A vízenergia felhasználása

Átírás

1 Dr. Kádár Péter 1

2 Vázlat Vízimalmok Vízenergia Turbinák Hazai erőművek Erőművek külföldön ÓE KVK VEI tározós vízerőmű modell Óbudai Dunapart 2

3 Magyarország egyik legnagyobb méretű római emléke Várpalota-Öskü római gát 3

4 Ókori Noria kerék, Hama, Szíria 4

5 Középkori kanalas vízimalom 5

6 Felülcsapott vízkerék (Jalsoviczky) 6

7 Alulcsapott vízkerék (Jalsoviczky) 7

8 Függőleges tengelyű Francis turbina (Jalsoviczky) 8

9 Vízszintes tengelyű Francis turbina(jalsoviczky) 9

10 Séd, Vilonya, Varga-malom 10

11 Az első hazai áramtermelők 11

12 Szabályozó koszorús Francis turbinák a Zalán 12

13 Malmok Budapesten és környékén 13

14 A Császár malom Malom tó 14

15 Rádl malom a Bécsi úton 15

16 Aquincum (-i kocsma) 16

17 Külső Bécsi út 17

18 Lajos utcai kapudísz a Kiscelli múzeumban 18

19 Lajos utcai kapudísz a Kiscelli múzeumban 19

20 Hajómalmok a Hajógyári szigetnél 20

21 A Schuszter malom az Óbudai múzeumban 21

22 A világ vízenergia felhasználása A Világon 750 GW vízerőmű kapacitás 2803 TWh-t termelt ( évi 3740 h kihasználás). MO éves energiaigénye 40 TWh MO éves teljesítmányigénye 6 GW Ez a Világ összes villamosenergia-termelésének a 16,1%-át teszi ki. Ez a Világ összes fosszilis primerenergia-felhasználásának a 2,5%. Egy év alatt kb. 5%-kal nőtt a termelés (kb. 30 GW új vízerőmű épült). Legnagyobb vízerőmű: Jangce 18,2 GW (2009-re), Itaipú 14 GW. Nagy termelők: Kanada 338 TWh, Kína 328 TWh, Brazília 320 TWh. Nemzeti villamosenergia-termelésben: Norvégia 90%, Brazília 86%. Az EU-25-ben a franciák 65 TWh, svédek 56 TWh, spanyolok 40 TWh. A lehetőségek kihasználása: Európa 67%, Ázsia 22%, Afrika 7%. BWK, december, p ill. Tombor Antal előadása,

23 Az EU vízenergia felhasználása Az EU-25-ben kis vízerőmű volt (az újakban 2800) 11 GW-tal. A legtöbb kiserőmű az olaszoknál (21%) és a franciáknál (17%) van. Ezekkel évente 43 TWh-t termelnek (de 70%-uk idősebb 40 évnél). Árapály-erőmű összesen 271,4 MW (St. Malo [F] 240 MW, 518 GWh). Hullám- és tengeráramlás-hasznosító vízerőművek kísérleti stádiumban vannak (dán 20 kw, skót kw). Magyarországon évek óta 48 MW vízerőmű van, 200 (±20) GWh/a. <1%! BWK, december, p ill. Tombor Antal előadása,

24 Mozgási energia? ½ m v 2 A Duna átlagos vízhozama Budapesten: 2000 m 3 /sec Átlagos sebessége: 3,6 km/h 1 m/s Lassítsuk le a felére a sebességét! (ekkor kétszeres keresztmetszettel kell majd továbbfolynia) Kinyert energia másodpercenként (teljesítmény): ½ x 2000 x 1000 x (1 2-0,5 2 ) /sec = 0,75 x 10 6 J/sec = 0,75 MW 24

25 Helyzeti energia! m g h A Duna átlagos vízhozama Budapesten: Ejtsük le a magasságát: Továbbfolyási keresztmetszet nem változik m 3 /sec 10 m-el Kinyert energia másodpercenként (teljesítmény): 2000 x 1000 x 9,81 x 10) /sec = 196,2 x 10 6 Nm/sec = 196,2 MW Hatásfok nem 100 %! 25

26 Vízerőmű kategóriák Hasznosítható esés (H) szerint kisesésű közepes esésű nagyesésű Teljesítőképesség (P) szerint: törpe kis közepes nagy Termelt energia szempontjából megkülönböztetünk csúcs- és alaperőműveket. Műszaki szempontból: tengerre, tóra, folyóra telepített erőművek. 26

27 Üzemmódok Kvázi zsinór termelés (átfolyó rendszerű, minimum 50 % és 100 % között, de a folyót nem lehet elzárni) Csúcserőmű (0 %, de néha 100 %) Szivattyús tározós (-100% és % 100% között, de a hatásfok csak 70% és a töltési ill. ürítési teljesítmény nem feltétlen egyezik meg) Alacsony víz (0%) Árvíz (0 %) 27

28 Duzzasztás vagy üzemvíz csatorna 28

29 Duzzasztó és erőmű elrendezések 29

30 Vízerőtelep részei előcsatorna (vizet vezeti a csigaházba ill. a turbinára) csigaház: (befolyó víz szétosztása a turbinákra) küszöb (fenék közeli hordalék visszatartása) gereb (jég és uszadék bejutásának megakadályozása) turbinazsilip (előcsatorna lezárása) szívócső aknával, vagy szívócsatorna ( energiacsökkentett víz kivezetése) villamos és egyéb berendezések turbina 30

31 A teljesítménygörbe 31

32 Hazai folyók vízhozama 32

33 Mikor, mennyi az annyi? 33

34 A Duna energetikai hossz-szelvénye 34

35 Vízlépcső építési célok Árvízvédelem Vízgazdálkodás, öntözés Halászat Sport, szabadidő Energia Hajózás Változó prioritások! 35

36 Hazai vízerőpotenciál Magyarország elméleti vízerőkészlete 1400 MW; 7480 GWh/a (5%-a a Trianon előtti vízerőpotenciálnak!) Hasznosítható 1060 MW; 4500 GWh/a (Gazdaságosan: 3400 GWh/a); Megoszlás Duna 66%; Tisza 10%; Mellékfolyók 24% Kiépült 37 mű; 50 MW; 210 GWh/a; (Össz: 51 db hidrogenerátor) 36

37 Pelton, Kaplan, Francis és Bánki turbina A vízturbinák két fő típusa az akciós és a reakciós rendszerű gép. Az akciós vízturbinában az energiaátalakulás lényegében az állórészben megy végbe, az állórészből kilépő sugár nyomása a forgórészben való áthaladás közben már nem változik. Ezzel szemben a reakciós vízturbinában vízsugárnak még jelentős túlnyomása van az álló lapátozás és a járókerék. 37

38 Turbina típusok A jelenleg használatos akciós turbinák: a Pelton- és a Bánki-turbina. A Pelton-turbina házába a víz sugárcsövön jut be, a vízmennyiség a sugárcső áteresztőképessé-gével szabályozható. A Pelton-turbinát nagy vízszintkülönbség esetén használják, ahol a magasan fekvő víztárolóból csővezetéken keresztül vezetik a vizet a mélyebben fekvő turbinaállomásra. A Bánki-turbinát feltalálójáról Bánki Donátról nevezték el. A turbina vezetőcsatornájának feladata, hogy a vízsugarat hegyesszögben a járókerék lapátjaira vezesse. A kétszeres átömlés azt jelenti, hogy a vízsugár először a járókerék belsejébe kerül és innen egy második átömléssel a szabadba. A reakciós turbinák közül pedig a Francis-turbina különféle változatait és a Kaplan-turbinát használják. A kis vízszintkülönbségek, de nagy víztömegek energiájának hasznosításakor célszerű a Kaplan-turbina használata. A Francis-turbinák nagy vízszint-és vízhozamintervallumon belül használhatók, a terhelésingadozásokat a lapátok állításával lehet követni. ( 38

39 Girard (1867), Pelton, iker Francis, Bánki, Francis (1903) és Kaplan turbina 39

40 Ikervár Épült: (585 kw DC); Felúj: AC 8,0 m; 28 m3/s; 1540 kw; 7,0 millió KwH/A 2 db 220 kw + 2 db 550 kw FRA turbina Hasznosítja fkm ÚJJÁÉPÍTVE: db 520 kw FRA vert.csőturbina + 1 db 200 kw iker FRA hor.turbina 4 db aszinkron gen (csőben) + kondenzátor telepek. (+1db szinkron gen. a csarnokban szeml.) 7,6 m; 4 8+4,3 m3/s; = 2280 kw; 14,5 millió kwh/a Felvízcsat: 5390 m; 30 m3/s vízkiv.mű Rábából; Alvízcsat: 3550 m Herpenyő patakba 40

41 Ikervár 41

42 Ikervár 42

43 43

44 Gibárt Üzembe: ,4 m; 18 m3/s; 500 kw; 2,5 millió kwh/a 2 db FR turbina hor. Duzzasztó: 2 db 13,5 m Felvízcsatorna: 240 m. Hasznosítja fkm szakaszt HERNÁD 44

45 Gibárt 45

46 Gibárt 46

47 Gibárt 47

48 Gibárt 48

49 Felsődobsza Üzembe: 1912 Felújítva: ,0 m; 22 m3/s; 510 kw; 2,8 millió kwh/a kw kw FRA turbinavert Duzzasztó: 2 db 9 m önműködő billenőtáblás Üzemvízcsat: Felvíz 1000 m; Terelőgát 80 m. Hasznosítja: fkm szakaszt HERNÁD 49

50 Felsődobsza 50

51 Felsődobsza 51

52 Szinkronozó és vezérlő 52

53 55 kw-os generátor és a 280 kw-os turbina 53

54 Felsődobsza 54

55 Kesznyéten Üzembe: ,5 m; 40 m3/s; kw; 23.5 millió kwh/a 2 db KAP turbina vert. Üzemvízcsat: Felvíz 7300 m (Hernádból BŐCS-nél); Alvíz: 2500 m (Sajóba) 55

56 Kesznyéten 56

57 Tiszalök Üzembe: 1954 duzzasztó; 1958 hajózsilip; 1959 erőmű 5.0 m; 300 m3/s, kw; 45,0 millió kwh/a 3 db KAP turbinavert (4,8 m átm; 75 ford/min; 100 m3/s) Üzemelés 1,5-7,5 m esésnél 3 db 4800 kva generátor külön gerjesztő gépcsop Csatlakozás: 120 kv és 20 kv Duzzasztózsilip: 3 db 37 m kapu Hajózsilip: 1 db m Hordkép: 1200 t Öntözés: 400e ha Keleti Főcsatorna max 60 m3/s 57

58 Tiszalök árvíz idején 58

59 Kisköre Üzembe: ,27 m; 560 m3/s; kw; 104,0 millió kwh/a (80-110) 4 db csőturbinahor (4,3m átm; 107 ford/min; 140 m3/s; 7 MW). Üzemelés 2,0-10,7 m esésnél Trafo: 2 db 2,5 / 20 / 120 kv; 14 MVA + 2 db 2,5 / 0,4 kv Duzzasztó: 5 db 24 m billenő szegmens. Hajózsilip: 1 db m; Hordkép: 1350 t Tározó: 128 km2; 253 millió m3 (hasznos 132 millió) Öntözés: 400 e ha Nagykunsági Főcsatorna max 80 m3/s Jászsági Főcsatatorna max 48 m3/s Halvonuláskor halzsilip 59

60 Bársonyos HERNÁDVÉCSE 1,8 m; 3 m3/s; 52 kw Aszinkron gen. FELSŐMÉRA 3 m3/s; 33 kw ALSÓMÉRA 1,5 m; 3 m3/s; 39 kw; FORRÓ 1,8 m; 3 m3/s; 44 kw 65/min HALMAJ 3 m3/s; 40 kw MIND Leállítva! 60

61 Bársonyos Alsóméra, Forró 61

62 Gyöngyös folyó(cska) LUKÁCSHÁZA Indult: ,2 m; 1,5 m3/s; 26 kw; 134 kwh/a; 1 db FRA.turbina vert. GENCS FELSŐ Indult: ,4 m; 1,6 m3/s; 25 kw; 142 e kwh/a; 1 db FRA.turbina vert. GENCS ALSÓ Indult: ,4 m; 1,5 m3/s; 18 kw; 38 e kwh/a; 1 db FRA.turbina vert. GYÖNGYÖSHERMÁN Indult: ,9 m; 1,9 m3/s; 13 kw; 41 e kwh/a; 1 db FRA.turbina vert. BOGÁT Indult: ,6 m; 1,8 m3/s; 13 kw; 47 e kwh/a; 1 db FRA.turbina vert. TANAKAJD Indult: 1950 (1920: 30 LE; 220 V DC) 2,2m; 0,9 m3/s; 13 kw; 53 e kwh/a; 1 db FRA.turbina vert. VASSZÉCSENY Indult: 1959 ( V..DC) 3,0m; 1,6 m3/s; 25 kw; 81 e kwh/a; 1 db FRA.turbina vert. SÁRVÁR - ÚJMAJOR Indult: ,8 m; 1,9 m3/s; 18 kw; 44 e kwh/a; 1 db FRA.turbina vert. 62

63 63

64 Tanakajd 64

65 Bogát, Lipárd, Vasszécseny 65

66 Vágszakály törpe erőmű 66

67 Háztartási Nagyesésű turbinák 67

68 Tessék választani! 68

69 Háztartási Kisesésű turbinák A - generátor B - turbina fej, üzemvízcsatorna beömlő nyílása C - üzemvíz-csatorna D - vízelvezető cső E - duzzasztó fal F - patakmeder G - zsilip H - hordalékszűrő I - bukógát 69

70 Tessék választani! 70

71 Mikroszet terv 71

72 Mikroszet terv 72

73 Francis Source:Hydrolink 73

74 Kaplan Source:Hydrolink 74

75 Pelton Source:Hydrolink 75

76 A világ legnagyobb vízerőműve A Három Szurdok Víztározó építését 1993-ban 23,6 milliárd dolláros (4147 milliárd forintos) költségvetéssel kezdték el, a gátat tavaly nyáron helyezték üzembe, az áramtermelés azonban a tervek szerint csak 2008-ban kezdődik el. Az óriásberuházás nagyon sok bírálatot kapott a természeti környezetet és a helyi lakosságot érintő hatásai miatt. A környezetvédők szerint a duzzasztómű fölött leülepedik, feldúsul a szennyeződés, fenyegetve az iparosodás által amúgy is megtizedelt jangcei élővilágot. Sokak szerint túl nagyok a költségek, és nem is biztos, hogy a gát megvédi a térséget az árvizektől. A kínai kormány viszont úgy véli, hogy a gát, illetve a hatalmas víztározó segít a jangcei árvizek elhárításában, javítja a folyami hajózást, és enyhít az ország krónikus energiahiányán. (MTI) 76

77 Three Gorge Dam 77

78 Három szurdok, Jangce, Kína 78

79 Sok és nagy További négymillió embert költöztetnek át Kínában a gigantikus Három Szurdok duzzasztó térségében az elkövetkezendő évben. A világ legnagyobb vízerőművi létesítményének építése miatt eddig közel 1,4 millió embert szakítottak el otthonától és költöztettek Kína különböző területeire, hogy helyet teremtsenek a víztározó építésének. Az elkövetkezendő években Közép-Kínában a gigantikus erőmű és védmű kezdeténél található Csungcsing (Chongqing) város központjától távol eső kerületek lakóit fogják átköltöztetni, elsősorban azokról a területekről, ahol a 600 kilométer hosszú víztározó már erodálni kezdte a Jangce-folyó partját. Csungcsing város alpolgármestere, Jü Jüan-mu (Yu Yuanmu) kijelentette, hogy az áttelepítéseket a régió 2007 és 2020 közötti fejlesztési terveivel összhangban, lépcsőzetesen valósítják meg. Jü szerint az áttelepítés nélkülözhetetlen annak érdekében, hogy megóvják a víztározó térségének ökológiáját. Az átköltöztetettek Csungcsing központjától busszal egyórányi távolságba kerülnek, az első kétmillió embert öt éven belül helyezik át. 79

80 Gezhouba 80

81 Itaipu, BRA 12 GW 2nd largest 81

82 Itaipu 82

83 Itaipu 83

84 Hoover dam, Colorado river, USA 84

85 85

86 86

87 Grimsel, Svájc 87

88 Grimsel 88

89 Grimsel 89

90 Grimsel 90

91 A hegy gyomrában: Hagneck, Grimsel II. 91

92 A hegy gyomrában, 1800 m esés, Innertkirchen II. 92

93 Innertkirchen II., Grimsel II. SF6, ZLS 93

94 Bős 94

95 Dunakiliti, tervezett duzzasztás 95

96 Dunakiliti 96

97 Bős A dunakiliti duzzasztómű mögött keletkező hrusovi (Dunakörtvélyes) tározó az 1858-as folyamkilométertől az 1842-ig tart, szélessége 1-4 km, hossza 16 km, felszíne 53 km². A tározómedence befogadóképessége 243 millió m³, átlagos mélysége 4,7 m. A duzzasztógát bal oldalán torkollik be az üzemvízcsatorna első szakasza, a 17,6 km hosszú felvízcsatorna, amely a Duna főmedrében folyó víz befogadására és a hajózás új medreként szolgál. A bősi erőműből a 7 km hosszú alvízcsatorna Szapnál (Palőikovo) vezeti ismét vissza a Duna vizét a főmederbe. Az alvízcsatorna fenekét 5 m-rel kimélyítik a nagyobb esés elérése érdekében, így jön létre a max. 23, 27 m esés. A csatorna befogadóképessége 10 millió m³, 5000 m³/sec vízmennyiség levezetésére képes, szélessége m közötti. A gabčíkovói erőmű 9 Kaplan-turbinája átlagos évben 2650 GWh/év teljesítményt nyújt. Folyamatos üzem esetén ezt 2900 GWh/évre lehet növelni. Bal oldalon két m-es hajózsilip készül. A régi mederben (azaz a magyar Szigetközt a Csallóköztől elválasztó folyamkilóméteres szakaszon) legalább 50 m³/s, max. 200 m³/s állandó átfolyást biztosítanak. 97

98 Bős-Nagymaros A bősi erőmű turbináinak teljesítménye 720 MW, a nagymarosi hat turbináé pedig 160 MW. A két létesítmény együttes termelése csapadékos évben 4620, száraz évben 2700 GWh/év. A nagymarosi létesítmény célja, hogy kiegyenlítse a bősi erőmű szakaszos üzemelésének árapályhatásait, visszaduzzasztó hatásával akkor is biztosítsa a hajózáshoz szükséges vízmélységet, amikor az üzemvízcsatornából nem érkezik utánpótlás, részt vesz a hajózás bonyolításában és közúti hídként összeköttetést teremt a Duna két partja között. Az erőműrendszer terveiben szerepel a csúcsra járatás, vagyis kisebb igény (éjszaka) idején a tározót feltöltik és a fogyasztási csúcs ideje alatt az összes turbina teljes teljesítménnyel üzemel. Alvízi oldalon a csúcsüzem kezdetekor hirtelen megnő a vízszint és hat órán keresztül folyamatosan növekszik, majd az éjszakai töltés 18 órája alatt lassan visszasüllyed a kiinduló állapotra. A vízlépcső okozta vízszintingadozás a számítások szerint Gabčíkovo alvizénél 2,3 m, és még Győrnél is 1 m. A vízlépcsők a folyó. természetes életének teljes átalakítását jelentik, alapvető változásokat hoznak a fizikai adottságokban (vízsebesség, hordalék- szállítás, átlátszóság, hőmérséklet, jégviszonyok stb.) és ezek révén a kémiai, biológiai folyamatokban is (oxigénellátottság: redoxpotenciál, nitrogén- és foszfát- forgalom, biokémiai lebomlás, fito- és zooplankton-viszonyok stb.) 98

99 99

100 Alvíz 100

101 Felvíz, adatok, alállomás 101

102 Zsilipecske 102

103 Nem kicsi (kapu egyszer már kidőlt) 103

104 Freudenau am Wien 104

105 Kaplan turbina (aus Nagymaros) 105

106 A Duna alatt 106

107 Hidraulika terem, vezérlés, irányító központ 107

108 Felvíz és alvíz 108

109 Resica - Ferencfalva 109

110 Resica Brezova

111 Sebes-Körös 111

112 Sebes-Körös 112

113 Előtte és utána 113

114 Jád folyó, Dragánvölgy 114

115 Szamos 115

116 Béles 116

117 117

118 118

119 É Olt 119

120 Vaskapu 120

121 Vaskapu 121

122 Vaskapu 122

123 Vág 123

124 Vágkirályfalva 124

125 Fekete Vág - SZET 125

126 A hidrokinetikus energiahasznosítás áramló közeg (pl. folyó vagy tengerszoros) Turbina a víznek csak egy kis része halad át a turbinán kisléptékű ellátás Valójában nem különbözik a vízerőművektől Az eredeti víztömeg fékeződik, lassul, szétterül. Amennyiben igen sok ilyen berendezéssel kezdjük elgátolni a folyáskeresztmetszetet a víz kezd visszatorlódni, kezdődik a duzzasztás. Egy nagy folyóba alámerített lebegő turbina egy is duzzaszt, legfeljebb elhanyagolható mértékben. 126

127 A hidrokinetikus energiahasznosítás /first-commercial-hydrokinetic-turbine-installed-in-us/ 127

128 A vízerőművek és gátak nyújtotta előnyök Megújuló energiaforrás A vízerőmű üzeme CO 2 kibocsátással nem jár Csökken a folyó mederalakító, romboló hatása Szemben a hűtővizet felhasználó hőerőművekkel, nincsen környezeti hőterhelés (mint pl. Paksi, Dunamenti vagy Tiszai hőerőműnél) A gátrendszer az árvízvédelemben is szerepet játszhat. A hajózóutakat egyszerűbbé, gazdaságosabbá teszi. Kis személyzetet igényel Könnyen és gyorsan indítható, szabályozható, önállóan indulni képes hatásfoka 80% felett van Élettartama tipikusan 100 év Új típusú vizes élőhelyeket alakíthat ki (pl. Tiszató) Turisztikai célponttá válhat (pl. Tiszató) 128

129 Nem kívánt hatások Területhasznosítás cca. 0,1-10 W/m 2 legrosszabb! Élővilág átalakítás Kulturális értékek elvesztése Ökológiai problémák A tározókban (felvíz): a) a víz áramlási sebességének csökkenése; b) az üledék- lerakódás fokozódása; c) talajvízszint-emelkedés Alvíz mellett A) az árterek nedvességének csökkenése; B) talajvízszint- csökkenés. Az élőhal-tömeg csökkenhet Mezőgazdaságilag értékes termőterületet vonnak ki a termelésből. A biológiai, genetikai diverzitás csökken Eltűnnek a nedves területek A csúcsrajáratás okozta vízszintingadozást a hal- ikrák és a halivadékok nem viselik el Ivóvíz- készletek kockáztatása 129

130 Szivattyús tározós erőmű az Óbudai Egyetemen 130

131 Építés 131

132 Felső tározó 132

133 Vezeték 133

134 Alsó tározó 134

135 Pelton turbina 135

136 Generátor 136

137 Turbinaüzem 137

138 Óbudai Dunapart Európa második legnagyobb folyója Volt ipari rakpart Üdülőpart, sportolók Korzó és vigalom Természeti környezet visszaállítása? Lakóterület? Európai Duna útvonal? Betongát vagy plázs? 138

139 Tengerjáró hajó a Rómain 139

140 Még létező élővilág 140

141 Még létező élővilág 141

142 Még létező élővilág 142

143 Még létező élővilág 143

144 Még létező élővilág 144

145 Ártéri erdő 145

146 Eltűnő csónakházak 146

147 Funkcióváltás 147

148 Árvizek 148

149 Természetes vagy 149

150 vagy szabályozott környezet? 150

151 egyéb alternatíva?? 151

152 Megállapítások A világon többtízezer hidroenergetikai létesítmény van Olcsó az üzemeltetés, méregdrága az építés Nem bocsát ki széndioxidot, csak az építéshez kell néhány millió m 3 földet arrébb tenni, legalább ennyi beton kell még, meg pár ezer tonna vas hozzá Az üzemvízcsatorna sehol sem szép A kis léptékű erőművek elfogadhatóbbak A völgyzáró gát esztétikusabb, mint a kiemelt csatorna Hegy és víz nélkül meggondolandó Utána a vízözön (mindent elönt, elpusztít) A SZET hatásfoka % 152

153 Köszönöm a figyelmet! 153