SADRŽAJ SADRŽAJ.......................................................................................................................................... 1. UVOD ........................................................................................................................................... 2.HIDROELEKTRANE ............................................................................................................... 2.1 Definicija hidroelektrana ................................................................................................. 2.2 Podjela hidroelektrana.............................................................................................................. 2.2.1. Podjela prema načinu korištenja ................................................................................................ 2.2.1.1 Akumulacione hidroelektrane .................................................................................................. 2.1.1.2 Reverzibilne hidroelektrane ..................................................................................................... 2.2.2 Prema smještaju postrojenja ....................................................................................................... 2.2.3 Prema padu vodotoka ................................................................................................................. 2.2.4 Prema načinu punjenja akumulacijskog bazena ......................................................................... 2.2.5 Prema udaljenosti strojarnice od brane ....................................................................................... 2.2.6 Prema smještaju strojarnice ........................................................................................................ 2.2.7 Prema ulozi u energetskom sistemu ........................................................................................... 2.2.8 Prema instaliranoj snazi ..............................................................................................................
3. SNAGA DOBIJENA U HIDROELEKTRANA ............................................................... 4. DIJELOVI HIDROELEKTRANE....................................................................................... 4.1 Brana .......................................................................................................................................... 4.1.1. Vrste brana ............................................................................................................................. 4.1.1.1 Vrste brana prema visini ........................................................................................................ 4.1.1.2 Vrste brana prema materijalu ................................................................................................. 4.1.1.3 Vrste brana prema suprostavljanu tlaku vode ........................................................................
4.2 Dovodni tunel .......................................................................................................................... 4.3 Tlačni cjevovod........................................................................................................................ 4.4 Vodna komora ......................................................................................................................... 4.5 Strojarnica ................................................................................................................................ 4.5.1 Vodena turbina ......................................................................................................................
4.6 Odvod iz strojarnice................................................................................................................
5. PREDNOSTI I NEDOSTACI HIDROELEKTRANA ................................................... 1
6. ZAKLJUČAK ........................................................................................................................... 7. LITERATURA ..........................................................................................................................
2
1.UVOD Korištenje hidroenergije je započelo u Mezopotamiji i drevnom Egiptu prije oko 8000. godina, kada se ona koristila za navodnjavanje. Hidroenergija se svugdje koristila. U Indiji se koristilo vodeničko kolo i vodenica, kao i u Rimskom Carstvu, za mljevenje žita u brašno. U Kini se vodenice koriste još od dinastije Han. Hidroenergija se svugdje koristila. U Indiji se koristilo vodeničko kolo i vodenica, kao i u Rimskom Carstvu, za mljevenje žita u brašno. U Kini se vodenice koriste još od dinastije Han. Hidroenergija se koristila u Rimskom Carstvu i za rudarstvo, a sastojalo se se u potkopavanju planine velikim količinama vode, koja je dovođena putem akvedukata s obližnjih planinskih rijeka. Isti akvedukti su rabljeni u ispiranju velikih količina zlata. Ta se metoda koristila u rudnicima Las Médulas u Španjolskoj, Velikoj Britaniji, i ne samo za vađenje zlata, nego i za olovo i kositar. Kasnije se to razvilo u hidraulično rudarenje, a to je korištenje mlazeva vode visokog pritiska, za ispiranje stijena i sedimenata, posebno prisutno za vrijeme zlatne groznice u SAD u 19. stoljeću. Kad je započela industrijska revolucija, parni stroj je preuzimao sve više posla, ali je hidroenergija još uvijek koristila, kao za puhanje mjehova za zrak kod visokih peći, za mlinove, prijevoz teglenica, pogon uspinjača itd.
Prve hidroelektrane 1770.-tih francuski inženjer Bernard
Forest
de
Bélidor
izdaje
knjigu Architecture
Hydraulique, koja opisuje hidraulične strojeve sa horizontalnom i vertikalnom osi.[2] Krajem 19. stoljeća, razvijeni su prvi električni generatori, što je otvorilo mogućnost izgradnje prvih hidroelektrana. 1881. na slapovima Niagare prva moderna hidrocentrala je počela proizvoditi električnu struju, što označava veliku pobjedu Teslina sustava izmjenične struje, koji, za razliku od Edisonova, omogućava prijenos velikih količina električne energije na daljinu. 28. kolovoza 1895., pušten je u pogon prvi hrvatska hidroelektrana Jaruga, koja je druga najstarija hidroelektrana u svijetu i prva u Europi.
3
Kada se promatra količina hidro-energije, tj. električne energije proizvedene u hidroelektranama, tijekom nekog perioda, valja razlikovati dva pojma. Nominalnu snagu koju ta hidroelektrana može ostvariti kada bi cijeli promatrani period radila punim kapacitetom, te stvarnu proizvedenu snagu u promatranom periodu. Omjer godišnje, stvarno proizvedene, snage te instalirane snage je faktor kapacitivnosti. Instalirana snaga je zbroj svih generatora neke države kada bi radili pri nominalnoj snazi tijekom cijele godine. [11] U tablici se nalaze podaci o godišnjoj proizvodnji električne energije koju je objavio BP Statistical Review –Full Report 2009
Godišnja proizvodnja Država
hidro-električne energije (TWh)
Instalirana
Faktor
Postotak od ukupne
snaga (GW)
kapacitivnosti
proizvodnje el. energ.
Kina
585,2
171,52
0,37
17,18
Kanada
369,5
88,974
0,59
61,12
Brazil
363,8
69,080
0,56
85,56
SAD
250,6
79,511
0,42
5,74
Rusija
167,0
45,000
0,42
17,64
Norveška
140,5
27,528
0,49
98,25
Indija
115,6
33,600
0,43
15,80
Venecuela
86,8
-
-
67,17
Japan
69,2
27,229
0,37
7,21
Švedska
65,5
16,209
0,46
44,34
Paragvaj (2006.)
64,0
-
-
-
Francuska
64,4
25,335
0,25
11,23
Jedine zemlje koje većinu električne energije osiguravaju pomoću hidroelektrana su Brazil, Paragvaj, Kanada, Norveška, Švicarska i Venecuela. Međutim, Paragvaj ne samo da proizvodi dovoljno električne energije, putem hidroelektrana, za domaće potrebe, već on iizvozi svoju električnu energiju Brazilu i Argentini.
4
2. HIDROELEKTRANE
2.1. DEFINICIJA HIDROELEKTRANA Hidroelektrana je postrojenje u kojem se potencijalna energija vode najprije pretvara u kinetičku energiju njezinog strujanja, a potom u mehaničku energiju vrtnje vratila turbine te, konačno u električnu energiju u električnom generatoru. Hidroelektranu u širem smislu čine i sve građevine i postrojenja, koje služe za prikupljanje (akumuliranje), dovođenje i odvođenje vode (brana, zahvati, dovodni i odvodni kanali, cjevovodi itd.), pretvorbu energije (vodne turbine, generatori ) , transformaciju i razvod električne energije (rasklopna postrojenja, dalekovodi) te za smještaj i upravljanje cijelim sustavom .
2.2. PODJELA HIDROELEKTRANA Hidroelektrane se mogu podijeliti prema njihovom smještaju, padu vodotoka , načinu korištenja vode , volumenu akumulacijskog bazena , smještaju strojarnice , ulozi u elektroenergetskom sustavu , snazi itd.
2.2.1. Podjela prema načinu korištenja Prema načinu korištenja vode, odnosno regulacije protoka, hidroelektrane se dijele na: - akumulacijske, kod kojih se dio vode prikuplja (akumulira) kako bi se mogao koristiti kada je potrebnije . - protočne, kod kojih se snaga vode iskorištava kako ona dotječe . - reverzibilne ili crpno-akumulacijske, kod kojih se dio vode koji nije potreban pomoću viška struje u sustavu crpi na veću visinu, odakle se pušta kada je potrebnije.
2.2.1.1 Akumulacijske hidroelektrane Akumulacijske hidroelektrane su najčešći način dobivanja električne energije iz energije vode. Problemi nastaju u ljetnim mjesecima kad prirodni dotok postane premali za funkcioniranje elektrane. U tom slučaju se brana mora zatvoriti i potrebno je održavati bar razinu vode koja je biološki minimum. Veliki problem je i dizanje razine podzemnih voda. Potrošnja električne energije ovisi o dobu dana, danu u tjednu, godišnjem dobu itd. U 5
ponedjeljak je špica potrošnje, vrlo velika potrošnja je i svim ostalim radnim danima. Vikendom obično pada potrošnja električne energije. Za popunjavanje dnevnih špica potrošnje grade se reverzibilne hidroelektrane. Postoje dvije izvedbe akumulacijskih hidroelektrana: pribranska i derivacijska. Pribranska se nalazi ispod same brane, a derivacijska je smještena puno niže od brane i cjevovodima je spojena na akumulaciju. Glavni dijelovi akumulacijske elektrane su akumulacija, brana, zahvat, gravitacijski dovod, vodna komora, zasunska komora, tlačni cjevovod, strojarnica i odvod vode.
Slika 1 . Akumulacijska hidroelektrana Lešće
2.2.1.2 Reverzibilne hidroelektrane Za popunjavanje dnevnih špica potrošnje grade se reverzibilne hidroelektrane. Reverzibilne hidroelektrane slične su derivacijskim, ali protok vode je u oba smjera kroz derivacijski kanal. Reverzibilna hidroelektrana ima dva skladišta vodene mase. To su: - gornja akumulacija – istovjetna je akumulacijskom jezeru klasičnih hidroelektrana. Gradnjom brane osigurava se akumulacija vode, koja protiče kroz postrojenje i rezultira proizvodnjom električne energije. - donja akumulacija - voda koja izlazi iz hidroelektrane ulijeva se u drugo, donje, akumulacijsko jezero, umjesto da se vraća u osnovni tok rijeke. Kad je potrošnja električne energije mala voda se pumpa iz donjeg jezera tj. iz nižeg spremnika u gornju akumulaciju tj. u 6
viši spremnik vode. To se obično radi noću, jer je tada potrošnja energije najmanja. Reverzibilna turbina/generator može se ponašati i kao pumpa i kao turbina (obično kao Francis turbina). Danju se prebacuje na proizvodnju električne energije i tada se prazni gornja akumulacija, voda se propušta kroz turbinu, natrag u niži rezervoar i pritom se generira električna struja. To nije baš energetski najbolje rješenje, ali je bolje nego napraviti još nekoliko termoelektrana za pokrivanje dnevnih špica potrošnje. Na sljedećim slikama ćemo vidjeti shemu i izgled reverzibilne hidroelektrane :
Slika 2 . shema reverzibilne hidroelektrane
Slika 3 . Reverzibilna hidroelektrana Velebit
2.2.2. Prema smještaju samih postrojenja Prema smještaju samih postrojenja, odnosno prema vodenom toku čiju energiju iskorištavaju, hidroelektrane mogu biti: 7
- "klasične", na kopnenim vodotokovima: rijekama, potocima, kanalima i sl. - na morske valove -na morske mijene: plimu i oseku. Energija plime i oseke spada u oblik hidroenergije koja gibanje mora uzrokovano morskim mijenama ili padom i porastom razine mora, koristi za transformaciju u električnu energiju i druge oblike energije. Za sad još nema većih komercijalnih dosega na eksploataciji te energije, ali potencijal nije mali.
2.2.3. Prema padu vodotoka Prema padu vodotoka, odnosno visinskoj razlici između zahvata i ispusta vode (klasične) hidroelektrane se mogu podijeliti na: -niskotlačne, s padom do 25 m -srednjotlačne, s padom između 25 i 200 m -visokotlačne, s padom većim od 200 m.
2.2.4. Prema načinu punjenja akumulacijskog bazena Prema načinu punjenja, odnosno veličini akumulacijskog bazena hidroelektrane mogu biti: - s dnevnom akumulacijom, kod kojih se akumulacija puni po noći, a prazni po danu - sa sezonskom akumulacijom, kod kojih se akumulacija puni tijekom kišnog, a prazni tijekom sušnog razdoblja godine - s godišnjom akumulacijom, kod kojih se akumulacija puni tijekom kišnih, a prazni tijekom sušnih godina.
2.2.5. Prema udaljenosti strojarnice od brane Prema udaljenosti strojarnice od brane hidroektrane se dijele na: - pribranske, čija je strojarnica smještena neposredno uz branu, najčešće podno nje - derivacijske, čija je strojarnica smještena podalje od brane. 8
2.2.6 Prema smještaju strojarnice Prema smještaju strojarnice hidroektrane se dijele na: - nadzemne, kod kojih je strojarnica smještena iznad razine tla - podzemne, kod kojih je strojarnica smještena ispod razine tla.
2.2.7. Prema ulozi u elektroenergetskom sistemu Prema njihovoj ulozi u elektroenergetskom sustavu hidroelektrane se mogu podijeliti na: - temeljne, koje rade cijelo vrijeme ili većinu vremena - vršne, koje se uključuju kada se za to pokaže potreba, npr. za pokrivanje vršne potrošnje.
2.2.8. Prema instaliranoj snazi Prema instaliranoj snazi (učinku) hidroelektrane mogu biti: -velike , male , mikro , piko ; Razlika između velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno određeni pa se, na primjer, mogu kretati od 5 kW (u Kini) do 30 MW (SAD-u), dok se kod nas malom smatra HE snage između 50 i 5000 kW. Također valja reći da u nekim zemljama postoji i dodatna podjela hidroelektrana malih snaga na mikro, mini i male hidroelektrane. Velike hidroelektrane su megagrađevine i obično imaju snagu od nekoliko stotina MW do preko 20 GW. Neke zamlje poput Portugala, Španjolske, Irske, Grčke i Belgije su prihvatila 10 MW kao gornju granicu instalirane snage za male hidroelektrane. Mikroelektrane uglavnom imaju snagu do 100 KW, i obično se grade za male odvojene zajednice ili su povezane na dalekovode kao izvor jeftine i obnovljive energije. Piko elektrane uglavnom imaju snagu ispod 5 kW. Povoljne su za jedno ili nekoliko domaćinstava.
9
3. SNAGA DOBIJENA U HIDROELEKTRANAMA Ovisno o veličini hidroelektrane, odnosno volumnom protoku rijeke, snaga hidroelektrane se izračunava pomoću formule: P=q×ρ×g×h× k gdje je: P - dobivena snaga struje i električna energija (električna snaga), W; q - raspoloživi volumni protok vode, m3/s; ρ - gustoća vode (uzima se približna vrijednost 1000 kg/m3); g - ubrzanje sile teže(gravitacijske sile), 9,81 m/s2; h - visina vodenog stupca, tj. raspoloživi vodeni pad (m); k- koeficijent djelovanja hidroelektrane koji poprima vrijednosti između 0 i 1; Koeficijent k ovisi isključivo o vrsti turbina ugrađenih u hidroelektrane. Što su turbine veće i modernije koeficijent, k se približava vrijednosti 1.
4. DIJELOVI HIDROELEKTRANE 4.1 Brana Brana je hidrotehnička građevina koja pregrađuje vodotok ili drugu vodenu masu radi zadržavanja razine vode na željenoj visini. Služi za različite namjene, kao što su stvaranje akumulacija (kontrolirano ispuštanje vode) iliretencija (privremeno zadržavanje vode), zahvat vode (za vodoopskrbu ili navodnjavanje), kanaliziranje vodotokova i u druge svrhe.
4.1.1 Vrste brana Brane mogu biti stalne, pokretne ili mješovite. Stalne brane u cijelosti su nepomične masivne građevine, kojima se ne može regulirati vodostaj uzvodno od brane, a suvišak vode se prelijeva preko krune brane. Brane mogu biti nasute, od kamena (danas rijetko) iliarmiranobetonske. Ako se vodostaj ne može regulirati, podižu se stalne brane većinom samo u gornjem 10
toku planinskih vodotoka ili u duboko usječenim koritima, gdje dizanje vodostaja kod prelijevanja velikih voda ne prouzrokuje štete na obalnom području. Stalne se brane grade do visine od približno 15 m; ako im je visina veća ili ako zatvaraju dolinu u brdovitom terenu, zovu se dolinske pregrade, a ako se grade od zemljanog nasipa, zovu se usporni nasipi. Brane visine do 15 m nazivaju se niske, više od toga nazivaju sevisoke. Pokretne brane sastoje se od pokretnih konstrukcija, tzv. zapornica, smještenih među stupovima. Dizanjem ili spuštanjem zapornica otvara se proticajni presjek vodotoka među stupovima. Tako se regulira proticanje vode kroz branu, a time i vodostaj uzvodno od brane.
4.1.1.1 Vrste brana prema visini Niska brana predstavlja građevinu koja uglavnom ima zadatak da skreće vodni tok ili da podiže vodostaj u koritu i na taj način omogući plovidbu. Svaka niska brana stvara koncentraciju pada i time omogućava iskorištenje vodne snage, može se iskoristiti za vodene sportove, može služiti i za zadržavanje nanosa, za sprječavanje erozije i sl. Niske brane služe i za skretanje vode u cilju napajanja kanala za navodnjavanje polja, kanala za opskrbu industrijskih postrojenja, plovnih kanala, kao i tunela koji odvode vodu do hidroelektrana. Visoke brane služe za stvaranje umjetnog jezera, koje se može upotrijebiti za pogon hidroelektrane, navodnjavanje ili dulju plovidbu. Najviša brana na svijetu je brana Nurek u Tadžikistanu.
4.1.1.2 Vrste brana prema materijalu Na masivnoj pregradi razlikuju se uzvodni dio (izdignut iznad korita) ili tijelo brane, koje se suprostavlja tlaku vode, i nizvodni dio, manje više u obliku ploče položene po koritu, koji se zove slapište. Prednji uzvodni dio, obično okomit, produžuje se do stjenovite ili nepropusne podloge preko priboja ili pražnog zida. Na isti način se završava i prag slapišta na nizvodnom dijelu. Masivne brane stalnog karaktera danas se grade isključivo od betona. Glavni problem u vezi s ovim branama prestavlja propuštanje velike količine vode. Problem se rješava ostavljanjem protočnih polja ili preljeva u tijelu brane, na kojima se smještaju pokretne ustave ili
zapornice.
Visina
ustava,
širina
i
broj
protočnih
polja
zavise
od topografskih i hidroloških uvjeta; one mogu obuhvaćati cijelu dužinu brane ili samo jedan dio. Širina jednog polja može iznositi do 50 m, kod valjkastog tipa ustava. Kod drugih ona obično ne prelazi 30 m. Najviše ustave ne prelaze visinu od 20 m.
11
Nasute se mogu podijeliti u dvije grupe: zemljane brane od homogenog materijala, te zemljane i kamene brane od nehomogenog materijala. Grade se ili na stijeni ili na zemljanom tlu. Nisu jako osjetljive na nejednolika slijeganja, kao ni na potrese. Materijal od kojeg se grade, uvijek u izvjesnoj mjeri propušta vodu, pa postoji procjeđivanje iz gornje u donju vodu. Zbog toga je brana do depresijske linije zasićena vodom, a iznad te linije diže se još kapilarna voda. Ako je temeljni sloj nepropusan, voda izlazi na nizvodnoj strani kao izvor. Da bi se ovo spriječilo, postavlja se drenaža.
4.1.1.3 Vrste brana prema načinu suprostavljanja tlaku vode Gravitacijske brane se odupiru opterećenju od vode i drugih sila vlastitom težinom. Na svaku branu djeluju vanjske sile kao što je tlak na uzvodnoj strani, uzgon vode na spojnici između temelja i tla, tlak leda u umjetnom jezeru (u hladnim predjelima), tlak zemlje i tlak istaloženog nanosa (mulj). Od unutrašnjih sila na branu djeluje vlastita težina, tlak vode u porama (kapilare), sile koje nastaju uslijed promjene temperature betona i sile uslijed skupljanja betona (zaostala naprezanja). Lučne brane prestavljaju zapravo zakrivljene ploče, preko kojih se opterećenje prenosi na temelje u dnu i na bokove. Ako imaju i neke elemente gravitacijske brane, onda se zovu lučno-gravitacijske brane, a ako su dio rotacijskih tijela raznog oblika, zovu se ljuskaste ili kupolne brane. Lučne brane nastale su sa idejom da se uštedi na troškovima materijala i vremenu gradnje. Zbog smanjenih dimenzija imaju mnogo veće deformacije, pa je za njih od velikog značaja i pitanje čvrstoće betona. Rasčlanjene brane se sastoje od više elemenata. Obično su to stupovi ili potpore na koje se oslanjaju ploče ili svodovi. Svaki od stupova mora na tlo prenositi opterećenje jednog polja. Ideja je isto ušteda na troškovima materijala i vremenu gradnje, kada se ne mogu izvesti lučne brane. Uglavnom se razlikuju tri tipa brana s međusobno odijeljenim elementima: -olakšane gravitacijske brane -nagnute ploče oslonjene na potpore ili kontrafore -lukovi oslonjeni na potpore ili kontrafore .
4.2 Dovodni tunel Dovodni kanali su u pravilu provodnici sa slobodnim vodnim licem, a cjevovodi provodnici s tečenjem pod tlakom. Razlikujemo tunele s tečenjem sa slobodnim vodnim licem i tečenjem pod
tlakom.
Dovodni
tunel
hidroelektrana
obično
je kružnog presjeka,
jer
je 12
to hidraulički i statički najpovoljniji oblik. Ali pri malim unutrašnjim tlakovima tuneli imaju oblik potkove. Optimalni je oblik D kružnog tunela, jer je zbroj troškova u elektroenergetskom sustavu minimalan. Prosječna brzina vode u dovodnom tunelu je od 3 do 4 m/s. Ulazna brzina ne treba iz hidrauličkih razloga biti veća od 1,2 m/s. Zbog toga, ulaz tunela ima ljevkasti oblik.
4.3 Tlačni cjevovod Tlačni cjevovod (engl. penstock) je čelični cjevovod (dio cijevi može biti i betonski), koji je postavljen koso ili u nekim slučajevima okomito, a služi da se voda provodi do strojarnice, te završava nesimetričnom račvom kojom se voda dijeli pojedinim vodnim turbinama.
4.4 Vodna komora Vodna komora ili vodostan se gradi u slučaju da je dovodni tunel dugačak (može biti i 10 do 20 km), te pri pokretanju hidroelektrane se vodna masa ne može u kratkom roku (10-20 sekundi) pokrenuti i dobiti brzinu da bi se na vodnim turbinama stvorila dovoljna snaga za proizvodnju električne energije. Da bi se umanjilo neželjeno djelovanje tromosti vode, kao i da bi se izbjegli utjecaji koji nastaju zbog njene stišljivosti (vodni udar), u blizini turbine se grade vodne komore. Osnovna zadaća vodne komore je da se pri ulasku turbine u pogon osigura dio vode prije nego što on poteče u dovoljnoj količini kroz dovodni tunel, te da prihvati dio vode koja se kreće dovodnim tunelom pri zaustavljanju turbina. Na taj način se izbjegava nagla promjena brzine u dovodnom tunelu i pojava vodnog udara .
4.5 Strojarnica Strojarnica je postrojenje u kojem se potencijalna energija vode najprije pretvara u kinetičku energiju njezinog strujanja,a potom u mehaničku energiju vrtnje vratila vodne turbine te, konačno, u električnu energiju uelektričnom generatoru. Iskorištavanje energije vodnog potencijala ekonomski je konkurentno proizvodnji električne energije iz fosilnih i nuklearnog goriva, zato je hidroenergija najznačajniji obnovljivi izvori energije. U zadnjih trideset godina proizvodnja u hidroelektranama je utrostručena, a njen udio povećan je za 50 %, za to je vrijeme proizvodnja u nuklearnim elektranama povećana za 100 puta, a udio oko 80 puta.
4.5.1 Vodena turbina Vodna
turbina je rotirajući motor koji
preuzima energiju gibajuće vode.
Tok
vode
se
usmjerava na lopatice rotora turbine, stvarajući silu na lopaticama. Uzevši u obzir da se rotor 13
vrti, sila djeluje na putu (sila koja djeluje na putu je definicija rada). Na taj način energija se prenosi sa toka vode na turbinu. Na sljedećoj slici možemo vidjeti princip rada turbine :
Slika 4 . Princip rada turbine Vodne turbine se dijele na dvije skupine; reaktivne turbine i impulsne turbine. Na reaktivne turbine dolazi voda, čiji se tlak mijenja kako prolazi kroz turbinu i predaje svoju energiju. Moraju biti u kučištu da bi se održao tlak vode (ili vlak), ili moraju biti u potpunosti uronjene u vodenom toku. Od većine vodnih turbina, u upotrebi su reaktivne turbine i koriste se pri niskom ili srednjem hidrostatskom tlaku. U reaktivnoj turbini pad tlaka se pojavljuje na stacionarnim i pokretnim lopaticama. U reaktivne turbine ubrajamo :
Francisova ,
Kaplanova , Tysonova , Gorlova , Vodeničko kolo i Arhimedov vijak Impulsne turbine mijenjaju brzinu vodenog mlaza. Mlaz udara na zakrivljene lopatice turbine koje mijenjaju smjer mlaza. Rezultirajuća promjena količine gibanja (Impuls_sile) uzrokuje silu na lopaticama turbine. Zbog vrtnje turbine, sila djeluje na put, rad i preusmjereni vodeni tok ima smanjenu energiju. Prije udara u lopatice turbine, mlaznica pretvara pritisak vode (Potencijalna energija) u kinetičku energiju i usmjerava ju na turbinu. Na lopaticama turbine ne dolazi do promjene tlaka, pa turbini nije potrebno kućište za rad. U impulsne turbine ubrajamo : Peltonova , Turgo , turbina sa križmim protokom , Ossberger , Banki , Jonvalova i Teslina turbina . Na sljedećoj slici ćemo vidjeti kako izgledaju : Peltonova, Francisova i Kaplanova turbina .
14
Slika 5 . Vrste turbina
4.6 Odvod iz strojarnice Nadzemne strojarnice nalaze se uz rijeku; iz turbine voda otječe neposredno u korito rijeke ili kanalom, ako je strojarnica udaljena od obale. Kanal se gradi kao u niskotlačnim hidroelektranama, iako ima potpuno obloženih kanala, kada nema poteškoća s podzemnom vodom. Iz podzemnih hidroelektrana voda se odvodi tunelom, koji završava u koritu rijeke ili u odvodnom kanalu. Ako je tunel dug, a protok velik ili se razina vode u koritu znatno mijenja, voda otječe pod tlakom, pa je potrebna donja vodna komora, koja se dimenzionira na istim principima, kao i gornja. Gornji dio donje vodne komore povezan je s atmosferom, i to obično kroz pristupni tunel. Brzine vode u odvodnom tunelu iznose 2 do 3 m/s. Tlačni tuneli su obično obloženi radi smanjenja hrapavosti. Na kraju tunela moraju se predvidjeti vodilice za postavljanje pomoćnihzatvarača i uređaji za njihovo podizanje, da bi se kanal mogao pregledati i popraviti.
5. PREDNOSTI I NEDOSTACI HIDROELEKTRANA Ključna prednost obnovljivih izvora energije, pa tako i hidroelektrana, je smanjena ili u potpunosti eliminirana emisija stakleničkih plinova. Emisija stakleničkih plinova je u potpunosti eliminirana, ako se isključivo promatra samo proces proizvodnje električne energije. Isto se ne može reći za cijelu hidroelektranu, kao sustav sačinjen od brane, turbine i električnog generatora, te hidro akumulacijskog jezera. Međutim, zanimljiva je studija koja je provedene u suradnji Paul Scherrer Institut-a i Sveučilišta u Stuttgartu. Ona je pokazala da su, među svim izvorima energije, hidroelektrane najmanji proizvođači stakleničkih plinova.
15
Velika prednost je što ne koriste fosilna goriva kao pokretač turbine, odnosno električnog generatora. Time električna energija nastala u hidroelektranama postaje rentabilnija, te neovisna o cijeni i ponudi fosilnih goriva na tržištu. Hidroelektrane također imaju predviđen dulji životni vijek nego elektrane na fosilna goriva. Ono što je bitno, u razmatranju hidroelektrana s ekonomskog aspekta, jest da današnje, moderne, hidroelektrane zahtijevaju vrlo malen broj osoblja, zbog velikog stupnja automatiziranosti. Nadalje, cijena investicije u izgradnju hidroelektrane se povrati u razdoblju do desetak godina. Ključni dio hidroelektrane je njena brana. Urušavanje brane može dovesti do velikih katastrofa za cijeli ekosustav nizvodno od brane. Sama kvaliteta gradnje, konstrukcije i održavanje brane nije dovoljna garancija da je brana osigurana od oštećivanja. Brane su vrlo primamljiv cilj tijekom vojnih operacija, terorističkih činova i tomu sličnih situacija. Također jedan primjer koji svjedoči opasnosti ljudskim životima je hidroelektrana Rijeka svojim tokom nosi vodeni materijal u obliku pijeska i mulja. To s vremenom dovodi do taloženja toga materijala u vodenom bazenu, a posljedica toga je smanjivanje dubine vodenog bazena. Zahvaljujući tome, vodeni bazen gubi svoju ulogu. Akumulaciju vodene mase tijekom kišnih razdoblja, a korištenja iste tijekom suhih razdoblja godine. To se može izbjeći gradnjom raznoraznih kanala koji imaju ulogu premosnice, te se tako odvodi taj sediment. Rezultat je da svaka hidroelektrana ima svoj životni vijek, nakon kojeg postaje neekonomična. Također uočeni, negativni, aspekt prilikom gradnje brana je nužnost uništavanja gospodarskih, kulturoloških i prirodnih dobara. Prilikom punjenja hidro akumulacijskog jezera dolazi do nužnog potapanja svega onoga što se našlo ispod površine samoga jezera. Fauna toga područja je primorana na preseljenje, također kao i ljudi. Što se flore tiče, situacija je malo drugačija, prvenstveno u tropskim područjima. Do 2008. se procjenjuje da je kod gradnji hidroelektrana preseljeno sveukupno izmedu 40 do 80 milijuna ljudi širom svijeta.
16
6. ZAKLJUČAK
Električna energija predstavlja jedan od najčišćih oblika energije. Mogućnosti dobivanja električne energije su raznovrsni. Najprihvatljiviji su načini dobivanja iz obnovljivih izvora energije, kao što su hidroelektrane,vjetroelektrane te solarne elektrane. Od obnovljivih izvora energije hidroelektrane su najraširenije. Njihov udio među obnovljivim izvorima energije je oko 88% (podatak za 2005. godinu). To je posljedica više čimbenika. Za razliku od vjetra ili sunca, čiji intenzitet je nepredvidljiv te ovisi o meteorološkim prilikama, voda, odnosno njen volumni protok, je puno stabilniji i stalniji tokom godine. To znači da je i opskrba električnom energijom pouzdanija. Također, vrlo zanimljiva skupina hidroelektrana 17
su reverzibilne hidroelektrane, koje omogućavaju dva režima rada, te kao takve su vrlo isplative
i
poželjne
za
izgradnju.
Procjenjuje
se
da
je
2005.
godine
20%
ukupne svjetske potrošnje električne energije bilo opskrbljeno upravo energijom iz hidroelektrana, što je približno 816 GW.
7. LITERATURA 1. http://hr.wikipedia.org/wiki/Hidroelektrana 2. elektroenergetika.info/he-bih.htm 3. www.riteh.uniri.hr/ 4 . www.izvorienergije.com/energija_vode.html 5 . " Električna postrojenja " Rajko Misita
18
19
