BME 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 1

BME - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 2

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 - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 3

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 - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 4

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 - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 5

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 - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 6

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 - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 7

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 - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 8

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 - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 10

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 - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 11

Felső víztározó Vízvezető alagút Földalatti erőmű Kühtai Szivattyús Energiatározó Ausztria Alsó víztározó BME - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 12

Felső víztározó Herdecke Szivattyús Energiatározó Németország Felszíni erőmű Ruhr folyó víztározó BME - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 13

Felső víztározó Földalatti erőmű Goldistahl Szivattyús Energiatározó Németország Alsó víztározó BME - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 14

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 - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 15

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 - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 17

A tározók üzemi térfogata - millió m3 25 20 15 10 5 6000 MWh - 600 MW * 10 óra 5400 MWh - 600 MW * 9 óra 4800 MWh - 600 MW * 8 óra 4200 MWh - 600 MW * 7 óra 3600 MWh - 600 MW * 6 óra 3000 MWh - 600 MW * 5 óra 2400 MWh - 600 MW * 4 óra A tározók minimálisan szükséges üzemi térfogata 3,0-6,0 millió m3 600 MW teljesítményhez 0 0 100 200 300 400 500 600 A tározók vízszint különbsége - m BME - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 18

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 80 140 150 190 190 190 220 220 230 230 230 240 240 A lehetőségek 70-530 m közöttiek. 250 250 260 280 310 320 320 320 330 340 350 350 350 350 370 380 380 400 400 420 430 430 430 430 440 450 450 450 500 510 Piros országhatáron belüli Sárga országhatáron kívüli 0 100 200 300 400 500 600 A létrehozható esés - m BME - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 19

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 - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 20

Helyi anyagból épült körtöltés, aszfaltbeton rézsű és fenék szigetelésű tározó. Presenzano alsó tározó Olaszország BME - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 22

Helyi anyagból épült körtöltés, beton rézsű és fenék szigetelésű tározó. Kruonis felső tározó Litvánia BME - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 23

Helyi anyagból töltésbevágás egyenleggel épült körtöltés, aszfaltbeton rézsű és fenék szigetelésű tározó. Glems felső tározó Németország BME - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 24

Helyi anyagból töltés-bevágás egyenleggel épült körtöltés, aszfaltbeton rézsű és fenék szigetelésű tározó. Dlouhe Strane felső tározó Csehország BME - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 25

Helyi anyagból töltésbevágás egyenleggel épült körtöltés, aszfaltbeton rézsű és fenék szigetelésű tározó. Felső tározó Kína BME - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 26

Helyi anyagból töltésbevágás egyenleggel épült körtöltés, aszfaltbeton rézsű és fenék szigetelésű tározó. Fekete Vág felső tározó Szlovákia BME - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 27

Vianden felső tározók Luxemburg Helyi anyagból töltésbevágás egyenleggel épült körtöltés, aszfaltbeton rézsű és fenék szigetelésű tározó utólag megnövelt térfogatú. BME - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 28

Helyi anyagból töltés-bevágás egyenleggel épült körtöltés, aszfaltbeton rézsű és fenék szigetelésű tározó utólag megnövelt térfogatú. Coo Trois Ponts felső tározók Belgium BME - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 29

Helyi anyagból töltés-bevágás egyenleggel épült völgyzárógát aszfaltbeton rézsű szigetelésű. Goldistahl alsó tározó Németország BME - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 30

Helyi anyagból töltés-bevágás egyenleggel épült völgyzárógát Castaic felső tározó USA BME - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 31

Helyi anyagból a tározó területéről és környezetéből épült völgyzárógát Tenzan felső tározó Japan BME - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 32

Vasbetonból épült völgyzárógát Kops felső tározó Ausztria BME - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 33

Coo Trois Ponts alsó tározó Belgium BME - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 34

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 - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 35

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 - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 37

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 41 56 97 30-50 m 32 7 39 >50 m 30 1 31 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 30 50 m vízoszlopot. BME - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 38

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 - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 39

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 - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 40

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 90-120 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 - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 41

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 - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 42

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 35 40 m vízoszlop magasság között célszerű előirányozni. Az ilyen vízoszlopot tartó burkolatok szivattyús energiatározók medencéiben, hasonló üzemi körülmények mellett sok helyen sikeresen üzemelnek. BME - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 43

Szilárdsági szempontból a kritikus terhelést a rézsű felületekhez fagyott gyakran több méter vastagságú jég tömbök jelentik. BME - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 44

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 10-9 -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 - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 46

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 - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 47

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 - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 48

A gátak esetében az aszfaltbeton szigetelés által megtartott maximális vízmélység eléri a 100 métert. A tározók esetében sok helyen alkalmaztak aszfaltbeton szigetelést 50 80 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 10-15 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 - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 50

Goldistahl alsó tározó Németország BME - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 51

Waldeck szivattyús energiatározó Németország BME - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 52

Hasonló létesítmény Metszet BME - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 53

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 - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 55

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 - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 56

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 - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 57

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 - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 58

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 - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 59

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 - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 60

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 - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 61

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 - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 62

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 - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 64

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 - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 66

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 2005. 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 2005. szeptember 27-én már előidézett átfolyást a koronaszint felett. A hatóság szerint a vízszint mérés hibás működése 2005. októberétől ismert volt. (DE LE SEM FÜTYÜLTÉK!) BME - 2011.12.02. Szivattyús energiatározók víztározói Oldal: 67