Małe Elektrownie Wodne Ocena projektu

Szkolenie w zakresie oceny projektów Czystej Energii

Zdjęcia: SNC-Lavalin

Małe Elektrownie Wodne

Ocena

projektu

Mała Elektrownia Wodna przepływowa, Kanada

Zagadnienia

•

Podstawy systemów

Małych Elektrowni

Wodnych (MEW)

•

Prezentacja kluczowych kwestii

w analizie projektów MEW

•

Wprowadzenie do modułu MEW

programu RETScreen

•

Energia elektryczna dla



Centralnej sieci elektroen.



Sieci wydzielonej



Zasilania urządzeń

zdalnych

…ale również…



Niezawodność



Bardzo niskie koszty eksploatacyjne



Zmniejszenie uzależnienia od

zmieniających się cen energii

Co zapewniają systemy MEW?

Zdjęcie: Robin Hughes/ PNS

Układ Małej Elektrowni Wodnej

Przepływ (m

/s)

Spad (m)

Moc w kW ≈

7 x

Spad

Przepływ

Tama

przelew

Zbiornik górny

Krata

Linie przesyłowe

Turbina

Generator

Rurociąg

Budynek

elektrowni

Kanał odpływowy

Rera ssąca

Transformator

Stacja

rozdzielcza

•

„

Małe” nie jest określeniem jednoznacznym



Wielkość elektrowni nie zależy jedynie od mocy elektrycznej
ale również od wielkości przepływu i spadku wody

„

Małe” Elektrownie Wodne

> 0,8 m

> 12,8 m

1 to 50 MW

Małe

0,3 to 0,8 m

0,4 to 12,8 m

100 to 1 000

Mini

< 0,3 m

< 0,4 m

< 100 kW

Micro

RETScreen

Średnica wirnika

RETScreen

Przepływ

Typowa

Moc

Typy MEW

•

Typ sieci



Centralna sieć elektroenergetyczna



Sieć wydzielona lub praca poza
siecią

•

Typ prac hydrotechnicznych



Elektrownia przepływowa



Bez magazynowania wody



Moc uzależniona od aktualnego
przepływu wody w rzece: mniej
stabilna wydajność



Elektrownia zbiornikowa



Większa stabilność pracy w ciągu
roku



Zwykle wymagana budowa zapory

Zdjęcie: Frontier Technology/ Low Impact Hydropower Institute

Zdjęcie: PG&E National Energy Group/

Low Impact Hydropower Institute

17,6 MW Elektrownia przepływowa,

Massachusetts, USA

4,3 MW Elektrownia przepływowa,

Oregon, USA

Elementy MEW:

Prace hydrotechniczne

•

Zwykle stanowią 60% kosztów początkowych

•

Tama wodna lub jaz



Niskie zapory o prostej konstrukcji



Betonowe, drewniane, murowane



Sam koszt zapory może być przeszkodą

w realizacji projektu

•

Kanał wodny



Ujęcie wody z kratą i zasuwą; kanał odpływowy

na wyjściu z elektrowni



Kanał, tunel podziemny i/lub rurociąg zasilający



Zawory/zasuwy odcinające na wejściu i wyjściu

turbiny, umożliwiające jej konserwację

•

Hala maszyn



Turbiny, wyposażenie techniczne i elektryczne

Zdjęcie: Ottawa Engineering

Elementy MEW: Turbina

•

Mniejsze wersje modeli dużych turbin wodnych

•

Osiągalna sprawność na poziomie 90%

•

W elektrowniach przepływowych

przepływ jest zmienny



Turbina powinna dobrze funkcjonować przy różnym

zakresie natężenia przepływu lub należy zastosować

układ turbin

•

Reakcyjne: Francisa, z kierownicą stałą, Kaplan’a



Dla zastosowań przy małym i średnim spadku wody



Turbiny zanurzone wykorzystują ciśnienie wody

i energię kinetyczną

•

Akcyjne: Peltona, Turgo, krzyżowa



Dla dużych spadków



Wykorzystują energię kinetyczną strumienia wody o dużej prędkości

Turbina Francisa

Zdjęcie: PO Sjöman Hydrotech

Consulting

Zdjęcie: PO Sjöman Hydrotech

Consulting

Turbina Peltona

Elementy: Urządzenia

elektryczne i inne

•

Generator



Asynchroniczny



Musi być połączony z innymi generatorami



Używany do zasilania dużych sieci



Synchroniczny



Może pracować niezależnie od innych generatorów



Stosowany w systemach samodzielnych i w sieci wydzielonej

•

Pozostałe wyposażenie



Przekładnia łącząca turbinę z generatorem



Zawory, elektronika, urządzenia zabezpieczające



Transformator

Wodne zasoby światowe

•

Bilans opadów na kontynentach jest dodatni

•

Dla równowagi woda opadowa trafia do rzek, które z kolei

wpływają do mórz i oceanów

200

Australia i Oceania oraz część Azji

1 070

Europa

350

Ameryka Centralna

3 190

Ameryka Południowa

970

Ameryka Północna

3 830

Kraje byłego Związku
Radzieckiego

1 920

Chiny

2 280

Południowa Azja i Bliski Wschód

1 150

Afryka

Wykorzystani

Potencjał

techniczny

(TWh/rok)

Źródło: Renewable Energy: Sources for Fuels and Electricity, 1993, Island
Press.

Loklane zasoby wodne

•

Duża specyfika miejscowa: konieczne jest określenie

warunków hydrologicznych rzeki!



Zmiana poziomu rzeki na krótkim odcinku (spadek)



Dopuszczalne zmiany przepływu w czasie: krzywa przepływów
charakterystycznych



Przepływ nienaruszalny zmniejsza przepływ do produkcji energii

Krzywa okresowa przepływów

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Procent czasu występowania przepływu wymaganego

lub wyższego (%)

ły

(

)

•

Wyznaczanie krzywej

przepływów bazuje na



Pomiarach przepływu
w okresach czasu



Rozmiar zlewni,
specyfika odpływu oraz
kształt krzywej
okresowej przepływów

Koszty MEW

•

Koszty MEW w 75% zależą od specyfiki terenu

•

Wysokie koszty początkowe



Jednak budowle wodne i urządzenia mogą
służyć nawet powyżej 50 lat

•

Bardzo niskie koszty pracy i konserwacji



Zwykle wystarcza jeden niepełnoetatowy pracownik



Okresowa konserwacja podstawowych urządzeń, zlecana jest na zewnątrz

•

Rozwój elektrowni o dużym spadku prowadzi do obniżenia

kosztów

•

Typowy przedział: 1 200 $ do 6 000 $ za kW mocy

zainstalowanej

Zdjęcie: Ottawa Engineering

Uwarunkowania systemów

MEW

•

Utrzymanie niskiego poziomu kosztów dzięki prostej konstrukcji,

nieskomplikowana budowa

•

Możliwość wykorzystania istniejących zapór,

jazów i innych budowli wodnych

•

Czas wdrożenia projektu od 2 do 5 lat



Badania hydrologiczne i środowiskowe:
zezwolenia

•

Cztery etapy projektowania:



Wstępne pomiary/badania hydrauliczne



Studium celowości



Studium wykonalności



Planowanie systemu i inżynieria projektu

Zdjęcia: Ottawa

Engineering

MEW

Uwarunkowania środowiskowe

•

Rozwój MEW może powodować zmiany w



Środowisku naturalnym ryb



Krajobrazie



Rekreacji i żegludze

•

Wpływ na środowisko i wymagania środowiskowe zależą od

lokalizacji i typu elektrowni:



Elektrownia przepływowa na istniejącej zaporze : relatywnie mniejsze



Elektrownia przepływowa w terenie niezagospodarowanym:
zapora/jaz/przelew



Zbiornik wodny: im projekt o większej skali tym mocniejszy wpływ na
środowisko

Przykłady: Słowacja, Kanada i USA

MEW pracujące na sieć

centralną

•

Elektrownie przepływowe będą zasilały

sieć przy odpowiednim przepływie wody

•

Przedsiębiorstwo energetyczne lub

niezależny producent energii z

długoterminową umową na sprzedaż

energii elektrycznej

Zdjęcie: Emil Bedi (Foundation for Alternative Energy)/ Inforse

Zdjęcie: CHI Energy

2,3 MW, 2 Turbiny, Jasenie, Słowacja

Budowa MEW, Newfoundland, Kanada

Mała Elektrownia Wodna,

Southeastern, USA

Przykłady: USA i Chiny

MEW w sieci wydzielonej

•

Odosobnione

zgrupowania ludzkie

•

Odseparowane budynki

mieszkalne i przemysłowe

Zdjęcie: Duane Hippe/ NREL Pix

Zdjęcie: International Network

on Small Hydro Power

Generatory w MEW, Chiny

MEW King Cove o mocy 800 kW,

Miasteczko z 700 mieszkańcami

•

Wysoka cena energii

elektrycznej

•

Elektrownie przepływowe

z jednej strony wymagają

zapasowego źródła energii

natomiast okresowe przyrosty

przepływu nie przynoszą

korzyści

RETScreen

Moduł MEW

•

Analiza produkcji energii w dowolnym miejscu na świecie,

koszt w okresie żywotności i redukcja emisji gazów

cieplarnianych



Sieć centralna, wydzielona i poza siecią



Od pojedynczych mikro turbin w mikro
elektrowni wodnej do układów turbin
w małych elektrowniach wodnych



“Formuła” metoda kalkulacji kosztów

•

Obecnie model nie ma

zastosowania dla:



Pracy na sieć wydzieloną uwzględniającej
sezonowe zmiany obciążenia



Zmiany spadku w systemach zbiornikowych
(wartość średnia zdefiniowana przez
użytkownika)

RETScreen

MEW

Obliczenia Energetyczne

Sprawdź e-Podręcznik

Ocena projektów w zakresie Czystej Energii:

RETScreen

Projektowanie i Przykłady

Rozdział: Małe Elektrownie Wodne

Krzywa okresowa

przepływów

Wyznaczenie

krzywej

sprawności

turbiny

Obliczenie

wydajności

elektrowni

Wyznaczenie

krzywej

okresowej

mocy

Obliczenie możliwej

do wykorzystania

energii wody

Krzywa

okresowa

obciążenia

Obliczenie ilości

dostarczonej

energii (sieć

wydzielona i poza

siecią)

Obliczenie ilości

dostarczonej

energii

(sieć centralna)

Przykład weryfikacji modelu

RETScreen

Małe Elektrownie

Wodne

•

Sprawność turbiny



Porównano z danymi
producenckimi dla
7 MW turbiny GEC
Alsthom Francis

•

Zdolność produkcyjna i

moc wyjściowa



Porównano z HydrA dla
terenów Szkocji



Rozbieżność wyników 6,5%

•

Metoda kalkulacji kosztów - Formuła



Porównano z RETScreen

, czego wynikiem jest 11% różnica

w oszacowaniu dokładnego kosztu dla elektrowni o mocy 6 MW
w Nowej Funlandii

20%

40%

60%

80%

100%

20%

40%

60%

80%

100%

Procent natężenia przepływu

(

)

Krzywa sprawności turbiny:

RETScreen a Dane producenta

RETScreen

Producent

Wnioski

•

Małe Elektrownie Wodne (do 50 MW) mogą dostarczać

energię elektryczną do centralnej sieci

elektroenergetycznej, sieci wydzielonej czy zasilać osobne

urządzenia

•

Elektrownie przepływowe:



Niższy koszt i mniejsze oddziaływanie na środowisko



Ale wymagane zapasowe źródło energii przy pracy w sieci

wydzielonej

•

W porównaniu do pozostałych OZE koszty początkowe są

wyższe i w 75% zależą od specyfiki terenu

•

RETScreen

oszacowuje wydajność, moc gwarantowaną,

wyjściową i koszty w oparciu o charakterystykę lokalizacji

terenu jak krzywa przepływów charakterystycznych i spad

•

RETScreen

znacznie obniża koszty opracowania wstępnego

studium wykonalności

Document Outline