BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 1

Átírás

1 BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 1

2 BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 2

3 A magyar villamos energia rendszerben a rendszer fejlődésére visszavezethető okokból hiányzó rendszerszabályozási kapacitás következtében a piac, növekvő költségeket eredményez, magas terheket hárít a fogyasztókra anélkül, hogy a keletkező problémák hosszú távú megoldásához eszközül szolgálna. Az elöregedett, szabályozási üzemre nem kialakított és nem alkalmas, magas termelési költségű erőművek tartalékban tartása a megnövekedett szabályozási igények mellett már nem képes a rendszer szabályozási szolgáltatások biztosítására. Az üzembiztos és rugalmas rendszerműködéshez, valamint a rendszerirányítás költségeinek stabilizálásához sürgős eszköz igény jelentkezik. Szükség van egy rendszerérdekű gyorsszabályzó erőmű belépésére, olyan rugalmas üzemű nagyerőműre, amit a szabályozási igény teljesítésére alkalmas módon alakítottak ki. Ennek sürgősségét a nemzeti energia stratégiában körvonalazott különböző termelő típusok (megújulók, új atomerőmű) rendszerbe illesztése tovább növeli. BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 3

4 A villamos energia termelő kapacitás és a fogyasztói igények közötti folyamatos egyensúly biztosítása és a változó nagyságú különbségek áthidalása szükségessé teszi a gyorsan mobilizálható és a villamos energia szolgáltatás biztonságát támogató rendszer kialakítását. A hatékony támogató rendszer biztosítja a rendszer rugalmasságát, ami a különböző időtartamú változások zavartalan áthidalását eredményezi. Félidő Vége Büntetők Fogyasztói viselkedés egy angol-német futball mérkőzés idején BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 4

5 A menetrend kezelés és a rendszer szabályozás terén a rendszerirányítás eszközeinek radikális átalakítása, szabályozási struktúra felváltása szükséges. A nemzetközi gyakorlat eredményei egybehangzóan azt mutatják, hogy műszaki és gazdasági szempontból egyaránt a szivattyús energiatározó alkalmazása jelenti a legkedvezőbb megoldást. A villamos energia rendszer üzemi igényeinek teljesítése legnagyobb komplexséggel és legnagyobb hatékonysággal szivattyús energiatározó beléptetésével biztosítható. A piac értékítélete alapján a szivattyús energiatározók váltak a rendszerirányítás gyorsreagálású, flexibilis eszközeivé. A rendszer szabályozás átalakítása csökkentheti a rendszerszintű szolgáltatások költségeit az árak stabilizálásával és a rendszer szolgáltatási igény mérséklésével. BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 5

6 Különösen hatékony a szivattyús energiatározó üzemzavari helyzetekben, mert a kieső kapacitások másodpercek alatt pótolhatók, szemben más eszközökkel, melyek sokkal hosszabb idő alatt léphetnek be. Az ábra 1320 MW kieső atomerőművi egység helyettesítését mutatja BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 6

7 A nemzetközi gyakorlat piac értékítéletét mutatja, hogy a szivattyús energiatározók váltak a rendszerirányítás gyorsreagálású, flexibilis eszközeivé. a villamosenergia-rendszerek gyors, terhelés szabályozása, az erőmű gépegységek üzemzavari kiesésének gyors pótlása, a nagy atom és lignit erőműveknek a kis terhelésű időszakában is teljes kapacitással történő üzemeltetése szivattyús energiatározó belépésével biztosítható. nélkülözhetetlenek továbbá a természettől függő, megújuló, energiát hasznosító erőművek rendszerbe illesztéséhez. Összefoglalva: villamosenergia-rendszer üzeme által meghatározott igények teljesítése legnagyobb komplexséggel és legnagyobb hatékonysággal szivattyús energiatározó beléptetésével biztosítható. BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 7

8 A Magyar Állam a Nemzeti Terv részeként az abban foglaltak között első helyen kíván támogatásban részesíteni, egy magyarországi helyszínen megvalósítandó +/-600 MW teljesítőképességű szivattyús energiatározó beruházást. A Magyar Állam álláspontja szerint a megvalósítására a magyar villamos energia rendszer súlyos rendszerszintű problémáinak megoldása és a megújuló energiatermelés költséghatékony módon történő elősegítése érdekében egyértelműen szükség van. BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 8

9 BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 9

10 1. A szivattyús energiatározók az energiát helyzeti energia formájában tárolják. (Magasan elhelyezett tározó.) 2. A szivattyús energia tározók munkavégző közege természetes anyag - a víz, és a vizet a természetben előforduló állapotban, hőmérséklet mellett hasznosítja. 3. A létesítmény részei két csoportra bonthatók: a víztározóra ami az akkumulátor és az erőműre, ami a töltő. 4. Alapvetően két szivattyús energiatározó típus szokásos: a zárt rendszerű, ami két víztározóval rendelkezik és az eredeti töltő vizet használja (veszteség pótlással). A nyitott rendszerű, ami az egyik víztározó helyett egy természetes felszíni vizet (tó, tenger, vagy folyó) használ és folyamatosan frissvizet vesz fel.. BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 10

11 Felszíni létesítmények víztározók villamos távvezeték építési és üzemi utak Felszín alatti létesítmények erőmű vízvezető alagutak közlekedés, szellőzés Kisütés, villamos energia kiadás Töltés, villamos energia felvétel BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 11

12 Felső víztározó Vízvezető alagút Földalatti erőmű Kühtai Szivattyús Energiatározó Ausztria Alsó víztározó BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 12

13 Felső víztározó Herdecke Szivattyús Energiatározó Németország Felszíni erőmű Ruhr folyó víztározó BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 13

14 Felső víztározó Földalatti erőmű Goldistahl Szivattyús Energiatározó Németország Alsó víztározó BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 14

15 A hagyományos üzemű szivattyús energiatározó felveszi és tárolja a kisterhelésű időszakban termelt villamos energiát és csúcsidőben adja vissza. A terhelés kiegyenlítése csökkenti a rendszer szabályozási igényt. Az utóbbi évtizedekben a szivattyús energiatározó a frekvencia szabályozás és a gyorsreagálású tartalék biztosítás hatékony eszközévé vált. BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 15

16 BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 16

17 A szivattyús energiatározók víztározóinak követelményei eltérnek a más hasznosítási célokat szolgáló víztározóktól: 1. Az üzemi térfogatuk viszonylag kicsi, általában 5-6 óra teljes teljesítményű üzemnek megfelelő. 2. (Azonban minél nagyobb annál megbízhatóbban áll rendelkezésre.) 3. Nagyon gyors vízszint változásokat kell lehetővé tegyen. 4. Állékonysági szempontból kritikus a gyors vízszint csökkenés. 5. A burkolat szilárdság kritikus eleme a ráfagyott jég emelő ereje vízszint emelkedésél, tömege vízszint süllyedésnél. BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 17

18 A tározók üzemi térfogata - millió m MWh MW * 10 óra 5400 MWh MW * 9 óra 4800 MWh MW * 8 óra 4200 MWh MW * 7 óra 3600 MWh MW * 6 óra 3000 MWh MW * 5 óra 2400 MWh MW * 4 óra A tározók minimálisan szükséges üzemi térfogata 3,0-6,0 millió m3 600 MW teljesítményhez A tározók vízszint különbsége - m BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 18

19 T - 43 T - 22 T - 2 T - 23 T - 4 T - 3 T - 28 T - 1 T - 42 T - 41 T - 33 T - 24 T - 21 T - 18 T - 5 T - 19 T - 39 T - 20 T - 31 T - 30 T - 9 T - 29 T - 8 T - 36 T - 27 T - 26 T - 7 T - 32 T - 17 T - 16 T - 15 T - 12 T - 25 T - 40 T - 38 T - 14 T - 11 T - 37 T - 34 T - 13 T - 10 T - 35 T - 6 A belföldi helyek esése A lehetőségek m közöttiek Piros országhatáron belüli Sárga országhatáron kívüli A létrehozható esés - m BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 19

20 A tervezett megoldások több követelmény együttes kielégítését kell biztosítsák, így az alábbiak kell alapul szolgáljanak: A kialakítható tározókat helyi anyagokból a töltési és bevágási munka kőmunka egyenlegével kell kialakítani. Nagytömegű többlet kőzet kiszállítása vagy a kőzet hiány beszállítása nem engedhető meg. A nagy anyagbeszállítási igény esetén a karcsúbb szerkezetek kell vizsgálat tárgyát képezzék. A megvalósítás költségeit minimalizálni kell, a technológia és a biztonság által megengedett legnagyobb meredekségű rézsűket kell alkalmazni. A tározó víztömegének súlypontját a legmagasabban kell elhelyezni. A bevágásokból kikerülő földtömeget teljes mértékben az építési területen kell felhasználni töltésépítésre, illetve a nem megfelelő minőségű anyagot a terület feltöltésére kell felhasználni. Az építéshez szükséges szállítási forgalmat a lehetséges legkisebbre kell csökkenteni. Az alkalmazott szerkezeti megoldás meg kell egyezzen a nemzetközi gyakorlatban kipróbált és bevált megoldásokkal. A kialakítás és az építés kockázati elemeit a legkisebbre kell csökkenteni. BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 20

21 BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 21

22 Helyi anyagból épült körtöltés, aszfaltbeton rézsű és fenék szigetelésű tározó. Presenzano alsó tározó Olaszország BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 22

23 Helyi anyagból épült körtöltés, beton rézsű és fenék szigetelésű tározó. Kruonis felső tározó Litvánia BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 23

24 Helyi anyagból töltésbevágás egyenleggel épült körtöltés, aszfaltbeton rézsű és fenék szigetelésű tározó. Glems felső tározó Németország BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 24

25 Helyi anyagból töltés-bevágás egyenleggel épült körtöltés, aszfaltbeton rézsű és fenék szigetelésű tározó. Dlouhe Strane felső tározó Csehország BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 25

26 Helyi anyagból töltésbevágás egyenleggel épült körtöltés, aszfaltbeton rézsű és fenék szigetelésű tározó. Felső tározó Kína BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 26

27 Helyi anyagból töltésbevágás egyenleggel épült körtöltés, aszfaltbeton rézsű és fenék szigetelésű tározó. Fekete Vág felső tározó Szlovákia BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 27

28 Vianden felső tározók Luxemburg Helyi anyagból töltésbevágás egyenleggel épült körtöltés, aszfaltbeton rézsű és fenék szigetelésű tározó utólag megnövelt térfogatú. BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 28

29 Helyi anyagból töltés-bevágás egyenleggel épült körtöltés, aszfaltbeton rézsű és fenék szigetelésű tározó utólag megnövelt térfogatú. Coo Trois Ponts felső tározók Belgium BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 29

30 Helyi anyagból töltés-bevágás egyenleggel épült völgyzárógát aszfaltbeton rézsű szigetelésű. Goldistahl alsó tározó Németország BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 30

31 Helyi anyagból töltés-bevágás egyenleggel épült völgyzárógát Castaic felső tározó USA BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 31

32 Helyi anyagból a tározó területéről és környezetéből épült völgyzárógát Tenzan felső tározó Japan BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 32

33 Vasbetonból épült völgyzárógát Kops felső tározó Ausztria BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 33

34 Coo Trois Ponts alsó tározó Belgium BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 34

35 A napi rendszerességgel bekövetkező vízszint ingadozás követelményei szilárdsági, állékonysági, talajvíz áramlási szempontból egyszerűbben és hatékonyabban teljesíthetők abban az esetben, ha a tározó vízszint változása függetleníthető a környezetétől. A tározót teljes mértékben a területéről kikerülő kőzet felhasználásával célszerű megépíteni. A szerkezetek kialakításának biztosítania kell a töltési és bevágási munkák egyenlegét. A területről kőzet kiszállítása és a területre külső kőzet anyag beszállítása elkerülendő. Az egyenleg durva nem-teljesülése esetén a típust meg kell változtatni. A körtöltéses tározóknál szokásos eljárás a tározó töltési bevágási munka egyenlegével a kijelölt területen belül megfelelő vízzáró szigetelésű tározó tó kialakítása. A völgyzárógátak kivételével a víztározók létesítésénél kerülik a sarkokat és a sarkokon kialakul nehézségeket. A völgyzárógátas tározóknál a gát alatti és a megkerülő szivárgás lezárása általában elegendő, a teljes belső felület vízzáró szigetelése általában nem célszerű. A tározó területéről kikerülő, beépítésre nem alkalmas anyag (tuskók, humuszos fedőréteg) elhelyezését a tározó mellett erre a célra megfelelően kialakított területen tájba illesztett, rekultivált felület kialakításával kell elhelyezni. BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 35

36 BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 36

37 A tározó belső vízzáró burkolatának kialakítására több lehetséges változat vizsgálható, ezek közül kiemelhetők a következők: Vízzáró aszfaltbeton fenék és rézsű burkolat. Vízzáró monolit vasbeton fenék és rézsű bur kolat. Vízzáró rézsűburkolat és fenékszigetelés kialakítása gumi vagy HDPE fóliák alkalmazásával (minimum 2-3 mm vastag fóliák). A fólia szigetelések mechanikai védőrétege beton vagy vasbeton lemez lehet. A beton vagy vasbeton lemezek alkalmasak lehetnek a szigetelés kialakítására. A merev anyag a környezeti mozgásokra érzéken és csak megfelelő tábla méretek mellett képesek az altalaj mozgásait követni. Kritikus viszont a fólia szigetelések építése szempontjából a megfelelő dilatációk kialakítása. A vizsgált vízzáró burkolat típusok elemzése alapján egyértelműen a nemzetközi gyakorlat ban jól bevált és a szivattyús energiatározók építésénél szinte kizárólagosan alkalmazott vízzáró aszfaltbeton fenék és rézsű burkolat javasolható. Ezt indokolja a tározót körülvevő magas kőhányás gát mozgásainak (ülepedéseinek) várható magas értéke. Az aszfaltburkolat kivitelezése a technológiai fegyelem pontos be tartása mellett a minimális kockázatú megoldásnak ítélhető. BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 37

38 Az aszfaltbeton vízzárás rézsűje mellett a megtartott vízoszlop magassága szempontjából is lényeges annak elemzése, hogy milyen maximális vízmélységre megfelelő burkolat kialakítása tekinthető kipróbált és bevált megoldásnak. Az ICOLD statisztikája alapján az aszfaltbeton szigetelésű gátak és tározók a következő csoportokra bonthatók a megtartott vízoszlop magassága szempontjából: Vízoszlop Gátak Tározók Összes magasság száma száma vizsgált <30 m m >50 m A gátak esetében az aszfaltbeton szigetelés által megtartott maximális vízmélység eléri a 100 métert. Az aszfaltbeton szigetelés gyakran fordul elő minden vízoszlop magasságnál. A tározók esetében mindössze egy létesítménynél alkalmaztak 50 m vízoszlop magasságot. A létesítmények többsége 30 m vagy annál kisebb vízoszlop megtartására létesült. Az összes vizsgált tározó kb. 10 % -a tart m vízoszlopot. BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 38

39 2,6 2,4 Gátak Tározók 2,2 Rézsű hajlás 2 1,8 1,6 1,4 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 100,0 110,0 Vízoszlop magasság [m] BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 39

40 A vizsgált 176 gát arányában [%] 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% 1,70% 0,57% 13,64% 35,80% 6,25% 37,50% 0,57% 2,84% 1,14% <1,00 1,00-1,30 1,50-1,67 1,70-1,75 1,80-1,95 2,00-2,50 2,50-2,75 Az aszfalt szigetelés rézsühajlása 2,75-3,00 3,00-4,00 BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 40

41 A belső rézsűfelület meredekségét célszerű az építés gépesítés és az állékonysági szempontok alapján meghatározni. A gátak esetében a maximális meredekségű rézsűk 1:1 hajlásúak (45 fok) és nagyon ritkán fordulnak elő. Ezeknél állékonysági okokból vasbeton bordák szükségesek és az aszfaltbeton rétegek mm vastagságúak. Tározóknál 1:1,3 hajlásúnál meredekebb rézsű sehol nem létesült. Az aszfaltbeton szigetelésű létesítmények túlnyomó többségénél 1:1,5 és 1:2,5 közötti rézsűket alkalmaztak. A kőgátaknál és a kőgátas tározóknál a létesítmények többsége 1:1,7-1:1,75 rézsűvel valósult meg. A földgátak a többségénél 1:2 1:2,5 közötti rézsűket alkalmaztak. A lényegesen nagyobb felületű és intenzívebb vízszintváltozásnak kitett tározóknál 1:2 1:2,5 közötti rézsű a leggyakoribb. Az előbbieket a forró keverék beépítési technológiája illetve az építés gépesítése indokolja, ami 1:1,5 rézsűnél nagyobb meredekségnél nehézkes és speciális eszközöket igényel. BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 41

42 1. Az állékonyság szempontjából a leghatékonyabb megoldást a belső homlokfelületen kialakított vízzáró burkolat jelenti, mert ebben az esetben nem érvényesül a felhajtó erő állékonyságot csökkentő hatása. 2. A javíthatóság szempontjából is csak a vízoldali homlokfelületen elhelyezett burkolat lehet megfelelő BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 42

43 Szivattyús Ország Maximális Belső rézsü energiatározó vízmélység Turlough Hill Írország 34,0 m 1 : 1,75 Fekete Vág Szlovákia 25,0 m 1 : 2,0 Ludington USA 40,0 m 1 : 2,5 Coo Trois Ponts Belgium 29,0 m 1 : 2,0 Hornberg Németország 40,0 m 1 : 1,6 Taum Sauk USA 33,0 m Dlouhe Strane Csehország 22,0 m 1 : 2,0 Seawater D.P. Japán 25,0 m 1 : 2,5 Numappara Japán 38,0 m 1 : 2,5 Fentiek alapján a felső tározó vízzáró burkolatát a m vízoszlop magasság között célszerű előirányozni. Az ilyen vízoszlopot tartó burkolatok szivattyús energiatározók medencéiben, hasonló üzemi körülmények mellett sok helyen sikeresen üzemelnek. BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 43

44 Szilárdsági szempontból a kritikus terhelést a rézsű felületekhez fagyott gyakran több méter vastagságú jég tömbök jelentik. BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 44

45 BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 45

46 Az aszfaltbeton szigetelő rétegben alkalmazott anyag és az adalék alkalmassá kell tegye a szerkezetet a magas hatékonyságú vízzárás kialakítására. A szivárgó vízmennyiségek szempontjából a többrétegű aszfaltszigetelés szivárgási tényezője (k-cm/s) az ilyen szempontból megvizsgált 33 gátnál és 19 tározó medencénél 9 esetben nél kisebb volt, 16 esetben, 10-9 és 10-8 közötti volt, 19 esetben 10-8 és 10-7 közötti és csak 5 esetben haladta meg a 10-7 értéket. A teljes tározó felületen átszivárgó vízhozam csúcsértéke az ír Turlough Hill erőműnél nem haladja meg az 5 l/s, a szlovák a Fekete Vágnál pedig a 7 l/s értéket. A fenékburkolat és a rézsűburkolat csatlakozásánál járható ellenőrző galéria kialakítása célszerű, egyrészt a megfelelő statikai megtámasztására, másrészt a szivárgó vízhozam és a töltéstest mozgásainak ellenőrzésére. A fenékburkolatban és a rézsűburkolatban az átszivárgó vizet dréncsövek hálózatával össze kell gyűjteni és az ellenőrző galéria jellemző szelvényeiben az összegyűjtött vízmennyiséget folyamatosan mérni kell. Ez szolgáltatja a biztonsági rendszer egyik bázis információját. BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 46

47 Gát Ország Vízmélység (m) Rézsű Baldwin Hills USA 83 1:2,0 El Limonero Spanyolország 101 1:1,5 Shiroyama Japán 73 1:1,5 Miyama Japán 75,2 1:1,9 Negratin Spanyolország 75 1:1,6 Tataragi Japán 64,5 1:1,8 Alesani Franciaország 65 1:1,6 Grane Németország 67 1:1,75 Obernau Németország 69 1:1,95 Homestake USA 69 1:1,6 Dlouhe Strane Csehország 70 1:1,2 BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 47

48 Shin-Takasegawa szivattyús energiatározó Japán A tározógát homlokoldali vízzáró burkolata a felszín alatti áramlást lezáró injektált függönnyel folytatódik. A hidrogeológiai adottságoktól függő behatolási mélységű többsoros injektált függöny alkalmazása látszik szükségesnek. Az injektált függöny a teljes gátkorona hosszon túl mindkét oldalon túlnyúlik megkerülő szivárgás lezárására. BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 48

49 BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 49

50 A gátak esetében az aszfaltbeton szigetelés által megtartott maximális vízmélység eléri a 100 métert. A tározók esetében sok helyen alkalmaztak aszfaltbeton szigetelést m vízoszlop megtartására. A völgyzárógátak aszfaltbeton vízzáró burkolata a megtartott vízoszlop magasság szempontjából sok helyen kipróbált és bevált. A rézsűburkolat a felső tározó építéséhez előirányzott technológia alkalmazásával többrétegű aszfaltbeton. A belső rézsű felület meredekségét az építésgépesítés és az állékonysági szempontok határozzák meg. A nemzetközi gyakorlatban a kőgátaknál és a kőgátas tározóknál a homlokoldali vízzárású létesítményeknél átlagosan a létesítmények többsége 1:1,7-1:1,75 rézsűvel valósult meg. A tervezett létesítménynél biztonsági megfontolásokból a minta keresztszelvény kialakításánál 1:2,0 belső rézsű került számításba vételre. A töltéstest külső, mentett oldali rézsűjét 1:1,4-1:1,6 rézsűhajlással lehet előirányozni, ami átlagos értékként kezelhető, mert a külső rézsű felületet célszerűnek tartjuk belépcsőzni. Az átlagosan m szintközönként, 1,5-3,0 m szélességű padkákról végezhető el a rézsűfelület rekultivációja, illetve annak ellenőrzése, javítása megfelelő állapotban tartása. A külső rézsűfelületen humusz terítést és növényzet telepítését tartjuk szükségesnek. A csapadék elvezetésére a külső rézsűlábnál vízgyűjtő övárok szükséges. A tározó teljes területét kerítéssel célszerű körülhatárolni. BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 50

51 Goldistahl alsó tározó Németország BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 51

52 Waldeck szivattyús energiatározó Németország BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 52

53 Hasonló létesítmény Metszet BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 53

54 BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 54

55 Az EUROCODE 7 vehető számításba. Ennek a rézsű határállapotaival és tönkremeneteleivel foglalkozó fejezete nem zárja ki az egyetlen merev testként körcsúszó lapon való elmozdulás vizsgálatán alapuló számítási módszert. De kiemeli a változó nyírószilárdságú rétegzett talajokban a kisebb szilárdságú rétegek miatt a körívtől eltérő törési felületek vizsgálatának szükségességét és a feszültségmező véges elemes ellenőrzésének szükségességét. A kemény kőzetek esetén a tönkremenetelt a diszkontinuitásokon keresztül kell vizsgálni. Az EUROCODE 7 szerint elegendő a lehetséges törési felülettel lehatárolt test egyensúlyát kimutatni, ha a terhelő hatások és a nyírószilárdság tervezési értékei az EUROCODE 7 szerint kerültek meghatározásra. BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 55

56 Kör csúszólapok Fenékszint 410,00 mb Max. vízszint 445,50 mb Koronaszint 447,00 mb 1. számított szelvény 4. számított szelvény Az alapkőzet és a feltöltés határának felülete 3. számított szelvény 2. számított szelvény Távolság a belső rézsülábtól BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 56

57 Az előbbiekben ismertetett méretek, szerkezetek és rézsűk mellett az állékonyság három megközelítéssel ellenőrizhető: A elsődleges az állékonyság kör csúszó lapok menti vizsgálata A kör csúszó lapok mellett az alapkőzet és a feltöltés határának felületét is számításba kell venni mint csúszó lapot. A vizsgálatokban a víznyomás jelenti az elmozdító erőt és a csúszó lapon fellépő nyírás biztosítja az egyensúlyi feltételeket. A közelítő számítások eredményeképpen biztonsági tényezőket határozhatók meg jellemző keresztmetszetenként az üzemi állapotra, építési állapotra és katasztrófa állapotra (szeizmikus hatás). A előbbiekben ismertetett méretek mellett általában a minimális biztonsági tényezők értéke üzemi állapotban 1,5-1,53 közötti volt, a katasztrófa állapotoknál 1,25-1,29 közötti értéket eredményezett. A minimális biztonsági tényezők a mentett oldali rézsűn jelentkeznek, ezért a biztonság növelése érdekében a rézsűt az állékonyság ellenőrző számítások alapján célszerű kiválasztani. A harmadik lehetséges megközelítés a véges elemes modellezés. BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 57

58 A közelítő véges elemes modell alkalmazása teljesebb képet mutat a szerkezetek működési mechanizmusáról. A tározó feltöltése és leürítése jelenti a leglényegesebb terhelést a napi akár többszöri ismétlődéi ciklus miatt. A vízteher hatására bekövetkező deformációk jellegét a következő ábra mutatja: Kritikus zóna a mentett oldali rézsű, aminek Terheletlen meredekségét kell csökkenteni a megfelelő értékig. Deformáció a vízteher hatására Kritikus zóna a gát vízoldali lábazat Amit megfelelő szilárdságú szerkezettel Meg kell támasztani BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 58

59 A tározó fenékburkolatát a víznyomás hatására húzás terheli, de ennek értéke nem haladja meg a 0,18-0,20 N/m2 nagyságrendet. Lényeges az állékonyság szempontjából a mentett oldali rézsű felületen ciklikusan megjelenő húzás, de ennek értéke is elenyésző, nem haladja meg a 0,005 N/m2 értéket. A nyírófeszültségekben ugyancsak a belső rézsűlábnál látszik koncentráció és eléri a 0,12 N/m2 nagyságrendet. A Mises-féle főfeszültségek maximuma ugyancsak a belső rézsűlábnál jelentkezik és eléri a 0,43 N/m2 nagyságot. Kőzetben jelentkező terhelések nem számottevőek, a vízzáró burkolatot azonban húzásra és nyírásra megfelelően kell kialakítani. A töltés kontúr deformációjának maximuma a vízteher hatására 0,005 m. BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 59

60 Kritikus zóna Legnagyobb kitérés Kezdeti állapot Kritikus zóna A számított vizsgált földrengési esemény következtében jelentkező maximális húzófeszültség a belső rézsűlábnál a burkolatban eléri a 0,32 N/m2 nagyságot. A töltés kontúr deformációjának maximuma a szeizmikus esemény hatására eléri a 0,0056 m értéket. A szeizmikus esemény következményeit célszerű megelőzni. A rézsűburkolatot alkalmassá kell tenni a húzási igénybevételek károsodás nélküli felvételére a belső rézsűlábnál. Ellenőrizni kell a külső rézsű felület megcsúszás ellen biztonságát. A gátkorona megsüllyedését vagy a hosszanti, töltés tengely irányú repedések keletkezését a töltés az állékonyság elvesztése nélkül el kell viselje. BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 60

61 A monitoring rendszer fő elemei: 1. A felszín elmozdulás monitoring (pontok, összehasonlítások) 2. A belső elmozdulás monitoring (süllyedés, vízs.nyúlás, dőlés) 3. A belső feszültség monitoring (nyomásmérő cellák) 4. Pórus nyomás monitoring 5. A gát homlokfelület monitoring (dőlés, víznyomás, megcsúszás) 6. Szeizmikus válasz (accelerométerek) 7. A burkolaton átszivárgó víz mennyiség mérése. 8. Egyéb (szivárgás, talajvízszint stb.) BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 61

62 A víztározók biztonsági rendszerei az erőmű irányítási rendszeréhez csatlakoznak, ahol a folyamatos monitoring megvalósul. Az erőmű biztonsági rendszere bocsátja ki a határértékek túllépése esetén a figyelmeztetéseket vagy riasztásokat. BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 62

63 BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 63

64 A szivattyús energiatározók egy egység töltő vízhez kétszeres tározó térfogatot tartalmaznak. Ez gyakorlatilag azt jelenti, hogy az egyik tározó feltöltött állapotakor a másik tározó üres. A havaria helyzetek kezelése a két tározó együttes használatával biztosítható. A töltővíz tárolása szempontjából a rendszer 100 % tartalékkal rendelkezik. A 100 % tartalék térfogat miatt a havária helyzetek egyszerűen kezelhetők, mert a vizet az egyik tározóból a másikba néhány óra alatt át lehet helyezni, tehát a víztömeg kivezetésére nincs szükség. (Pl. a felső tározó valamilyen sérülése esetén a víztömege átvezethető az alsó tározóba, tehát a víz a rendszerben maradhat. Ugyanez a helyzet fordított esetben is.) Ha valamilyen előre nem látható esetben a töltővíz valamilyen részét ki kell venni a rendszerből, az a vízpótló rendszeren kell megoldani. A rendkívüli nagycsapadék víztömegének befogására többlet tározó térfogat szolgál. A rendkívüli csapadékból származó többlet meghatározott időre kiválthatja a vízpótlást, illetve az aktuális helyzettől függő döntés alapján levezethető a töltő vezetéken. A két azonos nagyságú, váltakozva töltött víztározó a többszörösen ismétlődő rendkívüli nagycsapadékos eseteket is kezelhetővé teszi. BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 64

65 BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 65

66 1. Kellően gondos tervezéssel, ellenőrzéssel az üzem kockázati tényezői többségükben kizárhatók. 2. Csak megfelelő minőségű, kipróbált szerkezetek építhetők be és a biztonsági rendszerek. A biztonsági mérések egy üzemiegy tartalék elv szerint duplázottak kell legyenek 3. Az üzem során az előírások szerinti rendszeres karbantartás és ellenőrzés betartása elengedhetetlen. BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 66

67 A Taum Sauk szivattyús energiatározó Missuri államban 1960 és 1963 között épült. Két egyenként 225 MW teljesítményű szivattyú turbina került beépítésre. Az erőmű 450 MW teljesítményű, 244 m esésű. A törés december 14-én reggel következett be amikor tározó töltés az északnyugati oldalon elszakadt és a teljes a 4 millió m3 vízmennyiség 12 perc alatt kifolyt a tározóból. A gátszakadást mérési hiba idézte elő. Az irányítási rendszer akkor is folytatta a tározó töltését, amikor a vízszint elérte a megengedett maximális szintet majd a koronaszintet. A gátkoronán lévő hullámvédő falon átfolyó víz kimosta a finom szemcséket a töltésből és a gátkoronából. Az erózió következtében meggyengült a gát szerkezete. Az üzemnaplókból megállapítható volt hogy a tározó szivattyús túltőltése 72 percig tartott. A lakosság szempontjából szerencsésnek mondható a gátszakadás, mert egy családnak kellett elmenekülnie, és azok sem sérültek meg. A lezúduló vizet az alsó tározó felfogta és további mentés nem volt szükséges. A Taum Sauk üzemelői szerint a Rita-hurrikán miatti hullámzás szeptember 27-én már előidézett átfolyást a koronaszint felett. A hatóság szerint a vízszint mérés hibás működése októberétől ismert volt. (DE LE SEM FÜTYÜLTÉK!) BME Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 67