HIDROELEKTRANE FAKULTET PROMETNIH ZNANOSTI ELEKTROTEHNIKA
Kristina Topolovec
SADRŽAJ 1. Uvod……………………………………………2 2. Povijesni razvoj………………………………...3 3. Tipovi hidroelektrana…………………………..4 4. Velike hidroelektrane…………………………..6 5. Male hidroelektrane………………………….....7 6. Osnovne komponente klasične hidroelektrane....9 7. Hidroelektrane u Republici Hrvatskoj………....11 8. Zaključak…………………………………..…..13 9. Literatura……………………………………....14
2
Uvod Hidroelektrane ili hidroelektrične centrale su električne centrale koje uz pomoć vodenih turbina pretvaraju potencijalnu energiju, koju sadrži voda, u kinetičku ili mehaničku energiju koja se onda koristi za obrtanje električnog generatora. Iskorištavanje energije vodenog potencijala ekonomski je konkurentno proizvodnji električne energije iz fosilnih i nuklearnih goriva i zbog toga je hidroenergija najznačajniji obnovljivi izvor energije. Proizvodnja u hidroelektranama u poslijednjih trideset godina je utrostručena a njezin udio se povećao za 50%. Ti podaci nam govore da hidroelektrane brzo razvijaju svoju proizvodnju no i dalje značajno zaostaju za proizvodnjim u nuklearnim elektranama kao i u termoelektranama. Postoji više tipova hidroelektrana koje se djele na Protočne hidroelektrane, Akumulacijske hidroelektrane i Reverzibilne hidroelektrane kao što i postoje tipovi elektrana s obzirom o količini vode i visini vodenog pada: hidroelektrane s visokim padovima i relativno malom količinom vode; hidroelektrane sa srednjim i niskim padovima; hidroelektrane s niskim padovima i relativno velikom količinom vode.
3
Povijesni razvoj Prva hidroelektrana izgrađena je 1880. godine u Northumberlandu u Engleskoj. Nakon masovne uporabe ugljena kao primarnog energenta, za preporod hidro energije najviše su zaslužni razvoj električnog generatora, usavršavanje vodenih turbina te porast potražnje za novom energijom na prijelazu u 20. stoljeće.Trenutačno najveća hidroelektrana na svijetu, Itaipu, nalazi se na rijeci Parana, na granici između Brazila i Paragvaja, a sagrađena je 1982. godine. Hidroelektrana je imala znaćajan utjecaj na Industrijsku revoluciju iako je parni stoj vec bio izumljen. Također, hidroenergija je bila jedan od primarnih energenata za probijanja morskih kanala (Panamski kanal, Sueski kanal) kojima je sredinom 19. st. dovožen jeftini ugljen. Hidroelektrane proizvode oko 24% svjetske el. energije koju dostavlja za više od milijardu stanovnika.
Sl.1. Hidroelektrana Itaipu
4
Tipovi hidroelektrana Postoje tri osnovna tipa:
1.Protočne hidroelektrane Ove hidroelektrane imaju najmanji utjecaj na okoliš i okolinu.Najjednostavnije se za izradu ali ovise o trenutnom protoku vode. Njihova se uzvodna akumulacije moze isprazniti za manje od 2 sata pri nazivnoj snagi ili takva akumulacija uopće ne postoji. Kinetička energija vode se direktno koristi za pokretanje turbina.
2.Akumulacijske hidroelektrane Postoje dvije vrste akumulacijskih hidroelektrana, pribranske i derivacijske. Pribranske su smještene ispod same brane a derivacijske puno niže i spojene su cjevovodima s akumulacijom. Nedostaci ovih hidroelektrana su otežan ili nikakav pogon ljeti zbog smanjenih vodenih tokova. Uobičajne komponente: akumulacija, brana, vodena komora, zahvat, tlačno cjevovod, gravitacijski dovod, zasunska komora, strojarnica, odvod vode.
5
3.Reverzibilne hidroelektrane Ove hidroelektrane imaju dva skladišta vodene mase.To su gornja akumulacija i donja akumulacija. Reverzibilnim turbinama voda se iz donjeg akumulacijskog jezera pumpa natrag u gornje akumulacijsko jezero. Donja akumulacija služi za punjenje gornje akumulacije. Ove elektrane su energetski neefikasne a jedina reverzibilna hidroelektrana u Hrvatskoj je RHE Velebit.
6
Velike hidroelektrane Velike hidroelektrane su megagrađevine koje zaslužuju svaku pažnju. Snaga postrojenja i proizvodnja energije ovise o visini pada odnosno visini brane jer štoje brana veća postoji veći energetski potencijal. Energetski potencijal je direktno proporcionalan visini pada, tako da ako ista količina vode pada sa dva puta veće visine proizvodi duplo više električne energije. Također, ovisi i o raspoloživom protoku vode jer električna snaga i energija također su proporcionalne količini vode koja prođe kroz turbinu. Znači, ako dva puta više vode prođe kroz turbinu, električni potencijal bit će dva puta veći. Hidroelektranin utjecaj na okolinu ovisi o nekoliko čimbenika: Veličina i brzina protoka rijeke na kojoj je hidroelektrana izgrađena, oblik sredine prije gradnje i klimatski uvjeti, vrsta i veličina hidroelektrane,te više elektrana na jednoj rijeci čiji su učinci na ekosustav jedne elektrane zavisni o učincima druge elektrane ako nisu relatinvo blizu jedna drugoj. Hidroelektrana Tri klanca u Kini, 2009. godine kad ce biti puštena u pogon, bit ce najveća elektrana na svijetu i davat ce 85 milijardi kilovatsati struje godišnje, sa svojim 26 divovskih turbina. To je otprilike 18 osrednjih nuklearki. Hidroelektrana Itapu je trenutačno najveća hidroelektrana na svijetu koja se nalazi na rijeci Parana na granici Brazila i Paragvaja. Instalirana snaga hidroelektrane je 14 GW, sa 20 generatora od po 700 MW. 1994. godine Američko udruženje građevinskih inženjera proglasilo je branu Itaipu za jedno od Sedam čuda modernog svijeta. U izgradnji brane utrošeno je 50 milijuna tona zemlje i kamena a od kamena upotrijebljenog upotrijebljenog u izradi dalo bi se napraviti oko 210 stadiona veličine najvećeg stadiona na svijetu, Brazilske Marakane. Od svog tog čelika moglo bi se napraviti 280 Eifelovih tornjeva. Brana je dugačka 7235 metara a na njoj je radilo 40 000 ljudi!
Sl.2. Tri klanca, Kina
7
Male hidroelektrane Pojam malih hidroelektrana gleda se sa različitih gledišta. Razlika između hidroelektrana i malih hidroelektrana je u instaliranoj snazi. Razlikuju se od zemlje do zemlje ovisno o njihovim standardima, topografskim, meteorološkim i morfološkim karakteristikama lokacije kao i o stupnju tehnološkog razvoja i ekonomskom standardu zemlje. Na primjer, u nekim zemljama gornja granica instalirane snage je 10 MW ( Portugal, Španjolska, Irska…) dok je opet u drugim zemljama 1.5 MW,3 MW, 15 MW, 25 MW. Klasifikaciju vrše nacionalni energetski odbori. Male hidroelektrane se često kategoriziraju u male, mini i micro hidroelektrane. Ove male elektrane nemaju nikakav štetan utjecaj na okoliš dok se za velike smatra da rade veliku štetu u ekosustavu; utjecaj na slatkovodni živi svijet, poplavljivanja i utjecaji na tlo, povećana razina metana i ostalih štetnih plinova koji nastaju u samoj izgradnji hidroelektrana. U usporedbi sa velikim hidroelektrane gotovo da nemaju nedostataka.One nemaju troškova distribucije električne energije kao ni negativan utjecaj na ekosustav dok ih je jeftino održavati.
Sl.3.Mikro hidroelektrana
8
Sl.4.Princip sustava male hidroelektrane
9
Osnovne komponente klasične hidroelektrane Brana: Brana je građevina čija je zadaća osiguravati akumulaciju vode iz akumulacijskuh jezera od kud se većina hidroelektrana opskrbljuje vodom
Turbine: Za visoke padove, preko 200 metara, upotrebljavaju se Peltonove turbine. Kod njih se potencijalna energija vode u provodnom dijelu pretvara u kinetičku i u obliku vodenog mlaza pokreće lopatice turbine pretvarajući kinetičku energiju u mehaničku.
Za srednje padove, do 200 metara, koriste se Francisove turbine kod kojih provodni dio s lopaticama okružuje kotač. U provodnom dijelu potencijalna energija vode samo se djelomično pretvara u kinetičku tako da s određenim nadpritiskom dospijeva u obrtno kolo (kotač) kojemu predaje svoju energiju.
Za niske padove, do približno 40 metara, koriste se Kaplanove turbine koje su slične Francisovima, s tim da im je broj lopatica puno manji.
Ulazni presjek: Otvor na brani se otvori i uslijed gravitacije voda kroz cjevovod dolazi do trubine.
10
Generator: Generator je uređaj koji generira električnu energiju. Serije magneta se unutar namotaja žica rotiraju čime se ubrzavaju elektroni koji proizvode električni naboj. Osnovni djelovi generatora: rotor, stator, osovina, uzbudni namot
Transformator: Transformator na izlazu iz elektrane povećava napon izmjeniène struje tj. smanjuje jakost struje da bi se smanjili guvitci tokom prijenosa energije.
Izlazni presjek: Kroz njih se iskorištena voda se vraća u donji tok rijeke.
Dalekovodi: Sastoje se od 4 vodiča od kojih 3 nose struju iz transformatora a četvrti je nul-vodič
Sl.5. Generatori električne energije u hidroelektrani 11
Hidroelektrane u Republici Hrvatskoj Prva hidroelektrana u Hrvatskoj izgrađena je na Skradinskom buku na rijeci Krki 1895. godine. Do II. Svjetskog rata izgrađeno je 153 malih HE. Najveće hidroelektrane u Hrvatskoj su na rijeci Dravi (HE Varaždin, HE Čakovec i HE Dubrava). Godišnje, prosječna proizvodnja električne energije iznosi oko 6,1 TWh. Više od polovice električne energije u Hrvatskoj dobiva se od strane hidroelektrana. U pogonu je 25 hidroelektrana koje su podjeljene na 15 pogona a oni su opet podjeljeni na tri teritorijalna područja (sjever, zapad, jug) te samostalni pogon HE Dubrovnik. Sve hidroelektrane u sklopu HEP-a posjeduju "Certifikat za proizvodnju elektriène energije iz obnovljivih izvora". Uz postojeća postrojenja u Hrvatskoj se planira gradnja još 10 velikih hidroelektrana.
12
Sl.6. Elektrane u Hrvatskoj
13
Zaključak Hidroenergija je obnovljiv ali ne i održiv i čist način dobivanja električne energije. Pod održljivosti se podrazumjeva da nema daljnjeg uništavanja ili većih šteta na važnim riječnim ekosustavima i biološkoj raznolikosti. Mnoge europske direktive i menunarodni dokumenti odnose se na ovaj problem, ali njihova provedba, koja je prijeko potrebna da se sačuvaju rijeke i biološka raznolikost,je tek u začećima.
14
Literatura 1. Internet http://bs.wikipedia.org/wiki/Hidroelektrana 2. Drvo znanja Male hidroelektrane: javno ili privatno dobro (knjiga)
15
