HARMONY OF LIFE
BEZPŁATNY NEWSLETTER: 
     |      SZUKAJ NA PORTALU: 
Ecoeurope.eu     
CZŁOWIEK ŹRÓDŁEM DOBRAistota złaNowe Niebo i ZiemiaKonstytucja III TYSIĄCLECIADom.ecoeuropeHarmonia życia na co dzieńPolskiNarod.pl
BibliotekaUzdrowiska InnowacjePRZEBUDZENIE LUDZKOŚCIInstytut SzczęściaDar.ecoeuropeVideo.ecoeuropePolska
 
 
 

Elektrownie wodne

Portal ecoeurope.eu
R E K L A M A
R E K L A M A

Turbiny wodne - mikro elektrownie

Wybór rodzaju turbiny dla mikroelektrowni wodnych


Racjonalne wykorzystanie małych zasobów wody w Polsce wymaga modernizacji istniejących elektrowni wodnych oraz odbudowy i budowy nowych, zwłaszcza małych elektrowni wodnych.  Z uwagi na warunki hydrologiczne w kraju będą to głównie mikroelektrownie o spadach poniżej 10 m, a często poniżej 2 m.


Mikroelektrownie wodne (moc instalowana do 100 kW) to głównie elektrownie przepływowe. Niewielki zbiornik, który powstaje w wyniku piętrzenia rzeki, nie może być wykorzystywany do regulacji przepływu i mocy elektrowni. Zatem jej moc zależy od naturalnego chwilowego dopływu wody do elektrowni i jest ograniczona maksymalnym i minimalnym przełykiem zainstalowanej turbiny (lub rzadziej kilku turbin).

R E K L A M A


Jeżeli przepływ naturalny jest mniejszy od minimalnego przełyku turbiny, to elektrownia nie wykorzysta tej ilości wody do produkcji energii elektrycznej, a kiedy przepływ naturalny jest większy od przełyku maksymalnego, to różnica przepływu naturalnego i przełyku turbiny nie będzie wykorzystana.

Rys.1. Sprawności turbin w funkcji przełyku.
Oznaczenia: a – wysoki standard wykonania, b - średni standard wykonania.


Dobór turbiny


W małej energetyce wodnej są stosowane wszystkie rodzaje turbin wodnych. W Polsce w mikroelektrowniach wodnych, ze względu na niskie spady, wykorzystywane są turbiny reakcyjne (Francisa, Kaplana, Semi-Kaplana i śmigłowe) i rzadko akcyjno-reakcyjne (Michella-Banki) bądź w szczególnych przypadkach pompy w ruchu turbinowym.
Dobór turbin dla tego rodzaju elektrowni wodnych powinien być szczególnie staranny i uwzględniać zmienności przepływu wody tak, żeby była wykorzystana cała energia rzeki, a inwestor osiągnął maksymalny efekt ekonomiczny.

 Turbina w układzie pionowym, w komorze otwartej

 


 

Turbina w układzie poziomym, z regulacją wewnętrzną, w komorze otwartej

 


 

Turbina w układzie poziomym, w obudowie spiralnej

 


 

Jednym z etapów procedury doboru turbin do projektowanej elektrowni jest wybór rodzaju turbiny.
Wybierając turbinę, należy uwzględnić następujące kryteria:


Koszty


Specyfiką inwestowania w mikroenergetyce wodnej jest obniżanie kosztów inwestycyjnych (koszty zakupu hydrogeneratora, zainstalowania i uruchomienia). Takie podejście jest uzasadnione tylko na wstępnym etapie projektowania elektrowni i można je sprowadzić do analizy porównawczej kosztu zakupu turbiny określonego rodzaju. Biorąc pod uwagę konstrukcję turbiny, najdroższe są te Kaplana, tańsze Francisa i śmigłowe, a najtańsze – o przepływie poprzecznym (Michella-Banki). W związku z powyższym (oraz w zakresie niskich spadów) do stosowania w mikroelektrowniach polecane są turbiny śmigłowe i o przepływie poprzecznym. Bezwzględne różnice w cenach, zwłaszcza mikroturbin, nie są jednak wyraźne, co może wynikać z faktu, że ok. połowę ceny turbiny stanowią koszty urządzeń regulacyjnych.


Spad turbiny H


Podstawowymi technicznymi kryteriami ilościowymi wyboru rodzaju turbiny są: spad turbiny H oraz wyróżnik szybkobieżności ns.
Poniżej podano wartości wyróżnika szybkobieżności, określonego jako prędkość obrotowa zredukowana na spad H=1 m i moc N=1 KM).


Dla spadów H=1 do 500 m i dynamicznych wyróżników szybkobieżności ns=50 do 450 stosowane są turbiny Francisa, dla H=1 do 70 m i ns=250 do 1200 – Kaplana lub śmigłowe i dla H=1 do 250 m i ns=50 do 120 – turbiny o przepływie poprzecznym.


Spad turbiny H wynika z wysokości piętrzenia na jazie Hz, zmniejszonej o straty hydrauliczne w urządzeniach doprowadzających wodę do turbiny oraz ze sposobu posadowienia turbiny (dotyczy wyłącznie turbin o przepływie poprzecznym). Do wyznaczenia wyróżnika szybkobieżności przyjmowany jest spad określony dla przełyku (przepływu) znamionowego (nominalnego) turbiny.


 Instalowany przełyk Qi oraz zakres regulacji przełyku (przełyk minimalny Qmin i przełyk maksymalny Qmax)

Rys. 2. Względne sprawności turbin wodnych
Oznaczenia: F – turbina Francisa, K – turbina Kaplana, M – turbina o przepływie poprzecznym (Michell-Banki), S – turbina śmigłowa


Przełyk instalowany Qi wynika z warunków hydrologicznych rzeki i jest tak dobierany, aby uzyskać maksymalną produkcję energii elektrycznej przy możliwie niskich nakładach inwestycyjnych. Pełne wykorzystanie zmiennego przepływu rzeki jest możliwe wtedy, gdy turbina może być eksploatowana w szerokim zakresie regulacji przełyku.

Największy zakres regulacji (przy stałej prędkości obrotowej) mają turbiny Kaplana i o przepływie poprzecznym (z regulacją przełyku za pomocą dzielonej po szerokości, jednołopatkowej kierownicy lub przysłony obrotowej) Q t= 0,2 Qtmax do Qtmax. Natomiast mniejszy zakres maja turbiny Francisa – Q t = 0,3 Qtmax do Qtmax, a najmniejszy turbiny śmigłowe – Qt = 0,4 Qtmax do Qtmax.


W praktyce zakres regulacji jest na ogół węższy. Wynika to z konkretnej konstrukcji turbiny, jej posadowienia, własności regulatorów oraz generatora.


Prędkość obrotowa n i prędkość rozbiegu nr


Najlepiej jest, gdy turbina napędza generator bezpośrednio. W tych warunkach prędkość obrotowa turbiny będzie równa prędkości synchronicznej (dla generatorów synchronicznych) lub nieco wyższa (dla generatorów asynchronicznych). Ze wzrostem prędkości obrotowej rośnie wyróżnik szybkobieżności, maleją gabaryty turbiny, a tym samym mniejsze koszty inwestycyjne, ale zwiększa się wrażliwość na zatykanie turbiny.

Dla standardowych wykonań turbin prędkości znamionowe nz wynoszą: turbina śmigłowa nz = 75-100 1/min, turbina Kaplana nz = 75-150 1/min, turbina Francisa nz = 100-500 1/min, a turbina o przepływie poprzecznym nz = 50-1000 1/min.


Wyższe prędkości obrotowe dotyczą na ogół wysokich i bardzo wysokich spadów. Ponieważ w mikroelektrowniach wodnych są najczęściej stosowane generatory asynchroniczne (silniki klatkowe w ruchu generatorowym), konieczne jest użycie multiplikatorów.


Każdy rodzaj turbiny charakteryzuje się określoną prędkością rozbiegu nr. Jest ona krotnością prędkości obrotowej znamionowej nz i wynosi odpowiednio dla turbin: śmigłowych nr = (2-2.4)nz, Kaplana nr = (2,8-3,2)nz, Francisa nr = (1,8-2,2)nz, a dla turbin o przepływie poprzecznym nr = (1,8-2)nz.


Wyższe prędkości obrotowe (znamionowe i rozbiegu) podnoszą koszty hydrogeneratora ze względu na konieczne wzmocnienia konstrukcyjne (turbiny, przekładni i generatora) oraz zainstalowanie odpowiednich regulatorów do zabezpieczenia układu.


 Sprawność ηt


Sprawności turbin stosowanych w małej energetyce wodnej wynoszą odpowiednio1: turbina Francisa ηt = 84 do 90%, turbina Kaplana i śmigłowa ηt = 84 do 90%, turbina o przepływie poprzecznym ηt = 78 do 84%.

R E K L A M A



Sprawność turbiny zależy od jej wielkości (przełyku znamionowego). Na rysunku 1 przedstawiono zmianę sprawności w zakresie małych przełyków dla turbin o wysokim standardzie wykonania (krzywa a) i średnim standardzie wykonania (krzywa b). Wykresy sporządzono na podstawie danych2.


W warunkach zmiennych przepływów ważna jest nie tylko wartość sprawności w znamionowym punkcie pracy, ale również zależność sprawności od przełyku (rys. 2). Wykresy opracowano na podstawie danych literaturowych3, 4 oraz badań własnych3. Płaskie charakterystyki są korzystniejsze – umożliwiają eksploatację turbiny z wysoką sprawnością w szerokim zakresie przepływów.


Własności kawitacyjne


Własności kawitacyjne turbiny charakteryzowane są za pomocą współczynnika kawitacji δk. Dla turbin reakcyjnych w standardowych wykonaniach współczynnik ten można oszacować w zależności od wyróżnika szybkobieżności (rys. 3). Turbiny o wyższych wyróżnikach szybkobieżności (Kaplana, śmigłowe) mają wyższe współczynniki kawitacji i w wielu przypadkach konieczne jest posadowienie turbiny poniżej zwierciadła wody, co znacząco podnosi koszty inwestycji i utrudnia eksploatację.

Rys. 3. Współczynnik kawitacji turbin reakcyjnych
 

Poza wymienionymi powyżej kryteriami dobór turbiny może zależeć od realizowanej inwestycji. W przypadku odbudowy lub modernizacji istniejącej elektrowni ograniczenia będą dotyczyły gabarytów, konfiguracji (układu turbiny – pionowa, pozioma), zabudowy (komora otwarta, rurociąg, układ lewarowy itp.). Poniżej kilka wybranych przykładów konfiguracji i zabudowy turbin i ich cechy.


Turbina w układzie pionowym, w komorze otwartej (rys. 4) ma zwartą konstrukcję i zajmuje małą powierzchnię, co utrudnia przeglądy i naprawy. Turbina w układzie poziomym, z regulacją wewnętrzną, w komorze otwartej (rys. 5) ma większą powierzchnię zabudowy, co również sprawia, że trudne są przeglądy i naprawy. Natomiast turbina w układzie poziomym, w kadłubie spiralnym (rys. 6), pomimo większej powierzchni zabudowy zapewnia łatwość w dokonywaniu przeglądów i napraw.


Grunt to ekonomia


Właściwy wybór (w przestrzeni dobrze zdefiniowanych kryteriów) rodzaju turbiny zmniejsza zakres i koszty dalszych prac projektowo-konstrukcyjnych. Kolejnym etapem projektowania elektrowni jest ustalenie wielkości turbiny – dobór przełyku instalowanego. Zagadnienie to oraz procedury obliczeniowe zostały przedstawione w pracach6, 7. Ostatecznie optymalne rozwiązanie należy wybrać, obliczając roczną produkcję energii oraz odpowiednie wskaźniki ekonomiczne.


Prawidłowy dobór rodzaju i wielkości turbiny jest podstawowym warunkiem efektywności inwestycji, a w konsekwencji stymulatorem rozwoju dziedziny, ponieważ nietrafione inwestycje zmniejszają zainteresowanie potencjalnych inwestorów.


Źródła
1. Chapallaz J. M.: Kleinwasserkraftwerke. Wasserturbinen. Impuls – programm PACER. Budesamt für Konjunkturfragen. 1995.
2. Anderson H.H.: Centrifugal pumps and allied machinery. 4th Edition Elsevier Advanced Technology. Oxford 1994.
3. Kovalev N.N.I.: Hydro turbiny. Budowa maszyn. Leningrad 1971
4. Meerwarth K.: Wasserkrafmachinen. Springer-Verlag. Berlin/Gottingen/Heidelberg 1963.
5. Dębiec J., Rduch J.: Badania laboratoryjne turbin modelowych. Zadanie 5.2. Projekt badawczy nr 7 T07C 032 17 pt. Analiza wybranych własności eksploatacyjnych turbin wodnych o przepływie poprzecznym. Kierownik Projektu Zarzycki M. Gliwice 2001.
6. Rduch J.: Dobór turbin do małej elektrowni wodnej. IX Forum Odnawialnych Źródeł Energii. Zakopane 2003.
7. Rduch J.: Zagadnienie doboru turbin dla mikroelektrowni wodnych. „Cieplne Maszyny Przepływowe” 132/2007.
8. Kwiatkowski V.S.: Małe hydro turbiny. MASZGIZ. Moskwa 1950.

 
dr inż. Jan Rduch, Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki


Podpisy rysunków:

Rys. 1. Sprawności turbin w funkcji przełyku
Oznaczenia: a – wysoki standard wykonania, b – średni standard wykonania

Rys. 2. Względne sprawności turbin wodnych
Oznaczenia: F – turbina Francisa, K – turbina Kaplana, M – turbina o przepływie poprzecznym (Michell-Banki), S – turbina śmigłowa

Rys. 3. Współczynnik kawitacji turbin reakcyjnych

Rys. 4. Turbina w układzie pionowym, w komorze otwartej

Rys. 5. Turbina w układzie poziomym, z regulacją wewnętrzną, w komorze otwartej

Rys. 6. Turbina w układzie poziomym, w obudowie spiralnej

Artykuł pochodzi z miesięcznika Czysta Energia 02/2008.

Turbina Archimedesa - unikatowa w Polsce
(18.10.2011)
Budowa MEW ( mała elektrownia wodna ) w miejscowości Bieleckie Młyny - turbina wodna ślimakowa




   WASZYM ZDANIEM

autor: snapes (06.04.2010, 20:19:21)
zapraszam na forum www.mew.pl , znajdziecie tam odpowiedz na wiekszośc pytan

autor: grzegorz (18.12.2009, 20:23:00)
witam wszystkich jestem zainteresowany postawieniem elektrowni wodnej czy ppaństwo wie jakie są do tego pozolenia i także jak jest u nas z wykupem energi przez energetykę bardzo proszę o informacje mój email to:grzechaliwona@vp.pl

autor: nowak (30.06.2008, 12:28:02)
a biologiczny przepływ nienaruszalny? co z nim? Jest pewna ilość wody która nie powinna być używana przez elektrownię, w polskich warunkach jest to całkiem sporo, bo i przepływy na wielu rzekach maleńkie.

autor: barbara pietrzak (10.06.2008, 12:56:53)
mało informacji o budowie takiej elektrowni przecież to nie tylko turbina ale generatory linie przesyłowe... itd

autor: anna białek (01.03.2008, 12:48:45)
Piszę pracę magisterską na temat odnawialnych źródeł energii. To bardzo przyszłościowy sektor gospodarki. Ciekawe tylko, czy Polska wywiąże się z nałożonych na nią zobowiązań?

autor: Michał Ł. (02.02.2008, 17:13:24)
jestem zainteresowany zbudowaniem elektrowni wodnej , czy wiecie panstwo o jakiejsc mozliwości dofinansowania tej inwestycji z funduszy unijnych, lub innych, i jakie sa potrzebne to tego pozwolenia, i oczywiście jak jest w polsce z wykupem prądu przez energetykę? sarnow15@op.pl proszę o odpowiedz, z góry dziękuje :)

autor: (02.12.2007, 12:38:22)
malo jest tu informacji o elektrowni wodnej i malo zdiec

autor: agusia (10.11.2007, 14:49:28)
mało jest tu informacji o elektrowni wodnej

autor: sandra (26.10.2007, 08:16:28)
potrzebuje informacji o elektrowniach wodnych... Bosh po co ja szłam do tego technikum mechanicznego???

autor: Adam (24.07.2007, 14:51:49)
super :) trzeba inwestowac w ten rynek coraz bardziej ^^ zagrozenie terorystyczne i wyczerpywanie sie paliw kopalnych pokazuje nam jak bardzo jestesmy uzaleznieni od paliw kopalnych :) a ja zycze spolce szczescia i mam nadzieje ze w przyszlosci bede sie zajmowal czyms podobnym :)

autor: kowalska (24.07.2007, 09:31:15)
materiał nieaktualny- od kilku lat jedynym akcjonariuszem spółki ESP SA jest PSE SA ( spólka Skarbu Państwa)

autor: wiki (02.03.2007, 13:56:56)
fajna strona:)Właśnie potrzebowałam informacji o elektrowniach do szkoły.Dużo czytania na tej stronie i dużo fajnych informacji

autor: arkadiusz wyrzykowski (02.01.2007, 11:48:54)
jestem zainteresowany zbudowaniem elektrowni wodnej , czy wiecie panstwo o jakiejsc mozliwości dofinansowania tej inwestycji z funduszy unijnych, lub innych, i jakie sa potrzebne to tego pozwolenia, i oczywiście jak jest w polsce z wykupem prądu przez energetykę? blu@wp.pl proszę o odpowiedz

Dodaj nową wypowiedź:
Autor:
Treść:
Antyspam: 9+5=
Komentarze są prywatnymi opiniami użytkowników portalu ecoeurope.eu, ekoeurope.eu, ekoenergia.pl, ecoenergia.pl i portal nie ponosi odpowiedzialności za treść komentarzy. Przed wstawieniem komentarza, pisania EKO blogu, EKO dom.ekoenergia.pl lub korzystania z EKO czatu przeczytaj REGULAMIN FORUM DYSKUSYJNEGO/SPOŁECZNOŚCI. Naruszenia regulaminu można zgłaszać pod adresem: sekretariat@ecoeurope.eu
R E K L A M A
Polecamy: bzyk-car.pl  Monitor  Wolne  Niezależna  3obieg  Siec118  Db.org.pl  Pod prąd  Wolontariat  Davidicke  Alexjones  Infowars  DB  Centerko  VM  ic  eko-cel  prison  Thrive  T2  Pod  Wolna  N  
Współpraca | Reklama | Linki | Kontakt
dodaj do ulubionych   ustaw jako startową

Portal internetowy: wersja 3.40
Copyright © 2000 - 2017 Ekoenergia.pl - Ecoeurope.eu
Portal Eko : Odnawialne źródła energii
Made in Poland

Realizacja: e-solution © 2006

Portal firmy "Ecoeurope.eu" sp. z o.o. o domenach: ecoeurope.eu, ekoeurope.eu, ekoenergia.pl ,ecoenergia.pl i inne będące jego własnością nie ponosi żadnej odpowiedzialności wobec Użytkowników lub osób trzecich z tytułu szkód, zarówno bezpośrednich jak i pośrednich, w związku z wykorzystaniem danych i informacji zawartych na stronach Portalu i/lub Serwisów.