Vízenergia. Teljesítmény szerint. Mikro (-100 kw) Kis (-10 MW) Nagy

Átírás

1 Vízenergia Teljesítmény szerint Mikro (-100 kw) Kis (-10 MW) Nagy

2 Beépítés szerint Folyóvízi erőmű: Folyóra vagy patakra telepített elektromos energiát előállító vízerőmű Tározós erőmű: Magasan fekvő víztározóba kis vízhozamú folyó vizét felduzzasztják és csak a villamosenergia fogyasztási csúcsokon helyezik üzembe a vízturbinát. Szivattyús-tározós rendszer: Az alacsonyabb szinten lévő folyóból (tározóból) egy magasabban fekvő tározóba szivattyúzzák fel a vizet, majd elektromos energiát termelnek a tárolt vízzel. Árapály erőmű: A tenger árapályjelenségéből adódó vízszintkülönbségek hasznosítására telepített speciális vízerőmű. Hullámerőmű: A tenger hullámzásának energiáját hasznosító erőmű a tengerben vagy a parton. Tengeráramlat-erőmű: Erős tengeráramlatok kinetikus energiájának hasznosítására szolgáló erőmű.

3 Pelton-turbina: A turbina típusa szerint az egyik legjobb hatásfokú vízturbina. Nagy esésnél optimális, kis vízhozam esetén is jól dolgozik. Francis-turbina: a jelenleg leggyakrabban használt vízturbina. Járókerekébe a külső átmérőjétől befelé áramlik a víz. Közepes és kicsi esés (10 métertől néhány száz méterig); közepes és nagy vízhozam esetén. Kaplan-turbina Propeller/hajócsavar alakú vízturbina állítható lapátokkal. A Francis-turbina továbbfejlesztéseként nagy vízhozamú, kis esésű vízierőműveknél alkalmazzák.

4

5 A 3 turbinatípus hidraulikus hatásfokának javulása az elmúlt 100 évben IEA Technology Roadmap 2012

6 Pelton-turbina

7 Francis-turbina

8 Kaplan-turbina

9 A - víztározó, B - gépház, C - vízturbina, D - generátor, E - vízbevezetés, F - frissvíz csatorna, G - villamos távvezeték, H - folyó

10 Folyóvízi erőmű Nagy esés + Nagy vízhozam = nagyerőmű + Kis vízhozam = kiserőmű (<10 MW) Mikroturbinák esetében elérhető teljesítmény: P = Q x H x g ahol P = elméleti villamos teljesítmény (kw) Q = vízhozam (m3/s) legalább 0,6 liter/sec H = esési magasság (m) legalább 1 méter g = gravitációs állandó (9.8 m/s 2 ) Mikroturbinák esetében a hatásfok ~50%

11

12 Megtermelt vízenergia növekedése régiónként (az összkapacitás 2010-ben meghaladta az 1000 GW-ot) IEA Technology Roadmap 2012

13

14

15 IEA Technology Roadmap 2012 A 2005 óta üzembe helyezett áramtermelő kapacitások által megtermelt energia vízerőművek összes többi megújuló

16 Vízerőművek által megtermelt villamos energia 2050-ig IEA Roadmap szerint IEA Technology Roadmap 2012 Lassuló növekedési pálya

17 A megújuló energiaforrások részaránya az áramtermelésben az EU-ban között forrás: Eurostat és BP Statistical Yearbook 2014, szerk. Szalontai L

18 Első tíz legtöbb áramot termelő IEA Technology Roadmap 2012

19 Legnagyobb részarány IEA Technology Roadmap 2012

20 5 legnagyobb Három szoros (Jangce) MW Itaipu (Parana): Brazília, Paraguay MW Guri (Caroni): Venezuela MW Szajan-Susenszk (Jenyiszej): Oroszo MW Grand Coulee (Columbia): Egyesült Államok MW

21 Itaipu (BRA/PAR) 2. teljesítmény: MW de a legtöbb áramot termeli Paraguay áramellátásának 90%-a Brazília áramellátásának 20%-a HVDC (High Voltage Direct Current) km

22 Célok Energiatermelés Villamos rendszer működésére egyéb kedvező hatások Gyors reagálás (ki- és bekapcsolás egyaránt) Nagy léptékű energiatárolás Frekvenciaszabályozás Öntözés Hajózás Árvízvédelem

23 Problémák, kihívások, korlátok Időjárásfüggés: aszály Brazilia: 70% vízenergia az áramtermelésben január az erőművek leállítása a DK-i országrészben pl. Sao Paulo

24 Eredmények pozitívumok - negatívumok Egyenletes vízjárás (?) Áradások megszűnése (?) Hajózhatóság Folyamatos öntözés Új öntözött termőterületek Energiatermelés CO2-emisszió nélkül Általában szabályozható Villamosítás Iparfejlesztés (vegyipar) Tározótér feliszapolódása Lakosság kitelepítése Természetes talajerő-utánpótlódás megszűnése Bilharzia (belső élősködő féreg) elterjedése Halászat visszaesése a deltavidéken (Nílus) Másodlagos szikesedés terméscsökkenés Régészeti leletek elveszítése

25 A vízerőművek további (környezeti) kockázatai Üzemeltetés-biztonság gátszakadás kockázata Párolgás a tározó tereknél; Vízminőség változás a tározóterekben (főleg szennyezett víz esetén) Biodiverzitás csökkenése nagy területigényű víztározók (Al Gore: Mérlegen a Föld, 1993) vándorló hajfajok mozgásának korlátozása (hallépcsők)

26 Megoldás Árvízvédelem helyett VÍZGAZDÁLKODÁS; Gigantikus erőművek helyett mikroenergetikai rendszerek; Óriáshajók helyett kisebb merülési mélységű hajók alkalmazása; Gazdasági csoportok érdekei helyett hosszú távú, közösségi érdekek!!

27 Három szoros erőmű (Jangce) MW: 26 turbina x 700 MW + későbbiekben 6 további turbina x 700 MW +2 további 50 MW-os turbina főleg saját áramigény fedezésére Mindösszesen MW

28

29 Runner of a Francis turbine used for the Sanxia (Three Gorges Dam) power plant, China.

30

31

32 Eufratesz Ata türk gátrendszer megépítése előtt

33 Eufratesz Ata türk gátrendszer megépítése után

34 Európa részesedése a beépített kis vízerőművekből Európába kb törpe és kis vízerőmű üzemel (<10 MW) A nagy erőművek terén Európában már nem jelentősek a gazdaságilag kiaknázható tartalékok. A kis erőművek terén jelentős kiaknázatlan lehetőségek rejlenek Ezért fejődésük várható, nem utolsó sorban a támogatások miatt is Az erőművek élettartama igen hosszú 45% - több mint 60 éves 68% - több mint 40 éves De 100 évesnél idősebbek is nagy számban előfordulnak

35 KIS VÍZERŐMŰVEK teljesítménye EURÓPÁBAN (10 MW-ig) Forrás: Proposals for a European Strategy of Research, Development and Demonstration (RD&D

36 Kis- és törpe vízerőművek áram-termelése (1999) Törpe <1 MW (kék) Kis 1-10 MW (piros)

37 KIS VÍZERŐMŰVEK által termelt áram EURÓPÁBAN Forrás: Proposals for a European Strategy of Research, Development and Demonstration (RD&

38 Magyarország

39 Magyarországon a jelenleg meglévő 31 vízerőmű összteljesítménye 55 MW. Ezek villamosenergia termelése közel 190 GWh/év 40%-a a beépített kapacitásból fakadó maximálisan elérhetőnek. Részesedése a teljes hazai villamos energia termelésben kevesebb, mint 0,5%. Az előállított villamosenergia kb. 90%-át a négy jelentősebb vízerőmű termeli meg: Kiskörei, Tiszalöki, Kesznyéteni (Hernád - 4,4 MW), Ikervári (Rába 1,4 MW) 1896-ban vízimalomból A kisvízfolyások vízerő készlete mintegy 40 MW elméleti teljesítmény és 240 GWh/év elméleti energiatartalmat képvisel. A gyakorlatban hasznosítható vízerőkészlet 10 MW körül van, ami kb. 60 GWh/év termelésnek felel meg.

40

41 Vízerőműveink által megtermelt áram mennyisége ~0,7 PJ (2002)

42

43 Magyarország legnagyobb vízerőművei Kisköre (1974 óta) Blokkok száma: 4 névl. teljesítmény: 7 MW/blokk Teljes kapacitás: 28 MW névleges esés: 6,27 m Tiszalök (1959 óta) blokkok száma:3 névl. teljesítmény: 3,8 MW/blokk Teljes kapacitás: 11,4 MW névleges esés: 5,0 m névleges fordulatszám: 107 ford/perc névleges fordulatszám: 75 ford/perc

44 Teljesítmény: 28 MW Terv: MWh villamos energia/év 42,6% hatásfok. Ezt az értéket eddig összesen hat évben sikerült elérni. A több mint harminc év átlaga ~87000 MWh/év (36% HATÁSFOK). Az eltérés okai: 1) a tervezett duzzasztási szint helyett 1,90 méterrel kisebb értékre történik a Tisza-tó feltöltése a nyári időszakban. 2) Árvizes napok száma magasabb a tervezettnél (60 nap kiesés) ban 187 napon keresztül nem lehetett villamos energiát termelni.

45 Teljesítmény: 11,4 MW Az eltelt 50 évben átlag MWh/év termelés 48,7 % hatásfok

46

47 Ikervár Rába (Herpenyő) Épült: (585 kw DC); Felújítást ( ) követően: AC 8,0 m; 28 m3/s; 1540 kw; 7,0 millió kwh/év 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 turbina 4 db aszinkron gen. + kondenzátor telepek +1db szinkron gen. 7,6 m; = 2280 kw; 14,5 millió kwh/a Felvízcsat: 5390 m; 30 m3/s vízkiv.mű Rábából; Alvízcsat: 3550 m Herpenyő patakba

48

49 DUNA - Kvassay-zsilip

50 Kvassay-zsilip és erőmű 2 x 920 kw Éves viszonylatban 10-20% hatásfok - a csapadékmennyiség függvényében

51

52 Blue Stream Mobil Kft. Első lépésben 2010-től egyedi tervezésű kis vízerőműveket telepített az üzletileg ígéretes vizekre: Öcsödi vízerőmű (Nagykunsági-főcsat.) 160 kw Bódvai Erőmű (Bódva torkolat) 30 kw Millér vízerőmű (Millér öntöző- és belvízcsat.) 22 kw Sió vízerőmű (37 kw) Második lépésben a berendezések sorozatgyártására készül. miskolci vízmű helyi szennyvíztelepén üzembe helyezték a prototípust (~10 kw, a szomszédos 2000 m2-es irodaház teljes áramszükségletét fedezi)

53 Tározós vízerőmű (Norvégia)

54

55

56 Szivattyús-víztározók Energiaveszteséggel dolgoznak (kb %) Működés: völgyidőszakban energiaatárolás, csúcsfogyasztás idején az energiaigény kielégítése; Ma leggyakrabban szél- és naperőművek igadozó termelésének kiküszöbölésére használják; Évente alkalommal kapcsolták be egyik, vagy másik irányban; Maximális teljesítményét mp alatt éri el.

57 A szivattyús-tározós rendszerek története 1879-ben Svájcban (Zürich) épült az első szivattyús energiatározó között épült a leghatékonyabb erőmű Walesben (6 x 317 MW), ahol 600 m az esési szint és 10 mp az átváltás a két üzemmód között 1999-ben elkészül az első tengervizet használó erőmű (Japán, Yanbaru 30 MW) Napjainkban több mint 300 szivattyús-tározós rendszer üzemel a világban - teljes kapacitásuk MW

58

59 Kepchenwerk, Németország ( !!)

60

61 12 db Japánban 9 db USA-ban 4 db Olaszországban 3 db Oroszországban

62 Forrás: HRW-HYDRO REVIEW WORLDWIDE What Drives Pumped Storage Development in Europe and the USA? (05/01/2013)

63 Előnyei kiforrott műszaki megoldás; rugalmasan alkalmazkodik az igényekhez (10 mp alatt képes szivattyú módból turbina módra váltani); rendszerirányítást megkönnyíti, illetve tervezhetőbbé teszi; lehetőséget nyújt a megújuló energiaforrások bekapcsolására a rendszerbe (elsősorban az időjárás függők esetében) ; ellátó erőmű működése biztonságosabb (elsősorban atomerőmű), hatékonyabb lesz és élettartalma nő; az adott árviszonyoktól függően viszonylag gyorsan megtérül (olcsó vétel - magas eladás)

64 Energiatárolási megoldások költségoldala IEA Technology Roadmap 2012

65 Hátrányai (általában és hazánkban) szűksége van külső energiaforrásra növeli az energiaszükségletet (több energiát használ fel, mint amennyit termel [nettó fogyasztó]); a tározók nagy területek igényelnek; a nagy vízfelület megváltoztathatja az adott terület klímáját; működésük biztonsági kockázatot jelent; jelenleg egy ilyen erőművet csak kis hatékonysággal megtermelt árammal tudnánk ellátni, így az elavult rendszer fenntartását támogatná; rendszerszabályozás megoldásának egyéb, korszerűbb lehetőségei is vannak, amiktől elvonja a forrásokat (pl. biogáz üzemű mikro-erőművek hálózata); hazánk természeti adottságai nem megfelelőek (magassági viszonyok, vízhálózat, csapadék).

66 Hazai tervek

67

68

69 Ocean energy wave tidal Tengeri alkalmazások - marine hydrokinetic (MHK)

70 Hullámzás

71

72 Mágneses bólyák

73 10 km-re a svéd partoktól átadták a világ első tengeralatti kapcsolóállomását, így a rendszer hálózatra kapcsolása már csak egy kis lépés (az épülő 1 MW-os Sotenäs Wave Energy Plant részeként) 2015 december

74

75

76

77 Tengerparti elhelyezés Mintaszöveg szerkesztése Második szint Harmadik szint Negyedik szint Ötödik szint

78 Tengeráramlás

79

80 Árapály erőművek

81 Nemzeti programok UK: MW ig Marine Energy Parks (MEPs) Portugália Dánia South West Marine Energy Park