Vízenergia
Teljesítmény szerint Mikro (-100 kW) Kis (-10 MW) Nagy
Beépítés szerint Folyóvízi erőmű: Folyóra vagy patakra telepített elektromos energiát előállító vízerőmű Tározós erőmű: Magasan fekvő víztározóba kis vízhozamú folyó vizét felduzzasztják és csak a villamosenergia fogyasztási csúcsokon helyezik üzembe a vízturbinát. Szivattyús-tározós rendszer: Az alacsonyabb szinten lévő folyóból (tározóból) egy magasabban fekvő tározóba szivattyúzzák fel a vizet, majd elektromos energiát termelnek a tárolt vízzel. Árapály erőmű: A tenger árapályjelenségéből adódó vízszintkülönbségek hasznosítására telepített speciális vízerőmű. Hullámerőmű: A tenger hullámzásának energiáját hasznosító erőmű a tengerben vagy a parton. Tengeráramlat-erőmű: Erős tengeráramlatok kinetikus energiájának hasznosítására szolgáló erőmű.
A turbina típusa szerint ►
►
►
Pelton-turbina: ► az egyik legjobb hatásfokú vízturbina. ► Nagy esésnél optimális, kis vízhozam esetén is jól dolgozik. Francis-turbina: ► a jelenleg leggyakrabban használt vízturbina. ► Járókerekébe a külső átmérőjétől befelé áramlik a víz. Közepes és kicsi esés (10 métertől néhány száz méterig); közepes és nagy vízhozam esetén. Kaplan-turbina ► Propeller/hajócsavar alakú vízturbina állítható lapátokkal. A Francis-turbina továbbfejlesztéseként nagy vízhozamú, kis esésű vízierőműveknél alkalmazzák.
A 3 turbinatípus hidraulikus hatásfokának javulása az elmúlt 100 évben
IEA Technology Roadmap 2012
Pelton-turbina
Francis-turbina
Kaplan-turbina
A - víztározó, B - gépház, C - vízturbina, D - generátor, E - vízbevezetés, F - frissvíz csatorna, G - villamos távvezeték, H - folyó
Folyóvízi erőmű Nagy esés
+ +
Nagy vízhozam = nagyerőmű Kis vízhozam = kiserőmű (<10 MW)
Mikroturbinák esetében elérhető teljesítmény: P=QxHxg ahol P = elméleti villamos teljesítmény (kW) Q = vízhozam (m3/s) – legalább 0,6 liter/sec H = esési magasság (m) – legalább 1 méter g = gravitációs állandó (9.8 m/s2)
Mikroturbinák esetében a hatásfok ~50%
Megtermelt vízenergia növekedése régiónként (az összkapacitás 2010-ben meghaladta az 1000 GW-ot)
IEA Technology Roadmap 2012
A 2005 óta üzembe helyezett áramtermelő kapacitások által megtermelt energia vízerőművek
összes többi megújuló
IEA Technology Roadmap 2012
Vízerőművek által megtermelt villamos energia 2050-ig IEA Roadmap szerint Lassuló növekedési pálya
IEA Technology Roadmap 2012
A megújuló energiaforrások részaránya az áramtermelésben az EU-ban 1990-2012 között forrás: Eurostat és BP Statistical Yearbook 2014, szerk. Szalontai L
Első tíz legtöbb áramot termelő
IEA Technology Roadmap 2012
Legnagyobb részarány
IEA Technology Roadmap 2012
5 legnagyobb
► Három szoros (Jangce) – 22 500 MW ► Itaipu (Parana): Brazília, Paraguay – 14 000 MW ► Guri (Caroni): Venezuela – 10 300 MW
► Szajan-Susenszk (Jenyiszej): Oroszo. – 6 400 MW ► Grand Coulee (Columbia): Egyesült Államok – 6 180 MW
Itaipu (BRA/PAR) 2. teljesítmény: 14000 MW de a legtöbb áramot termeli Paraguay áramellátásának 90%-a Brazília áramellátásának 20%-a HVDC (High Voltage Direct Current) 800-900 km
Célok ► Energiatermelés
► Villamos rendszer működésére egyéb kedvező hatások ►
Gyors reagálás (ki- és bekapcsolás egyaránt)
►
Nagy léptékű energiatárolás
►
Frekvenciaszabályozás
► Öntözés ► Hajózás
► Árvízvédelem
Problémák, kihívások, korlátok Időjárásfüggés: aszály
Brazilia: 70% vízenergia az áramtermelésben 2015. január – az erőművek leállítása a DK-i országrészben pl. Sao Paulo
Eredmények pozitívumok ►
►
Egyenletes vízjárás (?) ►
Áradások megszűnése (?)
►
Hajózhatóság
Folyamatos öntözés ►
►
Új öntözött termőterületek
Energiatermelés CO2-emisszió nélkül Általában szabályozható ►
Villamosítás
►
Iparfejlesztés (vegyipar)
-
negatívumok
Tározótér feliszapolódása Lakosság kitelepítése Természetes talajerő-utánpótlódás megszűnése Bilharzia (belső élősködő féreg) elterjedése Halászat visszaesése a deltavidéken (Nílus) Másodlagos szikesedés – terméscsökkenés Régészeti leletek elveszítése
A vízerőművek további (környezeti) kockázatai ►
Üzemeltetés-biztonság ►
gátszakadás kockázata
►
Párolgás a tározó tereknél;
►
Vízminőség változás a tározóterekben (főleg szennyezett víz esetén)
►
Biodiverzitás csökkenése ►
nagy területigényű víztározók (Al Gore: Mérlegen a Föld, 1993)
►
vándorló hajfajok mozgásának korlátozása (hallépcsők)
Megoldás ► Árvízvédelem helyett VÍZGAZDÁLKODÁS; ► Gigantikus erőművek helyett mikroenergetikai
rendszerek; ► Óriáshajók helyett kisebb merülési mélységű
hajók alkalmazása; ► Gazdasági csoportok érdekei helyett hosszú
távú, közösségi érdekek!!
Három szoros erőmű (Jangce) – 18200 MW: 26 turbina x 700 MW + későbbiekben 6 további turbina x 700 MW +2 további 50 MW-os turbina főleg saját áramigény fedezésére
Mindösszesen 22500 MW
Runner of a Francis turbine used for the Sanxia (Three Gorges Dam) power plant, China.
Eufratesz – Ata türk gátrendszer megépítése előtt
Eufratesz – Ata türk gátrendszer megépítése után
Európa részesedése a beépített kis vízerőművekből
► ► ► ►
Európába kb. 14700 törpe és kis vízerőmű üzemel (<10 MW) A nagy erőművek terén Európában már nem jelentősek a gazdaságilag kiaknázható tartalékok. A kis erőművek terén jelentős kiaknázatlan lehetőségek rejlenek Ezért fejődésük várható, nem utolsó sorban a támogatások miatt is Az erőművek élettartama igen hosszú 45% - több mint 60 éves 68% - több mint 40 éves De 100 évesnél idősebbek is nagy számban előfordulnak
KIS VÍZERŐMŰVEK teljesítménye EURÓPÁBAN (10 MW-ig)
Forrás: Proposals for a European Strategy of Research, Development and Demonstration (RD&D
Kis- és törpe vízerőművek áram-termelése (1999)
Törpe <1 MW (kék)
Kis 1-10 MW (piros)
KIS VÍZERŐMŰVEK által termelt áram EURÓPÁBAN
Forrás: Proposals for a European Strategy of Research, Development and Demonstration (RD&
Magyarország
Magyarországon a jelenleg meglévő 31 vízerőmű összteljesítménye 55 MW. Ezek villamosenergia termelése közel 190 GWh/év – 40%-a a beépített kapacitásból fakadó maximálisan elérhetőnek. Részesedése a teljes hazai villamos energia termelésben kevesebb, mint 0,5%. Az előállított villamosenergia kb. 90%-át a négy jelentősebb vízerőmű termeli meg: Kiskörei, Tiszalöki, Kesznyéteni (Hernád - 4,4 MW), Ikervári (Rába – 1,4 MW) – 1896-ban vízimalomból A kisvízfolyások vízerő készlete mintegy 40 MW elméleti teljesítmény és 240 GWh/év elméleti energiatartalmat képvisel. A gyakorlatban hasznosítható vízerőkészlet 10 MW körül van, ami kb. 60 GWh/év termelésnek felel meg.
Vízerőműveink által megtermelt áram mennyisége ~0,7 PJ (2002)
Magyarország legnagyobb vízerőművei
Kisköre (1974 óta)
Tiszalök (1959 óta)
Blokkok száma: 4
blokkok száma:3
névl. teljesítmény: 7 MW/blokk
névl. teljesítmény: 3,8 MW/blokk
Teljes kapacitás: 28 MW
Teljes kapacitás: 11,4 MW
névleges esés: 6,27 m
névleges esés: 5,0 m
névleges fordulatszám: 75 ford/perc névleges fordulatszám: 107 ford/perc
Teljesítmény: 28 MW Terv: 103000 MWh villamos energia/év – 42,6% hatásfok. Ezt az értéket eddig összesen hat évben sikerült elérni. A több mint harminc év átlaga ~87000 MWh/év (36% HATÁSFOK).
Az eltérés okai: 1) a tervezett duzzasztási szint helyett 1,90 méterrel kisebb értékre történik a Tisza-tó feltöltése a nyári időszakban. 2) Árvizes napok száma magasabb a tervezettnél (60 nap kiesés). 1980-ban 187 napon keresztül nem lehetett villamos energiát termelni.
Teljesítmény: 11,4 MW Az eltelt 50 évben átlag 48.000 MWh/év termelés 48,7 % hatásfok
► ►
►
► ►
Ikervár – Rába (Herpenyő) Épült: 1895-96 (585 kW DC); Felújítást (1923 - 25) követően: AC 8,0 m; 28 m3/s;
1540 kW; 7,0 millió kWh/év 2 db 220 kW + 2 db 550 kW FRA turbina Hasznosítja 85 - 130 fkm
ÚJJÁÉPÍTVE: 1995 4 db 520 kW FRA vert.csőturbina + 1 db 200 kW iker FRA turbina 4 db aszinkron gen. + kondenzátor telepek +1db szinkron gen. 7,6 m;
4×520+200 = 2280 kW; 14,5 millió kWh/a
Felvízcsat: 5390 m; 30 m3/s vízkiv.mű Rábából; Alvízcsat: 3550 m Herpenyő patakba
DUNA - Kvassay-zsilip
Kvassay-zsilip és erőmű 2 x 920 kW
Éves viszonylatban 10-20% hatásfok - a csapadékmennyiség függvényében
Blue Stream Mobil Kft. Első lépésben – 2010-től – egyedi tervezésű kis vízerőműveket telepített az üzletileg ígéretes vizekre: Öcsödi vízerőmű (Nagykunsági-főcsat.) – 160 kW Bódvai Erőmű (Bódva torkolat) – 30 kW
Millér vízerőmű (Millér öntöző- és belvízcsat.) – 22 kW Sió vízerőmű (37 kW) Második lépésben a berendezések sorozatgyártására készül. miskolci vízmű helyi szennyvíztelepén üzembe helyezték a prototípust (~10 kW, a szomszédos 2000 m2-es irodaház teljes áramszükségletét fedezi)
Tározós vízerőmű (Norvégia)
Szivattyús-víztározók ►
Energiaveszteséggel dolgoznak (kb. 20-30%) ► Működés: völgyidőszakban energiaatárolás, csúcsfogyasztás idején az energiaigény kielégítése; ► Ma leggyakrabban szél- és naperőművek igadozó termelésének kiküszöbölésére használják; ► Évente 3-4000 alkalommal kapcsolták be egyik, vagy másik irányban; ► Maximális teljesítményét 60-70 mp alatt éri el.
A szivattyús-tározós rendszerek története ► 1879-ben Svájcban (Zürich) épült az első szivattyús
energiatározó ► 1976-82 között épült a leghatékonyabb erőmű Walesben (6 x 317 MW), ahol 600 m az esési szint és 10 mp az átváltás a két üzemmód között ► 1999-ben elkészül az első tengervizet használó erőmű (Japán, Yanbaru 30 MW) ► Napjainkban több mint 300 szivattyús-tározós rendszer üzemel a világban - teljes kapacitásuk 90 000 MW
Kepchenwerk, Németország (1927-1930!!)
12 db Japánban 9 db USA-ban
4 db Olaszországban 3 db Oroszországban
Forrás: HRW-HYDRO REVIEW WORLDWIDE What Drives Pumped Storage Development in Europe and the USA? (05/01/2013)
Előnyei ► kiforrott műszaki megoldás;
rugalmasan alkalmazkodik az igényekhez (10 mp alatt képes szivattyú módból turbina módra váltani); ► rendszerirányítást megkönnyíti, illetve tervezhetőbbé teszi; ► lehetőséget nyújt a megújuló energiaforrások bekapcsolására a rendszerbe (elsősorban az időjárás függők esetében) ; ► ellátó erőmű működése biztonságosabb (elsősorban atomerőmű), hatékonyabb lesz és élettartalma nő; ► az adott árviszonyoktól függően viszonylag gyorsan megtérül (olcsó vétel - magas eladás) ►
Energiatárolási megoldások költségoldala
IEA Technology Roadmap 2012
Hátrányai (általában és hazánkban) szűksége van külső energiaforrásra – növeli az energiaszükségletet (több energiát használ fel, mint amennyit termel [nettó fogyasztó]); ► a tározók nagy területek igényelnek; ► a nagy vízfelület megváltoztathatja az adott terület klímáját; ► működésük biztonsági kockázatot jelent; ► jelenleg egy ilyen erőművet csak kis hatékonysággal megtermelt árammal tudnánk ellátni, így az elavult rendszer fenntartását támogatná; ► rendszerszabályozás megoldásának egyéb, korszerűbb lehetőségei is vannak, amiktől elvonja a forrásokat (pl. biogáz üzemű mikro-erőművek hálózata); ► hazánk természeti adottságai nem megfelelőek (magassági viszonyok, vízhálózat, csapadék). ►
Hazai tervek
Tengeri alkalmazások - marine hydrokinetic (MHK) Ocean energy
• wave • tidal
Hullámzás
Mágneses bólyák
10 km-re a svéd partoktól átadták a világ első tengeralatti kapcsolóállomását, így a rendszer hálózatra kapcsolása már csak egy kis lépés (az épülő 1 MW-os Sotenäs Wave Energy Plant részeként) – 2015 december
Tengerparti elhelyezés Mintaszöveg szerkesztése Második szint ● Harmadik szint ●
Negyedik szint ● Ötödik szint
Tengeráramlás
Árapály erőművek
Nemzeti programok UK: 200-300 MW - 2020-ig
Marine Energy Parks (MEPs) Portugália
Dánia
South West Marine Energy Park
