ELEKTROWNIE
WODNE

2013/2014

ENERGIA WYTWARZANA Z
ZASOBÓW ENERGII WÓD



Zasoby energii wodnej na świecie 40700 TWh/a



zasoby możliwe do eksploatacji 14400 TWh/a

Największe zasoby energii wodnej występują w:



Chinach, Rosji, Brazylii, Kanadzie, Kongo, Indiach,

USA oraz Indonezji.

Pierwsza piątka w produkcji energii z wody:



Brazylia 304 TWh/a



Kanada 303 TWh/a



Chiny 283 TWh/a



USA 269 TWh/a



Rosja 157 TWh/a

ENERGETYCZNE ZASOBY
WODNE UNII EUROPEJSKIEJ

Unia Europejska:



Francja 65,2 TWh/a



Szwecja 53,5 TWh/a



Włochy 44,2 TWh/a



Hiszpania 43,8 TWh/a



Niemcy 25,0 TWh/a

Produkcja energii elektrycznej w EW w Polsce
(w zależności od opadów): 2,1 – 2,5 TWh/a
Polskie elektrownie wodne wykorzystują 16%
technicznego i około 23% ekonomicznego
potencjału hydroenergetycznego kraju

WYKORZYSTANIE ZASOBÓW
ENERGII WODNEJ NA ŚWIECIE

POTENCJAŁ
HYDROENERGETYCZNY
POLSKI

KLASYFIKACJA POTENCJAŁU
ENERGETYCZNEGO WÓD

ELEKTROWNIE WODNE
ŚRÓDLĄDOWE

Rozróżnia się dwa podstawowe typy elektrowni

wodnych wykorzystujących wody śródlądowe:

Elektrownie przepływowe

, budowane na rzekach

nizinnych o małym spadku, nie mają możliwości

magazynowania wody i tym samym regulacji wytwarzanej

mocy elektrycznej.

Elektrownie regulacyjne

są zaopatrzone w zbiorniki

wodne, które pozwalają gromadzić i magazynować energię

wody i przetwarzać ją na energię elektryczną w dogodnym

czasie.

ELEKTROWNIE WODNE
ŚRÓDLĄDOWE

a – przepływowe,
b – regulacyjne z
dużym
zbiornikiem,
c - regulacyjne z
małym
zbiornikiem,
d - kaskadowe,
e - szczytowo-
pompowe

ELEKTROWNIE WODNE
PRZEPŁYWOWE

Instalacja mieści się w specjalnie skonstruowanym budynku,

będącym przedłużeniem przegradzającego rzekę jazu - jest

więc zlokalizowana w korycie rzeki, której energię

wykorzystuje.

Elektrownie tego typu mogą pracować prawie bez przerwy,

ilość produkowanej przez nie energii zależy jednak od ilości

wody, przepływającej akurat w rzece.

W Polsce największe znaczenie wśród tego typu

hydroelektrowni mają niskospadowe elektrownie z zaporami

ziemnymi, wyposażone w turbiny Kaplana, turbiny rurowe,

bądź też – w przypadku bardzo
małych mocy – w turbiny rurowe z generatorem zewnętrznym

lub turbiny Banki-Michella.

ELEKTROWNIE WODNE
REGULACYJNE

A - zbiornik
wodny,
B - elektrownia,
C - turbina,
D - generator,
E - pobór wody,
F - korytarz
wodny,
G - linie
wysokiego
napięcia,
H - rzeka

ELEKTROWNIE WODNE
REGULACYJNE

۩ Dzięki znajdującemu się przed nią zbiornikowi
wodnemu, elektrownia zbiornikowa może
produkować energię o większej mocy, niż moc
odpowiadająca chwilowemu dopływowi, może też
reagować na zmieniające się zapotrzebowanie na
energię i dostosowywać się do sezonowych wahań
ilości przepływającej wody.

۩ Ten typ hydroelektrowni reprezentowany jest
najczęściej przez duże elektrownie wodne.

۩ Powstały przed zaporą sztuczny zbiornik wodny
pełni także istotną funkcję przeciwpowodziową.

ELEKTROWNIA SZCZYTOWO
-POMPOWA

Elektrownia wodna
w Żarnowcu
z czterema
hydrozespołami
odwracalnymi oraz
sztucznym
zbiornikiem
górnym.

ELEKTROWNIE NIEDZICA –
SROMOWCE WYŻNE http://www.zzw-
niedzica.com.pl/

ELEKTROWNIE WODNE
KASKADOWE

Stosuje się w nich
wiele
zbiorników, które
umożliwiają regulację
napełniania i
opróżniania
indywidualnie jak
i zbiorowo – co
pozwala na
magazynowanie
nadmiaru
energii.

WYKORZYSTANIE ELEKTROWNI
WODNYCH W SYSTEMIE
ELEKTROENERGETYCZNYM



Elektrownie podstawowe

pracujące w okresie całej doby

w sposób ciągł



Elektrownie podszczytowe

oddające swą energię z

przerwami w ciągu doby w okresach, gdy

zapotrzebowanie systemu spada



Elektrownie szczytowe

, których produkcja energii

ograniczona jest do okresów maksymalnego

zapotrzebowania występującego w systemie



Elektrownie szczytowo-pompowe

lub z członem

pompowym, których współpraca z systemem nie

ogranicza się tylko do wytwarzania energii

WYKORZYSTANIE ELEKTROWNI
WODNYCH W SYSTEMIE
ELEKTROENERGETYCZNYM

PODZIAŁ TURBIN
WODNYCH

Podział ze względu na wysokość
spadu:
- niskospadowe
- średniospadowe
- wysokospadowe

Ze względu na szybkobieżność:
- wolnobieżne
- średniobieżne
- szybkobieżne

PODZIAŁ TURBIN
WODNYCH

Budowa turbiny - podstawy



Podstawowym elementem każdej turbiny jest łopatka, która
jest przymocowana dotarczy lub bębna



Łopatki

są przymocowane na całym obwodzie bębna lub tarczy

tworząc tak zwany wieniec łopatkowy lub palisadę łopatkową



Bęben

bądź tarcza jest osadzona na wale; czasem są one

wykonane jako jeden element. Wał razem z tarczą bębnem i
wieńcem łopatkowym stanowią wirnik turbiny, który się obraca
w łopatkowym stanowią wirnik turbiny, który się obraca w
wyniku przepływu gazu bądź cieczy. Palisada na wirniku
nazywa się palisadą wirnikową albo wieńcem wirnikowym. W
turbinach osiowych (zwłaszcza w turbinach
wielostopniowych)często wieniec wirnikowy musi mieć przed
sobą nieruchomy wieniec kierowniczy zwany też kierownicą,
który ma za zadanie odpowiednio ukierunkować czynnik
padający na łopatki wirnika.

Budowa turbiny - podstawy



Kierownica także składa się z łopatek i jest ona
nieruchomo przymocowana do korpusu turbiny.



Wieniec kierowniczy wraz z wieńcem wirnikowym
stanowi jeden stopień turbiny. Ich liczba może być
różna, najczęściej od kilkunastu do jednego. Liczba
łopatek palisady wirnikowej jest na ogół inna niż w
palisadzie palisady wirnikowej jest na ogół inna niż
w palisadzie kierowniczej.



Całość jest zamknięta w korpusie pojedynczym lub
podwójnym. Wirnik jest osadzony na łożyskach



Przejścia wału przez korpus są uszczelniane.

PARAMETRY ENERGETYCZNE
TURBINY WODNEJ

Stan ruchu turbiny wyznaczają

następujące

parametry energetyczne:



Spad H [m],



przełyk Q [m3/s],



Moc P [kW],



Prędkość obrotowa nt [obr/min]

PARAMETRY ENERGETYCZNE
TURBINY WODNEJ

TURBINY AKCYJNE



Energia potencjalna jest przetwarzana w
aparacie kierującym na energię prędkości.



Ciśnienie wody przed wejściem na łopatkę
jest równe ciśnieniu atmosferycznemu.



Wirnik turbiny akcyjnej jest zasilany na
części obwodu i powierzchnie tylne łopatek
nie stykają się z wodą.



Wirnik umieszczony jest nad zwierciadłem
wody dolnej, co powoduje straty spadu.

TURBINY REAKCYJNE



Ciśnienie wody przy wejściu na łopatkę wirnika jest
większe od atmosferycznego i maleje w czasie przepływu
przez przestrzenie międzyłopatkowe wirnika.



Podczas przepływu wody przez wirnik jej energia ciśnienia
przemienia się w dodatkową energię kinetyczną.



Woda przepływa między łopatkami wirnika, wskutek czego
doznaje przyśpieszenia i prędkość jej zwiększa się, a
krzywizna łopatek wirnika powoduje zmianę kierunku
ruchu wody.



Wirnik turbiny reakcyjnej jest na całym obwodzie zasilany
wodą, która przepływa przez niego strugą ciągłą i za
pomocą rury ssącej jest doprowadzona do dolnego
poziomu.

TURBINY REAKCYJNE



Zastosowanie rury ssącej w turbinach
reakcyjnych umożliwia wykorzystanie spadu
między wirnikiem, a poziomem wody dolnej.



W turbinie reakcyjnej woda wywiera na
łopatkę dwojakie działanie:

1. reakcyjne, wywołane ciśnieniem, pod

którym woda przepływa przez wirnik z
przyspieszeniem względem wirnika;

2. akcyjne, wywołane krzywizną łopatki i

zmianą kierunku ruchu wody

TURBINA FRANCISA

Część przepływową
turbiny Francisa stanowią
w kolejności: kierownica,
wirnik, rura ssąca, a także
w wielu przypadkach
specjalnie ukształtowana
obudowa spełniająca rolę
elementu
doprowadzającego wodę
do kierownicy w postaci
spirali, leja lub kotła.

TUEBINA FRANCISA



Zasadniczą zaletą turbiny Francisa jest możliwość
produkowania jej w różnych rozwiązaniach
konstrukcyjnych.



Pozwala to na odpowiednie dobranie turbiny do
istniejących warunków lokalnych, budowli
hydrotechnicznych i wyposażenia mechanicznego.



W krajowych małych elektrowniach wodnych
najczęściej są stosowane pionowe turbiny Francisa
umieszczane w komorze otwartej, rzadziej
zamkniętej, lub też turbiny o wale pionowym, w
spirali, bliźniacze i wielowirnikowe.

TURBINA DERIAZA

 Turbina Deriaza jest znacznie
bardziej skomplikowana niż turbina
Francisa, gdyż jej łopatki są
przestawialne.

• Turbiny Deriaza są odwracalne i
przy odpowiedniej konstrukcji mogą
pracować jako pompy co jest
wykorzystywane w elektrowniach
szczytowo pompowych

TURBINA KAPLANA



Turbina Kaplana posiada pionowy wał (może być
też poziomy) z wirnikiem wyposażonym w 2 do 8
łopatek w postaci śmigła.



Łopatki osadzone w piaście wirnika są
nastawialne podobnie jak łopatki kierownicy.



Doprowadzenie i ujście wody realizowane jest
podobnie jak w turbinie Francisa.



Regulacja mocy turbiny może się odbywać
dwustopniowo przez zmianę ustawienia kątów
łopatek kierownicy i kąta ustawienia łopatek
wirnika.

TURBINA KAPLANA

■

Turbiny Kaplana pracują w zakresie

spadów od 1÷50(70) m i uzyskują
najwyższe sprawności spośród
innych typów turbin, w znacznym
zakresie zmian obciążenia od 40 do
100 %.

■

Uzyskiwane sprawności są rzędu 90

%, a maksymalna sprawność to 93 %.

TURBINA KAPLANA



Turbina śmigłowa to uproszczona wersja
turbiny Kaplana z pojedynczą regulacją
(tylko łopatek wirnika lub tylko
kierownicy), stosowana w siłowniach
średniej i małej mocy w obszarze
niskich spadów (< 20 m).

TURBINA PELTONA



Turbiny systemu Peltona stosuje się dla spadków H>500 m, a w wyjątkowych
wypadkach uzasadnionych konstrukcyjnie zamiast turbin Francisa od H=100m.



W turbinie Peltona dla zwiększenia sprawności stosuje się zamiast prostych
łopatek specjalnie wyprofilowane łopatki na kształt dwóch połączonych czarek
(dwie półkoliste sfery), na których strumień wody dużo łagodniej zmienia
kierunek.

■

Turbiny Peltona buduje się z

wałami poziomymi i pionowymi.

■

Przy wałach poziomych stosuje

się max. dwie dysze wylotowe
(przy większej ilości ze względu
na zderzanie się strumieni z
poprzedzającej dyszy moc
maleje) a przy wałach pionowych
do 6 dysz.

TURBINA PELTONA

- wirnik,

2 - łopatki(czarki),
3 - dysza,
4 - iglica,
5 - regulator,
6 - napęd pompy oleju
regulatora,
7 - kółko do ręcznej
regulacji,
8 - napęd wahadła
regulatora