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

