Share to Facebook 
Share to Twitter 
Share to Linkedin 
PGT SocialWeb - Copyright © 2010 by pagit.eu

Obnovljivi izvori energije

Načini pretvorbe energije vodotoka u električnu energiju E-mail
Autor Leo Jerkić   

Hidroelektrane su postrojenja u kojima se potencijalna energija vode pretvara u mehaničku energiju vrtnje rotora, a zatim u električnu energiju u generatoru. Snaga koju hidroelektrana razvija ovisi o neto padu vode, odnosno razlici razine gornje vode (zahvat) i donje vode (turbina), umanjenom za hidrauličke gubitke prilikom protoka vode.

Prema načinu korištenja vode hidroelektrane se dijele na:

  • akumulacijske - voda se akumulira kako bi se mogla koristiti kada je potrebnija
  • protočne - voda se iskorištava kako dotječe, nema akumulacije
  • reverzibilne ili crpno-akumulacijske

Prema visini pada vodotoka, odnosno visinskoj razlici između zahvata i ispusta vode hidroelektrane se mogu podijeliti na:

  • niskotlačne - pad do 25 m
  • srednjetlačne - pad između 25 i 200 m
  • visokotlačne - pad veći od 200 m

Prema udaljenosti strojarnice od brane hidroelektrane se dijele na:

  • pribranske - strojarnica smještena neposredno uz branu
  • derivacijske - strojarnica smještena podalje od brane

Osnovni dijelovi hidroelektrana

Osnovni dijelovi hidroelektrana su:

  • Brana ili pregrada
  • Zahvat vode
  • Dovod vode
  • Vodostan ili vodena komora
  • Tlačni cjevovod
  • Vodene turbine
  • Generator
  • Strojarnica
  • Rasklopno postrojenje
  • Odvod vode

Tipična hidroelektrana
Tipičan izgled HE (izvor: Grupa autora: Program izgradnje malih hidroelektrana, Energetski institut „Hrvoje Požar“, 1998.)


Brana ili pregrada je osnovni dio hidrotehničkog sustava hidroelektrane, a funkcija joj je skretanje vode s prirodnog toka prema zahvatu, povećanje dubine vode kako bi dobili što veći pad i ostvarivanje akumulacije vode. Brane mogu biti masivne (armirano-betonske) i nasute (zemlja, kamenje).

Zahvat vode je struktura koja usmjerava vodu prema dovodu, odnosno prema turbini. Postoje izvedbe zahvata ispod i iznad razine vode. Zadaća zahvata je da potrebnu količinu vode usmjeri prema dovodu vode ili direktno prema tlačnom cjevovodu, a da pritom bitno ne ugrozi okoliš, te da ne zahtijeva posebna održavanja. Prema današnjim ekološkim standardima zahvati imaju sustave za odvraćanje riba od zahvata i prolaze za ribe.

Dovod vode je dio sustava koji spaja zahvat sa vodenom komorom. Može biti izveden kao otvoreni - kanal ili zatvoreni - tunel. Otvoreni dovod (kanal) može biti izveden u obliku trapezoida, pravokutnika, trokuta ili polukružno. Protok kroz kanal ovisi o vrsti materijala od kojega je izrađen (zemlja, čelik, drvo ili beton), o čistoći kanala i o obliku kanala. Zatvoreni dovod (tunel) može biti izveden kao gravitacijski ili tlačni. Kod gravitacijskih tunela voda ne ispunjava cijeli tunel, pa se protok regulira na zahvatu, dok kod tlačnih tunela voda ispunjava cijeli poprečni presjek, pa se ne treba utjecati na zahvat za promjenu protoka.

Vodena komora nalazi se na kraju odvoda, a služi za regulaciju prilikom promjene opterećenja. Kada je dovod izveden kao gravitacijski tunel vodena komora mora imati odgovarajući volumen kako bi se u njoj mogle pohraniti veće količine vode, a kada je tunel tlačni dimenzije komore moraju biti takve da tlak u dovodu ne poraste preko dopuštene granice.

Tlačni cjevovod dovodi vodu do turbina iz vodene komore ili direktno sa zahvata vode, a karakteriziran je materijalom, promjerom, debljinom stijenki i tipom spajanja pojedinih dijelova. Promjer se odabire tako da se gubitci zbog trenja smanje na prihvatljivu mjeru dok se debljina stijenki odabire tako da je cjevovod otporan na hidrauličke tlakove. Danas postoji širok izbor materijala za izradu cjevovoda, ovisno o padu. Za velike padove koristi se zavareni čelik i kovano željezo, dok su za male i srednje padove čelik i željezo manje poželjni jer se unutrašnji i vanjski sloj zaštite ne smanjuje sa smanjenjem debljine stijenki uslijed manjeg tlaka. Zato se na manjim i srednjim padovima koriste još i polietilenski, pvc, betonski i azbestno-betonski cjevovodi. Na ulazu u tlačni cjevovod nalazi se zaporni uređaj kojim se može spriječiti daljnje protjecanje vode u slučaju pucanja cijevi. Ispred glavnog zapornog uređaja redovito se postavlja i pomoćni, koji omogućava bilo kakve radove na glavnom bez potrebe za pražnjenjem sustava.

Vodene turbine pretvaraju kinetičku energiju strujanja vode u mehaničku energiju vrtnje rotora turbine, odnosno generatora. Turbine se ovisno o načinu prijenosa energije vodotoka dijele na impulsne (akcijske) i reakcijske. U impulsnim turbinama tlak na ulazu u rotor vode jednak je tlaku vode na izlazu, jer se sva potencijalna energija vode pretvara u kinetičku energiju u statoru turbine. Glavni predstavnik impulsnih turbina je Peltonova turbina kod koje voda sa velike visine od 400 do 600 m slobodno pada i uz pomoć sapnica se usmjerava na lopatice rotora. Koristi se za male protoke.


 

Protok hidroturbina i područje primjene
Područje primjene turbina (izvor: Grupa autora: Program izgradnje malih hidroelektrana, Energetski institut „Hrvoje Požar“, 1998.)

Osim Peltonove, koriste se još i Turgova turbina (veća specifična brzina od Peltonove) i turbina sa poprečnim tokom vode. U reakcijskim turbinama tlak vode na ulazu u rotor je veći nego na izlazu. Dio potencijalne energije se transformira u kinetičku u statoru, a dio u rotoru. Zakretanje radnog kola uzrokuje promjenu količine gibanja i reaktivne sile. Reaktivne turbine se dijele s obzirom na smjer toka vode na radijalne, aksijalne i dijagonalne. Osnovni dijelovi reakcijskih turbina su spiralni dovod, statorske lopatice, difuzor (odsisna cijev) i ležajevi, dok se međusobno načelno razlikuju po konstrukciji radnog kola. Najpoznatije reakcijske turbine su Francisova, propelerska, Kaplanova, cijevna i Deriazova turbina.

Osovina Francisove turbine može biti vertikalno ili horizontalno položena, koristi se za srednje padove (40 – 700 m), a voda dolazi radijalno na turbinu dok se protok regulira sa lopaticama privodnog kola.

Propeleska turbina se koristi za velike protoke i male padove, voda se dovodi aksijalno na lopatice rotora, a lopatice radnog kola mogu biti radne i fiksne.

Kaplanova turbina je propelerska sa zakretnim lopaticama rotora, pa se naziva i dvostruko regulirana turbina.

Cijevna turbina je propelerna s vodoravnom ili blago ukošenom osovinom, nema spiralni kanal, a koristi se za male padove i velike protoke.

Kroz Deriazovu turbinu voda se dovodi dijagonalno, a kao i Kaplanova, ima svojstvo dvostruke regulacije.

Kriteriji za izbor turbine su neto pad, protok kroz turbinu, brzina rotacije, problemi s kavitacijom i cijena. Neto pad je prvi kriterij kod izbora turbine; za male padove koriste se Kaplanova, propelerna i cijevna turbina, za srednje padove Francisova, dok se za najveće padove koristi Peltonova turbina.


 

presjek hidroturbina
Presjek nekih vrsta turbina (izvor: Matković, M.: Small hydro-power plants, Elektroprojekt, 1993.)

Generator je uređaj koji mehaničku energiju vrtnje rotora pretvara u električnu energiju. S obzirom na brzinu okretnog magnetnog polja u odnosu na brzinu rotora generatori se dijele na sinkrone i asinkrone. Sinkroni generator ima istosmjerni sustav uzbude, te može raditi izoliran od mreže, dok asinkroni generator uzima jalovu energiju iz mreže, te ne može raditi ako nije povezan na mrežu. Sinkroni generatori su skuplji od asinkronih, ali se asinkroni mogu koristiti samo na mjestima gdje je njihov doprinos u ukupnoj snazi sustava zanemariv.

Rasklopno postrojenje predstavlja vezu između hidroelektrane i elektroenergetskog sustava, a izvodi se u neposrednoj blizini strojarnice. Njegova osnovna zadaća je transformacija proizvedene električne energije u skladu s parametrima sustava i isporuka te energije u elektroenergetski sustav.

Odvod vode služi za vraćanje vode iskorištene u turbini natrag u vodotok, a može biti izveden kao kanal ili kao tunel.

Tags:     energija vodotoka      električna energija      hidroelektrane      načini pretvorbe
Vezane vijesti
Index članka
Načini pretvorbe energije vodotoka u električnu energiju
Osnovni dijelovi hidroelektrana #1
Osnovni dijelovi hidroelektrana #2
Osnovni dijelovi hidroelektrana #3
Osnovni dijelovi hidroelektrana #4
Sve stranice
 

Obnovljivi izvori energije za početnike

OIE u regiji

Nove tehnologije

Nova energetika

Zadnje vijesti

Želite li više koristiti obnovljive izvore energije?