Małe elektrownie wodne w Małopolsce

EAIiEKatedra Maszyn ElektrycznychPawilon B-1 sala 4, 23 maja 2012

dr inż. Wacław Orlewski

Plan1. Korzyści z MEW

-szybkość budowy-większa retencja wód-zielona energia-ulgi inwestycyjne; pewność sprzedaży energii

2. Specifika MEW w Małopolsce-duże nachylenie terenu (w terenach górzystych), ale tez duża zmienność poziomu wody-bogactwo rzek-utrzymanie żeglugi-turystyka (tor kajakowy)-obecność wód przemysłowych

3. Budowa elektrowni-rodzaje generatorów i turbin-włączenie do sieci-kaskady-dopływ wody

4. Przykłady MEW w Małopolsce

WprowadzeniePolskie elektrownie wodne wykorzystują 16%

technicznego i około 23% ekonomicznego potencjału hydrotechnicznego kraju. Obecnie większość inwestycji dotyczy obiektów istniejących oraz budowy małych elektrowni wodnych o mocy <5 MW.

Elektrownie wodne zwiększają bezpieczeństwo energetyczne kraju. Mogą być szybkim źródłem mocy regulacyjnej umożliwiając optymalną pracę elektrowni konwencjonalnych, a także rozwój wykorzystania energii wiatrowej.

Obiekty wykorzystane przez energetykę wodną mającharakter wielofunkcyjny. Stanowią elementy ochrony przeciwpowodziowej, regulują stosunki wodne i stanowią często składnik infrastruktury drogowej.

Produkcja energii elektrycznej w elektrowni wodnej jest ekologicznie czysta.

Wykorzystanie energii wodnej na świecie

Lp. Kraj

Udział elektrowni wodnych w prod. energii el. w %

Udział MEWw prod. energii el. w %

Stopień wyk. zasobów wodnych w %

1 Austria 70,0 9,3 72

2 Czechy i Słowacja 5,7 12,6 -

3 Francja 20,0 9,2 90

4 Japonia 12,0 23,4 90

5 Niemcy 4,0 7,3 80

6 Norwegia 98,0 - 84

7 Polska 2,7 0,7 12

8 Szwajcaria 61,0 - 90

9 Szwecja 40,0 - 65

10 U S A 9,5 4,8 49

Zalety i Wady Inwestycji w MEW

Obowiązek zakupu wytworzonej w MEW energii elektrycznej. Producent energii z MEW uzyskuje zielony certyfikat, których obrót jest przeprowadzany na Towarowej Giełdzie Energii S.A.

Dotacja UE: (działanie 9.4 "Wytwarzanie energii ze źródeł odnawialnych„):Minimalna wartość projektu:10 mln zł, Max kwota wsparcia: 40 mln zł.

Wysokość dofinansowania, włącznie z przyłączami : od 30% do 70% kosztów kwalifikowanych.

Stosunkowo duży spadek rzek

Wysokie koszty inwestycyjne (7-8 mln zł za MEW o mocy 600 kW).

Skomplikowane i czasochłonne procedury administracyjno-prawne (kilka lat). Konieczne wnioski o wydanie decyzji o środowiskowych uwarunkowaniach. Uzyskanie decyzji jest konieczne dla otrzymania jakichkolwiek dalszych pozwoleń i decyzji administracyjno-prawnych. W ramach tego dokumentu może się okazaćkonieczne przeprowadzenie Oceny Oddziaływania na Środowisko.

Specyfika MEW w Małopolsce

Stosunkowo duży spadek rzek

Możliwe wykorzystanie kanałów wylotowych do innych celów (np. tory kajakowe)

Możliwość wytworzenia systemu kaskadowego (lepsze wykorzystanie cieku wodnego)

Obecność wód przemysłowych (możliwośćzbudowania MEW)

Budowa MEW

Generator

Turbina

Kanałderywacyjny

Kanałwylotowy

Dołączenie do sieci miejskiej

Jaz

Osadnik

sieć miejskaPrzepławka dla ryb

Sposoby doprowadzania wody

Sposoby doprowadzenia wody do elektrowni wodnej

Generatory: generator synchroniczny

Generator z jedną porą biegunów (szybkoobrotowy)

Generator z dwoma parami biegunów (wolnoobrotowy)

Generatory: generator asynchroniczny

Układ tworzący wirujące pole magnetyczne

Wirnik klatkowy

Częstość obrotów wirnika < od częstości wirowania pola

silnik

Częstość obrotów wirnika > od częstości wirowania pola generator

Generator asynchroniczny z kondensatorami

Połączenie generatora asynchronicznego z kondensatorami

Charakterystyka napięciowo-prądowa maszyny U(I0) w warunkach biegu jałowego i charakterystyka baterii kondensatorów Uc(I0), w jednostkach względnych.

0.0 0.1 0.2 0.3 0.40.00

0.25

0.50

0.75

1.00

1.25

1.50

1.75

nap

ięci

e ko

nden

sato

ra U

C/U

N

charakterystyka generatora

charakterystyka kondensatora

Nap

ięci

e ge

nera

tora

U/U

NPrąd biegu jałowego I0/IN

Proces samowzbudzenia generatora asynchronicznego z kondensatorami

Generator asynchroniczny z kondensatorami

-0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6170

180

190

200

210

220

230

240

250

260

270

C=41.2 F

C=39.0 F

C=43.4 F

C=34.8 FC=32.6 F

C=37.0 FU

(V)

Io (A)

generator asynchroniczny

T G

odbiornikIc

W

C

f=const

Io

1L

G

2L

3L

W

C

cI

T

Kompensacja mocy biernej generatora asynchronicznego współpracującego z siecią

Praca samodzielna generatora asynchronicznego z kondensatorami

Turbiny

Pierwsza wzmianka o kole wodnym pochodzi z 80 r. p.n.e. z Pontu Azji Mniejszej. Młyny wodne z kołem podsiębiernym rozpowszechniły się w imperium rzymskim. Wydajniejsze koło wodne nasiębierne pojawiło się dopiero w V wieku n.e.

koło podsiębierne koło śródsiębierne koło nasiębierne

Rodzaje turbin

Turbina Francisa

Turbina Kaplana

Turbina Peltona Turbina Banki-Michella

Krajobraz małych elektrowni wodnych: Elektrownia Kościuszko

Elektrownia wodna na stopniu wodnym „Kościuszko” http://www.fund.pl/mew

Elektrownia wodna na stopniu wodnym „Kościuszko” http://www.fund.pl/mew

Krajobraz małych elektrowni wodnych: Elektrownia Kościuszko

Elektrownia wodna na stopniu wodnym „Kościuszko” http://www.fund.pl/mew

Krajobraz małych elektrowni wodnych: Elektrownia Kościuszko

Turbina wodna

Turbina elektrowni wodnej na stopniu wodnym „Kościuszko”

Krajobraz małych elektrowni wodnych: Elektrownia Kościuszko

http

://w

ww

.fun

d.pl

/mew

Wirnik turbiny w elektrowni wodnej na stopniu wodnym „Kościuszko”

Krajobraz małych elektrowni wodnych: Elektrownia Kościuszko

http

://w

ww

.fun

d.pl

/mew

Elektrownia wodna na stopniu wodnym „Kościuszko” http://www.fund.pl/mew

Krajobraz małych elektrowni wodnych: Elektrownia Kościuszko

Walory eksploatacyjne elektrowni na stopniu wodnym ”Kościuszko”

Elektrownia wodna na stopniu wodnym „Kościuszko” http://www.fund.pl/mew

Wyprodukowanie tej samej ilości energii w skali roku przez źródła zasilane paliwem stałym powoduje zanieczyszczenie pyłowo-gazowe w ilości:

»pyłu zawieszonego ogółem około 9,2 do 19,0[t] »dwutlenku siarki około 46,5 do 95,8[t] »tlenku węgla około 17,1 do 35,2[t] »dwutlenku węgla około 7,5 do 15,5[t] »tlenków azotu około 13,7 do 28,2[t] »sadzy około 6,2 do 12,7[t] »benzo(a)pirenu około 1,4 do 2,/8[t]

Elektrownia kondensacyjna „Skawina”wraz z kanałem doprowadzającym wodę

Budowę elektrowni kondensacyjnej w Skawinie realizowano etapami i oddanie pełnej mocy 550 MW dokonano w 1961 r. obecnie 590MW

Maksymalny przepływ wody kanałem wynosi 24,5 m3/s

Doprowadzana woda do elektrowni stosowana jest głównie do chłodzenia skraplaczy turbin parowych

Elektrownia wodna na stopniu wodnym „Łączany”. Stopień wodny dostarcza

wodę chłodzącą do elektrowni kondensacyjnej „Skawina”

Krajobraz małych elektrowni wodnych: Łączany

zzw-niedzica.com.pl/Łączany/otwarcie/foto

Elektrownia „Skawina”doprowadzenie pary

4

1. – doprowadzenie wody 2. – stacja pomp3. – doprowadzenie wody do skraplacza4. – skraplacz-kondensator (część obwodu turbiny kondensacyjnej)5. – odprowadzenie i schładzanie wody ze skraplacza6. – doprowadzenie wody do elektrowni z upustem awaryjnym7. – elektrownia wodna8. – rzeka odpływowa

Elektrownia wodna „Skawina II” na zrzucie wody chłodzącej

Krajobraz małych elektrowni wodnych: elektrownia „Skawina II”

Elektrownia „Skawina II”parametry robocze

W okresie badanym 2005 do 2007 roku uzyskano:•średni przepływ z roku wahał się Qr = 16,8 – 17,9 m3/s,•uzyskiwana moc średnio Pśr = 940 – 1000 kW•średnio roczna uzyskana energia Eśr = 8255 MWhco stanowi 0,3 % globalnej produkcji Elektrowni Skawina•moce uzyskane przy sprawności turbiny ηt = 0,8•sprawności generatora ηg = 0,9•średnio roczny czas pracy Tśr= 8573 godz./rok

co stanowi 97,75% wykorzystania godzin kalendarzowych

Literatura

Liteatura:

1) Orlewski W., Siwek A.: Elektrownia wodna na przepływie wody użytkowej, Rynek energii Nr 6 (91) – 2010

2) Orlewski W.: Badanie pracy generatorowej maszyny asynchronicznej wzbudzanej kondensatorami, Maszyny Elektryczne: zeszyty problemowe 2009 nr 84

3) Orlewski W., Siwek A.: Małe elektrownie wodne, GLOBEnergia, 2006 [t.] 4

4) Siwek A., Orlewski W.: Krakowskie elektrownie wodne, Ogólnopolskie Forum Odnawialnych Źródeł Energii 2005, XI Konferencja Techniczno Naukowa, Warszawa 28-30 listopada 2005

5) Orlewski W.: Stabilizacja napięcia i częstotliwości generatora asynchronicznego pracującego na wydzieloną sieć, Ogólnopolskie Forum Odnawialnych Źródeł Energii 2000, VII Konferencja naukowo techniczna 4 – 6 grudnia 2000 r. Łódź

6) Folder Fundacji im. Księdza Siemaszki – Mała Elektrownia Wodna

7) 50 lat Elektrowni Rożnów. Wydanie Zew, Rożnów 1993