Dr. Kádár Péter kadar.peter@kvk.uni-obuda.hu 1
Vázlat Vízimalmok Vízenergia Turbinák Hazai erőművek Erőművek külföldön ÓE KVK VEI tározós vízerőmű modell Óbudai Dunapart 2
Magyarország egyik legnagyobb méretű római emléke Várpalota-Öskü római gát 3
Ókori Noria kerék, Hama, Szíria 4
Középkori kanalas vízimalom 5
Felülcsapott vízkerék (Jalsoviczky) 6
Alulcsapott vízkerék (Jalsoviczky) 7
Függőleges tengelyű Francis turbina (Jalsoviczky) 8
Vízszintes tengelyű Francis turbina(jalsoviczky) 9
Séd, Vilonya, Varga-malom 10
Az első hazai áramtermelők 11
Szabályozó koszorús Francis turbinák a Zalán 12
Malmok Budapesten és környékén 13
A Császár malom Malom tó 14
Rádl malom a Bécsi úton 15
Aquincum (-i kocsma) 16
Külső Bécsi út 17
Lajos utcai kapudísz a Kiscelli múzeumban 18
Lajos utcai kapudísz a Kiscelli múzeumban 19
Hajómalmok a Hajógyári szigetnél 20
A Schuszter malom az Óbudai múzeumban 21
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, 2005. december, p. 43-51. ill. Tombor Antal előadása, 2006. 02. 14. 22
Az EU vízenergia felhasználása Az EU-25-ben 17 300 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 350-750 kw). Magyarországon évek óta 48 MW vízerőmű van, 200 (±20) GWh/a. <1%! BWK, 2005. december, p. 43-51. ill. Tombor Antal előadása, 2006. 02. 14. 23
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
Helyzeti energia! m g h A Duna átlagos vízhozama Budapesten: Ejtsük le a magasságát: Továbbfolyási keresztmetszet nem változik. 2000 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
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
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
Duzzasztás vagy üzemvíz csatorna 28
Duzzasztó és erőmű elrendezések 29
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 http://www.bmeeok.hu/bmeeok/uploaded/bmeeok_24_03-w.doc 30
A teljesítménygörbe 31
Hazai folyók vízhozama 32
Mikor, mennyi az annyi? 33
A Duna energetikai hossz-szelvénye 34
Vízlépcső építési célok Árvízvédelem Vízgazdálkodás, öntözés Halászat Sport, szabadidő Energia Hajózás Változó prioritások! 35
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
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
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. (http://library.thinkquest.org/06aug/01189/hungarian/e_viz_+.htm) 38
Girard (1867), Pelton, iker Francis, Bánki, Francis (1903) és Kaplan turbina 39
Ikervár Épült: 1895-96 (585 kw DC); Felúj: 1923-25 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 85-130 fkm ÚJJÁÉPÍTVE: 1995 4 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; 4 520+200 = 2280 kw; 14,5 millió kwh/a Felvízcsat: 5390 m; 30 m3/s vízkiv.mű Rábából; Alvízcsat: 3550 m Herpenyő patakba 40
Ikervár 41
Ikervár 42
43
Gibárt Üzembe: 1908 4,4 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 64-73 fkm szakaszt HERNÁD 44
Gibárt 45
Gibárt 46
Gibárt 47
Gibárt 48
Felsődobsza Üzembe: 1912 Felújítva: 1964 4,0 m; 22 m3/s; 510 kw; 2,8 millió kwh/a 2 220 kw + 2 55 kw FRA turbinavert Duzzasztó: 2 db 9 m önműködő billenőtáblás Üzemvízcsat: Felvíz 1000 m; Terelőgát 80 m. Hasznosítja: 52-62 fkm szakaszt HERNÁD 49
Felsődobsza 50
Felsődobsza 51
Szinkronozó és vezérlő 52
55 kw-os generátor és a 280 kw-os turbina 53
Felsődobsza 54
Kesznyéten Üzembe: 1943 13,5 m; 40 m3/s; 4.400 kw; 23.5 millió kwh/a 2 db KAP turbina vert. Üzemvízcsat: Felvíz 7300 m (Hernádból BŐCS-nél); Alvíz: 2500 m (Sajóba) 55
Kesznyéten 56
Tiszalök Üzembe: 1954 duzzasztó; 1958 hajózsilip; 1959 erőmű 5.0 m; 300 m3/s, 12.500 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 12 85 m Hordkép: 1200 t Öntözés: 400e ha Keleti Főcsatorna max 60 m3/s 57
Tiszalök árvíz idején 58
Kisköre Üzembe: 1975 6,27 m; 560 m3/s; 28 000 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 12 85 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
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; 1958-63 FORRÓ 1,8 m; 3 m3/s; 44 kw 65/min HALMAJ 3 m3/s; 40 kw MIND Leállítva! 60
Bársonyos Alsóméra, Forró 61
Gyöngyös folyó(cska) LUKÁCSHÁZA Indult: 1952 3,2 m; 1,5 m3/s; 26 kw; 134 kwh/a; 1 db FRA.turbina vert. GENCS FELSŐ Indult: 1952 2,4 m; 1,6 m3/s; 25 kw; 142 e kwh/a; 1 db FRA.turbina vert. GENCS ALSÓ Indult: 1954 2,4 m; 1,5 m3/s; 18 kw; 38 e kwh/a; 1 db FRA.turbina vert. GYÖNGYÖSHERMÁN Indult: 1952 1,9 m; 1,9 m3/s; 13 kw; 41 e kwh/a; 1 db FRA.turbina vert. BOGÁT Indult: 1952 1,6 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 (1919-1929 220 V..DC) 3,0m; 1,6 m3/s; 25 kw; 81 e kwh/a; 1 db FRA.turbina vert. SÁRVÁR - ÚJMAJOR Indult: 1960 1,8 m; 1,9 m3/s; 18 kw; 44 e kwh/a; 1 db FRA.turbina vert. 62
63
Tanakajd 64
Bogát, Lipárd, Vasszécseny 65
Vágszakály törpe erőmű 66
Háztartási Nagyesésű turbinák www.permanent.hu 67
Tessék választani! www.permanent.hu 68
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 www.permanent.hu 69
Tessék választani! www.permanent.hu 70
Mikroszet terv 71
Mikroszet terv 72
Francis Source:Hydrolink 73
Kaplan Source:Hydrolink 74
Pelton Source:Hydrolink 75
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
Three Gorge Dam 77
Három szurdok, Jangce, Kína 78
Sok és nagy További négymillió embert költöztetnek át Kínában a gigantikus Három Szurdok duzzasztó térségében az elkövetkezendő 10-15 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
Gezhouba 80
Itaipu, BRA 12 GW 2nd largest 81
Itaipu 82
Itaipu 83
Hoover dam, Colorado river, USA 84
85
86
Grimsel, Svájc 87
Grimsel 88
Grimsel 89
Grimsel 90
A hegy gyomrában: Hagneck, Grimsel II. 91
A hegy gyomrában, 1800 m esés, Innertkirchen II. 92
Innertkirchen II., Grimsel II. SF6, ZLS 93
Bős 94
Dunakiliti, tervezett duzzasztás 95
Dunakiliti 96
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 283-650 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 34 264 m-es hajózsilip készül. A régi mederben (azaz a magyar Szigetközt a Csallóköztől elválasztó 1842-1811. folyamkilóméteres szakaszon) legalább 50 m³/s, max. 200 m³/s állandó átfolyást biztosítanak. 97
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
Alvíz 100
Felvíz, adatok, alállomás 101
Zsilipecske 102
Nem kicsi (kapu egyszer már kidőlt) 103
Freudenau am Wien 104
Kaplan turbina (aus Nagymaros) 105
A Duna alatt 106
Hidraulika terem, vezérlés, irányító központ 107
Felvíz és alvíz 108
Resica - Ferencfalva 109
Resica Brezova 1916 110
Sebes-Körös 111
Sebes-Körös 112
Előtte és utána 113
Jád folyó, Dragánvölgy 114
Szamos 115
Béles 116
117
118
É Olt 119
Vaskapu 120
Vaskapu 121
Vaskapu 122
Vág 123
Vágkirályfalva 124
Fekete Vág - SZET 125
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
A hidrokinetikus energiahasznosítás http://cleantechnica.com/2008/12/26 /first-commercial-hydrokinetic-turbine-installed-in-us/ 127
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
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
Szivattyús tározós erőmű az Óbudai Egyetemen 130
Építés 131
Felső tározó 132
Vezeték 133
Alsó tározó 134
Pelton turbina 135
Generátor 136
Turbinaüzem 137
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
Tengerjáró hajó a Rómain 139
Még létező élővilág 140
Még létező élővilág 141
Még létező élővilág 142
Még létező élővilág 143
Még létező élővilág 144
Ártéri erdő 145
Eltűnő csónakházak 146
Funkcióváltás 147
Árvizek 148
Természetes vagy 149
vagy szabályozott környezet? 150
egyéb alternatíva?? 151
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 65-75 % 152
Köszönöm a figyelmet! 153