Megújuló energiaforrások Vízerő hasznosítás

Hasonló dokumentumok
Megújuló energiaforrások Vízerő hasznosítás

vízerő hasznosítás Készítette: Dr. Kullmann László, Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék 1. és 3. előadás anyaga A vízgazdálkodás területei

vízerı hasznosítás Elıadó: Dr. Kullmann László docens Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék A vízgazdálkodás területei árvízmentesítés folyószabályozás

Készítette: Cseresznyés Dóra Környezettan Bsc

Vízerő-hasznosítás jegyzet

BŐSI KIRÁNDULÁS VÍZÉPÍTŐ KÖR

VÍZERŐMŰVEK. Vízerőmű

Gyakorló példa vízlépcső-terv fő adatai a Duna egy közepes mellékfolyójára

A villamos energiát termelő erőművekről. EED ÁHO Mérnökiroda

Bős-Dunakiliti üzemlátogatás

SZÉL A KIMERÍTHETETLEN ENERGIAFORRÁS

Elektromos áram termelés vízenergia hasznosítással

Bős-Dunakiliti üzemlátogatás

TASSI TÖBBFELADATÚ LEERESZTŐ MŰTÁRGY

A VÍZENERGIA POTENCIÁLJÁNAK VÁRHATÓ ALAKULÁSA KLÍMAMODELLEK ALAPJÁN

7. Kavitáció, szívóképesség, NPSH

Szivattyús tározós erőmű modell a BMF KVK Villamosenergetikai Intézetében

A vízerő-hasznosítás helyzete Magyarországon

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 Q

Magyar Energia Szimpózium 2015 Budapest, szeptember 24. VALLASEK István tudományos főmunkatárs

Duna -Megújulóenergia, forrás funkció. Bálint Gábor. VITUKI Környezetvédelmi és Vízgazdálkodási Kutató Intézet

A vízenergia felhasználása

Mérnöki alapok 11. előadás

Vízenergia hasznosítása

Vízlépcsők építése attraktív beruházások

BŐSI VÍZERŐMŰ ÉS DUNAKILITI DUZZASZTÓMŰ

Dr.Tóth László

A TIKEVIR működésének ismertetése és a pályázat keretében tervezett fejlesztések bemutatása

A víz képlete: , tehát 2 hidrogén és

MINIMUMTESZT. Az A ramla stechnikai ge pek (A GT) c. tanta rgy vizsgaminimum ke rde sei

Mérnöki alapok 10. előadás

Napenergia kontra atomenergia

Megújuló energiaforrások BMEGEENAEK Kaszás Csilla

A fenntartható energetika kérdései

Tervezzük együtt a jövőt!

A vízgyűjtő, mint a hidrogeográfiai vizsgálatok alapegysége Jellemző paraméterek. Az esésgörbe

7. Hány órán keresztül világít egy hagyományos, 60 wattos villanykörte? a 450 óra b 600 óra c 1000 óra

Energiatárolás szerepe a jövő hálózatán

Energetikai Szakkollégium Egyesület

BÁLINT Gábor VITUKI Környezetvédelmi és Vízgazdálkodási Kutató Intézet

A fóti Élhető Jövő Park Smart Grid tapasztalatok

Nagyesésű vízturbina

A nem nukleáris alapú villamosenergia-termelés lehetőségei

Energiatermelés, erőművek, hatékonyság, károsanyag kibocsátás. Dr. Tóth László egyetemi tanár klímatanács elnök

Szívókönyökök veszteségeinek és sebességprofiljainak vizsgálata CFD szimuláció segítségével

SZÉLTURBINÁK. Előadás a BME Áramlástan Tanszékén Dr Fáy Árpád 2010 április 13

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

II. Szakmai alap- és szakismeretek, gyakorlati alkalmazásuk 7. Villamosenergia termelés, szállítás, tárolás Hunyadi Sándor

Villamos hálózati csatlakozás lehetőségei itthon, és az EU-ban

Mérnöki alapok 10. előadás

Áramlástechnikai rendszerek -1. házi feladat -

SZÉL ÉS VÍZENERGIA HASZNOSÍTÁS. Szélenergia

Propeller és axiális keverő működési elve

Készítette: Halász Csilla ÉMVIZIG Miskolc. Az előadás november 30-án szakdolgozat prezentációként került bemutatásra.

A VÍZ: az életünk és a jövőnk

A folyó, mint a nagyvízi meder része Keresztgátak kialakítása fizikai kisminta-kísérlet segítségével

Szivattyúk üzemvitelének biztonsága és energia megtakarítási lehetőségek. Hegedűs Tamás Wilo Magyarország Kft.

Magyar László Környezettudomány MSc. Témavezető: Takács-Sánta András PhD

Agrár-környezetvédelmi Modul Vízgazdálkodási ismeretek. KÖRNYEZETGAZDÁLKODÁSI MÉRNÖKI MSc TERMÉSZETVÉDELMI MÉRNÖKI MSc

Megújulóenergia-hasznosítás és a METÁR-szabályozás

A vízlépcső ellenes hisztéria ellentmondásai

A Paksi Atomerőmű melegvizes csatornáján telepítendő rekuperációs erőmű telepíthetőségének vizsgálata

VÁROSI CSAPADÉKVÍZ GAZDÁLKODÁS A jelenlegi tervezési gyakorlat alkalmazhatóságának korlátozottsága az éghajlat változó körülményei között

Energetikai gazdaságtan. Bevezetés az energetikába

Üzembiztonság és energia-megtakarítás a tulajdonosok és az üzemeltetők részére. Fandák László Wilo Magyarország Kft.

Vállalati szintű energia audit. dr. Balikó Sándor energiagazdálkodási szakértő

A megye vízgazdálkodási jellemzése, a térségi fejlesztés lehetőségei június 21. Orbán Ernő műszaki igazgató-helyettes

A megújuló erőforrások használata által okozott kihívások, a villamos energia rendszerben

MIKE URBAN MOUSE Csıhálózati áramlási modell. DHI Prága oktatási anyagainak felhasználásával. Kiválasztás menü és eszköztár. Csomópontok és csövek

RÁCKEVEI (SOROKSÁRI) DUNA- ÁG ÉS MELLÉKÁGAI KOTRÁSA, MŰTÁRGYÉPÍTÉS ÉS REKONSTRUKCIÓ Tassi többfunkciójú vízleeresztő műtárgy

A landaui és az insheimi geotermikus erőművekben tett látogatás tapasztalatai

TOL A MEGYEI SZILÁRD LEÓ FIZIKAVERSE Y Szekszárd, március óra 11. osztály

Adatlap: Wilo-Yonos MAXO-D 40/0,5-8

Szentes és Környéke Vízgazdálkodási Társulat kezelésében lévő 8SZ jelű szivattyútelep fejlesztése

Fizika Vetélkedő 8 oszt. 2013

Frissítve: április 5. 21:31 Netjogtár Hatály: 2018.III Magyar joganyagok - 97/2007. (XII. 23.) KvVM rendelet - az egyes kiemelt jelentőség

Beszéljünk a Bősi-Nagymarosi Vízlépcsőrendszerről. A múltat újra meg újra fel kell fedezni (Illyés Gyula-Csoóri Sándor)

Szabványos és nem szabványos beépített oltórendszerek, elméletgyakorlat

Foto-Villamos rendszerek elterjedésének lehetőségei és gátjai Magyarországon Budapest, Megyik Zsolt

Csőhálózatok hidraulikája - házi feladat -

Víz- és szélenergia hasznosítás Dr. Szlivka, Ferenc Dr. Molnár, Ildikó

A tanítási óra anyag: A villamos energia termelése és szállítása. Oktatási feladat: Villamos energia termelésének és szállításának lépései

TERMÉSZETTUDOMÁNYOS ALAPISMERETEK. Az árapály-energia újra felfedezése. Rendes Zoltán Programtervező informatikus (levelező) H4Q58W

A szélenergia hasznosítás 2011 évi legújabb eredményei. Dr. Tóth Péter egyetemi docens SZE Bíróné Dr. Kircsi Andrea egyetemi adjunktus DE

Vízjárási események: folyók, tavak és a talajvíz

SOLART-SYSTEM KFT. Napenergiás berendezések tervezése és kivitelezése Budapest XI. Gulyás u. 20 Telefon: Telefax:

Adatlap: Stratos 25/1-8

Vízenergia hasznosítás szigetközi szemmel Avagy mi lesz veled, Dunakiliti?

Bős Nagymaros története Történelmi előzmények

A Fóti Élhető Jövő Park kisfeszültségű hálózati szimulátora. MEE Vándorgyűlés Kertész Dávid ELMŰ Nyrt. Sasvári Gergely ELMŰ Nyrt.

TERVEZET. egyes kiemelt jelentőségű vízilétesítmények rendszeres műszaki megfigyeléséről

A DUNA STRATÉGIAI JELENTİSÉGŐ VÍZKÉSZLETEI

Mérnöki alapok 2. előadás

védősáv (töltés menti sáv): az árvízvédelmi töltés mindkét oldalán, annak lábvonalától számított, méter szélességű területsáv;

MÉRÉSI JEGYZŐKÖNYV. A mérési jegyzőkönyvet javító oktató tölti ki! Kondenzációs melegvízkazám Tanév/félév Tantárgy Képzés

85 éve a belvízvédelem szolgálatában (Makádi szivattyútelep)

Vajdasági vízhiány probléma

Megújuló energiák szerepe a villamos hálózatok energia összetételének tisztítása érdekében Dr. Tóth László DSc - SZIE professor emeritus

Szabványos és nem szabványos beépített oltórendszerek, elméletgyakorlat

Megújuló energia, megtérülő befektetés

Átírás:

Megújuló energiaforrások Tematikát kidolgozta: Dr. Kullmann László Előadó: Csizmadia Péter pcsizmadia@hds.bme.hu 1111, Budapest, Műegyetem rkp. 3. D ép. 3. em Tel: 463 16 80 Fax: 463 30 91 www.hds.bme.hu

Áttekintés Bevezetés Nyílt felszínű áramlás, energiaviszonyok Vízerőművek (példák) Turbina típusok Magyarország vízerőhelyzete Gyakorlati problémák, szabályzás Törpe vízerőművek, szivattyú energia tározó (SZET)

1. Előadás

Bevezetés A vízben rejlő potenciális (helyzeti) energia hasznosítása A víz potenciális energiáját a nap adja A vizet felhasználja, de nem használja el, illetve a minőségét nem rontja Vízerőművek: a víz potenciális energiáját villamos energiává alakítják át

Bevezetés

Bevezetés Forrás: hydropower.org

Bevezetés Forrás: hydropower.org

Bevezetés Forrás: Wind in power 2014 European statistics

Bevezetés Energiaátalakítási költségek Forrás: WVIC

A folyó jellemzése: nyíltfelszínű csatorna y(x): vízmélység z(x): folyómeder geodetikus magassága Folyómeder esése: dz i = = dx dz dx y(x), a vízfelszín egyenlete Fontos: a vízfelszín nem feltétlenül párhuzamos a mederrel!

Leíró egyenletek 2 v Bernoulli egyenlet: y + z + + h = const. 2g d dx 2 v y + z + + h = 0 2 g Egyszerűsítések: dz dx dh dx = i 2 v = 2 C R = Q A C 2 2 2 h R h ahol: C = R h = Rh n 1/ 6 A K Chézy képlet Hidraulikai sugár d dx 2 2 v Q B = 2g g A 3 dy dx Q: vízhozam (azaz térfogatáram) A: keresztmetszet B: csatorna szélessége K: nedvesített kerület n: Manning állandó

Leíró egyenletek A K R h = A K (jegesedés problémája!) 2 2 dy Q B dy Q Kapott egyenlet: i + = 0 3 2 2 dx g A dx A C R h dy dx = i A 2 Q C Q 1 g 2 2 2 B A R 3 h = i J ( Q, y, n) 1 Fr 2 J: mederellenállás Fr: Froude szám Folyók esetén Fr < 1 Vízmélység állandó, ha: dy dx = 0 <==> i = J Normál vízmélység

Vízfelszín profilok y duzzasztás y normal lehajlás x Vízerő szempontjából hasznos: dy dx > 0 <==> i > J Ebben az esetben nőni fog a magasságkülönbség, azaz az esés.

Az esés növelése Cél: a mederellenállás (J) csökkentése hasznosítható energia kialakítása Üzemvízcsatorna Duzzasztás folyó üzemvízcsatorna erőmű felvíz alvíz duzzasztógát duzzasztógát Példa: Bős-Gabčíkovoi erőmű A meder minőségének javításával csökkentjük az érdességet, az ellenállást Példa: Tiszalöki erőmű A nagyobb mélység kisebb sebességet eredményez, így kisebb az ellenállás, kisebb a veszteség

Vízenergia potenciál Csapadék potenciál: Amikor a víz eléri a felszínt E = ρ g A Cs z Cs, i i i i [MJ/év] Lefolyási potenciál: A párolgás miatt kisebb az előzőnél ahol: A i : felület Cs i : éves csapadékmennyiség z i : geodetikus magasság Hasznosítható teljesítmény: P be h E Q, i ECs, i = α ahol: α: lefolyási tényező, = ρ Q g H = 9, 81 Q H [kw] Megtermelhető teljesítmény: Turbina, generátor hatásfoka P hasznos, vill 8 Q H ahol: Q: vízhozam H: esés

Vízhozamok, esések LNV LKV LKE LNE LNE: LKE: legnagyobb esés legkisebb esés duzzasztógát LNV: LKV: legnagyobb vízhozam legkisebb vízhozam A legkisebb vízhozam (LKV) esetén kapjuk a legnagyobb esést (LNE) A legnagyobb vízhozamhoz (LNV) adódik a legkisebb esés (LKE)

Vízhozam tartóssági görbe (Q) LNV = Q max Q ki kiépítési vízhozam Ezt átengedik a zsilipeken LKV = Q min 0% 50% 100% 365 nap/év Megadja, hogy az év hány százalékban áll rendelkezésre az adott vízhozam (mennyire tartós az adott vízhozam)

Eséstartóssági görbe (H) LNE H terv LKE Redukált esés-görbe 0% 50% A kiépítési vízhozamhoz (Q ki ) tartozik a tervezési esés (H terv ) A tervezési esés alatt a turbinák nem dolgoznak optimális üzemállapotban redukált esés-görbe: 100% 365 nap/év H t = 1,5 H 0,5 H terv

Teljesítménytartóssági görbe P vill 0% 50% A vízhozam- és az eséstartóssági görbék szorzata 100% 365 nap/év Integrálja a teljes évre megtermelhető villamos energiát adja Függ a duzzasztási szinttől és a kiépítési vízhozamtól (optimum keresés)

Vízerőművek főbb típusai turbinák a) b) duzzasztómű c) d) a) öblözetbe épített b) szigetszerű c) megosztott d) pillérbe épített

Turbinák csoportosítása Reakciós turbinák Nyomásesés a turbinalapátokon A járókerék teljes egészében vízbe merül Kaplan, Francis turbinák Akciós turbinák A belépő vízsugár impulzusát használják fel, megváltozik az áramlási irány Nincs nyomásesés a járókeréken Pelton turbina

Turbina típusok Pelton turbina Francis turbina Kaplan turbina

Turbina típusok Bánki turbina

Történelem Római kori függőleges tengelyű vízkerék (Kr. u. 114)

Bánki turbina

Bánki turbina

Kaplan turbina Működési elv Forrás: Wikipedia

Kaplan turbina (függőleges)

Kaplan turbina (csőturbina)

Kaplan turbina Reakciós turbina, max. teljesítmény: ~150 MW Fordulatszám: n = 80 430 1/min Függőleges beépítésnél nagy helyigény, 90 -os iránytörés Vízszintes beépítés: csőturbina (jobb hatásfok, de nehezebb szerelhetőség) Állítható járókerék- és vezetőlapátok Propeller turbina: csak a vezetőlapátok állíthatók Thomann turbina: csak a járókerék lapátok állíthatók

Kaplan turbina

Kaplan turbina

Francis turbina Forrás: Boyle, Renewable Energy, 2 nd edition, Oxford University Press, 2003

Francis turbina

Francis turbina Reakciós turbina, teljesítmény: 50-750 MW Fordulatszám: n = 60 450 1/min Lassú járású: 60 125 1/min Normál járású: 125 225 1/min Gyors járású: 225 450 1/min Általában vezetőlapátokat alkalmaznak Közepes esés, közepes vízhozam

Francis turbina

Francis turbina

Francis turbina Maximális térfogatáram (Qmax) Minimális térfogatáram (Qmin)

Francis turbina

Pelton turbina Pelton eredeti szabadalma (1880)

Pelton turbina Működési elv Forrás: Boyle, Renewable Energy, 2 nd edition, Oxford University Press, 2003

Pelton turbina

Pelton turbina Akciós turbina, max. teljesítmény: ~200 MW Egy vagy több sugárcsővel rendelkezik Nagy vízsugár sebességek (akár 500 km/h) Kis jellemző fordulatszám Nagy esés (15 1800 m), kis vízhozam (20 8000 liter/sec) Hatásfok 85 90% körül

Pelton turbina

Pelton turbina

Pelton turbina

Fenékküszöb Elegendő víz biztosítása a mellékágaknak. Kőrösnagyhartyáni fenékküszöb

Fenékküszöb

Gereb szűrőrács

Csőturbinás erőmű

Vízlépcsők: Mosel folyó Forrás: http://www.udo-leuschner.de/basiswissen/sb107-05.htm

Példa: Oului erőmű 1939-ben tervezték 1959-ben épült 39 MW üzemi teljesítmény (14%-a a 200 ezres lakosú városnak) 11 méteres esés 3 Kaplan turbina Lazaclépcső Árvíz esetén a fölösleg átengedhető (mint minden más erőmű esetén is)

Oului erőmű, gát

Oului erőmű, zsilipek

Oului erőmű, zsilipek

Oului erőmű, árvíz

Oului erőmű

Oului erőmű, elektromos bekötés

Oului erőmű, lazaclépcső

Oului erőmű, Kaplan turbina

Oului erőmű, Kaplan turbina Merikoske-i erőmű turbinakereke. Ez a turbinakerék és az általa meghajtott generátor az erőmű első gépeit képezték, melyek felhasználásával az energiatermelés 1948. 5. 24-én kezdődött. A turbinakerék folyamatos használatban volt 2007 nyaráig, amikor le lett cserélve egy újra. Az 59 éves működése alatt a turbina mintegy 3,7 milliárd kwh energiát termelt. A turbina termelése évente 35 000 háztartás villamosenergiaellátására elegendő. A turbina változtatható szárnyú (lapátszögű) Kaplan-típusú vízturbina, amit a tamperei vászon és vasipari üzem gépműhelyében építettek, Tamperében, 1947-48-ban.

2. Előadás

Magyarország vízerőkészlete Az ország területének ~2/3-a 150 méter alatt, ~1/3 rész 150-400 méter között, csupán 3% hegyvidék Vízhozamok (Q): Duna: 600 10 000 m 3 /s Tisza: 90 4 500 m 3 /s Átlagos esések (H): Duna: 10 cm/km Tisza: 3-4 cm/km Vízkészlet: meghatározás egyik módja: m 3 befolyó víz adott idő alatt (~118 km 3 vízkészlet éves érték) meghatározás másik módja: m 3 /s-ban adott készlet, ez a pillanatnyi igények kielégíthetőségét határozza meg.

Magyarország vízerőkészlete Hazai folyók elméleti vízerőkészlete (forrás: Lakatos-Ötvös-Kullmann: A hazai vízenergia potenciál elméleti és reális értékeinek közelítő meghatározása, Energiagazdálkodás, 45(6), 2004)

Magyarország vízerőkészlete

Magyarország vízerőkészlete Kiépült 37 erőmű, ebből 24 Nyugat-Magyarországon A kiépült erőművek tervezési összteljesítménye ~55 MW (egy paksi reaktor ~500 MW) Éves szinten 210 GWh energiát termelnek (elméleti készlet: 7446 GWh, ez ennek a 2,8%-a) Magyarország villamos energiafogyasztása (2000): ~36 000 GWh Ennek 0,6%-át adják a vízerőművek

Bős-Gabčíkovoi erőmű

Bős-Gabčíkovoi erőmű Adatok Vízhozam: ~4000 m 3 /s Esés: 12 24 m Nyolc függőleges Kaplan turbina, egyenként 90 MW Összes teljesítmény: 720 MW Évente 2600 GWh energia Szlovákia villamos energiafogyasztásának 8%-a

Bős-Gabčíkovoi erőmű Történet 1963-ban megállapodás Magyarország és Csehszlovákia között: Bős-Nagymarosi vízlépcső rendszer kidolgozása Dunakilitinél gát és tározó épül (Duna vízének 98%-a üzemvízcsatornába) Bősnél csúcserőmű telepítése (napi 2-szeri működéssel) Nagymarosnál duzzasztás, második erőmű kis teljesítménnyel (4-5 méteres árhullám csillapítása) A két ország energiaigényének 2-3%-át fedezi 1977-ben a felek aláírták a szerződést Az eredeti üzembe helyezés ideje (1986 és 1990 között) gazdasági nehézségek miatt folyamatosan csúszott A magyar fél részéről 1983-tól aggályok merültek fel (környezeti hatások) 1988-89-ben sorozatos tüntetések a vízlépcső megépítése ellen 1989 május: az építkezés felfüggesztése magyar oldalról, hosszas viták Csehszlovákiával

Bős-Gabčíkovoi erőmű 1991: A csehszlovák kormány úgy dönt, megépíti a C változatot (egyoldali üzembe helyezés) 1992 június: a magyar fél felbontja az államközi szerződést. 1992 október 25: a csehszlovák fél önkényesen elterelte a Dunát a szlovák oldalra. Magyarország a hágai Nemzetközi Bírósághoz fordul. 1995: megállapodás a vízmegosztásról Szlovákiával (!), akik 400 m 3 /s vízhozamot biztosítanak a közös mederszakaszba. Magyar fél Dunakilitinél fenékküszöböt létesít. 1997 szeptember 25: a Nemzetközi Bíróság elítélte mindkét felet különböző jogsértésekért. Részletes iránymutatás a továbbiakról. 1997-től napjainkig: folyamatos egyeztetések a továbbiakról, nincs végleges megoldás

Bős-Gabčíkovoi erőmű

Bős-Gabčíkovoi erőmű

Tiszalöki erőmű (Tisza I.) Adatok Vízhozam: ~300 m 3 /s Esés: ~5 m Három függőleges Kaplan turbina (fordulatszám: 75 1/min) Beépített teljesítmény: 12,9 MW Három duzzasztó zsilip, egy hajózsilip

Tiszalöki erőmű (Tisza I.)

Tiszalöki erőmű (Tisza I.)

Tiszalöki erőmű (Tisza I.)

Tiszalöki erőmű (Tisza I.) Q

Kiskörei erőmű (Tisza II.) Adatok Vízhozam: ~560 m 3 /s Esés: ~6,27 m Négy csőturbina (fordulatszám: 107 1/min), egyenként 7 MW Beépített teljesítmény: 28 MW Öt duzzasztó zsilip, egy hajózsilip Halzsilip Tisza-tó ( Alföld öntözése (főcsatornák, mellékcsatornák), mezőgazdaság, üdülés, hajózhatóság, sport,, párolgás)

Kiskörei erőmű (Tisza II.)

Kiskörei erőmű (Tisza II.)

Kesznyéteni erőmű Adatok Hernád-Sajó üzemvízcsatorna Vízhozam: ~40 m 3 /s Esés: ~13,5 m Két függőleges Kaplan turbina Beépített teljesítmény: 4,4 MW Évente 23,5 GWh energia

Kesznyéteni erőmű

Kesznyéteni erőmű

Ikervári erőmű Adatok Magyarország első vízerőműve, 1895-96-ban épült a Rába folyón Vízhozam: ~28 m 3 /s Esés: ~8,4 m 1995 óta négy Kaplan turbina Beépített teljesítmény: 2,3 MW Évente 14,5 GWh energia

Ikervári erőmű

Ikervári erőmű

Ikervári erőmű

Three Gorges vízerőmű (Kína)

Three Gorges vízerőmű (Kína) Adatok A világ legnagyobb vízerőműve, kilenc év alatt épült fel teljesen Vízhozam: ~116 000 m 3 /s Esés: ~80,6 m 32+2 db Francis turbina (32 db 700 MW; 2 db 50 MW (saját ellátásra)) Beépített teljesítmény: 22,5 GW Évente 98,1 TWh villamos energia (Magyarország szükséglete ~36 TWh) 2335 m hosszú, 181 m magas gát

Three Gorges vízerőmű (Kína)

Three Gorges vízerőmű (Kína)

Three Gorges vízerőmű (Kína)

Zsiguli vízerőmű (Oroszország) Adatok 1950-57-ig épült, részben munkaszolgálatban Vízhozam: ~40000 m 3 /s Esés: ~80,6 m 20 db Kaplan turbina (16 db 115 MW; 4 db 120 MW) Beépített teljesítmény: 2,32 GW Évente 10,9 TWh energia 2800 m széles gát

Zsiguli vízerőmű (Oroszország)

Zsiguli vízerőmű (Oroszország)

Jellemző fordulatszám 4 3 2 1 opt opt q H Q n n = π ω 2 60 ; 8, = = n H P Q villamos h tudjuk: Átírhatjuk: 4 5/, 4 3, 2 15 8 2 60 opt villamos h opt villamos h q H P H H P n = = π ω π ω Innen kapjuk az alábbi alakokat: 4 5/, 4 5/, ; opt opt bev s opt villamos h H P n n H P n = = ω ω

Jellemző fordulatszám η opt (%) 100 Pelton Francis Kaplan 90 80 0,1 1 10 n ω n q nő Pelton Bánki Francis Kaplan

Turbina típusok

Turbina típusok

Euler-féle turbinaegyenlet Turbina: örvényelven működő áramlástechnikai gép Euler-féle turbinaegyenlet alkalmazása: H e = c 1u u 1 g c 2u ahol H e az elméleti fajlagos munka (súlyegységre vonatkoztatva) Kilépő perdület (c 2u ) legyen zérus energiatermeléshez c 1u > 0 szükséges o ezt a perdületet vezetőkerekekkel hozzák létre u (Kaplan és Francis turbinák) 2 > 0

Sebességi háromszögek (Francis turbina) Belépés Kilépés c 1 c 2 w 1 w 2 u 1 u 2 Vezetőlapátok Járókerék

Sebességi háromszögek (Kaplan turbina) Belépés Kilépés c w 1 1 c w 2 2 u 1 u 2

Sebességi háromszögek (Bánki turbina)

Sebességi háromszögek (Pelton turbina)

Sebességi háromszögek - mind Bánki Pelton Francis Kaplan

3. Előadás

Üzemi jelleggörbék Turbina üzemi jelleggörbéi: Víznyelés-fordulatszám; Q(n) Hajtónyomaték-fordulatszám; M(n) Állandó esés (H) és rögzített vezetőkerék állás (ε fajlagos nyitás (, pl: ε=1; 0,8; 0,6) ) mellett vizsgáljuk. ε = Q Q névl. Célszerű fajlagos mennyiségekkel számolni H = 1 m D = 1 m Ezt az 11 index jelöli

Üzemi jelleggörbék Q = felület sebesség így D 2 Q Q = 2 H 1 11 1 = 2 D π ~ 4 Q 11 2gH ~ D 2 H, Q 11 = D 2 Q H D π n = u ~ vízsebesség ~ 2gH n = 11 nd H

Üzemi jelleggörbék P bev = Q ρ g η H ~ D 2 H H P 11 = D P 2 bev H 3 2 M 2 3 2 Pbev Pbev D H 3 M = ~ ~ = D H M ω 11 = n H D 3H D Fontos: ha a sűrűség nem állandó, akkor nem hagyhatjuk el!

Üzemi jelleggörbék Q 11 Q 11 Q 11 0,6 ε = 1 η = áll. 0,8 0,6 ε = 1 ε = 1 M 11 =0 M 11 =0 n 11 η = áll. n 11 0,6 η = áll. M 11 =0 n 11 n 11,megf n 11,megf Pelton turbina Francis turbina Kaplan turbina n 11,megf A turbinákat megfutási fordulatszámra kell méretezni Üzemzavar esetén (megszűnő terhelés) a vezetőlapátokat/sugárcsöveket gyorsan el kell zárni A gyors zárás miatt nyomáshullámok alakulhatnak ki

Turbina szabályzások Aszinkron generátor, állandó fordulatszám igény Víznyelés változtatásával szabályozható Szabályozó részei: Érzékelő: centrifugál inga Rendelkező: csúszógyűrű elmozdulás Jelképző: egész rudazat és a kényszerpályák Erősítő: hidraulika Szabályozó: fordulatszám-eltéréssel arányos jelleg: integráló viselkedés, lengésre, instabilitásra hajlamos Szabályozó szervomotorok (tolattyúk): olaj vagy víznyomással működnek Mechanikus PLC szabályzás (biztonság)

Turbina szabályzások: Direkt vezérlés Nem elég nagy a szabályozó erő.

Turbina szabályzások Lengésre hajlamos.

Turbina szabályzások: Kaplan turbina

Turbina szabályzások: Kaplan turbina

Turbina szabályzások: Francis turbina

Turbina szabályzások: Francis turbina

Turbina szabályzások: Pelton turbina

Turbina szabályzások: Pelton turbina

Kavitáció, szívóképesség A víz fázisdiagramja

Kavitáció, szívóképesség

Kavitáció, szívóképesség Kavitációs buborékok mikrojetek kialakulása

Kavitáció, szívóképesség 2 S

Kavitáció, szívóképesség Szívócsőben csökkentik a távozó közeg mozgási energiáját (diffúzor kialakítás) 2 H s S nő a hasznosítható esés Bernoulli egyenlet: ( 2 és S pontok között) 2 2 p2 c2 p0 cs + H s + = + 0 + ρg 2g ρg 2g + h szívócső p 2 = p 0 ρgh s ρ 2 ( ) 2 2 2 c c + h = p ρgh KQ 2 S szívócső 0 s

Kavitáció, szívóképesség Teljesülnie kell az alábbi feltételnek: p = p gh KQ > 2 0 ρ 2 s p g 2 H s S Mekkora a nyomástartalék? Ezt az esés százalékában fejezzük ki: NPSH r = σ H σ: Thoma-féle kavitációs szám Megengedhető szívómagasság: H s, meg 2 p0 pg KQ = σ H ρg Ha H s negatív, akkor a járókerék az alvíz alatt helyezendő el.

Kavitáció, szívóképesség

Kavitáció

Kavitáció

Kavitáció

Kavitáció - példák Vadászat a Vörös Októberre

Törpe vízerőművek, PAT (Pump As Turbine)

Törpe vízerőművek, PAT

Szivattyús vízenergia rendszer Forrás: Boyle, Renewable Energy, 2 nd edition, Oxford University Press, 2003

Szivattyús vízenergia rendszer Zöld: szivattyú üzemmód (töltés) Piros: turbina üzemmód (kisütés) Forrás: Wikipedia

Szivattyús vízenergia rendszer Goldisthal szivattyús vízerőmű Elhelyezkedése: Németország, Thüringia tartomány Beépített teljesítmény: 1060 MW Felső víztározó: 12 millió m 3 Alsó víztározó: 18,9 millió m 3 4 darab Francis szivattyú-turbina (ebből kettő fordulatszám szabályzással) Esés: ~300 m Gépház a hegy mélyén található barlangban Forrás: http://www.voith.com/

További megoldások Hullámerőmű (Wells turbina: széliránytól függetlenül egy irányba forog, átpattan a lapátozás )

További megoldások Hullámerőmű

További megoldások Árapály erőmű Dagály Apály

Lengésvédelmi akna Nagy esésű vízerőmű metszete lengésvédelmi vízaknával, Francis-turbinával (Forrás: J. Raabe, Hydraulische Maschinen und Anlagen, Teil 4, Wasserkraftanlagen, VDI Verlag, 1970)

Környezeti hatások A vízenergia megújuló energia, segíti a vízgazdálkodást az erőmű környékén (pl. Tiszalökön ágazik ki a Tiszából a Keleti Főcsatorna) kis teljesítmény ingadozásával kiegyenlíti az egyéb megújulók (szél, nap) kihasználhatóságát segíti a hajózást, üdülést biztonságos, 1920 óta Európában, 1980 óta Ázsiában nem volt gátszakadás nem fogyasztja el az energiaforrását és nem melegíti a folyók vizét a folyami vízerőművek gyakran növelik a folyók oxigénbevitelét javít(hat)ja a közlekedést, mert a folyami duzzasztógát gyakran hídként is szolgál üvegházhatású gázkibocsátása a legkisebb az összes energiaforrás között (az energiafüveké lehet negatív is, mert megkötik a levegőből a CO2-t) Mosonyi Emil: Water power development, Kullmann László: Vízerő, egyetemi jegyzet

Környezeti hatások Ámbár kicsi a társadalmi elfogadottsága kis mértékben növeli a párolgást a tározókból a szennyezett folyóvizek a tározókban bomlanak, ami gáz (főleg metán) felszabadulást okozhat gátol(hat)ja a halak vándorlását, halak sérülését okozhatja talajeróziót, illetve más folyószakaszokon hordalék lerakódást okozhat. Mosonyi Emil: Water power development, Kullmann László: Vízerő, egyetemi jegyzet

Megállapítások / szempontok 1. A folyó [kw/km] vízereje változó, de ennek átlagértéke meghatározható 2. Fontos szempont a tervezett erőmű helyszíne, lakott területektől való távolsága és a villamos hálózathoz való közelsége. 3. A villamos energiaigény az erőmű közelében jelenleg és várhatóan a jövőben. 4. A folyóvölgy topográfiája. 5. A helyszín geológiája, a talaj szerkezete. 6. Meglévő vízügyi létesítmények a helyszín közelében: további erőművek, duzzasztóművek, gátak, belvízátemelő telepek, szivattyútelepek, öntöző rendszerek. 7. Közlekedési létesítmények. 8. Kis esésű erőműveknél a felvízi tározó lehetséges méretei és jövőbeni hasznosíthatósága. Mosonyi Emil: Water power development, Kullmann László: Vízerő, egyetemi jegyzet

Megállapítások / szempontok 9. Az energiatermelés melletti egyéb hasznosítási lehetőségek hajózás, öntözés, vízművek létesítése ezek bevétele ugyanis javíthatja a megtérülést. 10. Ha a folyó még nincs kiépítve, akkor a teljes erőműrendszert egyszerre kell megtervezni. 11. Környezeti szempontok figyelembe vétele, műemlékek megőrzése (Ada Kaleh sziget a Vaskapu erőmű fölött, Mosel 12 erőművel megvalósult lépcsőzése), történelmi városrészek megőrzése. A talajvízszint emelkedését szádfalakkal lehet meggátolni. 12. Üzemvíz csatornás kis, vagy nagy esésű erőműveknél a régi folyómeder vízellátásáról gondoskodni kell (Szigetközi kis Duna). Utólag beépített fenékküszöbökkel vagy zsilipekkel kell a vízpótlást biztosítani. Gondot okoz, ha az árvizet a régi mederbe kell hirtelen beengedni. Mosonyi Emil: Water power development, Kullmann László: Vízerő, egyetemi jegyzet

Köszönöm a figyelmet!