VODNÉ ELEKTRÁRNE
http://sizspsd.spsdke.sk/elektrarne/vodne/stredvod.htm
http://ekonomika.hnonline.sk/c1-22227250-
1./ Princíp činností vodných elektrární
POZRI - prezentáciu o vodných elektrárňach zo stránok SEAS
Vodné elektrárne fungujú na princípe premeny mechanickej energie vody na elektrickú
energiu. Vodný prúd prechádza nepohyblivými rozvádzacími kanálmi turbíny a takto
usmernený vodný prúd vteká do opačne zakrivených lopatiek obežného kola vodnej turbíny,
roztáča tieto lopatky a odovzdáva im svoju mechanickú energiu.Vodné elektrárne sú súčasťou
vodného diela.
Mechanická energia vody sa mení na mechanická energiu hriadeľa, tá sa následne mení
pomocou elektrických generátorov na energiu elektrickú. S vysokou účinnosťou premieňa
elektrický generátor vodnej elektrárne energiu mechanickú na energiu elektrickú. Elektrická
energia sa v synchrónnom generátore vytvára indukciou rotujúceho magnetického poľa rotora
do pevného vinutia statora generátora. Pre vytvorenie magnetického poľa rotora je potrebný
budiaci jednosmerný prúd, ktorý je vyrábaný v budiči generátora.
Vyrobená elektrická energia sa prenáša pomocou elektrických sietí pozostávajúcich z
rozvodných zariadení, z transformovní a cez rozvodné siete až ku konečnému
spotrebiteľov
H
Q
1
Výroba elektriny vo vodnej elektrárni
Výpočet výroby MVE je veľmi jednoduchý:
9,81 x Q (m3 /sek cez turbíny) x H (hladina pred a za turbínami) x η (účinnosť elektrárne)
Nezáleží ako hlboko je turbína pod hladinou, rozhoduje veľkosť rozdielu hladiny pred a za
turbínami H
Turbína pre malé spády H na slovenských riekach:
2
2./ Základné časti vodných elektrární
Vodné dielo je súhrn všetkých zariadení (zdrž, prívodný kanál, samotná vodná
elektráreň,odpadový kanál), ktoré umožňujú sústredenie vodného spádu do jedného miesta.
Hlavné časti vodného diela




zdrž
prívodný kanál
elektráreň
odpadový kanál
Zdrž: Vznikne napríklad prehradením vodného toku a má za úlohu sústrediť prietoky rieky na
následné využitie vo vodnej elektrárni, ako zdroj kinetickej energie na pohon turbín.
Prívodný kanál: Zabezpečuje potrebný prívod vody, čiže sústreďuje hydraulický spád a
zároveň slúži ako plavebná dráha. Prívod vody pozostáva z vtokov, ktoré sú vybavené
hrablicami, hradidlami a rýchlouzáverom. Tie zabraňujú tomu, aby sa nečistoty (pne, konáre)
dostali do turbíny.
Vodná elektráreň: Premieňa kinetickú alebo potenciálnu energiu vody na elektrickú
energiu. Zahŕňa strojovňu, turbíny a generátory. Súčasťou vodnej elektrárne sú aj plavené
komory.
Rozhodujúcimi technologickými zariadeniami sú


generátor -spolu s budiacou súpravou napájanou z pomocného alternátora sa nachádza
na osi sústrojenstva
turbína - je spojená s generátorom pevnou prírubou a spojkou
Voda v turbíne preteká rozvádzacím kolesom (dýzou) do obežného kolesa, ktoré sa
pôsobením vody otáča a odovzdáva energiu hriadeľu.
Odpadový kanál: Odvádza energeticky využitú vodu z vodnej elektrárne a vodu z
plavebnej komory späť do rieky. Zároveň tvorí aj plavebnú dráhu.
3./ Základné rozdelenie vodných elektrární
Vodné elektrárne sa členia podľa toho, pre aké spády a akým spôsobom vodný tok využíva:
1.
2.
3.
4.
Akumulačné VE - ich súčasťou je veľká akumulačná nádrž
Derivačné VE - sú postavené na derivačnom kanále
Prietokové VE - prehradzujú pôvodné alebo nové koryto vodného toku
Prečerpávacie VE - majú 2 nádrže / hornú a dolnú/ -v čase nízkej záťaže
prečerpávajú vodu do vyššie položenej nádrže. V čase vyššej záťaže táto voda potom
poháňa hydrogenerátor na výrobu elektrickej energie.
5. Kombinované VE
3
Pozri : Model vodnej elektrárne
Prečerpávacia vodná elektráreň -/ zdroj ČEZ/
Pozri to na internete na stránke Slovenských elektrární:
Ako fungujú vodné elektrárne? klikni a pozri si prezentáciu na stránke Slovenských elektrární
4./ Vodné turbíny
Vodné turbíny sú lopatkové vodné motory ktoré menia energiu vody na mechanickú prácu na
hriadeli./Napr. na na spoločnom hriadeli so synchrónnym generátorom vo vodnej elektrárni. turbína sa
skladá z rozvádzacieho zariadenia (rozvádzacieho kolesa, dýzy), ktoré usmerňuje prietok vody a z
obežného kolesa, ktoré vode odoberá energiu.
Rozdelenie turbín:





Podľa premeny energie:
rovnotlaková (Bánkiho, Peltonova turbína); tlak vody pred obežným kolesom je rovnaký ako
za obežným kolesom. Obežné koleso je umiestnené nad spodnou hladinou, aby nebrodilo /
nebolo vždy pod vodou/. Tým vzniká určitá strata spádu, ktorá je však pre turbíny pracujúce s
vysokým spádom zanedbateľná.
pretlaková (Francisova, Kaplanova turbína) - u pretlakových vodných turbín je naviac sacie
potrubie, ktoré vodu zo stroja odvádza. Maximálný zaručený prietok vody vodnou turbínou pri
určitom spáde sa nazývá hltnost.
Podľa prietoku vody obežným kolesom: axiálny; tangenciálny
Podľa polohy hriadeľa: horizontálne; vertikálne; šikmé.
4
Druhy turbín:
/pozri princíp turbín na stránkečeskej energetiky/
Peltonova
Je rovnotlaková turbína vhodná na spády nad 30 m
Peltonova
turbína
Prívodným potrubím sa veľkou rýchlosťou vedie prúd vody dýzou na lopatky obežného kolesa. Lyžicovitým
tvarom lopatiek sa prúd vody ohýba, odovzdáva svoju energiu obežnému kolesu a potom vyteká na obidve
strany. Výtokový otvor dýzy môžeme privierať ihlou, čím sa zmenší vytekajúce množstvo vody a poklesne výkon
turbíny. Náhle uzatvorenie dýzy ihlou by spôsobilo nebezpečný vodný ráz v potrubí. Pre väčšie výkony a prietoky
sa
používajú
turbíny
s
dvomi
až
štyrmi
dýzami
na
jedno
koleso.
Obežné koleso je buď odliate z jedného kusu ,alebo poskladané s priskrutkovanými lopatkami. Rozmery
Peltonových turbín sú menšie, priemer obežného kolesa býva najviac 3m, výkon dosahuje 150 MW, najväčší
využitý spád je 1750m. Peltonove turbíny majú veľmi dobrú účinnosť aj pri kolísavom prietoku a premenlivom
výkone, sú však citlivé na kolísanie spádu.
Hranica pre použitie
rovnotlakových turbín:
Spád:
Výkon:
veľkých nad 400 m.
400 až 1750m.
až 150 MW.
Schéma peltonovej turbíny
5
6
Francisciho
Je pretlaková turbína na pomerne veľké prietoky a na spády od 10 m
Francisova turbína
Rozvádzacím kolesom s natáčacími lopatkami vteká voda do obežného kolesa s pevnými lopatkami. Pri
zmenách výkonu turbíny sa privierajú len rozvádzacie lopatky, takže voda vteká do obežného kolesa nesprávnym
smerom a naráža na obežné lopatky. Preto je účinnosť Francisových turbín dobrá len pri normálnom prietoku a
rýchlo klesá pri jeho zmene. Ich konštrukcia však nie je tak zložitá ako konštrukcia Kaplanových turbín, a preto sú
lacnejšie.
Obežné koleso je zložitý odliatok z oceli s profilovanými lopatkami, ktoré sú pravidelne rozdelené po obvode.
Materiál obežného kolesa musí odolávať korózii, rozrušeniu kavitáciou a mechanickému poškodeniu.
Spád:
Rozsah výkonu:
Účinnosť veľkých jednotiek:
Výrobcovia:
30 až 400m, malé turbíny: od 10m.
desiatky až stovky MW.
viac ako 90 %.
ČKD Blansko, Turbo Technics.
Schéma Francisovej turbíny
7
Bánkiho
Je rovnotlaková turbína, vhodná na spády od 1 m do 50 m, ekonomicky výhodná od 4 m
spádu.
Bánkiho
turbína
Je rovnotlaková turbína s dvojnásobným prietokom vody obežným
kolesom. Je výrobne nenáročná a svojou ekonomickou, jednoduchou a
robusnou konštrukciou je predurčená pre použitie v malých vodných
elektrárňach. Jej prednosťou sú veľmi dobré prevádzkové vlastnosti a
priebeh účinnosti v širokom rozsahu regulovaného prietoku vody.
Spád:
Rozsah prietoku:
Výrobcovia:
0,8 až 50 m.
3 -1
50 litrov za 1 s až niekoľko m .s .
firmy Cink, Turbo Technic, Dumat.
8
Schéma Bánkiho turbíny
9
Kaplanova turbína
Je klasická pretlaková turbína, ktorá je v základnom vyhotovení výborne regulovateľná, na
spády od 1 m do 40 m,
/ vľavo zavretá, vpravo otvorená/
Kaplanova turbína
Voda sa privádza do špirálovitej skrine a prúdi pomedzi lopatky rozvádzacieho kolesa, kde sa zrýchľuje a v
určitom smere vteká na lopatky obežného kolesa. Obežné koleso má obvykle 3 až 10 lopatiek. Profil lopatiek je
podobný ako profil leteckého krídla. Voda, ktorá prešla cez turbínu odteká sacou rúrou do odpadného kanála a
vracia sa späť do rieky.
Pri znemách výkonu turbíny sa prietok riadi natáčaním lopatiek rozvádzacieho aj obežného kolesa. Tým sa
dosiahne dobrá účinnosť pri značnom rozpätí prietokov, ale natáčacie zariadenie lopatiek zdražuje konštrukciu,
takže Kaplanova turbína je dražšia ako Francisova s pevnými obežnými lopatkami. Medzi hlavné výhody
Kaplanových turbín patrí tiež možnosť použitia pri malých spádoch riek, veľká rýchlobežnosť a možnosť priameho
spojenia s generátorom.
Spád:
Prietok:
Účinnosť veľkých jednotiek:
Výrobcovia:
veľké turbíny 2 až 80 m,
malé turbíny 1 až 20 m.
od 0,1 m/s.
viac ako 90 %.
ČKD Blansko, Turbo Technics, Škoda
Rotava.
10
Schéma Kaplanovej turbíny
11
5./ História vodných elektrární
zdroj: internetová stránka -vodného diela
Najstaršou elektrárňou v akciovej spoločnosti Slovenské elektrárne je malá vodná elektráreň
(MVE)Rakovec na rieke Hnilec, ktorá bola uvedená do prevádzky v roku 1912. Sú v nej
inštalované dva agregáty s vodnou turbínou typu Francis, každý s výkonom 0,5 MW. Na
rovnakej rieke je aj MVE Švedlár z roku 1939, ktorá bola pri jej prevzatí do Slovenských
elektrární zrekonštruovaná a znovu uvedená do prevádzky. Sú v nej inštalované dva agregáty
po 0,045 MW s Francisovou špirálovou turbínou. Ešte pred touto MVE bola do prevádzky
uvedená v roku 1931 MVE Krompachy s agregátom s klasickou Kaplanovou turbínou, ktorá
má inštalovaný výkon 0,33 MW.
História veľkej hydroenergetiky v rámci Slovenských elektrární, a.s. začína uvedením VE
Ladce na Váhu do prevádzky v roku 1936. VE Ladce mala inštalovaný výkon 13,8 MW vo
dvoch turboagregátoch (2 x 6,9 MW) a celkovú hltnosť 150 m3.s-1 . Už od tohto prvého
väčšieho vodného diela na Váhu sa požadovalo nielen energetické využitie, ale aj ochrana
pred povodňami a umožnenie odtoku katastrofálnych vôd. Rovnaké požiadavky boli kladené
aj na všetky ostatné, neskôr budované hydroenergetické diela na Slovensku, pričom na
sústave vodných diel na Dunaji je ochrana priľahlého územia pred povodňami prioritným
hľadiskom.
Na výstavbu VE Ladce s nádržou tvorenou haťou v Dolných Kočkovciach bolo vybrané
miesto na strednom toku Váhu, kde rieka svojimi veľkými vodami často spôsobovala
problémy (názov rieky má pôvod v latinskom „vagus“ - túlavý, podľa toho, že Váh často
menil koryto) a kde boli na výstavbu relatívne najvhodnejšie podmienky. Toto prvé veľké
vodné dielo na Váhu je však z hľadiska dnešných požiadaviek poddimenzované, pretože
všetky ostatné vodné elektrárne nad i pod týmto dielom majú väčšiu hltnosť a tým historicky
prvá derivačná kaskáda vodných elektrární na Váhu tvorí „úzke hrdlo“. O to zložitejšie je
riadenie celej sústavy vodných elektrární na celom toku Váhu.V ďalších rokoch nasledovalo
postupné budovanie jednotlivých vodných elektrární Vážskej kaskády a vodných elektrární na
Východnom Slovensku - viď tabuľku „Inštalované výkony“. Na rovnakom derivačnom kanále
ako je VE Ladce boli vybudované ešte tri VE, z toho posledná, VE Trenčín, v roku 1956.
Významným medzníkom v rozvoji závodu Vodných elektrární bolo uvedenie do prevádzky
VE Orava s veľkou akumulačnou nádržou a prvej veľkej prečerpávacej vodnej elektrárne
(PVE) Dobšiná v roku 1953. PVE Dobšiná má „trojstrojové“ usporiadanie, to znamená na
jednej osi uprostred motorgenerátor a na jednej strane horizontálna turbína Francis a na druhej
akumulačné čerpadlo a prevádzala vody z povodia Hnilca do povodia rieky Slaná.
Nasledovala VE Krpeľany s nádržou tesne pod sútokom Oravy s Váhom v roku 1957, PVE
Liptovská Mara s veľkou nádržou v roku 1975, PVE Čierny Váh v roku 1981 a Sústava
vodných diel s vodnými elektrárňami na Dunaji s najväčšou VE - VE Gabčíkovo- v roku
1992. V súčasnosti je v rámci závodu Vodné elektrárne Slovenských elektrární, a.s. v
prevádzke spolu 34 vodných elektrární na riekach Váh, Orava, Hron, Dunaj, Hnilec, Hornád a
Ondava, v ktorých je spolu inštalovaných 90 turboagregátov. Na objednávku zabezpečuje
závod Vodné elektrárne aj prevádzku a jej riadenie vo VE Žilina na Váhu, ktorá nie je
majetkom Slovenských elektrární, a.s.
12
Použitá literatúra:
1. internetové stránky Slovenskýck elektrární
2. internetová stránka SIZ SPŠ-E Adlerova , Bratislava
3. Učebnica: Energetika v doprave / Jaroslav Trávníček a kol. 1988/
Návrat na hlavnú stránku
13
Download

VODNÉ ELEKTRÁRNE