2014-04-22
37
Wykład IV
ELEKTROWNIE WODNE
38
dr inż. Michał Wydra
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
39
dr inż. Michał Wydra
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 z
ródło mocy rezerwowych  szczególnie EW
zbiornikowe
Katedra Sieci Elektrycznych i Zabezpieczeń,
WEiI 1
2014-04-22
40
dr inż. Michał Wydra
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
41
dr inż. Michał Wydra
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
42
dr inż. Michał Wydra
Ogólna charakterystyka elektrowni wodnych (3)
Katedra Sieci Elektrycznych i Zabezpieczeń,
WEiI 2
2014-04-22
43
dr inż. Michał Wydra
Moc i energia elektrowni wodnych
" Energia wody w korycie w każdym z przekrojów może być
wyrażona: 2
��
p1 u�1
A1 =� gZ1 +� +� r� ��V J
[� ]�
����
r� 2
Ł�ł�
2
��
p2 u�2
A2 =� gZ2 +� +� r� ��V J
[� ]�
����
r� 2
Ł�ł�
�% Z1,Z2  wzniesienie nad poziom odniesienia
�% p1, p2  ciśnienie wody w [Pa]; �  gęstość wody [kg/m3];
�% v1,v2  prędkość wody [m/s]; g  przyspieszenie ziemskie;
�% V  objętość przepływającej wody;
�% H1, H2  poziomy niwelacyjne luster wody,
�% h1, h2  głębokość środka ciężkości masy wody
44
dr inż. Michał Wydra
Moc i energia elektrowni wodnych
" Energia rozwijana przez rzekę między dwoma przekrojami
będzie wyrażona:
2 2
��
p1 -� p2 u�1 -�u�2
A12 =� A1 -� A2 =� g Z1 -� Z2 +� +� r� ��V
(� )�
����
r� 2
Ł�ł�
" Uwzględniając sprawności urządzeń :
2 2
��
u�1 -�u�2
A12 el =� gH +� -� gS�hstr �� r�V ��h�Th�g
(� )�
��
2
Ł�ł�
Au -� jednostkowa energia użyteczna
�% H  spad niwelacyjny; gŁhstr  straty oporów wodnych
45
dr inż. Michał Wydra
Moc i energia elektrowni wodnych
" W zapisie skróconym:
A12 el =� Aur�Vh�Th�g
(� )�
" Moc elektrowni wodnej przy � = 1000 kg/m3;t=1s:
A12 el r�V
(� )�
P12 =� =� Au h�h�g
T
tt
Q-� przeplyw
P12 =� AuQh�Th�g kW
[� ]�
Katedra Sieci Elektrycznych i Zabezpieczeń,
WEiI 3
2014-04-22
46
dr inż. Michał Wydra
Moc i energia elektrowni wodnych
" Moc EW wykorzystującej energię rzeki pomiędzy
przekrojami 1-2 zależy od:
�% jednostkowej energii użytecznej Au, która jest funkcją
deniwelacji terenu H i prędkości strugi wody
�% Przepływu masy wody w czasie Q
�% Sprawności turbiny i generatora
PRZYKA
AD OBLICZENIOWY:
" Jaką moc osiąga elektrownia wodna o parametrach?
�% H = 10 m, v1 = 0,08 m/s, v2 = 1 m/s, Łhstr = 0,5 m,
�% Q = 100 m3/s , �T = 0,90, �g = 0,95;
47
dr inż. Michał Wydra
Rozwiązanie
" Moc wyraża się wzorem:
2 2
��
u�1 u�2
P12 =� AuQh�Th�g =� gH +� -� -� gS�hstr ��Q��h�Th�g
��
2 2
Ł�ł�
" Podstawiając do wzoru wartości otrzymujemy:
��
0,082 11
P =� +� -� -�9,81��0,5��100��0,90��0,95
��9,81��10 2 2
Ł�ł�
P =� 7926 kW
48
dr inż. Michał Wydra
Rozwiązanie
" Przybliżoną wartość mocy EW można określić na podstawie
praktycznego wzoru:
P =� 8 Q H kW
�% Q  przepływ wody przez turbinę m3/s
�% H  różnica poziomów; spad niwelacyjny
Katedra Sieci Elektrycznych i Zabezpieczeń,
WEiI 4