vodni viri l.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
VODNI VIRI PowerPoint Presentation
Download Presentation
VODNI VIRI

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 40

VODNI VIRI - PowerPoint PPT Presentation


  • 193 Views
  • Uploaded on

VODNI VIRI. Pripravil: Andrej Grut Mentor: prof. dr. Janez Stepišnik. Uvod. Nekoč so energijo vode uporabljali v mlinih za mletje žita Danes energijo vode uporabljamo za proizvodnjo elektrike – hidroelektrarne

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'VODNI VIRI' - dasha


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
vodni viri

VODNI VIRI

Pripravil: Andrej Grut

Mentor: prof. dr. Janez Stepišnik

slide2
Uvod
  • Nekoč so energijo vode uporabljali v mlinih za mletje žita
  • Danes energijo vode uporabljamo za proizvodnjo elektrike – hidroelektrarne
  • Vse več se izkorišča tudi energija oceanov (valovanja, plimovanja in notranje energije morja)
hidrolo ki cikel
Hidrološki cikel
  • Zaradi sončnega sevanja, ki dospe na površino Zemlje, voda neprestano kroži.
  • Gibanje vode med oceani, ozračjem in kopnim z izhlapevanjem in padavinami.
  • Približno 23% sončnega sevanja se porabi za delovanje hidrološkega cikla
energija potokov in rek
Energija potokov in rek

Voda je najpomembnejši obnovljivi vir energije in kar 21,6%

vse električne energije na svetu je proizvedeno z

izkoriščanjem energije vode oziroma hidroenergije.

V Sloveniji proizvedejo vodne elektrarne približno tretjino

električne energije (drugo dobimo iz jedrskih in fosilnih

elektrarn).

Tehnika gradnje vodnih elektrarn je dobro znana, ni

neznanega in velikega tveganja, voda pri tem ne spremeni

svojih fizikalnik lastnosti:gostota, temperatura, notranja

energija itd.

energija potokov in rek5
Energija potokov in rek

Vodne elektrarne imajo zelo dolgo trajnostno dobo, zelo

dober izkoristek, graditi je mogoče velike enote, njihova

velikost je omejena samo z zemljepisno lego in ugotovljenim

vodnim pretokom.

Postavitev vodne elektrarne zahteva izredno velika

investicijska sredstva, toda (v nasprotju s termoelektrarnami)

zelo majhna obratovalna.

pretok vode
Pretok vode
  • Za postavitev vodne elektrarne je

bistven pretok reke na mestu, kjer je

načrtovana.

  • Podnebje se na daljšo dobo rahlo

spreminja (sušno, normalno, deževno

leto).

  • Za določitev imenskega pretoka se

zato jemlje povprečje zadnjih 10 do 30

let.

  • Pretok reke je odvisen od

topografskih, geoloških in klimatskih

razmer opazovanega področja (lahko se

močno spreminja).

  • Od vseh padavin (P) priteče na

površino zemlje kot tekoča voda (V) le

del. Del padavin porabijo rastline ali pa

takoj izhlapi (R), del padavin ponikne in

ostane pod površino kot talna voda (T).

Del talne vode priteče na plan s

časovnim zamikom kot izvir (I).

P = V + R + T – I

pretok vode8
Pretok vode

Primernost rek za postavitev HE –majhna

sprememba pretoka med letom in velika

zanesljivost predvidevanja pretoka v

posameznih dobah

Drava spada med visokogorske reke, ima

največji pretok pozno spomladi in v začetku

poletja, najmanjšega pozimi

Sava je srednjegorska reka, ki ima dva

maksimuma: spomladi in jeseni

Soča pa je primorska reka, saj ima največji

pretok v dobi zimskega deževja.

vrste hidroelektrarn
Vrste hidroelektrarn

Vodne elektrarne delimo na:

  • pretočne,
  • zajezne (ali akumulacijske) in
  • črpalno-zajezne elektrarne.

Akumulacijska elektrarna

Pretočna elektrarna

preto ne elektrarne
Pretočne elektrarne
  • nimajo možnosti, zbiranja vode za

jezom, temveč sproti izrabijo tisto

količino vode, ki priteka po strugi reke.

  • Voda teče brez zadrževanja skozi

turbine, morebitni presežek pa

neizkoriščen čez jez.

  • Število in velikost turbin sta

prilagojena le nekemu srednjemu

pretoku.

  • primerne za osnovno preskrbo

omrežja z električno energijo

  • čim bolj enakomeren pretok čez vso leto
  • značilni veliki pretoki in majhni padci

Dnevni diagram proizvodnje in zmogljivosti pretočne elektrarne.

razpoložljiva dnevna energija

izrabljena dnevna energija

neizrabljena dnevna energija

zajezne akumulacijske elektrarne
Zajezne (akumulacijske) elektrarne
  • Voda teče v zbiralnik vode

(akumulacijsko jezero) in se nato vodi

na turbine glede na potrebe električnega

omrežja.

  • Zbiralnike v glavnem tvorijo

umetna jezera, ki nastanejo z zajezitvijo.

  • Akumulacija se polni takrat, ko je

pritok reke Qr večji od odtoka skozi

Turbine Qi, in sicer s količino

ΔQ' = Qr – Qi, pri tem je Qr > Qi.

  • Ko pa je pretok reke manjši od Qi, se

akumulacija prazni zaradi odtoka

količine ΔQ' = Qr – Qi, pri tem je

Qr < Qi.

  • značilni manjši pretoki in večji padci

Časovni potek rečnega pretoka Qr v profilu zajezitve za primer popolnega izravnavanja

zajezne akumulacijske elektrarne12
HE delimo glede na akumulacijo

na HE z:

dnevno akumulacijo vode (manjši jezovi), na primer vodne elektrarne na Dravi,

tedensko akumulacijo vode (večji jezovi in pregrade),

letno akumulacijo vode (dolinske pregrade)

sezonsko akumulacijo vode in na

elektrarne s pretočno akumulacijo vode.

Elektrarna z dnevno akumulacijo:

polnjenja bazena (+) v času majhne nočne

obremenitve

praznjenja bazena (-) v času povečanja

obremenitve

Celotni dnevni dotok se v prikazanem primeru

v celoti izkoristi in s tem dosežemo možnost

povečanja instalirane moči na Pd = 1.3 do 1.6

Pp, kjer je Pp instalirana moč pretočne

elektrarne.

Zajezne (akumulacijske) elektrarne

Qsr - srednji dnevni pretok

a - pretočna elektrarna

b - elektrarne z dnevno akumulacijo

Akumulacija energije pri polnjenju bazena

Oddaja akumulirane energije pri praznjenju bazena

Dnevni dotok in njegova izraba v elektrarni

zajezne akumulacijske elektrarne13
Elektrarna s tedensko akumulacijo:

veliko večji akumulacijski bazen

znatno večja množina izkoristljive vode

akumulacija vode od petka zvečer do

ponedeljka zjutraj, takrat elektrarna ne

obratuje

Instalirani pretok se poveča in doseže

vrednosti v mejah 1.5 do 2.5 Qsr.let.

v še večji meri pokrivajo, poleg

osnovne obremenitve, potrebe v času konic.

Elektrarna z letno akumulacijo:

izrablja celoten dotok reke, zato

zahteva zelo velik akumulacijski prostor

(izgradnjo visokih dolinskih pregrad)

akumulacija shranjuje 60-70% letnega

pritoka

kritje primankljaja v času malih voda,

pa tudi za pokrivanje dnevnih konic

Ker pokriva sezonske primanjkljaje, je

njen instalirani pretok zelo visok (2 do 3.5

Qsr.let.).

Zajezne (akumulacijske) elektrarne

Prikaz letne bilance porabe vode pri elektrarni z letno akumulacijo:

zajezne akumulacijske elektrarne14
Elektrarna s sezonsko akumulacijo:

velik akumulacijski prostor, akumulirano

energijo iz ene sezone (mokre) prenese v

drugo (n.pr. pretvori letno energijo v zimsko)

visoka instalirano moč,ki ji omogoča

porabiti akumulirano vodo in takratni naravni

dotok reke v 3 do največ 6 suhih mesecih.

Elektrarne s pretočno akumulacijo:

sklenjena veriga pretočnih HE,

zgornja in spodnja HE v verigi morata imeti

akumulacijo (vsaj dnevno)

najnižja akumulacija izenačuje pretoke ali

da v času, ko veriga stoji pošilja v strugo

biološki, dogovorjen minimum

pokrivanje dnevnih koničnih obremenitev,

manjvredno nočno energijo prenesejo v čas,

ko energijo in moč najbolj potrebujemo

Zajezne (akumulacijske) elektrarne

Primer elektrarn s pretočno akumulacijo

Prikaz dnevne akumulacije pri popolni izravnavi v zadnji elektrarni

rpalno zajezne akumulacijske elektrarne
Črpalno-zajezne (akumulacijske) elektrarne
  • Pomembne v energetski sistemih z termoelktrarnami, nuklearnimi elektrarnami in pretočnimi elektrarnami, zaradi velikih presežkov nočne energije.
  • voda se zbira v dveh zbiralnikih, ki

sta postavljena na različnih geodetskih

višinah.

  • ob večji proizvodnji električne

energije, kot jo potrebujemo, črpamo

vodo iz spodnjega bazena v zgornji

bazen, ki leži mnogo višje

Transformacija nočne, odvečne električne energije v dnevno energijo s pomočjo hidravlične akumulacije.

Primer kombinacije elektrarne s tedensko akumulacijo in elektrarne s črpalno akumulacijo v Mostah

rpalno zajezne akumulacijske elektrarne16
Črpalno-zajezne (akumulacijske) elektrarne

Predonsti črpalno-zajeznih elektrarn:

  • pridobimo oplemeniteno energijo (črpanje v višje ležeče hranilnike vode z

nočnimi presežki električne energije in proizvodnja drage vršne električne

energije podnevi),

  • energijo v rezervi za primer nenavadne potrebe (okvara ene od elektrarn,

ki je v obratovanju, …)

  • takojšen vklop postroja,
  • možnosti hitrih in velikih sprememb moči in
  • velike količine shranjene energije
hidroelektrarne
Hidroelektrarne

Delitev vodnih elektrarn glede na velikost:

  • velike (nekaj 100 MW),
  • srednje (nekaj 10 MW),
  • male (manj kot 10 MW),

Vse imajo enak princip delovanja.

Male hidroelektrarne so manjši objekti postavljeni na manjših vodotokih.

Lahko so:

  • povezane in oddajajo energijo v javno omrežje ali 
  • samostojne in napajajo omejeno število porabnikov.

Majhne hidroelektrarne delimo glede na moč v tri skupine:

  • mikro elektrarne, ki imajo moč manj kot 100 kW,
  • mini elektrarne, ki imajo moč od 100 kW do 1 MW in
  • male elektrarne, katerih moč znaša od 1 MW do 10 MW.
turbinski stroji
Turbinski stroji
  • Sestavljen iz lopatičnega kolesa z pritrjenimi zakrivljenimi lopaticami na obodu
  • Vrtenje v toku delovne snovi (plin ali tekočina)
  • To kolo imenujemo gonilnik
  • Glede na vrsto delovne snovi ločimo: plinske turbine, vetrnice, vodne turbine,…
  • Starejše izvedbe : vodno kolo, vetrnica
  • Novejši turbostroji so sestavljeni iz dveh delov
osnove delovanja turbinskih strojev
Osnove delovanja turbinskih strojev:
  • Poleg gonilnika, ima skoraj vsak

turbinski stroj še vodilnik-to so mirujoče

lopatice, pritrjene na okrov stroja, ki

skrbijo, da ima delovna snov predvideno

hitrost in smer toka.

  • bistvena sprememba hitrosti delovne

snovi v gonilniku

  • Gonilnik in vodilnik skupaj tvorita

turbinsko stopnjo.

  • Delovna snov lahko doteka v aksialni,

radialni, diagonalni, tangencialni

(obodni) in prečni smeri.

  • Smer toka delovne snovi skozi gonilnik turbinskega stroja; A – radialno, B – diagonalno, C – aksialno, Č – tangencialno, D – prečno

Smer toka delovne snovi skozi gonilnik turbinskega stroja; A – radialno, B – diagonalno, C – aksialno, Č – tangencialno, D – prečno

osnove delovanja turbinskih strojev20
v turbinski stroj vstopa energija v

obliki notranje in tlačne energije ter

kinetične energije delovne snovi.

V vodilniku se dogaja prva

preobrazba: zaradi zmanjšanja

pretočnega prereza (šoba) se na račun

zmanjšanja tlačne in notranje energije

delno spremeni v kinetično energijo.

Druga preobrazba se dogaja v

gonilniku: delovna snov zaradi velike

hitrosti močno pritiska na zakrivljene

lopatice in ustvarja silo na obodu.

Kinetična energija se spremeni v delo, ki

se kot vrtilni moment prenaša na gred

stroja

Delitev turbinskih strojev:

enakotlačni

nadtlačni

tlak delovne snovi enak na vstopu in

izstopu iz gonilnika

zmanjševanje tlaka v gonilniku na

račun povečevanja kinetične energije.

Osnove delovanja turbinskih strojev:
vodne turbine
turbinski stroji, pri katerih se

potencialna oz. kinetična energija vode

spreminja v mehansko delo

pretvarjajo v koristno energijo iz

obnovljivih energijskih virov

več vrst vodnih turbin, vsaka je

primerna samo v določenem območju, ki

ga opredeljuje specifična vrtilna

frekvenca, ki je funkcija pretoka in

vodnega padca

za velike padce so primerne

Peltonove turbine, za srednje in manjše

pa Francisove in Kaplanove turbine

glede na prenos energije vodotoka

na turbino ločimo reakcijske in impulzne

turbine

Reakcijske turbine:

gonilnik v celoti napolnjen z vodo

glede na smer toka vode v gonilniku

razlikujemo radialne reakcijske turbine

Francisova turbina), pri katerih je tok

vode pravokoten na os vrtenja gonilnika in

na aksialne reakcijske turbine (Kaplanova

turbina), v katerih je tok vzporeden z osjo

vrtenja gonilnika

Impulzna turbina:

curek vode z visoko hitrostjo izstopa iz

šobe in udarja v posamezno lopatico

Peltonove in Mitchell – Bankijeve

turbine

Vodne turbine
turbina pelton

Turbina Kaplan

Turbina Pelton
  • primerna za majhne specifične

vrtilne hitrosti, majhne pretoke in

velike padce.

KAPLANOVA TURBINA – majhni padci, veliki pretoki

PELTONOVA TURBINA – majhni pretoki, veliki padci

turbina francis
Turbina Francis

FRANCISOVA TURBINA – srednje veliki padci, srednje močni pretoki

Gonilniki Francisove turbine

mo in izkoristek he
Moč in izkoristek HE

Sila curka:

Curek vode brizga v vodoravni smeri proti

navpični oviri in spolzi v posodo na oviri.

Na oviri se delu vode zaradi sunka sile ovire

F0 spremeni gibalna količina

F0dt= vdm-v'dm ;F=-F0

F= (v‘-v) Φm; Φm=ρSv'

Za silo curka dobimo:

F=v'dm/dt= v' Φm= ρSv'2

Curek, ki pada pravokotno na oviro in se od nje z enako veliko hitrostjo odbije, deluje na oviro s silo:

F=2 v' Φm=2ρSv'2

mo in izkoristek he25
Peltonova turbina:

Curek vode brizga s hitrostjo v iz šobe s

presekom S in zadeva lopatice

Upoštevamo, da se gibljejo lopatice s

hitrostjo v' =ωrod šobe proč

Hitrost tekočine glede na lopatico je v-v‘,

oblika lopatice je takšna, da se curek odbije

z enako veliko hitrostjo

Sprememba hitrosti curka je 2(v-v')

Upoštevamo še povprečni masni tok, ki

zadeva lopatice in je enak Φm=ρSv

Povprečna sila curka je tedaj

F=2(v-v') Φm=2 ρSv(v-v')

Povprečna moč je enaka produktu te sile

in hitrosti njenega prijemališča, to je hitrost

lopatice v':

P=Fv'=2 ρSv(v-v')v'

Največjo povprečno moč izračunamo z zahtevo dP/dv'=0

Iz te zahteve sledi

Največja moč je tedaj enaka :

Pmax=0,5 ρSv3=0,5 Φmv2

Moč in izkoristek HE
mo in izkoristek he26
Izkoristek HE:

Upoštevamo, da se vsa potencialna energija

vode spremeni v kinetično

Izkoristek je enak

Za hidroelekrarno Fala je:

ΦV= 550 m3/s

Pdej=58MW

ρ=1000kg/m3

g=9,81m/s2

Δh=14,6m

ηe=?

Torej, izkoristek hidroelektrarne Fala je

74%!

Moč in izkoristek HE
mo in izkoristek he27
Moč in izkoristek HE
  • Dejanski izkoristek vodne elektrarne je zmnožek več izkoristkov:
  • pri tem je ηC izkoristek cevovoda, ηi notranji izkoristek turbinskega stroja, ηm mehanski izkoristek in ηG izkoristek generatorja.
vodne elektrarne in okolje
Prednosti izkoriščanja hidroenergije:

ne onesnažuje okolja (HE emitirajo

majhno količino toplogrednega CO2 in

ostalih onesnaževalcev zraka) ,

dolga življenjska doba in relativno

nizki obratovalni stroški.

nadzorovanje pretoka reke v času

visokih voda (zajezne HE)

možnost namakanja v sušni dobi v

bližini akumulacijskega jezera

Slabosti izkoriščanja hidroenergije:

izgradnja hidrocentral predstavlja

velik poseg v okolje,

nihanje proizvodnje glede na

razpoložljivost vode po različnih

mesecih leta,

visoka investicijska vrednost.

Vodne elektrarne in okolje
  • vodne elektrarne še desetletja ne bodo izgubile svoje pomembnosti.
  • idealno gorivo za proizvodnjo elektrike, saj je v nasprotju z neobnovljivimi viri energije, ki se uporabljajo za proizvodnjo elektrike, skoraj zastonj, ni stranskih produktov in ni onesnaževanja vode ter zraka
energija morja
ENERGIJA MORJA

Energijo morja je mogoče deliti na:

  • notranjo energijo morja,
  • kinetično energijo morskih tokov in
  • potencialno energijo valov in plimovanja

Izkoriščanje energije morja je

povezano z velikimi investicijskimi

stroški in je le v redkih primerih

gospodarsko upravičeno.

notranja energija morja
Notranja energija morja
  • Celotna količina sončne energije,

shranjene v oceanih, znaša okoli

2,23*1020kWh ali kar 146 krat več, kot

je celotna energija, ki jo zemlja od

Sonca sprejme v enem letu.

  • Večina svetlobe se absorbira v

zgornjih plasteh

  • V celotnem ekvatorialnem pasu je na

razpolago med površino morja in globino

1000m povprečna letna temperaturna

razlika od 20K do 24K.

Temperaturne razlike

notranja energija morja31
Notranja energija morja
  • Toplotni stroj, ponavljanje Carnotove

krožne spremembe

  • Izkoristek
  • delovna snov: amoniak, freon,

propan in ostala sredstva z nizkim

vreliščem.

  • Izkoristek toplotne energije morja je

3%.

Princip delovanja OTEC sistema

energija morskih valov
Energija morskih valov

Energija valov v kW/m

  • Valove povzroča veter (posredno energija sonca). Njihova udarna moč lahko

dosega vrednost do nekaj sto ton na kvadratni meter.

  • S seboj nosijo potencialno in kinetično energijo. Najugodnejši pogoji na

zemljepisnih širinah od 40-60 (najmočnejši vetrovi)

energija morskih valov33
Energija morskih valov
  • OSNOVNI PRINCIP
  • Na obali so na poševni betonski konstrukciji nameščene posebne zapore, ki odvajajo vodo skozi dotočne kanale prek zbiralnika na turbino in spet nazaj v morje. Zapore so višinsko porazdeljene, kot je lepo vidno na spodnji sliki, tako da zajemajo visoke in nizke valove.

Vse naprave izkoriščajo eno ali več lastnosti valov:

  • nihajoče navpično gibanje valov,
  • krožno gibanje vodnih delčkov znotraj vala,
  • spreminjanje razdalje med vodno gladino in morskim dnom in s tem povezane spremembe tlaka,
  • butanje valov v obalo.

Osnovni princip izkoriščanja energije valovpri obali

energija morskih valov34
Energija morskih valov

2. PLAVAJOČE RAČKE

Valovanje povzroča nihanje in

rotacijo plovcev, ki so pritrjeni na

plavajočo betonsko platformo.

Rotacijsko gibanje se uporablja za

pogon črpalke, ki tlači olje na tlak

150-200 barov. Ta energija se

uporablja za pogon hidravličnega

motorja, ki poganja generator

Princip delovanja plavajočih račk za izkoriščanje energije morja

energija morskih valov35
Energija morskih valov

3. OWC NAPRAVE (oscillating water column)

  • izkorišča nihanje vodnega

stolpca kot posledico valovanja

  • Zgrajeni so ob obali

na skalnatih območjih, ker morajo biti zelo

stabilni.

Prikaz izvedbe OWC naprave, za instalacijo pridejo v poštev samo skalnate obale

  • Ko pride val, se nivo vode v betonskem zalivu (komori) dvigne, zrak potuje skozi turbino, nato se turbina obrne in deluje tudi, ko val odteka, saj gre zrak iz komore in zopet poganja turbino.

Princip delovanja OWC

energija morskih valov36
Energija morskih valov

4. TAPCHAN

  • Sistem je zgrajen iz bazena, ki

je nekaj metrov dvignjen od gladine in

ima v bazen napeljan konusni kanal.

  • Pretvarjanje kinetične energije

v potencialno

  • Vodna turbina (hidroelektrarna)
  • Enostaven koncept

Zgradba TAPCHAN

energija plimovanja
Energija plimovanja
  • Gravitacijski sili Lune in

Sonca

  • Vpliv Lune približno 2 krat

večji od Sončevega

  • 12,5 urni cikel
  • Razlika med plimo in oseko

na odprtem morju nekaj manj

kot 1m

  • zaradi resonančnih pojavov

se ta razlika na nekaterih

morskih obalah (vzhodna obala

Kanade) poveča do 20m

Vpliv lune in Sonca na plimovanje

  • Gospodarno je mogoče izkoriščati bibavico, če je na razpolago primeren zaliv, ki ga je mogoče pregraditi, in če je razlika med plimo in oseko od 3m do 5m. Takih zalivov je na zemlji okrog 30.
energija plimovanja38
Energija plimovanja
  • 3. faza – obratujejo turbine, voda
  • odteka skoznje v morje, dokler ni
  • dosežen najmanjši padec, ob katerem
  • še lahko turbina deluje
  • 4. faza – zapornice ostanejo zaprte, dokler se gladina v bazenu ne izenači z gladino morja, nakar sledi polnjenje.

Obratovanje poteka v štirih

fazah:

  • 1. faza – bazen se polni v

času plime

  • 2. faza – najvišji možni nivo

v bazenu ostaja ob zaprtih

zapornicah.

Primer enosmerne izvedbe

energija morskih tokov
Energija morskih tokov
  • Morski tokovi so posledica vrtenja Zemlje,

temperaturnih razlik in različnih gostot morja.

  • Celotni energijski potencial je velik, vendar

je gostota energije majhna. Za izkoriščanje je

trenutno raziskanih 12 primernih tokov.

  • Z današnjo tehnologijo bi lahko iz njih

pridobili 1.75PWh.

  • Nizke hitrosti tokov: 4-5 vozlov
  • Premer veternic 15-20 metrov
  • Gradnja prizadene obsežno območje

Idejna zasnova za izkoriščanje morskih tokov na severni obali Daveon-a.

slide40
Viri:
  • Energetski stoji in naprave; Matija Tuma, Mihael Sekavčnik; Fakulteta za strojništvo, 2005
  • Energetski sistemi; Matija Tuma, Mihael Sekavčnik; Fakulteta za strojništvo, 2004
  • Energetski pretvorniki 1; Bogoljub Orel; Fakulteta za elektrotehniko in računalništvo, 1992
  • www2.arnes.si/~rmurko2/MORJE.htm
  • http://www.he-moste.sel.si/