9. predavanje Flashcards
- Energija vode
- Energija vode (hidroenergija) je najznačajniji obnovljivi izvor energije, a ujedno i jedini koji je ekonomski konkurentan fosilnim gorivima i nuklearnoj energiji.
Ne može se koristiti posvuda jer podrazumijeva obilje brzo tekuće vode, a poželjno je i da je ima dovoljno cijele godine, jer se električna energija ne može jeftino uskladištiti.
Procjenjuje se da je iskorišteno oko 25 % svjetskog hidroenergetskog potencijala.
- Nastanak vode, energije vodotoka
- Sunčeva energija (SE) kao toplinska (TE) dopire do Zemljine površine koja izaziva isparavanje vode, tla i bilja, što uzrokuje podizanje vode: posljedica je energija položaja vode (potencijalna) i energija kretanja vode (kinetička)!
Energija položaja (EP) vode je početni oblik energije vode u prirodi koji se može iskoristiti u tehničkim pretvorbenim sistemima.
- Oblici energije položaja vode
vodotoci, plima i oseka, morski valovi
- Osnovni način upotrebe vode
4.
Pretvorba energije položaja (EP) vode i kinetičke energije vode u mehaničku energiju (ME) protjecanjem kroz vodne turbine, a potom najčešce u električnu u generatorima.
- Isparivanje vode i korištenje gravitacijske potencijalne energije vode (vodotoka) (SLIKA)
- SLIKA
- Faktor otjecanja (FORMULA)
- Omjer količine vode koja se tokom godine javlja u vodotoku i količine padavina na oborinsko područje nazivamo faktor otjecanja.
Faktor otjecanja: (voda u promatranom vodotoku) / (oborinsko područje * količina padavina)
Od zanemarive vrijednosti do 0.95
- Ovisnost količine vode u vodotocima ovisi o:
Konsumpciona krivulja H = f(Q) (SLIKA)
- Ovisnost količine vode u vodotocima ovisi o: količini oborina, sastavu i topografiji tla,
vremenskom rasporedu oborina.
Konsumpciona krivulja H = f(Q) - vodostaj u funkciji protoka
- Q - H dijagram (SLIKA)
- Svakom profilu vodotoka odgovara određena kota H (visina iznad površine mora u metrima) i određeni srednji višegodišnji protok Q, pa se svaki vodotok može prikazati Q-H dijagramom vodotoka.
Godišnja energija vodotoka je W = 8760 * P (kWh), 8760 - broj sati u godini.
Pomoću Q - H dijagrama se mogu prikazati i vodotoci s pritokama. Tako dobijenu energiju nazivamo bruto energija vodotoka odnosno bruto vodene snage kada se količina energije odnosi na neko područje.
- Primjer Q - H dijagrama za vodotok s pritocima
Zašto se HE nikada ne grade tolikog kapaciteta koje bi moglo iskoristiti svu vodu i u periodu velikih protoka.
- Jer u ostalim periodima strojevi ne bi radili punim kapacitetom. Zato je količina vode koja služi za dobijanje energije manja od količine vode koja teče vodotokom.
- Tehnički iskoristiva energija H1’ A’’ B’ H2 (GRAFIK)
10.
- Zašto se za cijeli raspoloživi pad ne može upotrijebiti sva voda?
Tehnički iskoristiva energija
- Zbog gubitaka u dovodima vode (tunel, tlačni cjevovod), gubitaka u strojevima.
Iskoristiva energija je proporcionalna površina H1’ A’’ B’ H2 i ta energija se zove tehnički iskoristiva energija.
- Krivulja protoka i krivulja trajanja protoka (GRAFIK)
- Krivulja protoka Q(t) sadrži hronološke podatke o protocima- onako kako su se desili u prošlosti.
Krivulja trajanja protoka QT(t) sadrži podatke o protocima koji su poredani od najveće do najmanje vrijednosti za isti promatrani period.
- Šta prestavlja krivulja trajanja protoka? (GRAFIK)
Ukupna količina vode koja protječe kroz promatrani profil vodotoka (FORMULA):
Središnji godišnji protok vodotoka (FORMULA):
Veličina izgradnje: definicija i šta odgovora veličini izgradnje (FORMULA)
- Krivulja trajanja protoka predstavlja vjerojatnosnu krivulju - vjerojatnost pojave protoka Qta jednaka je omjeru vremena Ta i ukupnog vremena promatranja.
Veličina izgradnje: Maksimalni protok Qi koji može HE propustiti kroz pretvorbeni sistem
- iskoristivi volumen vode Vi odgovara veličini izgradnje
- Hidroelektrane
Karakteristični dijelovi HE (kljucni dio HE):
Uvjeti izgradnje HE:
- Postrojenja u kojima se energija položaja vode pretvara u električnu energiju.
HE se sastoji od objekata i dijelova koji služe za skupljanje i odvođenje vode, pretvorbu
energije položaja vode u mehaničku odnosno električku energiju te transformaciju i
razvod električke energije.
Karakteristični dijelovi HE: brana ili pregrada - KLJUČNI DIO, zahvat, dovod vode, vodna komora ili vodostan, tlačni cjevovod, strojarnica (vodne turbine i generatori), odvod vode.
Uvjeti izgradnje HE: topografski i geološki uvjeti, pogonski zahtjevi, hidroenergetsko
iskorištenje vodotoka, uvjeti poljoprivrede i opskrbe vodom, ribarstvo i ekologija
- Lučno - gravitacijska brana: (SLIKA I OBJASNITI)
Nasuta brana: (SLIKA I OBJASNITI)
15.
- Podjela HE
- Hidroelektrane se mogu podijeliti prema raspoloživom padu, prema načinu korištenja vode, prema obujmu akumulacijskog bazena i prema smještaju strojarnice.
- Podjela HE prema visini (SLIKE):
- Prema visini pada razlikuju se:
- „niskotlačne“ (pad do 25 metara),
- „srednjotlačne“ (pad od 25 do 200 m) i
- „visokotlačne“ (pad iznad 200 m) hidroelektrane,
Niskotlačne hidroelektrane su riječne pribranske i derivacijske. Grade se za specifične padove do 1 m/km. Pri tome je karakteristično da im cjelokupni pad stoji na raspolaganju neposredno kod elektrane, bez potrebe za tlačnim dovodima i cjevovodima.
Srednjotlačne hidroelektrane mogu biti pribranske, i derivacijske, najčešće se grade na
mjestima gdje rijeka stvara zavoj koji se tada presiječe kanalom ili cjevovodom.
Visokotlačne hidroelektrane mogu biti pribranske i derivacijske. Najčešće su visokotlačne hidroelektrane derivacijske budući da su zahvat i strojarnica prostorno odijeljeni; voda se naime dovodi do turbina cjevovodom dugačkim i više kilometara
- Karakteristike akumulacije i pada su:
- volumen akumulacijskog bazena, njegova energetska vrijednost i pad.
- Podjela HE prema načinu korištenja vode:
19.
- Protočne (voda se koristi kako dotječe)
- Akumulacijske (dio akumulirane vode koristi se prema potrebi)
2. 1. Dnevna akumulacija (punjenje po noći, pražnjenje po danu)
2. 2. Sezonska akumulacija (punjenje u kišnom, pražnjenje u sušnom periodu)
Po definiciji protočne hidroelektrane su one koje nemaju uzvodnu akumulaciju ili se njihova
akumulacija može isprazniti za manje od dva sata rada kod nazivne snage. Takve hidroelektrane je najjednostavnije izvesti, ali su vrlo ovisne o trenutnom protoku vode. Prednost takve izvedbe je vrlo mali utjecaj na okoliš i nema dizanja razine podzemnih voda.
- Podjela HE prema smještaju strojarnice:
Posebne vrste HE:
20.
1. pribranske (strojarnica smještena neposredno uz branu)
2. derivacijske (zahvat vode i strojarnica prostorno odijeljeni, voda se dovodi do
turbina cjevovodom dugačkim i više kilometara)
- Crpno-akumulacijske
- HE koje koriste promjenu razine mora (plima i oseka)
- Shema crpno-akumulacijske HE: (SLIKA)
21.
- Vrste hidro turbina
22.
Opšta podjela zavisno od pada, protoka i pritiska je:
Pretlačne (reakcione) turbine, Turbine slobodnog mlaza (akcione)
• Mikroturbine: potrebna snaga od 3-4 kW, uz Q·H ~ 1 uz stupanj korisnog djelovanja
od ~ 50% postiže se snaga ~ 5 kW
Akcione - slične vodenom točku (SLIKA)
- udubljene lopatice - okreću se u zraku
- za velike padove (okomito > 10m), za velike pritiske
Reakcione - za velika postrojenja (SLIKA)
- lopatice slične elisi broda - potopljene u vodi
- za male padove, pri velikom protoku i malom pritisku
- Podjela hidrosistema (HE):
- Veliki, mali i mikrosistemi
Veliki definirani kao veći od 30 MW
Mali sistemi definirani od 100 kW do 30 MW, dovoljno npr. za potrebe industrije i manjih
gradova.
Mikrosistemi definirani do 100 kW, u porastu, ekološki prihvatljivo.
24.Izvesti snagu HE i moguću godišnju proizvodnju elekrične energije: (FORMULE)
24.
- Razlika između ‘‘prirodnog’’ (‘‘bruto’’) pad i ‘‘korisnog’’ (‘‘neto’’) pada (SLIKA)
- Prirodnim ili bruto-padom Hb se naziva razlika između razine vode na zahvatu (‘‘gornje vode’’) i razine vode nakon povratka u korito ili na kraju odvoda (‘‘donje vode’’).
- Srednja iskoristiva snaga (netto snaga):
26.
Srednja iskoristiva snaga (netto snaga) koju hidroelektrana daje na priključcima generatora, može se odrediti iz jednadžbe:
P = 9.80665 * ηt * ηg * Qsi * Hn
gdje je: ηt i ηg stupanj korisnog djelovanja turbine i generatora
Hn raspoloživi netto pad [m]
Qsi srednji iskoristivi protok
Ukupni stepen djelovanja η = ηt * ηg pri optimalnom opterećenju u modernim hidroelektranama iznosi i do 90 %.
- Gubici pada
- Svi gubici za cijeli raspoloživi pad u različitim dovodima vode do hidroelektrane;
(svladavanje sila trenja) – gubici pada
- Energija gravitacije - plime i oseke
28.
Obično se javljaju dvije plime i oseke tijekom Mjesečevog dana i one se nazivaju poludnevne, a postoje i jednodnevne kod kojih se tijekom Mjesečevog dana pojavljuje samo jedna plima i oseka.
Energija plime i oseke spada u oblik hidroenergije koja kretanje mora uzrokovano mjesečevim mijenama ili padom i porastom razine mora koristi za transformaciju u električnu energiju i druge oblike energije.
Taj način proizvodnje električne energije ne može pokriti svjetske potrebe, ali može dati veliki doprinos u obnovljivim izvorima.
- 4 faze pogona:
- Najjednostavnije iskorištavanje - ugradnja turbina koje rade samo u jednom smjeru strujanja vode.
Četiri faze pogona (SLIKE):
- Punjenje bazena sve do maksimuma plime
- Razina mora opada a voda ostaje na maksimalnoj koti
- Turbina je u pogonu
- Obustavljanje pogona turbine kada se dostigne minimalna razina vode.
- Vrste plima: (SLIKA)
30.
Obično razlikuje:
- vrlo visoka plima (krivulja a na slici 81.) koja se pojavljuje za vrijeme proljetnog i jesenskog ekvinocija,
- visoka plima (krivulja b na slici 49.) koja se pojavljuje dva puta u toku 29,5 dana, jedan ili dva dana nakon mladog punog mjeseca , te
- niska plima (krivulja c na slici 81.) koja se također pojavljuje u dva puta u toku 29,5 dana, jedan ili dva dana nakon prve i druge mjesečeve četvrti.
- Podjela plimnih elektrana
- Konvencionalne – Brane sa dvosmjernim propuštanjem vode (turbine kroz koje voda
može strujati kako u jednom tako i u drugom, suprotnom smjeru) - Nekonvencionalne- elektrane na morsku struju
Rad ovih elektrana u principu je isti kao kod vjetroelektrana, jedino što kao fluid umjesto
zraka služi voda.
Turbine ovakvih elektrana grade se na dubinama od 20-30 metara, obično na mjestima gdje su jake morske struje. Ove elektrane generiraju 3-4 puta više snage nego konvencionalne. Ekološki su prihvatljive. Trenutno ne postoji ni jedna izgrađena elektrana ovog tipa.
- Energija valova
- Energija valova
Energija valova je obnovljiv izvor energije, ona tijekom vremena varira i ima slučajni karakter. To je energija uzrokovana najvećim djelom djelovanjem vjetra o površinu oceana. Energija vala naglo opada s dubinom vala pa u dubini od 50 m iznosi svega 2% od energije neposredno ispod površine.
Danas su u osnovi poznata tri načina korištenja energije valova, ako su kategorizirana po metodi kojom prihvaćaju valove. To su preko plutača, pomičnog klipa i lopatica. Nema utvrđene tehnologije za ovu vrstu energije
