Třínáctá přednáška

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