Politechnika Śląska w Gliwicach
Wydział Elektryczny
Semestr VI, Grupa PUE
NIEKOWENCJONALNE ŹRÓDŁA ENERGII
TEMAT: Budowa elektrowni wodnych
Przygotował:
Łukasz Tatoj
Podstawowe elementy elektrowni wodnej
Elektrownie wodne składają się z 6 elementów:
Zapory
Kanału doprowadzającego wodę
Turbiny
Generatora
Transformatora
Linii przesyłowych
Zapora
Buduje się zapory ziemne, betonowe i - najrzadziej - kamienne. W Polsce najbardziej rozpowszechnione są zapory betonowe. Część zapory stanowią regulujące przepływ wody przelewy, umożliwiające żeglugę śluzy, przepusty, pozwalające przepływać tratwom i przepławki, dzięki którym ryby mogą wędrować w górę rzeki. W Polsce istnieje obecnie ponad 30 zapór o wysokości przekraczającej 200 m., ponieważ jednak wysokie zapory mają niekorzystny wpływ na środowisko, coraz częściej rezygnuje się z nich na rzecz zapór mniejszych.
Nie każda hydroelektrownia wyposażona jest w zaporę, częścią każdej jest jednak sprzęgnięta z generatorem energii elektrycznej turbina wodna.
Turbina
Turbina to silnik wodny przetwarzający energię mechaniczną wody na ruch obrotowy za pomocą wirnika z łopatkami.
Turbiny wodne dzielimy na:
Akcyjne:
Turbina Peltona - stosowana przy dużych spadkach.
Reakcyjne:
Turbina Francisa- dla średnich spadków
Turbina Kaplana - dla małych spadków
Turbina Tesli - szczególny przypadek turbiny hydraulicznej
Turbina Peltona
Jest rozwinięciem “koła natryskowego”, w którym łopatki są ustawione pod kątem 90 stopni do strumienia wody, a protoplastą dla obydwu jest koło młyńskie.
Turbiny systemu Peltona stosuje się dla spadków H>500 m, 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.
Turbina Francisa
Opracowana przez Jamesa Francisa. W turbinie Francisa woda ze zbiornika górnego wpływa całym obwodem na łopatki kierownicze i wówczas przyspiesza, a następnie zasila wirnik roboczy. Po przepłynięciu kanałami między łopatkami w kształcie dysz woda z dużą prędkością opuszcza wirnik i wchodzi do rury ssawnej. Temu procesowi towarzyszy reakcja hydrodynamiczna, która wprowadza wirnik w ruch w kierunku przeciwnym do wylotu wody.
Turbina Kaplana
Turbina Kaplana to odmiana turbiny śmigłowej, czyli takiej której łopatki mają kształt podobny do śrub okrętowych. Jej odmienność polega na możliwości zmiany kąta łopat w czasie pracy, a w efekcie także regulację otrzymywanej mocy i dużo większy zakres wysokich sprawności. Liczba łopat wirnika wynosi od 3 do 10. Turbina ta stosowana jest przy spadach od 1,5 do 80 m. Maksymalna moc pojedynczej turbiny to 130 MW.
Turbina Tesli
Szczególny przypadek turbiny konstrukcji Nikoli Tesli, wykorzystujący zjawisko adhezji do wprowadzania w ruch obrotowy równolegle, w niewielkich - rzędu 0,5 mm - odstępach ustawionych talerzy zamocowanych na osi. Gaz lub ciecz jest wprowadzany przez dyszę ustawioną w płaszczyźnie obrotu talerzy pomiędzy talerze. Talerze mają wokół osi otwory pozwalające na wypływ gazu lub cieczy. Obieg czynnika jest spiralny, zawężający się w kierunku środka.
Turbina dzięki prostej budowie i wykorzystaniu adhezji warstwy przyściennej, a nie sił tarcia, pozwala na osiągnięcie wysokiej sprawności przy niewielkim ciężarze.
Generator
Aby przetworzyć energię mechaniczną wytwarzaną w turbinie wodnej na energię elektryczną potrzebny jest generator.
Wytwarzanie energii elektrycznej odbywa się w prądnicach dzięki zjawisku indukcji elektromagnetycznej. Odbywa się to na skutek względnego ruchu przewodnika i zewnętrznego pola magnetycznego.
Energia elektryczna z generatora podawana jest na transformator, który zwiększa nasze napięcie do wartości pozwalającej jego przesył liniami napowietrznymi do odbiorców.
Źródła:
http://pl.wikipedia.org/wiki/Elektrownia_wodna
http://www.sciaga.pl/tekst/30023-31-elektrownie_wodne
http://www.zzw-niedzica.com.pl/flash.htm
http://www.focus.pl/jak-to-dziala/zobacz/publikacje/elektrownia-wodna/
http://www.agroenergetyka.pl/?a=article&id=119