycznego wzoru:
▫ Q – przepływ wody przez turbinę m
3
/s
▫ H – różnica poziomów; spad niwelacyjny
dr inż. Michał Wydra
48
8
P
Q H kW