Energia Wody

1. Energia Wody

2. Warunkiem pozyskania energii potencjalnej wody do napędu silników wodnych jest istnienie w określonym miejscu znacznego spadu dużej ilości wody. • Energię wody zaczęto szerzej wykorzystywać do wytwarzania energii elektrycznej w końcu XIX wieku • Na świecie energia z elektrowni wodnych stanowi około 20% całkowitej wyprodukowanej energii elektrycznej

3. historia • Pierwsze wzmianki o urządzeniach, które morzmy nazwać silnikami wodnymi pochodzą od Filona z Bizancjum III w p.n.e. i dotyczą kół wodnych o osi poziomej, służyły one do podnoszenia wody. • Pierwsza miejska elektrownia wodna  powstała w 1881 roku w Anglii, w garbarni, w Godalming. Wykorzystywała ona przepływ wody przez turbiny. Energia elektryczna dostarczana przez tą elektrownię służyła do oświetlania ulic i dostarczała energię do domów. • W 1889 roku w Londynie została otwarta hydroelektrownia w Deptford. • W 1895 roku przy wodospadzie Niagara powstała elektrownia wodna, którą zbudowali Tesla i Westinghouse’m. • Najstarszą elektrownią powstałą w niepodległej  Polsce (ok.1922 r.) jest elektrownia na rzece Czarna Woda w Gródku (3,9 MW), zasilała ona w energię elektryczną Gdynię.

4. Koło wodne Nasiębierne – Śródsiębierne - Podsiębierne

5. RODZAJE ELEKTROWNI WODNYCH • Przepływowe bez zbiornika • jej moc chwilowa zależy ściśle od chwilowego dopływu wody • Regulacyjne z dużym zbiornikiem wodnym • może wytwarzać przez pewien czas moc większą od mocy odpowiadającej chwilowemu dopływowi, zbiornik umożliwia regulację w cyklu dobowym i tygodniowym, a dodatkowo może stanowić zabezpieczenie przeciwpowodziowe • Zbiornikowe z małym zbiornikiem wodnym • umożliwiają krótkoterminową regulację w godzinach tzw. Szczytu

6. RODZAJE ELEKTROWNI WODNYCH • Kaskadowe • zastosowanie wielu zbiorników z możliwością indywidualnej i globalnej regulacji ich napełniania i opróżniania pozwala na optymalne wykorzystanie i regulację mocy, a także na magazynowanie nadwyżek energii. Zbiorniki te stanowią też dobre zabezpieczenie przeciwpowodziowe • Szczytowo-pompowe • Jedyny sposób magazynowania nadwyżek energii z sieci przesyłowej. System takiej elektrowni musi posiadać dwa zbiorniki usytuowane na różnych wysokościach, magazynowanie odbywa się przez pompowanie wody z dolnego zbiornika do górnego

7. Turbina wodna (turbina hydrauliczna) Turbina wodna (hydrauliczna), silnik wodny przetwarzający energię mechaniczną wody na ruch obrotowy za pomocą wirnika z łopatkami. • Peltona – dla dużych spadów - wirnik z wklęsłymi łopatkami zasilany stycznie strumieniem wody z dyszy • Francisa - dla średnich spadków, • Kaplana - dla małych spadków • Banki-Michella • Tesli (turbina talerzowa) • Śruba Archimedesa • Turbiny VLH • Poprzednikiem i wzorem dla turbin wodnych było koło wodne. Pierwszą turbinę skonstruował B. Fourneyron w 1827, jednak dopiero późniejsze udoskonalenia pozwoliły na jej przemysłowe wykorzystanie. W 1849 powstała turbina Francisa, w 1880 turbina Peltona, a w 1912 turbina Kaplana.

8. Turbina Peltona Turbina Peltona (1880) jest rozwinięciem “koła natryskowego”, Turbiny Peltona stosuje się dla spadków H>500 m, w wyjątkowych wypadkach uzasadnionych konstrukcyjnie zamiast turbin Francisa od H=100m

9. Turbina Francisa Turbina Franscisa (1849) na spadki od 5 do 500 m. Większe turbiny Francisa są projektowane specjalniedla każdego miejsca, w którym zostaną zastosowane,co pozwala osiągać sprawność powyżej 90%. Regulacja odbywa się za pomocą ruchomej kierownicy.

10. Turbina Kaplana Turbina Kaplana (1912) na małe spadki1,5 .. 30 m. Turbina Kaplana to odmiana turbiny śmigłowej, czyli takiej której łopatki mają kształt podobny do śrub okrętowych. Sterowanie odbywa się zarówno za pomocą łopatek turbiny i łopatek kierownicy.

11. Turbina Kaplana

12. Turbina Banki-Michella Turbina opracowana niezależnie w 1903 przez Michella w Austrii i Banka na Węgrzech Możliwa do stosowania w szerokim zakresie spadów od 1 do 100 m. Prosta budowa przy nieco niższej sprawności.

13. Turbina Tesli Turbina Tesli (turbina talerzowa) - szczególny przypadek turbiny, konstrukcji Nikoli Tesli, wykorzystujący zjawisko adhezji do wprowadzania w ruch obrotowy równolegle, w niewielkich - rzędu 0,5 mm - odstępach ustawionych talerzy zamocowanych na osi. Gaz lub ciecz jest wprowadzany przez dyszę ustawioną w płaszczyźnie obrotu talerzy pomiędzy talerze. Talerze mają wokół osi otwory pozwalające na wypływ gazu lub cieczy. Obieg czynnika jest spiralny, zawężający się w kierunku środka. Turbina dzięki prostej budowie i wykorzystaniu adhezji warstwy przyściennej, a nie sił tarcia, pozwala na osiągnięcie wysokiej sprawności przy niewielkim ciężarze. Turbina jest częścią Silnika Tesli - turbinowego spalinowego silnika pulsacyjnego o kanałach zaworowych bez części ruchomych, również konstrukcji Tesli.

14. Śruba Archimedesa Śruba Archimedesa jest maszyną prostą, używaną od czasów starożytnych do nawadniania kanałów irygacyjnych. W Holandii służyła do osuszania terenów położonych poniżej poziomu morza. Koncepcja śruby archimedesa jest stosowana obecnie do budowy MEW

15. VERY LOW HEAD Śruba Archimedesa jest maszyną prostą, Ultra nisko-spadowa implementacja turbiny Kaplana (VLH)

16. CZYM JEST MEW • Mała energetyka wodna dzieli się ze względu na moc: • Mikro elektrownie – moc do 300kW • Mini elektrownie – moc od 301kW do 1MW • Małe elektrownie – moc od 1001kW do: • 1,5 MW - Szwecja • 3 MW – Włochy • 5 MW - Polska • 12 MW - Francja • 15 MW - Indie • 25 MW - Chiny • 10 MW - Unia Europejska (ESHA)

17. CZYM JEST MEW • Małe elektrownie wodne powstają zazwyczaj przy obiektach wybudowanych w celach innych niż energetyczne (retencja, nawadnianie…) • Często wykorzystują już istniejące siłownie wodne (młyny, tartaki, folusze…) • Najczęściej są to elektrownie przepływowe, w których produkcja energii jest ściśle uzależniona od chwilowych przepływów • Są jedyną perspektywą wykorzystania potencjału energetycznego małych rzek bez konieczności zalewania dużych powierzchni

18. EKONOMIA MEW - INWESTYCJA • Wykorzystanie istniejącego jazu • Stan techniczny jazu i możliwości jego adaptacji • Własność jazu i terenów przyległych • Opłaty dzierżawcze i koszty utrzymania • Znane parametry piętrzenia – łatwy do oszacowania potencjał energetyczny • Łatwe do sprawdzenia kolizje w zasięgu cofki • Dokumentacja hydrotechniczna

19. EKONOMIA MEW - INWESTYCJA • Wykorzystanie istniejącej siłowni wodnej (młyn, tartak, folusz…) • Stan techniczny turbiny, jazu, budynku… • Duże koszty remontu w przypadku obiektów zabytkowych (nadzór konserwatora zabytków) • Dokumentacja stopnia- znany reżim hydrologiczny • Adaptacja urządzeń • Problem wydajności turbiny: remontować starą czy wstawiać nową

20. EKONOMIA MEW - INWESTYCJA • Budowa nowego obiektu • Długi i skomplikowany proces przygotowawczy • Prace geodezyjne, geologiczne • Trudny do oszacowania potencjał energetyczny • Trudny do oszacowania zasięg cofki i wielkość terenów zalanych • Wysokie koszty inwestycji • Własność budowli i urządzeń zmniejszy koszty w przyszłości

21. EKONOMIA MEWKOSZTY POCZĄTKOWE • Znalezienie i zakup lokalizacji • Projekt koncepcyjny, warunki techniczne • Operat wodno-prawny, raport środowiskowy, ekspertyzy • Postępowanie wodno-prawne • Projekt budowlany • Koszty budowy • Koszty przyłączenia • Koszty wyposażenia technicznego (urządzenia hydrotechniczne, elektryczne, sterujące…) • Montaż urządzeń i rozruch • Odbiory budowlane i energetyczne

22. EKONOMIA MEW - ENERGIA • Przykład: • Średni przepływ: 2 [m3/s] • Spadek: 3 [m] • Maksymalny przepływ turbiny: 1,5 x (średni przepływ): 2 [m3/s] x 1,5 = 3 [m3/s] • Straty wody: -15%: 0,15 x 2 [m3/s] = 0,3 [m3/s] • Użyteczny przepływ: 2 [m3/s] - 0,3 [m3/s] = 1,7 [m3/s] • Średnia wydajność dla turbiny i generatora: 80% • Zainstalowana moc: 3 [m3/s] x 3 [m] x 9,81 x 85% = 75 [kW] • Średnia moc chwilowa: 1,7 [m3/s] x 3 [m] x 9,81 x 80%= 40 [kW] • Oczekiwana produkcja energii: 40 [kW] x 8760 [h/rok] = 350400 [kWh/rok] = 350,4 [MWh/rok]

23. EKONOMIA MEW - PIENIĄDZE • MEW: • 2 [m3/s] • 3 [m] • 350 [MWh/rok] • Przychody: Dochody uzyskiwane przez producentów energii ze źródeł odnawialnych pochodzą z dwóch źródeł: • Sprzedaż energii • 152,11 PLN za 1 MWh - średnia cena w 2009r. wg URE • 350MWh x 152,11 PLN = 53 238,50 PLN • Sprzedaż praw majątkowych do świadectw pochodzenia • Ceny praw majątkowych do świadectw pochodzenia są kształtowane przez rynek, obrotem prawami majątkowymi zajmuje się Towarowa Giełda Energii. Obecnie ceny kształtują się na poziomie 260-280 PLN za 1 MWh • 350 MWh x 270 PLN = 94 500,00 PLN

24. EKONOMIA MEW - KOSZTY • Amortyzacja • Eksploatacja • Koszty zróżnicowane w zależności od pór roku • Diametralnie różne i specyficzne dla każdego obiektu • Zależne od stopnia automatyzacji i wyposażenia technicznego • Prowadzenie książek obiektu • Przeglądy roczne i pięcioletnie • Pracownicy • Dla małych obiektów nie jest konieczny stały nadzór • Możliwości zdalnego sterowania i pełnej automatyzacji • Pracownicy muszą posiadać świadectwa kwalifikacyjne umożliwiające pracę z urządzeniami elektrycznymi • Podatki • Dzierżawy, podatki lokalne: • Dzierżawa stopnia wodnego • Podatek za grunty Skarbu Państwa pokryte wodami • Podatek od nieruchomości • Podatek dochodowy (w zależności od sytuacji prawnej MEW) • Osoba fizyczna • Osoba prawna • Podatek z tyt. dochodów ze sprzedaży praw majątkowych do świadectw pochodzenia • Podatek Akcyzowy