Hydroenergetika Rozvoj prvních civilizací byl spojen s využíváním vodní energie. Stagnující vývoj vodních strojů výrazně urychlila první průmyslová revoluce. V 19. století se začala prosazovat Francisova turbína s radiálním oběžným kolem a dostředivým průtokem s natáčivými rozváděcími lopatkami, Peltonova rovnotlaká turbína pro velké spády a na počátku 20. století Kaplanova přetlaková axiální turbína. Ve 20. století byla postavena velká vodní díla, osazená turbínami se značně velkým jednotkovým výkonem, často v řádu několika set MW. Vzhledem k tomu, že většina typů vodních turbín i velmi velkých výkonů je schopna během velmi krátké doby najet na plný výkon, má vodní energetika každého státu poměrně značný stabilizující význam jak z technického, tak i ekonomického hlediska. Základní typy a rozdělení vodních turbín
Z hlediska průběhu tlaku vody při průtoku oběžným kolem se vodní turbíny dělí na a) Rovnotlaké ( Peltonova turbína) b) Přetlakové ( Francisova, Kaplanova, Deriazova) Pro rozlišování různých typů hydraulických turbín se vžilo odvozené kritérium tzv. hydraulické podobnosti – měrné otáčky
Mají-li dvě turbíny s rozdílnými provozními parametry (spád H, průtok Q, otáčky n) stejné měrné otáčky, jsou si tzv. hydraulicky podobné, mají např. přibližně stejnou účinnost a tvar rychlostních trojúhelníků. Pro měrné otáčky vodních turbín platí vztah:
nq =
333. Q 4
Y3
[m
3
/ s; J / kg
;
] [min ] −1
Aby bylo možno beze ztráty spádu umístit vodní turbínu nad úroveň spodní hladinyvody, spojuje se výstup turbíny se spodní hladinou potrubím s rozšiřujícím se průřezem,které ústí pod spodní hladinou vody, (tzv.savka). (proč jen u přetl. turbín ?) Rozšiřující se průřez savky navíc umožňuje snížit ztrátu výstupní rychlostí vody. Maximální možná "sací výška" turbíny nad spodní hladinou vody plyne z rovnice:
H sg max
∆Y zs pb − p w, ; = − H .σ kr − ρ .g g
[m ]
Řez Peltonovou turbínou (H=721m;n=300min-1; P=110MW)
H – hřídel turbíny; R – natáčivé statorové lopatky; K – lopatky oběžného kola; 1-2-3 průtok vody oběžným kolem Konstrukční schéma Francisovy turbíny
Konstrukční schéma Kaplanovy turbíny
Řez diagonální turbínou ( H=69m; P=75 MW)
Základní typy a provozní vlastnosti hydrocentrál Vodní turbíny jsou většinou součástí hydrocentrál, kde transformují potenciální energii vody vyjádřenou měrnou energií respektive spádem a objemovým průtokem .Vzájemná vazba provozních parametrů a je dána přírodními podmínkami v místě hydrocentrály. Výkon turbíny:
P = Q . H . g . ρ .η
[W ]
Výkon se reguluje změnou objemového průtoku, - je obvykle řešeno natáčením rozváděcích nebo oběžných lopatek, případně kombinací obou. Podle systému soustředění energie (průtoku a spádu) se dělí hydrocentrály na: 1) Přehradní a jezové – využívají vzdouvacího zařízení (jez, přehrada). 2) Derivační – odvádí vodu z původního koryta přivaděčem a po průtoku turbínou jí opětně přivádí do koryta. 3) Přehradně derivační – vzdouvacím zařízením je přehrada, která soustřeďuje spád i průtok. Voda je zvláštním přivaděčem vedena k turbínám. 4) Přečerpávací – má horní a dolní nádrž. V době nedostatku elektrické energie je voda pouštěna z horní nádrže do spodní a dodává elektrickou energii do rozvodné sítě. V době přebytku elektrické energie přečerpává zpět vodu z dolní nádrže do horní, k tomu využívá elektrickou energii odebranou ze sítě. Obvykle je osazena reverzními turbínami, které mohou pracovat i v čerpadlovém režimu.
Vodní elektrárny ČEZ Vodní elektrárny
Instalovaný výkon MW
Rok uvedení do provozu
Lipno I
2 x 60
1959
Orlík
4 x 91
1961 - 1962
Kamýk
4 x 10
1961
Slapy
3 x 48
1954 - 1955
2 x 11,25
1943 - 1944
2 x 6,94
1936
Štěchovice I Vrané Celkem Malé vodní elektrárny
705 Instalovaný výkon MW
Rok uvedení do provozu
Lipno II
1 x 1,5
1957
Hněvkovice
2 x 4,8
1992
Kořensko I
2 x 1,9
1992
1 x 1,2; 1 x 0,56
1977
Dlouhé Stráně II
1 x 0,16
2000
Kořensko II
1 x 0,94
2000
2 x 0,315
1994
Mohelno
Želina Celkem Přečerpávací vodní elektrárny Štěchovice II Dalešice Dlouhé Stráně I
727 Instalovaný výkon MW
Rok uvedení do provozu 1 x 45
1947 - 1948
4 x 112,5
1978
2 x 325
1996
Celkem
1 145
Celkem vodní elektrárny
1 868
Název
1. Three Gorges Dam
Datum dokončení
Celkový výkon (GW)
Čína
2009*
14,1 (k prosinci 2007) 22,5 (po dokončení)
Země
2.
Itaipú
Brazílie/Paraguay
1984/1991/2003
14
3.
Guri (Simón Bolívar)
Venezuela
1986
10,2
4.
Tucurui
Brazílie
1984
7,96
5.
Grand Coulee
USA
1942/1980
6,809
6.
Sayano Shushenskaya
Rusko
1983
6,721
7.
Krasnoyarskaya
Rusko
1972
6
8.
Robert-Bourassa
Kanada
1981
5,616
9.
Churchill Falls
Kanada
1971
5,429
10 .
Bratskaya
Rusko
1967
4,5
Tři soutěsky- Čína
• • • • • • •
Největší vodní elektrárna na světě Nachází se na řece Jang-c, v Čině Instalovaný výkon: 14,1 (22,5) GW Počet turbín: 20 (32) Převýšení: 185 m Datum výstavby: 1994 - 2009 Plocha nádrže: 1.084 km2
Itaipú
Nachází se na řece Parana na hranici Brazílie a Paraguay Instalovaný výkon: 14 GW Počet turbín: 20 Převýšení: 196 m Datum výstavby: 1984 - 2003 Plocha nádrže: 1.350 km2
Guri- Venezuela
Nachází se na řece Caroní ve Venezuele Instalovaný výkon: 10,2 GW Počet turbín: 20 Převýšení: 162 m Datum výstavby: 1978 - 1986 Plocha nádrže: 4000 km2
Tucurui-Brazílie
Nachází se na řece Tocatins, Brazílie Instalovaný výkon: 7,96 GW Počet turbín: 11 Převýšení: 106 m Datum výstavby: 1975 - 1984 Plocha nádrže: 2875 km2
Grand Coulee • • • • • •
Nachází se na řece Kolumbia, USA Instalovaný výkon: 6,8 GW Počet turbín: 33 Převýšení: 168 m Datum výstavby: 1933 – 1941, 1966 - 1974 Plocha nádrže: 337 km2
Sajano-Šušenskaja
Nachází se na řece Jenisej, Rusko Instalovaný výkon: 6,72 GW Počet turbín: 10 Převýšení: 245 m Datum výstavby: 1983 Plocha nádrže: 356 km2
