INOVACE ODBORNÉHO VZDĚLÁVÁNÍ NA STŘEDNÍCH ŠKOLÁCH ZAMĚŘENÉ NA VYUŽÍVÁNÍ ENERGETICKÝCH ZDROJŮ PRO 21. STOLETÍ A NA JEJICH DOPAD NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ
CZ.1.07/1.1.00/08.0010
ENERGETICKÉ VYUŽITÍ VODNÍ ENERGIE MALÝMI VODNÍMI STROJI Novotný Petr
TENTO DOKUMENT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY
Energetické využití vodní energie malými vodními stroji srpen 2011
1
Hlavní znaky vodní energie
2
Hydroenergetický potenciál
3
Grafické znázornění hrubého potenciálu
4
Hrubý potenciál mezi body 1-2
5
Rozdělení světového potenciálu PA (TW)
6
Technicky využitelný potenciál PT (kW)
• Vodní elektrárny na vhodných místech • Nevylučuje odběr vody pro další účely • Zvažuje ztráty při transformaci energie • Vyhodnocuje se podle elektráren v provozu, ve výstavbě, v projektu, v plánech • Upřesňuje se s růstem účinnosti strojů
7
Poměr potenciálů PA PT
• Bývá 0.01 až 0.61, podle terénu (nížiny nebo
hory) • V ČR je 0.256 , velká část vodní energie je v malých tocích • PT = 385 MW a PA = 1500 MW • Celoroční využití je cca na 50% to je 190 MW • Budoucnost, mikrozdroje a malé vodní elektrárny nemají však zásadní význam 8
Vodní elektrárny • Průtočné • Špičkové • Přečerpávací
9
Nízkotlaký stroj na vodním toku
10
Vysokotlaký stroj
11
Kaplanova turbína pro malé spády – do 25m
12
Francisova turbína pro spády – od 25 do 400m
13
Peltonova turbína pro velké spády – nad 400m
14
Rozdělení podle výkonu
15
Derivační průtočná elektrárna (bez akumulace)
16
Derivační průtočná elektrárna (bez akumulace)
17
Derivační průtočná elektrárna (bez akumulace)
18
Jezová elektrárna
19
Jezová elektrárna
20
Přehradní elektrárna
21
Neznámější VE v ČR
22
Kaskáda na Vltavě
23
Výškový profil elektrárny Dlouhé Stráně
24
Dlouhé Stráně • Instalovaný výkon • • •
650 MW Výškový spád 547 m Průměr oběžného kola 4540 mm Průtok 68.1 m3 s-1
25
Dlouhé Stráně
26
LIPNO
27
ORLÍK 2002
28
ORLÍK 2002 29
VE ve světě
30
VE ve světě - Čína
31
VE ve světě - Čína • • • • • • • • • •
Tři soutěsky Výška hráze - 185 m Délka hráze v koruně - 1 725 m Délka včetně bočních hrází - 2 335 m Rozdíl výšek hladin - 113 m Objem zadržené vody - 40 miliard m3 Délka jezera - 660 km Plocha jezera - 1000 km2 Počet turbín - 26 Výkon - 18 200 MW 32
33
ITAIPU Brazílie-Paraguay
34
ITAIPU Brazílie-Paraguay
35
ITAIPU
36
Radiálně axiální (Francisova) turbína montáž
37
38
Katastrofy - St. Francis 1928 ...v provozu asi 2 roky
39
Hráz se protrhla o půlnoci...
Povodňová vlna 56 mil až do moře Počet mrtvých asi 500 Rychlost 12 mil za hodinu 40
Bílá Desná 1916 • • • • • • • • • •
objem nádrže: 400 000 m³ výška hráze: 13,16 m šířka paty hráze: 54 m šířka koruny hráze: 5,2 m délka hráze v koruně: 172,80 m kóta koruny hráze: 820 m kubatura hrázového tělesa: 31 920 m³ délka kaskády od bočního přelivu: 40,00 m kóta dna nádrže v nejnižším místě údolí: 806,34 m kóta nejvyšší hladiny vody v nádrži: 818,90 m 41
Projektování - okamžitý průtok
42
Závislost průtoku na výkonu
43
Měrná energie
44
Čistý spád H (m) a hydraulický výkon
45
Celková účinnost
Pc je celkový výkon dodávaný do elektrické sítě
46
Rozdělení turbín
47
Malé stroje Radiální turbína
48
Radiální turbína
49
Radiální turbína 50
Radiálně axiální (Francisova) turbína
51
Oběžné kolo Francisova turbína
52
Diagonální (Dériazova) turbína
53
Axiální (Kaplanovy) turbíny
54
Axiální (Kaplanovy) turbíny
55
Tangenciální ( Peltonova) turbína Peltonův nákres
56
Tangenciální ( Peltonova) turbína
57
Tangenciální ( Peltonova) turbína
58
Hlavní parametry turbín
59
Vodní kola
60
Vodní kolo na spodní vodu
61
Vodní kolo na spodní vodu
62
Vodní kolo na spodní vodu
63
Vodní kolo na spodní vodu
64
Vodní kolo na spodní vodu- vodní pila
65
Vodní kolo na střední vodu
66
Vodní kolo na horní vodu
67
Vodní kolo na horní vodu
68
Bánkiho turbína
69
Bánkiho turbína
70
Bánkiho turbína
71
Velmi malá mikroturbína • Měří pouze 4 mm v průměru, • radiální vtok turbínového kola bylo vyrobené ze silikonu za použití hluboce reaktivního iontového leptání
72
Velmi malá mikroturbína - výroba • Prototyp silikonové mikroturbíny bude vyroben •
• •
použitím polovodičových typů mikrovýroby na konci století. Když bude tento pokus úspěšný vývojáři plánují použít podobnou litografickou techniku k výrobě dalších radiálních přítokových turbín ze silikonových tvrdých kovů (ohnivzdorných látek). Výroba použitím hluboce reaktivního iontového leptání, relativně nová metoda S minimálními změnami tvaru nosné plochy, bude sloužit jako odstředivý kompresor kola. 73
Vrtulová turbína
74
Peltonova turbína
75
Peltonova turbína - geometrie lopatky
76
Peltonova turbína
• Velké stroje mají až 6 dýz • Regulace výkonu posunem jehly a deflektorem
77
Kaplanova turbína s diagonálními rozvaděčem
78
Kaplanova turbína
• Rozvaděč má 24 až 36 otočně uložených
rozváděcích lopat • Oběžná kola mají 3 až 10 lopat, nepřekrývají se • Úhel náběhu oběžných lopat se volí od 10 až 6 do 2 až 0 stupňů po délce lopaty
79
Účinnost vodních turbín v závislosti na měrných otáčkách
80
Hydrodynamická čerpadla jako vodní turbíny
• Nevýhoda v turbínovém provozu jsou
pevné statorové mříže • Výhoda je nízká cena • Souhlasí li průtok se štítkovým údajem čerpadla bude dosaženo shodného výkonu a účinnosti • Asynchronní motor jako generátor
81
Hydrodynamická čerpadla jako vodní turbíny, parametry pro dosažení maximální účinnosti
82
Závěr • Malé vodní elektrárny nemohou zásadně
podpořit potřeby energie v ČR • Velké vodní zdroje jsou vyčerpány • Zbývají jen přečerpávací elektrárny
