05_male_hidroelektrane.pdf

Priručnik

Marko Krejči

Male hidroelektrane

Ovaj projekt �nancira Europska unija

Ova publikacija izrađena je uz pomoć Europske unije. Za sadržaj ove publikacije odgovorna je Srednja škola Oroslavje i ne odražava stavove Europske unije.

IPA Komponenta IV – Razvoj ljudskih potencijala Program Europske unije za Hrvatsku Instrument pretpristupne pomoći – Obnovljivi izvori energije

Project �nanced by the European Union IMPLEMENTATION IMPLEMENT ATION OF NEW CURRICULA: Increasing knowledge and information on Renewables Projekt je �nanciran sredstvima Europske unije IMPLEMENTACIJA IMPLEMENT ACIJA NOVIH KURIKULUMA: Povećanje znanja i informacija o obnovljivim izvorima energije Provedbeno tijelo: Agencija za strukovno obrazovanje i obrazovanje odraslih, Odjel DEFCO Nositelj projekta: Srednja škola Oroslavje Partneri na projektu: Tehnička škola Ruđera Boškovića u Zagrebu Grad Oroslavje Stručni suradnici: Darko Cobović, dipl. ing. Goran Nuskern, dipl. ing. Andrija Huić, dipl. ing Zoran Kauzlarić, ing.

Autor: Marko Krejči, MSc, dipl. ing., MBA Saxum d.o.o. – Društvo za p osredovanje i tehničko savjetovanje Izdavač: Tehnička škola Ruđera Boškovića u Zagrebu Srednja škola Oroslavje Tehnički urednik: Mario Lesar, graf. ing. Dizajn i promocija: Culmena d.o.o. Web adresa: www.ipa-oie.com

Sadržaj 1. UVOD

.............................. ................................. ............................

3

Povijesni razvoj hidroelektrana ................................................................. 7

2. FIZIKALNE OSNOVE

................................. .................................. .....

Iskorištavanje energije vode

................................................................ .............................. ....................................... .....

7 7

Gubitci ........................................................................................... 8 Ukupna efikasnost sustava ...................................................................... 9

3. ODREIVANJE HIDROPOTENCIJALA

.................................. ................

9

Odreivanje raspoloživog pada ................................................................. 9 Odre Odreivanje protoka ........................................................................ Odre ............................................................................ .... 10 Mjerenje protoka ustavom i preljevom

........................................................ .................................................... ....

12

.............................................. .... 12 Odreivanje protoka mjerenjem brzina strujanja .......................................... Odre ............................................................ .... 12 Mjerenje protoka preko razrje razrjeenja ........................................................

Odabir protoka turbine i izra izraun o oekivane godišnje proizvodnje Utjecaj protoka na promjenu raspoloživog pada

............................

13

.............................................. .......................................... ....

14

.............................................. .... 15 Primjer izra izrauna proizvodnje elektri elektrine energije ..........................................

4. SUSTAVI MALIH HIDROELEKTRANA

............ ................................. ....

16

Klasifikacija hidroelektrana ................................................................ .................................................................... .... 16 ..................................................................... ...................................... .... 17 Tipovi i podjela turbina ................................... ................................................................... .... Sustavi malih hidroelektrana ............................................................... ...................................................................... .... Graevinske strukture .................................................................. Gra Hidromehanika oprema ............................................................... Hidromehani ................................................................... .... ............................................................... ...................................... .... Elektrostrojarska oprema ............................. ........................................................................... .... Pomona oprema ....................................................................... Pomo

21 22 23 23 23

................................................................. .... Planiranje male hidroelektrane ............................................................. Planiranje MHe projekta ............................................................... ................................................................... .... ........................................................................ ...................................... .... Utjecaj na okoliš ...................................... ............................................................................ .... Socijalni aspekti ........................................................................

23 23 24 25

5. PRORAUNI SUSTAVA S EKONOMSKOM ANALIZOM Investicijski troškovi

............................

........................................................................... ....................................................................... ....

25 25

Operativni troškovi ......................................................................... ............................................................................. .... 26

Ekonomska analiza isplativosti ................................................................ 26 Nesigurnosti planiranja

6. ZAVRŠNE RIJEI

................................................................. ............................... .......................................... ........

................................. .................................. ........

28 28

Marko Krejči: Male hidroelektrane [Priručnik]

1. Uvod Korištenje hidroenergije ve ve dugo je poznato civilizaciji; od mlinova za žito, preko pogona raznih strojeva, poput pilana, sve do prvih elektrana za proizvodnju elektri elektrine energije. Prve elektrane za proizvodnju elektri elektrine energije bile su upravo hidroelektrane. Kao i ostali obnovljivi izvori energije, hidroelektrane indirektno koriste energiju sunca: Sunce svojom toplinom zagrijava more (i ostale vodene površine na zemlji) koje isparava vodenu paru u atmosferu. Time sunce posredno "podiže" vodu. U atmosferi se ta voda kondenzira i u obliku kiše ili snijega pada natrag na zemlju, te se rije rijenim tokovima vra vraa natrag u more, odnosno ponovno "spušta". Energiju vode u padu odnosno "spuštanju", mogu mogu e je iskoristiti za dobivanje korisnog rada. Ciklus vode u prirodi prikazan je na slici 1.

Slika 1. Ciklus vode u prirodi

Iako je sva hidroenergija u osnovi obnovljiva, velike hidroelektrane (one instalirane snage vee od 10 MW1) ne ulaze u nacionalne bilance obnovljivih izvora energije, te se proizvodnja elektrine energije u velikim hidroelektranama, ve tri veim od 10MW, ne poti potie subvencijama. Jedan razlog je svakako taj što velike hidroelektrane mogu i na komercijalnoj osnovi proizvoditi elektrinu energiju, a drugi je što velike hidroelektrane, posebno one s velikim akumulacijama, imaju odreen negativan utjecaj na okoliš. Pri izgradnji velikih akumulacija, osim velikog utroška mateodre rijala za izgradnju akumulacije, negativno se utje utjee na okoliš potapanjem ve veih površina esto obradivog tla, te ostalim negativnim posljedicama koje velike akumulacije mogu imati na prirodu, 1

Administrativno utvr  e na granica. Nije jednaka u svim zemljama. ena

3

4

Implementacija novih kurikuluma: Povećanje znanja i informacija o obnovljivim izvorima energije

poput mijenjanja mikroklime u blizini akumulacije, raseljavanja stanovništva, mijenjanja tokova podzemnih voda, utjecaja utjecaja na floru i faunu, i sl. Hidroelektrane su danas najzastupljeniji izvor obnovljive energije u svijetu, a prvom hidroelektranom smatra se Schoelkopf br.1 pokraj slapova Niagare, koja je po poela s proizvodnjom 1881. 2 godine. Iskorištavanje hidroenergije za proizvodnju elektri elektrine energije u malim hidroelektranama ima sljedee karakteristike: sljede obnovljivi izvor energije visok stupanj iskoristivosti visoka gusto gustoa energije (osim u slu sluaju vrlo malih padova) uglavnom je voda raspoloživa tijekom cijele godine provjerena provje rena tehnolo tehnologija gija i dug vijek vijek trajanja trajanja postrojen postrojenja, ja, uz niske troško troškove ve pogona pogona i održa održavanja vanja primjenjiva rješenja vrlo su ovisna o posebnostima lokacije ogranien broj prikladnih lokacija (vodotoci) ograni odreeni vodotoci izuzetno variraju tijekom godine. odre U svijetu je trenutno instalirano 777 GWe hidroelektrana koje godišnje isporu isporuuju cca 3000 TWh 3 elektrine energije . To predstavlja cca 20 % svjetske proizvodnje elektri elektri elektrine energije te 88 % proizvodnje elektri elektrine energije iz obnovljivih izvora energije (ne uzimaju uzimajui u obzir ograni ogranienje na instaliranu snagu elektrane za definiciju obnovljivosti). 















Zanimljivosti

Zemlje, najveći proizvođači električne energije iz hidroelektrana: Zemlja

Godišnja proizvodnja iz hidroelektrana (TWh)

Instalirana snaga (GW) 196,79

% udio u ukupnoj instaliranoj snazi

Kina

652,05

22,25

Kanada

369,5

88,974

61,12

Brazil

363,8

69,080

85,56

SAD

250,6

79,511

5,74

Rusija

167,0

45,000

17,64

Norveška

140,5

27,528

98,25

Indija

115,6

33,600

15,80

Venecuela

86,8

67,17

Japan

69,2

27,229

7,21

Švedska

65,5

16,209

44,34

U Europi se proizvodnja elektri elektrine energije iz obnovljivih izvora poti potie ve ve dulji niz godina subvencioniranjem prodajne cijene elektri elektrine energije ili kroz potpore tijekom investiranja, porezne olakšice i sl. Rezultat je velik broj izgra izgraenih objekata, i u nekim zemljama gotovo u potpunosti iskorišten prirodni hidropotencijal, kako je prikazano u tablici 1. i tablici 2. 2

Valja naglasiti i da je jedna od prvih hidroelektrana na svijetu i hr vatska HE Jaruga, sakra ena ena na rijeci Krki, ispod slapa Skradinskog buka, koja je po  ela ela s proizvodnjom 1895. HE Jaruga je dalekovodom od 11,5 km snabdijevala grad Šibenik izmjeni nom nom elektri nom nom energijom. 3 Prema podacima EIA za 2006.godinu.

5


izgraenih MHe u Europi (2005) Tablica 1: Broj i instalirana snaga izgra Država EU zemlje Austrija Belgija Danska Finska Francuska Njemačka Grčka Irska Italija Luksemburg Nizozemska Portugal Španjolska Švedska Vel. Britanija Ne –EU zemlje Hrvatska Češka Norveška Poljska Rumunjska Slovačka Slovenija Turska 6 drugih ne-EU

MW 1.863 848 95 11 320 1.977 1.502 48 32 2.209 39 30 280 1.548 1.050 160 2.468 30 250 941 127 44 31 77 757 138

GWh 35.833 4.246 385 30 1.280 7.100 7.100 6.253 160 120 8.320 195 60 1.100 5.390 4.600 840 10.556 120 677 4.305 705 176 175 270 3.300 500

Broj 13.359 1.110 39 38 225 1.700 5.625 17 44 1.668 29 7 60 1.056 1.615 126 4.104 13 1.136 547 472 9 180 413 1.109 67

MW/elektrani 0,76 0,76 2,44 0,29 1,42 1,16 0,27 2,82 0,72 1,32 1,34 4,28 4,67 1,47 0,65 1,26 0,62 0,23 0,22 1,72 2,69 4,89 0,17 0,19 0,68 2,06

Tablica 2: Preostali potencijal za izgradnju MHe u Europi (2005) Država 15 EU zemalja od kojih: Austria Francuska Njemačka Italija Španjolska Švedska Odabrane ne-EU zemlje: Norveška Rumunjska Švicarska Turska

Ekonomski isplativ potencijal (GWh/god) 390.000 50.000 72.000 25.000 55.000 40.000 85.000 480.000 180.000 30.000 36.000 120.000

Proizvodnja iz HE (GWh/god) 320.000 38.000 70.000 25.000 52.000 35.000 68.000 250.000 120.000 16.000 34.000 40.000

Faktor iskorištavanja (%) 82 76 97 100 95 88 80 52 67 53 94 33

U Hrvatskoj je instalirano ukupno 20 velikih hidroelektrana, ukupne instalirane snage cca 2333 MW, te 18 malih hidroelektrana (uklju (ukljuuju ujui tri hidroelektrane biološkog minimuma), uku pne snage cca 34 MW. Godišnja proizvodnja elektri elektrine energije iz hidroelektrana u Hrvatskoj va-

6


rira izme izmeu 4000 i 7000 GWh, što prvenstveno ovisi o hidrološkim uvjetima od godine do godine. Na slici 2. prikazane su HEP-ove HEP-ove hidroelektrane.

Slika 2. Hidro i termoelektrane u vlasništvu HEP-a

Osim HEP-ovih malih hidroelektrana u društvenom vlasništvu, u Hrvatskoj je u pogonu još nekoliko malih hidroelektrana u privatnom vlasništvu. U tablici 3. su prikazani osnovni podaci o postojeim malim hidroelektranama u Hrvatskoj. postoje Tablica 3: Instalirane male hidroelektrane u Hrvatskoj (2008) Naziv MHE Zeleni Vir MHE Jaruga MHE Ozalj I MHE Ozalj II MHE Zavrelje MHe Golubić MHE Krčić CHE Fužine CHE Lepenica MHEE Pa MH Pamu mučn čnaa in indu dus. s. Du Duga ga Re Resa sa (* (*)) MHE Tvornica cementa '10 Kolovoz' (*) MHE Čabranka I (*) MHE Čabranka II (*) MHE Roški slap (*) PHEBM Varaždin PHEBM Čakovec PHEBM Dubrava Mhe Mataković 1 Mhe Mataković 2 Ukupno

instalirana snaga, MW na generatoru ukupno 2 × 0,85 1,7 2 × 2,8 5,6 2 × 1 + 2 × 0,8 3,6 2 × 1,1 2,2 1,5 1,5 6,54 0,44 0,44 4,6 0,8 0,53 0, 53 + 0, 0,25 25 + 0, 0,32 32 1,11 1,

godina puštanja u pogon 1922. 1904. 1908. 1952. 1953.

Vlasnik/Status

1937 19 37..

HEP HEP HEP HEP HEP HEP HEP HEP HEP PI Du Duga ga Re Resa sa

1988.

2 × 0,6

1,2

1913.

Nije u pogonu

4 × 0,315 0,03 2 × 0,886 0,585 1,1 1,12

1,26 0,03 1,772 0,585 1,1 1,12 0,02 0,02 33,987

1995. 1997. 1907. 1975. 1982. 1989.

Finvest Finvest Hidrowatt HEP HEP HEP Mataković Mataković

7


Uz navedene postoje postojee, u Hrvatskoj je, prema evidenciji Ministarstva gospodarstva, trenutno u razliitim fazama razvoja još preko 80 projekata ukupne predvi razli predviene snage gotovo 200 MW. Hrvatska nacionalna energetska strategija do 2020. god. predvi predvia da e biti u pogonu 100 MW malih hidroelektrana. Time e se, izme izmeu ostalog, omogu omoguiti dostizanje prihva prihvaenih EU ciljeva za proizvodnjom energije iz obnovljivih izvora, smanjiti ovisnost i potrošnja (uvoznih) fosilnih goriva i smanjiti emisija uglji ugljinog dioksida. Povijesni razvoj hidroelektrana

Energija vodenog toka bila je jedna od prvih koje je ovjek koristio kako bi nadomjestio potrebu za vlastitim i radom doma domaih životinja. Za po poetak korištenja energije vodenih tokova uzima se pojava sustava za navodnjavanje, a prvi vodeni stroj vjerojatno je bilo vodeni vodenino kolo sa žlicama za zahva zahvaanje vode, kojim se voda iz vodenog toka podizala u spremnik iz kojega je po poinjao sustav kanala za navodnjavanje. Na slici 3. prikazan je izgled prvih vodenica. Nadalje su se po po eli koristiti vodeni vodenini mlinovi za brašno (otprilike 100-200 godina p.n.e. na Bliskom istoku), kako je shematski prikazano na slici 4.

Slika 3. Izgled prvih vodenica

Slika 4. Shematski prikaz ranih mlinova na vodenu energiju

Kroz povijest tehnologija vodeni vodenikog kola se razvijala, te je, osim podizanja vode i mljevenja brašna i kukuruza, doživjela niz razli razliitih primjena u rudarstvu, obradi željeza, proizvodnji papira, obradi drveta, te tekstilnoj industriji. Vodena energija je bila glavni izvor mehani mehanike energije osim rada ljudi i životinja.

2. Fizikalne osnove Iskorištavanje energije vode

Sunce, griju grijui vodene površine (oceani, mora, jezera, i rijeke), uzrokuje isparavanje vodene pare, a jedan mali dio te vodene pare, koji kao kiša padne na povišeno tlo, odnosno planine i brda, u sebi sadrži potencijalnu energiju (kao i svaka druga masa koja se nalazi u povišenom položaju). Ta je potencijalna energije vode izražena formulom: E pot

=

m g h ⋅

gdje je m – masa vode, kg

⋅

8


g – gravitacijsko ubrzanje (9,81 m/s2) h – visina na koju koju je dignuta masa, masa, m Zanimljivosti

Ukoliko uzmemo u obzir da je godišnja precipitacija (padaline) nad ukupnim kopnom na planetu na razini 1017 kg, te da je srednja nadmorska visina kopna približno 800m (te uz približan g = 10 m/s2), tada je teoretska gornja granica hidroenergije cca 8 × 10 20 J, odnosno nešto preko 200 000 TWh. Ukupna svjetska godišnja potrošnja primarne energije je cca 100 000 TWh. Stvarni teoretski hidropotencijal svjetskih vodotokova procijenjen je na "tek" 50 000 TWh, a ako uzmemo samo u obzir tehnička ograničenja dolazimo do daljnjeg smanjenja, te ukupni iskoristivi tehnički potencijal vodotokova u svijetu procjenjujemo na 10 000-20 000 TWh.

Snaga koju ima neki vodni tok u padu ovisi o protoku (kg/s). Imaju Imajui na umu gusto gustou vode od 3 3 =1000 kg/m , snaga vodenog toka može se izraziti i volumnim protokom Q (m /s): P Q =

⋅

ρ

⋅

g h, W ⋅

P = Q·1000·9,81·h,

W

odnosno, izraženo u kW P = 9,81 Q·h,

kW

U svakom realnom iskorištavanju vodene energije postojat e gubici. To e biti gubici zbog vrtloženja vodenog toka, zbog trenja prilikom protoka kroz cijevi, te ostali gubici u strojevima i sustavima hidroelektrane. Uzimaju Uzimajui u obzir gubitke, odnosno koeficijent efikasnosti pretvorbe ukupne raspoložive energije vode u elektri elektrinu energiju , raspoloživa snaga vodenog toka je: P = 9,81· Q·h,

kW

Gubici

Gubici u sustavu male hidroelektrane su sljede sljedei: gubici strujanja u cijevima, kanalima, koljenima, promjenama promjera cijevi, ventilima, rešetkama, zatvara zatvaraima (ovi gubici se esto izražavaju i kroz odnos bruto i neto raspoloživog pada odnosn odnosnoo efektivnog efektivnog smanje smanjenja nja raspoloži raspoloživog vog pada pada zbog zbog gubitaka gubitaka strujan strujanja) ja) gubici pretvorbe i prijenosa energije, gubici u turbini, generatoru, transformatoru i dalekovodu. Osim navedenih, pri procjeni mogu mogue snage i proizvodnje elektri elektrine energije treba ra raunati i sa: gubitcima vode zbog isparavanja (u slu sluaju postojanja akumulacije) odreena koli odre koliina raspoloživog vodotoka ne nee biti prera preraena u turbini zbog neraspoloživosti objekta, biološkog minimuma protoka, zbog dimenzioniranja turbine… Gubici strujanja u ravnim cijevima opisani su Darcy-Weisbachovom formulom: 







h f

=

2  L   v  f      D   2 g 

gdje su: f – bezdimenzijski faktor trenja L – duljina cijevi, m D – promjer cijevi, m v – brzina strujanja, m/s g – gravitacijsko gravitacijsko ubrzanje, ubrzanje, 9,81 9,81 m/s2

9


Iz formule je vidljivo da su gubici proporcionalni s duljinom cijevi i kvadratom brzine strujanja, dok su obrnuto proporcionalni promjeru cijevi. Faktor trenja f se se za laminarno strujanje može direktno izra izraunati, dok se za turbulentno strujanje izra izraunava ili o oitava s Moodyeva dijagrama. Ukupna efikasnost sustava

Uzimajui u obzir gubitke, orijentaciono se može uzeti ukupna efikasnost sustava MHe (od vode Uzimaju do struje) nešto preko 80 %. U slu sluaju vrlo malih, tzv. mikroelektrana, ukupna efikasnost sustava je nešto manja, cca 70 %.

3. Određivanje hidropotencijala Sukladno prethodno navedenim formulama za izra izraun hidropotencijala, dva su klju kljuna parametra koje je potrebno procijeniti za odre odreivanje hidropotencijala neke lokacije. To su: a) raspoloživi pad b) raspoloživi protok Određivanje raspoloživog pada

Ovisno o fazi ispitivanja lokacije, te ukupnom padu, raspoloživi pad se može odrediti: Na topografskoj karti (broje (brojei izohipse) – metoda prikladna za preliminarnu procjenu pada lokacije s ve veim padom Prijenosnim mjera mjeraima nadmorske visine (gps i barometarski) – tako takoer prikladno za lokacije s ve veim i srednjim padom, te za potrebe preliminarne procjene (slika 5) S crijevom i tlakomjerom na donjem kraju (mjere (mjerei hidrostatski tlak vode) – prikladno za srednje padove i relativno malu duljinu crijeva S vertikalnom mjerkom (priru (prirunom varijantom geodetskog nivelira, nivelmanske letve i libele) – za manje padove i precizno odre odreivanje raspoloživog pada Geodetskim metodama (nivelir, nivelmanska letva i libela) – za precizno odre odreivanje raspoloživog pada i za sve raspone padova (slika 6.). 









Runi gps/barometarski mjera mjera  Slika 5. Ru nadmorske visine

Slika 6. Geodetska oprema (nivelir i nivelmanska letva)

Pri odre odreivanju raspoloživog pada, kod projekata s malim raspoloživim padom, treba uzeti u obzir i injenicu da e se promjenom protoka vodotoka brzina dizanja gornje i donje vode (nivo vode prije postrojenja, nivo vode nakon postrojenja) razlikovati, odnosno da ne nee biti isti raspoloživi pad kod svih protoka vodotoka.

10


Ovo se doga dogaa stoga što nivo gornje vode održava ustava, odnosno brana, i u periodu malih protoka. U razdoblju velikih protoka e se nivo gornje vode tek neznatno dignuti, dok e se nivo donje vode zna znaajnije dizati. Tako e naj naješ eše u periodu velikih protoka do doi do efektivnog smanjenja raspoloživog pada. Određivanje protoka

Pri procjeni protoka vodenog toka koji se razmatra za lokaciju MHe valja imati na umu nekoliko važnih injenica: protok vodotokova naj naješ eše prili prilino varira tijekom godine protok vodotokova varira varira od godine do godine godine Na slici 7 prikazani su izmjereni srednji dnevni protoci na jednom jednom profilu vodotoka u nekoliko godina. 



1. god Qsr=11,13 m3 /s

2. god Qsr=5,05 m3 /s

3. god Qsr=8,12 m3 /s

4. god Qsr=7,08 m3 /s

Slika 7. Izmjereni dnevni srednji protoci tijekom godine na odabranom profilu vodotoka

Ukoliko se uzme niz od npr. 10 godina te se uzmu prosje prosje ni dnevni protoci izmjereni u tih deset godina, dobije se prikaz prosje prosjenih dnevnih protoka, kao na slici 8.

God 1.-10. Qsr= 7,85

Prosjeni dnevni protoci u razdoblju od deset godina Slika 8. Prosje

Iz navedenih primjera vidljive su varijacije protoka od dana do dana, kao i varijacije protoka na godišnjoj razini (srednji godišnji protoci od godine do godine). Zbog toga je za ispravno odreivanje o oekivanog prosje prosjenog raspoloživog protoka potrebno raspolagati s višegodišnjim podacima. Što je niz podataka dulji, to je i procjena raspoloživog protoka preciznija. Ovisno o veli veli ini planirane elektrane, preporu preporuljivo je analizirati niz od 10 do ak 30 godina hidroloških podataka.


Kako bi se prosje prosjeni dnevni protoci, prikazani na slici 8. prilagodili za daljnju analizu raspoloživog hidropotencijala, potrebno ih je prilagoditi u tzv. krivulju trajanja protoka, odnosno krivulju koja govori koliko e dugo tijekom godine protok biti na raspolaganju. Krivulja trajanja protoka izvedena iz podataka prikazanih na slici 8. prikazana je na slici 9.

Slika 9. Krivulja trajanja protoka

Pri analiziranju raspoloživog hidropotencijala, od krivulje ukupnog hidropotencijala (kako je prikazano na slici 9.) može biti potrebno oduzeti odre odreeni konstantan protok za potrebe održavanja biološkog minimuma vodotoka te ostale protoke koji nisu na raspolaganju za korištenje u maloj hidroelektrani (navodnjavanje, pitka voda, itd.). Tako se može dobiti korigirana krivulja trajanja raspoloživog protoka, kao na slici 10.

Slika 10. Krivulja trajanja raspoloživog protoka, i krivulja trajanja ukupnog protoka

Podaci o raspoloživom protoku mogu se dobiti direktnim mjerenjem na samoj lokaciji ili razliitim posrednim metodama. li U Hrvatskoj Državni hidrometeorološki zavod provodi višegodišnja mjerenja vodostaja i protoka na ve veim vodotocima. Ti podaci su dostupni. Ukoliko je planirana mala hidroelektrana na jednom od vodotokova na kojima se provodi mjerenje, tada je podatke DHMZ-a samo potrebno korigirati za razliku u protoku izme izmeu lokacije mjerne stanice DHMZ-a i lokacije planiranog objekta. Oekivani protok može se posredno odrediti uspore usporeivanjem lokacije s poznatim protokom slivnih podru podru ja ili pak korištenjem podataka o padalinama (tako (takoer prati DHMZ) i daljnjim modeliranjima tokova vode u prirodi (padaline, nakupljanje i topljenje snijega, isparavanje i transpiracija, prikupljanje vode u podzemlju, procje procjeivanje vode u vodotokove, nakupljanje vode u jezerima, prilagodba vodotokova…).

11

12


Mjerenje protoka ustavom i preljevom

Za manje protoke (cca 50-1000 l/s) najpreciznija i najjednostavnija metoda je mjerenje pomo pomou ustave i preljeva. Na vodotoku je potrebno izgraditi ustavu i mali preljev, kako je skicirano na slici 11.

Slika 11. Mjerenje protoka ustavom i preljevom

Protok vodotoka izra izraunava se direktno iz o oitane visine vodnog stupca h pomo pomou formule: Q 2 3 Cd 2 g ( L 0, 2h ) h1,5 , =

⋅

⋅

−

⋅

a ukoliko se tipi tipino pretpostavi C d=0,6, tada formula postaje: Q 1, 8 ( L 0, 2h ) h1,5 =

⋅

−

⋅

Određivanje protoka mjerenjem brzine strujanja

Ova je metoda prikladna za velike i srednje protoke. Kao i kod ostalih metoda, potrebno je mjeriti u duljem vremenskom razdoblju. Potrebno je mjeriti na ravnom dijelu korita, bez sužavanja ili proširivanja korita te u podru podru ju bez vrtloga, te je potrebno odrediti profil korita na lokaciji gdje se vrši mjerenje. Za mjerenje se koriste mjera mjerai brzine strujanja (obi (obino mali propeleri uronjivi u vodu preko kojih se odre odreuje brzina strujanja), a mjeri se brzina strujanja na više mjesta na jednom profilu. Na slici 12. prikazana su dva primjera mogu moguih mjerenja brzina u profilu korita.

Slika 12. Pozicije za mjerenje brzine strujanja u koritu

Preko tako izmjerenih brzina strujanja mogu mogue je približno izra izraunati ukupni protok kroz oda brani profil korita. Mjerenje protoka preko razrjeđenja

Ova je metoda prikladna za planinske, turbulentne tokove. Metoda se provodi tako da se u vodotok ispušta odre odreena kemijska supstanca. Dovoljno nizvodno (da se omogu omogu i potpuno miješanje) uzorkuje se voda te se odre odreuje koncentracija supstance. Preko razrje razrjeenja se posredno može izraunati protok. Osim kompliciranog mjerenja koncentracije, nizvodno je mogu ra mogue mjeriti elektrinu vodljivost (u tom slu sluaju se uzvodno u vodotok ispušta otopina soli), te preko elektri elektrine vodljivosti posredno izra izraunati protok.


Odabir protoka turbine i izračun očekivane godišnje proizvodnje

Odabir nazivnog protoka turbine je proces povezan s izra izraunom prosje prosjene godišnje proizvodnje energije te se provodi u nekoliko koraka. Osnova za izra izraun je krivulja trajanja protoka i podatak o raspoloživom padu. Prvo se na temelju krivulje trajanja protoka iskustveno odabire neki protok turbine (npr. na protoku s trajanjem 20 % vremena) vremena) – primjer na slici 13.

Slika 13. Odabir nazivnog protoka turbine

Odabirom protoka, npr. kao na slici, budu budua hidroelektrana e prera preraivati protok (uokvireno zelenom bojom), dok e se protok, ve vei od nazivnog, propuštati bez prerade u turbini. Temeljem odabranog protoka i raspoloživog pada odabire se turbina, te se uz pomo pomo podataka o efikasnosti turbine (i generatora) u razli razliitim radnim to tokama (podaci se mogu dobiti od proizvo proizvo aa turbine) može izra izraunati o oekivana proizvodnja energije. Na temelju odabranog protoka turbine može se izvršiti i dimenzioniranje ostale glavne opreme elektrane te temeljem toga do doi do procjene troškova za izgradnje hidroelektrane. Odabirom ve veeg nazivnog protoka turbine Q2 mogli bi preraditi tek nešto više vode (razlika uokvirena crveno) a time i proizvesti više elektri elektrine energije u odnosu na odabrani protok Q1 (preraena voda uokvirena zelenim), ali bi i investicijski troškovi u elektranu zna (prera znaajno porasli jer je Q2 cca 50 % ve vei od Q1 (ve (vea turbina, generator i ostala hidromehani hidromehanika i elektrostrojarska oprema), kako je prikazano na slici 14. Konani odabir nazivnog protoka turbine rezultat je pronalaženja optimalne to Kona to ke investicijskih troškova i posljedi posljedine proizvodnje energije.

Slika 14. Usporedba mogu mogu e proizvodnje s obzirom na odabrani nazivni protok turbine

U tu svrhu potrebno je izloženi proces ponoviti sa još nekoliko odabranih nazivnih protoka turbine, odnosno izra izraunati o oekivanu proizvodnju i procijeniti investicione troškove za još neko-

13

14


liko protoka te kona konano odabrati onaj sa optimalnim odnosom investicionih troškova i o oekivane godišnje proizvodnje. Slian proces optimiranja se provodi i kod dimenzioniranja ostale opreme MHe kao što je npr. Sli promjer cjevovoda ili i li kanala. Naime pove poveanjem promjera cjevovoda (uli protoka turbine) smanjuju se gubici strujanja i pove poveava se ukupna proizvodnja a time i prihodi. Sa druge strane se i poveavaju investicijski troškovi. Nakon nekog vremena, tj. daljnjim pove pove poveanjem promjera cjevovoda (ili nazivnog protoka turbine), investicioni troškovi se toliko pove poveavaju da potpuno anuliraju i premašuju pozitivan u uinak pove poveane proizvodnje zbog gubitaka u cjevovodu (odnosno iskorištenju ve veih voda kod ve vee turbine). Optimiranjem se pronalazi ona dimenzija cjevovoda (ili turbine) koja daje najbolji odnos izme izmeu ova dva opre oprena zahtjeva (pove (poveanja prihoda i smanjenja investicije). Shematski je to prikazano na slici sl ici 15.

Slika 15. Pronalaženje optimuma dimenzioniranjem opreme MHe Utjecaj protoka na promjenu raspoloživog pada

Kod hidroelektrana s malim raspoloživim padom može se primijetiti utjecaj promjene protoka na promjenu raspoloživog pada. Efekt se javlja zbog toga što se pri promjeni protoka vodotoka kote donje i gornje vode mijenjaju razli razliitim brzinama.

Slika 16. Promjene raspoloživog pada, protoka kroz turbinu i snage turbine, s promjenom protoka

Naješ Naj eša je pojava da se pove pove anjem protoka raspoloživi neto pad smanjuje, odnosno kota donje vode raste brže nego kota gornje vode. To je naro naroito izraženo u podru podru ju kada protok vodotoka premaši nazivni protok turbine (Qd). Tada dolazi do prelijevanja ustave, odnosno višak vode se propušta mimo turbine. Zbog toga se zna znaajnije pove poveava kota donje vode, s obzirom na pove pove a-

15


nje kote gornje vode, te se smanjuje raspoloživi pad H 1 (u odnosu na nazivni pad H d). Smanjenjem raspoloživog pada, smanjuje se i protok kroz turbinu Q1. Ovisnost promjene protoka o prom jeni raspoloživog pada prikazana prikazana je formulom: Q1 Qd =

H 1 H d

Primjer izračuna proizvodnje električne energije

Sljedei primjer temelji se na prethodno opisanom procesu odabira protoka turbine i izra Sljede izrauna oekivane godišnje proizvodnje. 1. Temeljem krivulje trajanja protoka protoka odabire se protok turbine (u primjeru na 50 % o oekivanog trajanja protoka). 2. Sa krivulje trajanja protoka se u koracima od npr. 10 % (36 dana) oitavaju vrijednosti protoka. 3. Oitanim vrijednostima protoka pridružuju se vrijednosti raspoloživih padova (ukoliko je varijacija raspoloživog pada s protokom zna znaajna). 4. Oitanim protocima pridružuju se od proizvo proizvoaa turbine dobiveni podaci o protoku kroz turbinu za raspoložive padove, te podaci o efikasnosti turbine (i generatora). 5. Temeljem gore navedenih podataka podataka za svaku to toku protoka izra izraunava se snaga elektrane po formuli P i=i · Qi · H i · g . 6. Uzimaju Uzimajui u obzir širinu odabranog vremenskog intervala T (str. (str. 14) za svaku odabranu toku izra to izraunava se proizvedena elektri elektrina energija po formuli: E i= T i · P i. Ukupna o oekivana proizvodnja elektri elektrine energije dobije se zbrajanjem svih pojedina pojedinanih energija (kWh)=Qi · H i · hi · tu ·  g ·  pr · tr · g. E= E i. Ukupna energija može se iskazati i kao: E (kWh) (hi-trajanje pojedinog vremenskog intervala, tu, g ·  pr · tr - koeficijenti iskoristivosti tur bine, generatora, prijenosnog mehanizma, trasnformatora) Rezultati izra izrauna prikazani su u tablici 4. Izraun o oekivane godišnje proizvodnje iz MHe Tablica 4: Izra Protok Nazivni Nazivni vodotoka raspoloživi protok pad m3/s m m3/s Odabrani S krivulje Izm Izmjer jereno eno Odabra Odabrano no vrem. protoka interval 10% 70 6,45 46

Raspoloživi Protok kroz pad tubinu

Eta HE

Snaga

∆T

E

m m3/s kW % GWh Izmjer Izm jereno eno// Podatak Podatak Izračunato Širina Izračunato izračunato/ proizvođača Proizvođača odabranog procijenjeno intervala 4,5 38,42 0,83 1408

20%

60,67

6,45

46

4,95

40,3

0,83

1624

10%

1262

30%

53,78

6,45

46

5,4

42,09

0,83

1851

10%

1446

40%

49,33

6,45

46

6,1

44,73

0,84

2249

10%

1706

50%

46

6,45

46

6,45

46

0,84

2445

10%

1953

60%

43,52

6,45

46

6,55

43,52

0,84

2349

10%

1995

70%

40,78

6,45

46

6,6

40,78

0,84

2218

10%

1900

80%

37,97

6,45

46

6,62

37,97

0,84

2071

10%

1785

85%

36,33

6,45

46

6,63

36,33

0,84

1985

5%

844

90%

34,7

6,45

46

6,64

34,7

0,84

1887

5%

806

95%

32,7

6,45

46

6,65

32,7

0,83

1771

5%

761

100%

26,3

6,45

46

6,66

26,3

0,82

1409

5%

662

Ukupno

15120

16


Grafiki podaci iz tablice prikazani su kako slijedi: Grafi

Grafiki prikaz podataka i rezultata izra izrauna iz tablice 5 Slika 17. Grafi

4. Sustavi malih hidroelektrana hidroelektrana Klasifikacija hidroelektrana

Prema padu Prema raspoloživom padu vode, elektrane se mogu podijeliti na: one s velikim padom: od 100 metara i više, sa srednjim padom: od 30 do 100 metara, sa malim padom: ispod 30 metara. 





Prema nainu korištenja vode protone: snaga vode se koristi kako ona dotje proto dotje e akumulacijske: voda se prikuplja u akumulaciji te se koristi kada je potrebno reverzibilne: dio vode koji nije potreban se viškom struje pumpa u gornju akumulaciju (u vrijeme kada je potrebna dodatna proizvodnja elektri elektrine energije, ta se voda ponovo ispušta i prera prerauje u turbini). 






Prema položaju strojarnice u odnosu na branu pribranske: strojarnica je smještena neposredno neposredno uz branu derivacijske: strojarnica je smještena dalje od brane 



Prema turbini koja se koristi Jednako kao kod klasi klasinih (velikih) hidroelektrana, turbine u osnovi dijelimo na: pretlane ili reakcijske pretla te turbine slobodnog mlaza ili akcijske Kod reakcijskih turbina tlak vode pada prolaskom kroz turbinu, te se potencijalna energija (tlak) u statoru i u rotoru transformira u kineti kinetiku. Zakretanje rotora, odnosno radnog kola uzroku je promjena koli koliine gibanja i reaktivne sile (razlika tlaka, Coriolisova sila i dr.). Osnovni tipovi reakcijskih turbina su: Francisova Kaplanova propelerna (Kaplanova s fiksnim rotorskim lopaticama) Deriazova Kod akcijskih turbina nema pada tlaka prolaskom vode kroz turbinu, jer se sva potencijalna energija (tlak) u statoru transformira u kineti kinetiku. Sila koja zakre zakree rotor je rezultat isklju iskljuivo promjene koli koliine gibanja zbog skretanja mlaza u radnom kolu. Standardni tipovi turbina slobodnog mlaza su: Peltonova Turgo (varijanta Peltonove) Banki-Michellova 

















Tipovi i podjela turbina

Primjena pojedinog tipa turbine odabire se tako da se postigne najve najve a efikasnost, odnosno najvee iskorištenje raspoloživog protoka i pada, uz najmanje investicijske troškove. Odabir tako ovisi o o o ekivanim hidrološkim prilikama, a najviše o raspoloživom padu vode i o o ekivanom protoku. Podru je primjene pojedinih tipova turbina kod malih hidroelektrana, Podru hidroelektrana, ilustrirano je na slici 18.

Podru je primjene pojedinih tipova turbina kod malih hidroelektrana Slika 18. Podru

17

18


Peltonova turbina je primjenjiva za velike padove i male protoke, dok je Kaplanova turbina primjenjiva za male padove i ve vee protoke. Francisova i Banki-Michellova turbina primjenjive su za srednji raspon protoka i padova. podru ja primjene najraširenija. Osovina može biti i hoFrancisova turbina je zbog širokog podru rizontalna i vertikalna. Voda iz tla tlanog cjevovoda se privodi spiralnim cjevovodom po obodu na zakretne statorske lopatice. Statorskim lopaticama se voda usmjerava unutra, na radno kolo, odnosno na rotorske lopatice. Nakon izlaska iz rotora voda ulazi u difuzor. Spiralni cjevovod je esto izveden tako da mu se smanjuje presjek, jer kroz njega te tee sve manje vode (usmjerava se na rotor). Statorske lopatice služe za regulaciju protoka i da se postigne strujanje sa što manje gubitaka i nastrujavanje na rotorske lopatice pod optimalnim kutom. Nastrujavanjem na rotorske lopatice tok vode se zakre zakree i ta reakcijska sila zakre zakree rotor. Ukoliko je raspoloživ protok manji od nazivnog, tada se statorske lopatice zakre zakreu tako da kroz njih prolazi manje vode. Kako je brzina rotora konstantna (zbog konstantne frekvencije generatora i mreže), a brzina nastrujavanja vode iz statora se smanjuje smanjenjem protoka, tako se i kut nastrujavanja na rotor mijenja. Kako kod Francisove turbine nije mogu mogue promijeniti kut zakreta rotorskih lopatica, efikasnost Francisove turbine pada pri protocima protocima manjim od nominalnih. nominalnih. Na slikama slikama 19. do do 21. prikazana prikazana je Francisova turbina.

Slika 19. Spiralni cjevovod, Francisova turbina i Difuzor

Slika 20. Presjek kroz Francisovu turbinu

Slika 21. Mala Francisova turbina s generatorom


Francisove turbine nisu prikladne za jako velike protoke uz male padove jer drasti drasti no rastu dimenzije turbine, niti za velike padove jer brzina radnog kola postaje prevelika. Zato se primjenjuju druga dva vrlo zastupljena tipa turbina. Kaplanova turbina ima aksijalni protok vode kroz turbinu, tako da je raspoloživa površina maksimizirana (u odnosu na radijalno nastrujavanje kod Francis turbina). Time je Kaplanova tur bina prikladna za velike protoke protoke vode. Kod kaplanovih turbina je tako takoer jednostavno izvesti mehanizam za zakretanje rotorskih lo patica, ime se omogu omoguava bolje nastrujavanje pri razli razliitim režimima rada, odnosno optere optereenjima turbine, te se sukladno tome postiže bolja iskoristivost pri razli razli itim optere optereenima turbine. Uz regulaciju rotorskih lopatica, kod Kaplanovih turbina se (kao i kod Francisovih) može regulirati i zakret statorskih lopatica. S obzirom na vrstu regulacije koja se primjenjuje, Kaplanove turbine mogu biti dvostruko regulirane (statorske i rotorske lopatice), jednostruko regulirane (samo rotorske) ili neregulirane (propelerne). Kaplanove turbine prikazane su na slikama 22. i 23.

Slika 22. Presjek kroz elektranu s Kaplanovom turbinom

Slika 23. Neke od izvedbi Kaplanove turbine

19

20


Za visoke padove najprikladnije su Peltonove turbine. Peltonova turbina je u osnovi kolo s nizom dvostrukih "žlica" postavljenih po obodu. Na te "žlice" nastrujava jedan (ili nekoliko) mlazova vode iz mlaznica. U mlaznicama se doga dogaa pretvorba tlaka u kineti kinetiku energiju, a pri prolasku preko zakrivljenih žlica, voda predaje svoju kineti kinetiku energiju radnom kolu i tom akcijskom silom pokree radno kolo. Za razliku od Francisove i Kaplanove, Peltonova turbina nije u cijelosti potopljena re u vodu, ve ve radi u zraku. Snaga se regulira varijacijom protoka kroz mlaznice. Peltonove turbine prikazane su na slikama 24., 25. i 26.

Slika 24. Shema peltonove turbine s generatorom

Slika 25. Detalj radnog kola Peltonove turbine

Slika 26. Detalj mlaznice Peltonove turbine

Posebna varijanta Peltonove turbine je Turgo turbina. Njena specifi specifinost u odnosu na opisanu Peltonovu turbinu je to što su mlaznice postavljene pod kutom u odnosu na os radnog kola. Time se omogu omoguavaju ve vei protoci vode kroz turbinu. Turgo turbine prikazane su na slici 27.


Slika 27. Shema Turgo turbine i detalj nastrujavanja vode na lopatice

Usporedba iskoristivosti pojedinih tipova turbina pri razli razliitim optere optereenjima (odnos protoka i nazivnog protoka, Q i Q0) prikazana je na slici 28.

Slika 28. Iskoristivost razli razliitih tipova turbina ovisno o optere optere enju Sustavi malih hidroelektrana

Shema tipi tipine male hidroelektrane prikazana je na slici 29.

tipine male hidroelektrane Slika 29. Shema tipi

21

22


Kako je prikazano na slici 29. vodotok se usporava i diže se nivo vode ustavom. Podizanjem nivoa vode ustavom dobija se ukupni raspoloživi pad h. Privodnim kanalom se zahva zahvaeni dio vode, tj protok Q, dovodi do strojarnice s turbinom. Višak vode se prelijeva preko ustave. Nakon prolaska kroz turbinu i difuzor, voda se odvodnim kanalom vra vraa natrag u vodotok. Osim prikazanog, ovisno o konfiguraciji terena te odabranom tehni tehnikom rješenju MHe, sustav male hidroelektrane u tipi tipinim izvedbama izgleda kao na slici 30.

Kanal i tla tlani cjevovod

Tlani cjevovod Tla

Kanalska

Pribranska

Tipine izvedbe malih hidroelektrana. Slika 30. Tipi

Uz turbinu s generatorom, koji predstavljaju "srce" hidroelektrane ostali sustavi/elementi malih hidroelektrana su: graevinske strukture gra hidromehanika oprema hidromehani elektrostrojarska oprema pomona oprema pomo 







Graevinske strukture Tipine gra Tipi graevinske strukture koje susre susreemo kod malih hidroelektrana su: brana – služi za kreiranje akumulacije akumulacije i podizanje nivoa vode vode ustava – služi za usporavanje vode, podizanje nivoa vode te lakše izvo izvoenje vodozahvata, vodozahvat – struktura kojom se zahva zahvaa voda iz vodotoka i odvodi prema turbini t urbini (kroz kanal ili cjevovod) kanal – služi za dovod vode do cjevovoda ili strojarnice preljev – izvodi se na brani ili ustavi ustavi a omogu omoguava optimalno prelijevanje viška vode preko brane/ustave strojarnica – u njoj je j e smještena glavna oprema HE: turbina, generator, upravljanje i sl. odvodni kanal – služi za odvo odvo enju vodenog toka od strojarnice natrag do korita rijeke, strukture za skretanje rijeke tijekom izgradnje – nasipi i ostale strukture kojima se omoguava izgradnja na suhom omogu 
















Hidromehanika oprema Hidromehanika oprema omogu Hidromehani omoguava optimalno privo privoenje vode k turbini i odvo odvoenje vode od turbine. U hidromehani hidromehaniku opremu ubrajamo: cjevovod – dovodi vodu do strojarnice, omogu omoguava podizanje tlaka vode rešetke s ista istaima – spre spreava da krupne i sitne ne neisto istoe do dou do turbine. ista istai služe za održavanje maksimalne prohodnosti rešetki, odnosno sprje sprjeavaju taloženje (gomilanje) neisto ne istoa na rešetkama zatvarai i ventili – zatvaraju i otvaraju dovod vode do turbine, i omogu zatvara omoguavaju npr. remont turbine na suhom difuzor – posebno oblikovana "cijev" nakon turbine (šire (širee površine presjeka), služi maksimiranju iskoristivosti turbine. Dizajn difuzora je takav da se minimiziraju gubitci; odnosno da se voda na izlasku iz turbine maksimalno uspori, kako ne bi sa sobom odnijela kinetiku energiju. Kako se cijev difuzora širi, tako se tok vode u njemu usporava. kineti 







Elektrostrojarska oprema generator – sinkroni ili asinkroni. Pojavljuju se sustavi gdje turbina ima varijabilnu brzinu vrtnje (zbog regulacije), te se putem AC-DC-AC konverzije takva turbina spaja na sinkroni generator. prijenosna kutija – može biti biti smještena izme izmeu turbine i generatora upravljanje – služi za puštanje u pogon i izlazak iz pogona, sinkronizaciju s mrežom, održavanje nivoa gornje vode, održavanje ili promjenu snage ili protoka. Na novijim elektranama se upravljanje esto izvodi kao daljinsko i automatsko. rasklopište – služi za povezivanje s mrežom ili drugim potroša potrošaima (prekida (prekidai, transformator, zaštita) 







Pomona oprema transformator vlastite potrošnje DC napajanje – za upravljanje i nadzor mjerenje nivoa gornje i donje vode vatrodojava, tehni tehnika zaštita elektroinstalacije – osvjetljenje, kabeli, uti utinice gromobranska zaštita hidrauliki sustav za upravljanje ventilima i ostalom hidromehani hidrauli hidromehanikom opremom sustav komprimiranog zraka sustav rashladne vode drenažni sustav grijanje, hla hlaenje, ventilacija dizelski agregat dizalice – obi obino mosna dizalica, za montažu i servis glavne opreme – turbina, generator, transformator. 

























Planiranje male hidroelektrane

Planiranje MHe projekta Prvi korak kod planiranja MHe je detektiranje i odabir prikladne lokacije. Po prirodi stvari to e biti lokacija uz neki vodotok (uz rijeke i potoke, to može biti i sustav navodnjavanja ili kakav drugi vodoprivredni sustav). Pri odabiru prikladne lokacije valja imati na umu sljede sljedee klju kljune elemente: karakteristike protoka vodotoka raspoloživ pad dostupnost vode za energetsko iskorištavanje (navodnjavanje, ribolovno podru podru je, raft rafting ing i sl.) sl.) 





23

24












mogunost smještanja postrojenja MHe mogu pristup mehanizacije za izgradnju i dopremanje opreme prihvatljivost izgradnje s aspekta ekologije, ekologije, zaštite kulturne baštine, lokalne lokalne zajednice mogunost priklju mogu prikljuenja na mrežu i/ili lokalne potroša potrošae vlasništvo nad zemljištem za smještaj postrojenja

Ukoliko lokacija preliminarnom procjenom zadovoljava gore navedene kriterije, potrebno je: pokrenuti ispitivanja hidropotencijala hidropotencijala napraviti analizu mogu mogue proizvodnje elektri elektrine energije te približno odrediti nazivni protok turbine i dimenzionirati glavnu glavnu opremu elektrane procijeniti troškove izgradnje (i po potrebi potrebi korigirati nazivni protok turbine) turbine) napraviti preliminarnu analizu isplativosti i izvedivosti investicije ispitati propisanu administrativnu proceduru, i zapo zapoeti s pribavljanjem potrebne dokumentacije rješavati imovinska i pravna pitanja vezana za zemljište odre odreeno za izgradnju paralelno izraditi tehni tehniku dokumentaciju, uspostaviti kontakte s proizvo proizvoaima opreme po isho ishoenju potrebne dokumentacije zapo zapoeti izgradnju naelna shema administrativne procedure za MHe u hrvatskoj je prikazana na slici 31. na 

















Važan element za izradu analize isplativosti je predvi predvianje prihoda budu budue male HE (u slu sluaju da se ona priklju prikljuuje na javnu elektroenergetsku mrežu u statusu povlaštenog proizvo proizvoaa elektrine energije). Status povlaštenog proizvo proizvoaa elektri elektrine energije stje stjee se zadovoljavanjem pro pisane administrativne procedure. Taj status jam jami proizvo proizvoau da e 12 godina po puštanju u komercijalni pogon imati zajam zajamen otkup sve proizvedene elektri elektri ne energije po povlaštenim ci jenama, odre odreenim posebnim tarifnim sustavom. Više o propisanoj administrativnoj proceduri za stjecanje statusa povlaštenog proizvo proizvoaa elektrine energije može se doznati na sljede elektri sljedeim web stranicama: HROTE – Hrvatski operator tržišta energije: www.hrote.hr HERA – Hrvatska energetska regulatorna agencija: www.hera.hr MINGORP – Ministarstvo gospodarstva, rada i poduzetnišva: www.mingorp.hr Najznaajniji zakonski i podzakonski akti vezani uz obnovljive izvore energije su (NN – Na Najzna rodne novine): Zakon o energiji (NN 68/01 i izmjene NN 177/04) Zakon o tržištu elektri elektrine energije (NN 177/04, izmjene 76/07, 152/08) Uredba o naknadama za poticanje proizvodnje elektri elektrine energije iz obnovljivih izvora energije i kogeneracije (NN 33/07, izmjene NN 08/11) Uredba o minimalnom udjelu elektri elektrine energije proizvedene iz obnovljivih izvora energije i kogeneracije ija se proizvodnja poti potie (NN 33/07) Tarifni sustav za proizvodnju elektri elektrine energije iz obnovljivih izvora energije i kogeneracije (NN 33/07) Pravilnik o korištenju obnovljivih izvora energije i kogeneracije (NN 67/07) Pravilnik o stjecanju statusa povlaštenog proizvo proizvoaa elektri elektrine energije (NN 67/07). 



















Utjecaj na okoliš Pri planiranju, izgradnji, i eksploataciji MHe potrebno je primjenjivati mjere zaštite okoliša, odnosno nastojati da efekt izgradnje bude minimalno štetan za okoliš. Utjecaj na okoliš ovisi o karakteristikama lokacije, projektu i odabranoj tehnologiji, a projekti integrirani u tok rijeke imaju manji utjecaj na okoliš nego planinski vodozahvat i odvajanje ve veine vodotoka u cjevovod.


Iz tog razloga se za pogon turbina ne koristi sva raspoloživa voda ve ve  se jedan dio ostavlja da tee prirodnim koritom rijeke (npr. protok 95 % vjerojatnosti – prema krivulji trajanja protoka) te kako korito ne bi presušilo i kako bi se o ouvala flora i fauna. Nadalje, u slu sluaju postojanja brane obi obino se izvodi riblja staza, odnosno sustav kaskada, stu ba kojima se omogu omoguava da ribe prije prijeu visinsku razliku izme izmeu donje i gornje vode. Mogui utjecaji na prirodu tijekom Mogu t ijekom izgradnje objekta su: povean promet na prilaznim prometnicama (buka, emisije, nezgode) pove zahvati na vodotoku tijekom izgradnje – skretanje vodotoka, nasipavanje, iskopi, itd. ozljede na radu Mogui utjecaji na prirodu tijekom Mogu tij ekom eksploatacije objekta su: promjena režima toka (utjecaj na floru i faunu) buka vizualni izgled postrojenja efekti podizanja brane (potapanje zemljišta, voda postaje staja stajaa, stvaranje umjetnog jezera, a ukoliko je veliko jezero onda i mijenjanje lokalne mikroklime – vlaga, magla i sl.) dalekovod. 















Socijalni aspekti Izgradnja i eksploatacija MHe osim na prirodu tako takoer utje utjee i na lokalnu zajednicu na sljede sljedee naine: na stvaranje novih radnih mjesta izgradnja infrastrukture dodatni prihodi lokalne zajednice od razli razliitih pristojbi poveanje kvalitete elektri pove elektrine energije mogui gubitak lokacije za rafting/ribolov, kupanje mogu 









5. Proračuni sustava sustava s ekonomskom ekonomskom analizom Investicijski troškovi

Investicijski troškovi elektrane prili prilino ovise o specifi specifinostima lokacije i odabranoj tehnologiji. Specifini investicijski trošak tako može biti i ispod 1500 €/kW za instalirano postrojenje (npr. za Specifi MHe s malim protocima i velikim padovima – Pelton), pa do preko 3500 €/kW za postrojenja s vrlo malim padovima i velikim protocima, te zna znaajnim gra graevinskim zahvatima. Procjena investicijskih troškova radi se stoga za svaki koncept odnosno projekt individualno, a temelji se na: iskustvenoj procjeni preliminarnom idejnom rješenju ponudama temeljem troškovnika troškovnika opreme i radova Iskustveno je mogu mogue ustanoviti da specifi specifini investicijski trošak: pada s instaliranom snagom pada s pove poveanjem raspoloživog pada Naelno je taj odnos prikazan na slici 31. Na Razlog takvom smanjenju investicijskih troškova je u tome što se pove pove anjem pada omogu omoguava ve vea instalirana snaga uz jednak protok, odnosno bez potrebe za pove pove anjem dimenzija ve veine instalirane opreme. S druge strane pove poveanje instaliranog kapaciteta elektrane u na naelu omogu omoguava niže specifi specifine investicijske troškove zbog postizanja ekonomije razmjera, odnosno zbog toga što ne rastu svi elementi troškova linearno s pove poveanjem snage (npr. upravlja upravljaki i nadzorni sustav elektrane e biti u principu isti za širok raspon instalirane snage). 









25

26


specifinog investicijskog troška s pove pove anjem pada Slika 31: Pad specifi lokacije i pove poveanjem instaliranog kapaciteta.

Investicijske troškove mogu initi: otkup zemljišta graevinski radovi gra hidromehanika oprema hidromehani elektrostrojarska oprema (s dalekovodom i priklju prikljukom na mrežu) pomona oprema pomo 









Takoer treba ra Tako raunati i s ostalim troškovima: dokumentacija (studija predizvodljivosti, izvodljivosti, suo, geološke studije, projektna dokumentacija – idejni, glavni i izvedbeni projekt) dozvole, takse i pristojbe troškovi posjete lokaciji (putni troškovi, angažirano vrijeme) troškovi pravnih i financijskih savjetnika troškovi financiranja tijekom izgradnje (interkalarne kamate, ukoliko se gradi kreditom) troškovi nadzora i vo voenja izgradnje 











Operativni troškovi

Operativni troškovi tako takoer ovise o tipu i veli veliini postrojenja. Orijentaciono, mogu se kretati na razini od nekoliko postotaka prihoda od prodaje elektri elektrine energije do 15 % i više. Operativne (pogonske) troškove MHe mogu initi: zakup zemljišta koncesijska naknada naknada za financiranje vodnog gospodarstva komunalni doprinos komunalije: vlastita potrošnja el. energije, kanalizacija, voda, telekomunikacije trošak redovitog i izvanrednog održavanja trošak ljudi/pla ljudi/plae osiguranje postrojenja pogonska rezerva 

















Ekonomska analiza isplativosti

Ekonomsku analizu isplativosti mogu mogue je provesti ukoliko se ispravno pretpostave svi sadašnji i budui prihodi i rashodi. Tako budu Takoer je zna znaajno odrediti na koji na nain i pod kojim uvjetima e se financirati izgradnja male hidroelektrane: vlastitim kapitalom, kreditom banke (na koliko godina, pod kojim uvjetima), iz nekog tre treeg izvora ili kombinacijom više izvora financiranja. Prihodi elektrane mogu se odrediti iz procjene godišnje proizvodnje, poznavaju poznavajui tarifni sustav za otkup el. energije iz MHe, te pretpostavivši odre odreenu godišnju inflaciju. Rashodi se odnose na


inicijalnu investiciju, te kasnije operativne i financijske rashode (u slu sluaju kredita, otplate kamate i glavnice kredita). Nekoliko je metoda za procjenu isplativosti investicije: Metoda neto sadašnje vrijednosti – uzima sve neto nov nov ane primitke (primici minus izdaci) kroz životni vijek projekta (osim financijskih nov novanih tokova) te ih diskontira na neku godinu (uobiajeno je teku (uobi tekuu godinu u kojoj se odlu odluuje o projektu). Koncept diskontiranja bazira se na injenici da nam nov novani tok koji primimo u budu budunosti vrijedi manje nego nominalno jednak novani tok koji primimo danas. Zbog toga se nov novani tokovi iz budu budunosti umanjuju (za diskontne stope) kako bi se mogli uspore usporeivati s nov novanim tokovima danas, npr. samom investicijom. Prema ovoj metodi projekt je prihvatljiv, ukoliko je neto sadašnja vrijednost projekta ve vea od nule. odre uje diskontna stopa po koMetoda interne stope povrata – ovom se metodom de facto odre joj se trebaju diskontirati svi nov novani tokovi kako bi neto sadašnja vrijednost projekta bila nula. Tako dobivena stopa povrata se uspore usporeuje sa željenom stopom povrata i temeljem toga se odreuje prihvatljivost projekta. Metoda perioda povrata – ovom metodom se utvr uje koliko e godina trebati da elektrana operativnim poslovanjem pokrije investicijske troškove. Više o metodama procjene investicija može se prona pronai u stru strunoj literaturi ili na internetu.

Primjer izrauna isplativosti MHe Ukoliko uzmemo teoretski primjer elektrane od 100 kW, pretpostavimo da je investicijski trošak 20 000 kn/kW, ukupna investicija je tada: 2 000 000 kn. Pretpostavimo da smo hidrološkom analizom i odabirom turbine došli do o o ekivane godišnje proizvodnje od 400 000 kWh (4000 ekvivalentnih ekvivalentnih sati na punom optere optereenju). Uzimaju Uzimajui otkupnu tarifu za elektri elektrinu energiju iz MHe do 1 MW (i uz pretpostavku dovoljnog udjela doma doma ih kom ponenti u investiciji), i nvesticiji), otkupna cijena elektri elektrine energije je 0,7655 kn/kWh, odnosno godišnje prihode možemo procijeniti na 306 200 kn (400 000 kWh × 0,7655 kn/kWh) Pretpostavimo godišnje operativne izdatke elektrane na razini 15 % prihoda, odnosno u godišnjem iznosu 45930 kn (306 200 × 0,15). Godišnji neto operativni prihodi u tom slu sluaju iznose 260 270 kn (306 200 kn – 45 930 kn). Koristei metodu perioda povrata dolazimo do zaklju Koriste zakljuka da e opisani projekt vratiti uložena sredstva za 7,7 godina (2 000 000 kn investicije/260 270 kn godišnjih neto operativnih prihoda). Koristei metodu neto sadašnje vrijednosti, nov Koriste novane tokove projekta možemo prikazati kao na slici 32.

novanih tokova za izgradnju i pogon male hidroelektrane Slika 32. Prikaz nov

27

28


Diskontirani nov novani tokovi su diskontirani sa stopom od 9 % (diskontna stopa uzima u obzir strukturu i cijenu financiranja) te je dobivena neto sadašnja vrijednost projekta 375 887 kn. Drugim rije rijeima NSV je ve vei od 0, što zna znai da je projekt isplativ. Izra Izraunavaju unavajui internu stopu povrata pomo pomou Excel-a ili druge sli sline aplikacije dolazimo do rezultata za internu stopu povrata od 11,55 %. Kako je interna stopa povrata ve ve a od diskontne stope, zaklju zakljuujemo da je projekt ekonomski prihvatljiv. U opisanim kalkulacijama zanemareni su porezni efekti, utjecaj inflacije te utjecaj strukture financiranja. Nesigurnosti planiranja

Izloženi izra izrauni ekonomske isplativosti bazirani su na nizu pretpostavki. Njihovi rezultati su kvalitetni i vjerodostojni koliko su kvalitetni ulazni (pretpostavljeni)podaci s kojima smo pristupili izraunu. Valja imati na umu da: izra troškovi izgradnje u stvarnosti mogu odstupati od procjene zbog promjene cijena, nepredvienih radova i okolnosti nepredvi prihodi, odnosno o oekivana godišnja proizvodnja procijenjeni su za prosje prosjenu godinu. Hidrološke prilike od godine do godine zna znaajno variraju, a sukladno tome i proizvodnja elektrane od godine do godine. Nekoliko sušnih godina odmah po puštanju elektrane u pogon mogu zna znaajno pokvariti investicijsku sliku projekta (zbog vremenske vrijednosti novca) u pogonu se mogu pojaviti neo neoekivani troškovi izvanrednog održavanja ostali faktori nesigurnosti 







6. Završne riječi Male hidroelektrane koriste se sigurnom i kroz mnogo godina isprobanom i usavršenom tehnologijom. Njihov rad je stoga pouzdan i može se o oekivati dug životni vijek takvih postrojenja bez znaajnih zahvata osim redovitog održavanja opreme. Pomo zna Pomou suvremene opreme za automatizaciju i komunikaciju mogu mogue je da male hidroelektrane rade bez stalne posade. Primjena malih hidroelektrana ograni ograniena je povoljnim lokacijama na vodotocima. Planiranje, projektiranje i izgradnja male hidroelektrane predstavlja zahtijevan inženjerski pro jekt u kojem se ispreple ispreplee više struka (strojarstvo, elektrotehnika, gra graevinarstvo, hidrologija, geologija). Osim za prodaju elektri elektrine energije u mrežu, male hidroelektrane mogu se graditi kao samostalna postrojenja za opskrbu energijom udaljenih objekata (vikendica, planinarskih domova i sl.).

Instrument pretpristupne pomoći Obnovljivi izvori energije

Instrument pretpristupne pomoći (eng. Instrument for Pre-Accession Assistance – IPA) pretpristupni je program

za razdoblje od 2007. do 2013. godine koji zamjenjuje dosadašnje programe CARDS, Phare, ISPA i SAPARD. Osnovni ciljevi ovog programa su pomoć u izgradnji institucija i vladavine prava, ljudskih prava, uključujući i temeljna prava, prava manjina, jednakost spolova i nediskriminaciju, administrativne i ekonomske reforme, ekonomski i društveni raz voj, pomirenje i rekonstrukciju te regionalnu i prekograničnu suradnju. IPA Komponenta IV Razvoj ljudskih potencijala

doprinosi jačanju gospodarske i socijalne kohezije, te prioritetima Europske strategije zapošljavanja u području zapošljavanja, obrazovanja, stručnog osposobljavanja i socijalnog uključivanja. Europsku uniju čini 27 zemalja članica koje su odlučile postupno povezivati svoja znanja, resurse i sudbine. Zajednički su, tijekom razdoblja proširenja u trajanju od 50 godina, izgradile zonu stabilnosti, demokracije i održivog razvoja, zadrž avajući pritom kulturalnu kulturalnu raznolikost, toleranciju i osobne slobode. Europska unija posvećena je dijeljenju svojih postignuća i svojih vrijednosti sa zemljama i narodima izvan svojih granica.

Europska komisija izvršno je tijelo EU.

Više o projektu na www.ipa-oie.com w ww.ipa-oie.com

05_male_hidroelektrane.pdf

Recommend Documents