Klasyfikacja małych elektrowni wodnych


W krajach UE brakuje porozumienia co do definicji MEW i tak np. w Portugalii, Hiszpanii, Irlandii, a ostatnio Grecji i Belgii, za górną granicę uznano 10 MW. We Włoszech za granicę tę przyjęto 3 MW, w Szwecji – 1,5 MW, a w Polsce – 5 MW. Zależnie od przyjętych lokalnie rozwiązań operatorzy i administracja stosują dla małych elektrowni wodnych preferencje przy procedurach lokalizacyjnych czy przy zakupie energii elektrycznej w nich wytworzonej. Wśród małych elektrowni wodnych wyróżnia się często mini-, mikro- i pikoelektrownie wodne. Również w tym przypadku podział na poszczególne kategorie nie jest jednoznaczny.


Małe elektrownie wodna można podzielić:

  • ze względu na spad.

Zadaniem elektrowni wodnej jest przemiana energii potencjalnej wody związanej z różnicą poziomów jej zwierciadła na ujęciu i na odpływie (spad brutto) w energię elektryczną. Z reguły elektrownie wodne klasyfikuje się w zależności od spadu jako:

- elektrownie wysokospadowe - spad 100 m i więcej;
- elektrownie średniospadowe - spad 30 ÷ 100 m;
- elektrownie niskospadowe - spad 2 ÷ 30 m.

Podane zakresy nie są sztywne - służą jedynie kategoryzacji obiektów hydroenergetycznych.

  • ze względu na ich możliwości współpracy z systemem elektroenergetycznym.

Wśród elektrowni wodnych wyróżnić można:
- elektrownie przepływowe;
- elektrownie na zbiornikach o okresowym regulowaniu przepływu;
- elektrownie w kaskadzie zwartej;
- elektrownie pompowe i elektrownie z członem pompowym.

Elektrownie te przystosowane są technicznie do różnego rodzaju współpracy z systemem
Elektroenergetycznym.


Elektrownie przepływowe


Z elektrownią przepływową mamy do czynienia wtedy, gdy jej hydrozespoły wykorzystują dopływ naturalny chwilowy. Rozwija ona moc równoważną dopływowi w granicach swego przełyku zainstalowanego. Wartość mocy dyspozycyjnej jest zawarta w przedziale pomiędzy mocą osiągalną przy dopływie równym przełykowi zainstalowanemu elektrowni, a mocą osiągalną przy minimalnym przepływie. Przy przepływach większych od przełyku zainstalowanego nadmiar wody zostaje skierowany przez upusty jałowe. Przy dopływach niższych od minimalnego przełyku technicznego turbin, budynek elektrowni musi zostać odstawiony. Również w tej sytuacji przepływ jest przepuszczany przez urządzenia upustowe. Produkcja dobowa elektrowni jest zależna od przepływu średniego dobowego. Największą produkcję uzyskuje się zwykle utrzymując rzędną górnej wody na stałym najwyższym poziomie.



Elektrownie na zbiornikach o okresowym regulowaniu przepływu


Możemy tu wyróżnić elektrownie na zbiornikach o dobowym regulowaniu przepływu oraz na zbiornikach wielozadaniowych. Elektrownie posiadające zbiornik o regulowaniu dobowym, mogą, niezależnie od dopływu chwilowego, oddawać dowolną moc w granicach mocy zainstalowanej w czasie zależnym od rozwijanej mocy, dopływu oraz pojemności zbiornika. Zależnie od charakteru obciążenia i potrzeb systemu energetycznego, mogą one pracować szczytowo. W celu ustabilizowania przepływu poniżej elektrowni pracującej szczytowo, wskazana jest budowa, bezpośrednio za elektrownią pracującą szczytowo, zbiornika wyrównawczego z elektrownią, która przekształca duży odpływ szczytowy na odpływ średni dobowy. Dziś możliwości pracy szczytowej elektrowni zbiornikowych są w wielu krajach Europy (w tym w Polsce) skutecznie blokowane metodami administracyjnymi z powołaniem na potrzebę ograniczenia wahań poziomu wody w zbiornikach ze względów środowiskowych. Na zbiornikach o wyrównaniu sezonowym zazwyczaj priorytetowo traktowane są potrzeby gospodarki wodnej, do których dostosowuje się wykorzystanie energetyczne zasobów wodnych. Oznacza to np. utrzymywanie niskiego stanu warstwy retencyjnej przed okresem zwiększonych dopływów (w Polsce: na początku okresu roztopów wiosennych) i ostrożne gospodarowanie warstwą retencyjną w okresie suchym, celem zapewnienia dostatecznej ilości wody dla różnych potrzeb (np. rolnictwa, zaopatrzenia sieci wodociągowych itp.). Warstwa energetyczna jest stosunkowo niewielka i w okresie małych dopływów oraz dużego zapotrzebowania mocy szczytowej może zostać szybko wyczerpana. Maksymalną produkcję energii uzyskujemy, gdy poziom wody górnej utrzymywany jest na maksymalnej rzędnej warstwy energetycznej. Niezależnie od warstwy energetycznej i retencyjnej, wszystkie większe zbiorniki utrzymują warstwę rezerwy przeciwpowodziowej, którą poszerza się w okresie oczekiwania na nadejście wielkiej wody.


Elektrownie w kaskadzie zwartej


Szereg elektrowni przyjazowych lub przyzaporowych umiejscowionych w taki sposób na rzece, że cofka elektrowni niżej położonej stanowi wodę dolną elektrowni leżącej wyżej nazywamy kaskadą zwartą. Pierwsza jest elektrownią regulacyjną. Ostatnia jest elektrownią wyrównawczą, ze zbiornikiem umożliwiającym pracę z natężeniem przepływu zbliżonym do aktualnego dopływu do rzeki.

Elektrownie pompowe i z członem pompowym


Elektrownie pompowe spełniają rolę akumulatorów energii. W godzinach małego obciążenia systemu elektroenergetycznego pobierają energię z sieci na pompowanie wody z dolnego do górnego zbiornika, a w godzinach obciążeń szczytowych wykorzystują nagromadzoną energię wody do produkcji energii elektrycznej. Pełnią one funkcje regulacyjne w systemie elektroenergetycznym. Pompowanie wody do zbiornika górnego dla zwiększenia mocy w pracy szczytowej może być zastosowane w każdej elektrowni pracującej na przepływie naturalnym, mającej dolny i górny zbiornik o wystarczającej pojemności. Nawet najstarsze elektrownie tego typu nie zaliczają się w Europie do kategorii MEW. Niemniej, niekiedy rozważa się możliwość budowy małych elektrowni pompowych na potrzeby niewielkich systemów wydzielonych w odległych regionach.


  • ze względu na sposób koncentracji piętrzenia

Elektrownie przyjazowe

Elektrownie przyjazowe są budowane obok jazu i stanowią element piętrzący. Najczęściej spotykane są na rzekach nizinnych.



Elektrownie przyzaporowe

Typowe elektrownie przyzaporowe mogą być oddzielone od zapór lub wkomponowane w profil zapory. Jest ona połączona ze zbiornikiem rurociągami umieszczonymi w korpusie zapory. Projektując małą elektrownię wodną nie można sobie pozwolić na budowę dużego zbiornika, umożliwiającego najbardziej racjonalne wykorzystanie energii stopnia. Koszt stosunkowo dużej zapory i przynależnych jej urządzeń byłby zbyt wysoki, by takie przedsięwzięcie było ekonomicznie uzasadnione. Jednakże, gdy zbiornik został już zbudowany do innych celów, takich jak ochrona przeciwpowodziowa, nawadnianie, pobór wody dla celów komunalnych, rekreacja itp. – możliwe staje się wytwarzanie energii elektrycznej przy zachowaniu wykorzystania przepływu zgodnie z podstawowym przeznaczeniem zbiornika oraz utrzymaniu przepływu ekologicznego. Głównym problemem jest połączenie wody górnej i dolnej kanałem wodnym i zabudowanie turbiny w tym kanale.

Jeżeli odległość pomiędzy poziomem piętrzenia wody górnej a koroną zapory nie jest zbyt duża, można zastosować ujęcie lewarowe. Zintegrowane ujęcia lewarowe pozwalają na eleganckie rozwiązania w elektrowniach o spadach do 10 metrów z hydrozespołami o mocy do około 1000 kW, chociaż istnieją wyjątki ujęć lewarowych elektrowni o mocy zainstalowanej do 11 MW (Szwecja) oraz ze spadem do 30,5 metra (USA). Turbina może być usytuowana albo na koronie zapory albo po stronie dolnej lub górnej wody. Hydrozespół może być dostarczony w stanie wstępnie skompletowanym przez producenta oraz zainstalowany bez większych trudności na zaporze.



Elektrownie z derywacją kanałową



Rozwiązania z derywacją kanałową są stosowane na tych odcinkach rzeki, na których występują zakola. Budowa kanału skraca naturalny bieg rzeki, pozwalając na uzyskanie większego spadu niż wynosi spiętrzenie na jazie. W skład układu technologicznego wchodzą tutaj, prócz budynku elektrowni, kanał dopływowy górny z ujęciem wody i kanał odpływowy.


Elektrownie z derywacją ciśnieniową


Układy doprowadzania wody do elektrowni z zastosowaniem rurociągów ciśnieniowych są stosowane wszędzie tam, gdzie brak jest możliwości umieszczenia wlotu na turbinę bezpośrednio za ujęciem wody z niecki wlotowej. W obiektach średnio- i wysokospadowych budynek elektrowni jest często oddalony od ujęcia wody, a prowadzenie derywacji bezciśnieniowej na całym odcinku od ujęcia wody do wlotu na turbinę jest zwykle utrudnione lub niemożliwe. Wtedy derywacja ciśnieniowa stanowi dobre rozwiązanie zastępcze lub uzupełniające. Podobna sytuacja występuje często na obiektach niskospadowych (z wyłączeniem spadów najniższych, dla których turbinę instaluje się bezpośrednio za ujęciem wody).


Elektrownie z derywacją mieszaną: kanałowo-rurociągową



Układ elektrowni z derywacją kanałowo-rurociągową jest stosowany, gdy trasa derywacji jest bardzo długa, a warunki terenowe pozwalają na częściowe jej wykonanie w postaci tańszego niż rurociąg ciśnieniowy kanału otwartego. Kanał otwarty doprowadza wodę do niecki wlotowej, skąd woda płynie rurociągiem ciśnieniowym do budynku elektrowni.


Źródło:

1. Chmielniak T., Technologie energetyczne, Wydawnictwo Naukowo- Techniczne, Warszawa, 2008.
2. Steller J., Henke A., Kaniecki M., Jak zbudować małą elektrownie wodną? Przewodnik inwestora, ESHA, Bruksela/Gdańsk, 2010.

Kategoria: Technologia  | Artykuł ostatnio edytowany: 13.09.2011 06:58 przez admin
<< Poprzedni Grudzień 2017 Następny >>
PoWtŚrCzPtSoNd
    
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31