NÁVRH MALÉ VODNÍ ELEKTRÁRNY

Transkript

1 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ ÚSTAV ELEKTROENERGETIKY FACULTY OF ELECTRICAL ENGINEERING AND COMMUNICATION DEPARTMENT OF ELECTRICAL POWER ENGINEERING NÁVRH MALÉ VODNÍ ELEKTRÁRNY BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR JANA VAŠKOVÁ BRNO 2009

2

3 >>Vložit licenční smlouvu<<

4 Bibliografická citace práce: VAŠKOVÁ, J. Návrh malé vodní elektrárny. Bakalářská práce. Brno: Ústav elektroenergetiky FEKT VUT v Brně, 2009, 58 stran. Prohlašuji, že jsem svou bakalářskou práci vypracovala samostatně a použila jsem pouze podklady (literaturu, projekty, SW atd.) uvedené v přiloženém seznamu.

5 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Ústav elektroenergetiky Bakalářská práce Návrh malé vodní elektrárny Jana Vašková vedoucí: doc. Ing. Antonín Matoušek, CSc. Ústav elektroenergetiky, FEKT VUT v Brně, 2009 Brno

6 BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Faculty of Electrical Engineering and Communication Department of Electrical Power Engineering Bachelor s Thesis Project of small hydroelectric power station by Jana Vašková Supervisor: doc. Ing. Antonín Matoušek, CSc. Brno University of Technology, 2009 Brno

7 Abstrakt 9 ABSTRAKT Bakalářská práce na téma Návrh malé vodní elektrárny, kterou předkládám, je zaměřena na návrh vodní elektrárny ve vybrané lokalitě. Úvod je zaměřen na obecné pojednání o zdrojích, ze kterých je možné elektrickou energii získat, a zároveň o elektrárnách a jejich využití, zejména pak vodních. V následujících kapitolách je charakterizována lokalita vybraná pro uskutečnění záměru výstavby MVE a to ze dvou hledisek. Za prvé z hlediska jejího umístění v krajině a za druhé z hlediska technických parametrů. Dále se v této části zabývám samotným návrhem elektrárny, pro kterou jsou navrhovány dvě varianty. Varianta A, kde jsou na provoz MVE uvažovány dvě soustrojí a varianta B s návrhem jednoho soustrojí. V samotné kapitole Elektrotechnická část MVE se věnuji elektrotechnickému uspořádání elektrárny a to včetně způsobu, jakým bude vyveden výkon z elektrárny do sítě. Závěrečná část práce se týká ekonomického zhodnocení projektu, tedy návrhem výstavby MVE. KLÍČOVÁ SLOVA: malá vodní elektrárna, návrh MVE, výstavba MVE

8 Abstract 10 ABSTRACT Bachelor's thesis on Project small hydroelektric power station which submitted the proposal is focused on hydroelectric power in the selected location. Home is focused on a general treatise on the sources from which it is possible to get electricity, while the plants and their uses, especially water. The following chapters are characterized by locality selected for the implementation of the project construction and SHP to two aspects. First, in terms of its location in the landscape and secondly in terms of technical parameters. Furthermore, in this part of the proposal dealing alone power plants, for which two options are proposed. Option A, where the operation SHP considered two sets and variant B with the proposal of one generator. In their own chapter of Electrical SHP is giving elektrotechnic power arrangement, including how performance will be out of power in the network. The final part of the work concerns the evaluation of the economic project, the design of construction SHP. KEY WORDS: small hydroelektric power station, completion of SHP, construktion of SHP

9 Obsah 11 OBSAH SEZNAM OBRÁZKŮ 14 SEZNAM TABULEK 15 SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK 16 1 ÚVOD Obecný úvod Neobnovitelné zdroje energie Obnovitelné zdroje energie Elektrárny Elektrárny větrné Elektrárny solární Elektrárny vodní Sloţení vodních elektráren Vzdouvací objekt Přivaděč Vtokový objekt Česle Strojovna elektrárny Rozvodna elektrárny Automatika řízení Výtokový objekt Odtokový kanál Zvláštní typy elektráren Pouţívané typy soustrojí pro MVE (mikroelektrárny) 23 2 VÝBĚR A POPIS LOKALITY PRO STAVBU MVE Umístění lokality Parametry a technický popis lokality Předpokládaný výkon lokality Návrh soustrojí pro MVE Návrh soustrojí - varianta A Návrh soustrojí - varianta B 32

10 Obsah 12 3 ELEKTROTECHICKÁ ČÁST MVE, VČETNĚ VYVEDENÍ VÝKONU Návrh elektrotechnické části - varianta A Návrh zapojení MVE (varianta A) Návrh kompenzace MVE (varianta A) Návrh elektrotechnické části - varianta B Návrh zapojení MVE (varianta B) Návrh kompenzace MVE (varianta B) Návrh vyvedení výkonu 37 4 EKONOMICKÉ ZHODNOCENÍ PROJEKTU Kalkulace ceny a návratnosti pro variantu A Cena projektu - varianta A Cena stavební části MVE Cena soustrojí MVE Cena elektrotechnické části MVE Cena vyvedení výkonu MVE Cena projektu MVE Výpočet předpokládané výroby pro variantu A Výpočet návratnosti pro variantu A Kalkulace ceny a návratnosti pro variantu B Cena projektu - varianta B Cena stavební části MVE Cena soustrojí MVE Cena elektrotechnické části MVE Cena vyvedení výkonu MVE Cena projektu MVE Výpočet předpokládané výroby pro variantu B Výpočet návratnosti pro variantu B 43 5 ZÁVĚR 45 POUŢITÁ LITERATURA 47

11 Obsah 13 PŘÍLOHA A PRŮTOKY - LG LICHKOV 2002,2003 PŘÍLOHA B PRŮTOKY - LG LICHKOV 2004,2005 PŘÍLOHA C PRŮTOKY - LG LICHKOV 2006,2007 PŘÍLOHA D PRŮTOKY - LG LICHKOV 2008,2009 (LEDEN-ČERVENEC) PŘÍLOHA E ROČNÍ VÝSKYT PRŮTOKŮ 2003,2005 PŘÍLOHA F ROČNÍ VÝSKYT PRŮTOKŮ 2007,2008 PŘÍLOHA G PŘÍLOHA H SCHÉMA ZAPOJENÍ MVE S DVĚMI SOUSTROJÍMI SCHÉMA ZAPOJENÍ MVE S JEDNÍM SOUSTROJÍM PŘÍLOHA I STROJNÍ USPOŘÁDÁNÍ SOUSTROJÍ TM 5 PŘÍLOHA J PŘÍLOHA K PARAMETRY PRŮTOKŮ A VÝKONU TURBÍN 57 SCHÉMA VYVEDENÍ VÝKONU Z MVE

12 Seznam obrázků 14 SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1-1 Větrné elektrárny umístěné u pobřeží 18 Obr. 1-2 Kaplanova turbína 20 Obr. 1-3 Přílivová elektrárna s využitím mořských proudů 22 Obr. 1-4 Plovoucí vlnová elektrárna 23 Obr. 1-5 Soustrojí MVE v kašnovém provedení s horizontální hřídelí 24 Obr. 1-6 Přímoproudé provedení soustrojí MVE 24 Obr. 1-7 Násoskové provedení soustrojí MVE 25 Obr. 1-8 Soustrojí MVE v kašnovém provedení s vert. hřídelí soustrojí s Bánkiho turbínou 25 Obr. 2-1 Mapa lokality 26 Obr. 2-2 Mapa lokality pro umístění MVE 27 Obr. 2-3 Boční pohled na místo umístění MVE 27 Obr. 2-4 Přední pohled na splav 28 Obr. 2-5 Schéma soustrojí TM 5 32

13 Seznam tabulek 15 SEZNAM TABULEK Tab. 3-1 Změna účiníku a účinnosti při změně výkonu pro jednu turbínu 35 Tab. 3-2 Změna účiníku a účinnosti změně výkonu pro dvě turbíny 35 Tab. 3-3 Změna účiníku a účinnosti při změně výkonu 37 Tab. 4-1 Výpočet návratnosti MVE 41 Tab. 4-2 Výpočet návratnosti MVE 44

14 Seznam symbolů a zkratek 16 SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK Seznam pouţitých zkratek MVE Malá vodní elektrárna Seznam pouţitých symbolů g Tíhové zrychlení m s 2 h P Návrhový spád (rozdíl hladin) m Elektrický výkon kw Q Průtok přes turbínu m 3 s 1 Q a Průměrný 90 denní průtok řekou m 3 s 1 Q min Minimální trvalý průtok řekou m 3 s 1 Q max Maximální trvalý průtok řekou m 3 s 1 Q 355 Minimální průtok v řece podobu 355 dní m 3 s 1 Celková účinnost elektrárny n t Otáčky turbíny min 1 n g Otáčky v generátorovém chodu min 1 n s Synchronní otáčky sítě min 1 n m Otáčky v motorickém chodu min 1

15 Úvod 17 1 ÚVOD 1.1 Obecný úvod Člověk, jeho život a existence na Zemi je dána a ovlivněna několika aspekty, které jej nějakým způsobem ovlivňují. Jedním z těchto aspektů je zdroj energie vzniklý v přírodě. Elektrickou energii zde přímo nenalezneme, ale máme možnost ji různým způsobem získat z neobnovitelných a obnovitelných zdrojů energie Neobnovitelné zdroje energie Neobnovitelné zdroje energie jsou zdroji, které po jejich vyčerpání nelze obnovit. Mezi tyto zdroje se řadí např. fosilní (předvěká) paliva, tj. černé a hnědé uhlí, rašelina, zemní plyn, ropa, ale i radioaktivní látky uran a thorium. Tyto zdroje se nejčastěji využívají v elektrárnách, kde se pro výrobu elektrické energie využívá parního cyklu Obnovitelné zdroje energie Obnovitelné zdroje energie jsou zdroji, které jsou přírodní, stále se opakující síly jako je vítr, voda nebo Slunce. Jedním z dalších zdrojů mohou být i geotermální prameny. Mezi základní obnovitelný zdroj již odpradávna patří využívání energie vodních toků. (např. pohony mlýnských kol). 1.2 Elektrárny Elektrárny jsou zařízení, která slouží k přeměně energie určitého typu (větru, páry, vody) na energii elektrickou a lze je členit z několika hledisek. Z hlediska velikosti instalovaného výkonu členíme elektrárny na elektrárny velké, střední a malé. Z hlediska využití přírodního zdroje je možné elektrárny členit na větrné, solární, tepelné, jaderné nebo vodní Elektrárny větrné Větrné elektrárny využívají síly proudícího větru, který se tvoří změnou atmosférického tlaku v určitých oblastech nebo vlivem změny počasí. U větrných elektráren se méně často využívají vertikálně uložená větrná kola, která jsou nejčastěji miskového tvaru nebo prutového tvaru.

16 Úvod 18 Dále se nejčastěji využívají horizontálně uložené větrné turbíny. Obvykle jsou tvořeny trojlistou vrtulí (podobná letecké). V případě využívání vyšších rychlostí větrů se používají i dvojlisté nebo jednolisté větrné turbíny. Příklad větrných elektráren s trojlistou vrtulí je uveden na Obr Obr. 1-1 Větrné elektrárny umístěné u pobřeží Elektrárny solární Solární elektrárny jsou elektrárny, které využívají k výrobě elektrické energie sluneční zdroj a to pomocí několika principů, kdy první princip je založen na stejném principu jako tepelná elektrárna (nazývá se také termální solární elektrárna). Tohoto způsobu se využívá především u elektráren s velkým výkonem v řádech desítek až stovek megawattů. Druhý princip je založen na přímé přeměně slunečního záření na stejnosměrný elektrický proud, ten se pomocí střídačů přemění na proud střídavý a dodává se do sítě. Tento způsob je vhodný i pro výrobu elektřiny pro domácí účely především tam, kde není možnost elektrizace z elektrizační sítě Elektrárny vodní Vodní elektrárny jsou v dnešní době nejenom ve světě, ale i u nás stále využívanými ekologicky čistými a nevyčerpatelnými primárními zdroji energie. Význam zde zaujímají i malé vodní elektrárny (MVE), kdy k velkému nárustu výstavby u nás došlo počátkem 20. století.

17 Úvod 19 Pokud se podíváme na vodní elektrárny z hlediska členění, lze je členit dle tří základních hledisek. Prvním hlediskem je členění vodních elektráren dle instalovaného výkonu elektrárny, druhým hlediskem je členění dle využívaného spádu (způsobu použité turbíny) a třetím hlediskem je členění dle způsobu jejich provozu. Dle instalovaného výkonu můžeme vodní elektrárny členit na mikroelektrárny s instalovaným výkonem do 35 kw, malé vodní elektrárny do 10 MW, střední vodní elektrárny od 10 MW do 100 MW a velké vodní elektrárny nad 100 MW. Dle způsobu jejich provozu vodní elektrárny členíme (i v závislosti na elektrizační soustavu) na průtočné, špičkové a přečerpávací. Průtočné vodní elektrárny jsou elektrárny závislé od okamžitého průtoku vody v řece. V podmínkách ČR to jsou obvykle malé vodní elektrárny s výkony řádu jednotek megawattů. Špičkové vodní elektrárny se budují obvykle jako přehradní, kdy akumulace vody v přehradě zajišťuje zásobu vody pro jejich chod v době energetické špičky v elektrizační síti. Jejich instalované výkony se pohybují od několika desítek megawattů až po několik stovek megawattů. Přečerpávací vodní elektrárny se budují rovněž jako přehradní s tím, že pro provoz elektrárny jsou potřeba dvě akumulační nádrže (horní a dolní). V případě energetické špičky v elektrizační soustavě se pouští voda z horní nádrže přes turbínu do dolní nádrže. V případě přebytků energie v síti se naopak voda čerpá (točením vodní turbíny obráceným směrem vzniká čerpadlo) ze spodní nádrže do horní. Čerpání se provádí buď reversní turbínou, nebo čerpadlem. Vodní elektrárny využívají ke své činnosti síly vodního toku a to buď potenciální, nebo kinetické energie. Pro přeměnu energie toku slouží turbíny. V dnešní době se nejčastěji používají Kaplanovy (pro vyšší spády upravené tzv. Deriazovy turbíny), Francisovy a Peltonovy turbíny. Kaplanova turbína se řadí mezi nízkotlaké turbíny, kdy se nejčastěji používá pro spády do 50m. Velkého využití pak má především pro malé vodní elektrárny průtočného typu, kde se často mění průtok v řece. Vzhledem k možnosti měnit úhel natočení lopat oběžného kola turbíny je možné lépe využít průtok přes turbínu, čímž se dosahuje maximální provozní účinnosti ve velkém rozsahu průtoku (maximální účinnost velkých turbín je až 95% při optimálním otevření). Příklad Kaplanovy turbíny je na Obr Další zkonstruované varianty této turbíny jsou Deriazova (je upravena na vyšší spády) a Propelerova, která je upravena tak, že nemá natáčecí zařízení pro oběžné kolo. Používá se především u vodních elektráren, které pracují systémem START-STOP a tam, kde se nemění průtok v řečišti.

18 Úvod 20 Obr. 1-2 Kaplanova turbína Francisova turbína se řadí mezi středotlaké turbíny, které se nejčastěji používají pro spády v rozmezí pár metrů až několik stovek metrů. Používají se především u špičkových vodních elektráren, nebo se využívají i jako přečerpávací elektrárny. Oběžné kolo je obvykle odlitek (v dnešní době nejčastěji nerezový), který je doopracovaný na karuselu. Peltonova turbína se řadí mezi vysokotlaké turbíny, které se nejčastěji používají pro spády nad stovky metrů. Turbína je tvořena kruhem, na kterém jsou připevněny lopatky půlkulového tvaru, do nichž se přes regulační dýzu pouští voda. 1.3 Sloţení vodních elektráren Vodní elektrárna je zařízení, které se skládá z několika základních částí. Základními částmi jsou: vzdouvací objekt, přivaděč, vtokový objekt, česle, strojovna elektrárny, rozvodna elektrárny, automatika řízení, pomocné technické části, hydraulické zařízení. U některých vodních elektráren může být i Velín, odkud je řízeno a dohlíženo na provoz elektrárny. Důležitou součástí je i výtokový objekt, odtokový kanál a trafostanice.

19 Úvod Vzdouvací objekt Vzdutí vodní hladiny slouží k vytvoření rozdílu hladin na řece. Jako vzdouvací objekty se používají přehrady nebo jezy Přivaděč Jedná se obvykle o potrubí nebo uměle vytvořený kanál, kterým se přivádí voda z hlavního koryta, resp. nádrže k elektrárně, popř. až k turbíně. Z hlediska konstrukce můžeme přivaděče dělit na derivační kanály (náhony a odpady) a žlaby, dále pak na přívodní potrubí, štoly a šachty Vtokový objekt Jedná se o část elektrárny, která bývá vybavena česly k odstranění hrubých nečistot z vody, (z důvodu zabránění poškození nebo ucpání turbíny), čistícím strojem k čistění těchto česel a hradícími tabulemi k reviznímu uzavření turbíny Česle Jsou nezbytnou součástí všech objektů hydroenergetických děl a slouží k zamezení vniku mechanických nečistot a předmětů do hydraulického systému (např. plastové láhve, velké kusy dřevěných klád a další). Hlavním úkolem je zabránit ucpání nebo zhoršení průtočnosti kanálu rozvaděče a oběžného kola a chránit obtékané části systému před mechanickým poškozením. Bývají zejména součástí vtokového objektu a dle požadavků je dělíme na hrubé a jemné Strojovna elektrárny Strojovna elektrárny bývá vybavena zařízením, jako je portálový jeřáb, kanceláře, sklady nebo Velín. Nejdůležitější součástí je pak soustrojí turbíny (přesněji zavěšení turbíny, kola převodovky), generátor, budič, pomocné hydraulické části k ovládání soustrojí Rozvodna elektrárny Rozvodna bývá obvykle součástí přímo strojovny a slouží k odvedení výkonu a manipulaci s generátory (připnutí a odepnutí od sítě). Součástí rozvodny bývá i zvyšovací transformátor (snižovací transformátor pro vlastní spotřebu) a vývod. Součástí rozvodny jsou i měřící transformátory napětí a proudu, které slouží k monitorování výroby elektrické energie z generátorů, k měření spotřebované elektřiny ve vlastní spotřebě elektrárny a ke zjištění poruchových stavů sítě nebo generátorů pomocí elektrických ochran.

20 Úvod Automatika řízení Je část elektrárny, která slouží k zajištění stálého bezproblémového chodu elektrárny. Je vybavena řídícím systémem pro soustrojí, elektrickými ochranami, ovládacím zařízením pro soustrojí a záskokem (rezervou) Výtokový objekt Jedná se o část elektrárny, která bývá vybavena hradícími tabulemi k reviznímu uzavření turbíny Odtokový kanál Slouží k odvedení odpadní vody z turbíny v případě elektráren, které jsou realizovány dál od hlavního toku řeky. Tyto kanály jsou budovány rovněž jako potrubí nebo vyhloubený otevřený kanál (často vybetonovaný). 1.4 Zvláštní typy elektráren Mezi zvláštní typy vodních elektráren patří pobřežní vodní elektrárny, které využívají změn přitažlivosti Země a Měsíce nebo změny teplot v moři. Mezi tyto elektrárny patří přílivové vodní elektrárny, které jsou dvojího typu. První typ je založený na principu, kdy se voda při přílivu akumuluje přes turbíny na pobřeží, jakmile se příliv změní v odliv a vytvoří se rozdíl hladin, tak se naakumulovaná voda vypouští přes turbíny zpět do moře. Druhý typ je založený na principu mořského proudění, kdy tento proud přímo pohání vodní turbínu (má podobný tvar jako větrná turbína). Příklad takové elektrárny je na Obr Obr. 1-3 Přílivová elektrárna s využitím mořských proudů

21 Úvod 23 Dalšími zvláštními typy elektráren jsou elektrárny příbojové, které využívají ke své činnosti síly mořských vln. První typ využívá propadávající mořskou vlnu přes horní přelivový okraj a následně i turbínu zpět do moře. Druhý typ využívá přímo vlnění moře, kterého využívá vlnová elektrárna. Tato elektrárna se skládá z plováků, ve kterých jsou umístěny generátory. Vzájemný pohyb těchto plováků se převádí na mechanický pohon generátoru. Příklad takové elektrárny je na Obr Obr. 1-4 Plovoucí vlnová elektrárna (1 pevně ukotvený ponton, 2 pohyblivý ponton s generátorem, 3 druhý pohyblivý ponton) 1.5 Pouţívané typy soustrojí pro MVE (mikroelektrárny) Soustrojí u malých vodních elektráren lze považovat za systém, který je tvořený vodním strojem a generátorem (synchronním nebo asynchronním). Pojmem vodní stroj zde rozumíme zařízení, které přeměňuje mechanickou energii vody na mechanickou energii rotujícího hřídele, nebo i pohybujícího se pístu. Malé vodní elektrárny se konstruují obvykle jako vodní elektrárny průtočné. U staršího provedení nebo u provedení s vyššími výkony se používá tzv. kašnové provedení a to u větších výkonu s vertikálním umístěním hřídele nebo s axiálním zavěšením soustrojí (Obr. 1-3). Pro menší výkony se používá provedení s horizontálním umístěním hřídele v provedení s valivými ložisky. Konstrukčně je toto provedení jednoduší Obr U vodních elektráren novějšího typu (s výkonem do cca 50 MW ), se používá tzv. kolenové nebo přímoproudé provedení soustrojí. Příklad konstrukčního řešení přímoproudého soustrojí je na Obr Vhodnějším soustrojím pro velmi malé vodní elektrárny (mikroelektrárny) je soustrojí tzv. násoskového typu dle Obr Výhodou je zde jednoduchost konstrukce, nevýhodou je nižší účinnost. Toto soustrojí bývá obvykle bez regulace a pracuje v režimu START STOP. Dalším využívaným soustrojím, které se u vodních elektráren používá, je soustrojí v kašnovém provedení s vertikální hřídelí soustrojí s Bánkiho turbínou Obr. 1-8, nebo také soustrojí s Peltonovou turbínou.

22 Úvod 24 Obr. 1-5 Soustrojí MVE v kašnovém provedení s horizontální hřídelí Obr. 1-6 Přímoproudé provedení soustrojí MVE

23 Úvod 25 Obr. 1-7 Násoskové provedení soustrojí MVE Obr. 1-8 Soustrojí MVE v kašnovém provedení s vertikální hřídelí soustrojí s Bánkiho turbínou

24 Výběr a popis lokality pro stavbu MVE 26 2 VÝBĚR A POPIS LOKALITY PRO STAVBU MVE 2.1 Umístění lokality Zvolená lokalita pro výstavbu malé vodní elektrárny se nachází ve správním území obce Mladkov, která je tvořena katastrálním územím Mladkov, Vlčkovice u Mladkova a Petrovičky u Mladkova. Obec se nachází v okrese Ústí nad Orlicí, v Mladkovské vrchovině, která je nejníže položenou a nejmenší částí Orlických hor s nejvyššími vrcholy pouze okolo 700 m nadmořské výšky a její celková rozloha činí 1282 m 2. V současné době je obec Mladkov obcí se základní občanskou vybaveností a dobrou dopravní obslužností. Lokalita se nachází na řece Tichá Orlice, v místě, kde je kamenný splav, který sloužil pro zvýšení hladiny náhonu vodního mlýna. Umístění návrhu MVE je blíže charakterizováno na Obr. 2-1 Obr. 2-1 Mapa lokality Ve vzdálenosti cca 90 m od levého břehu toku, v místě splavu se nachází železniční trať Letohrad Králíky (Hanušovice). Tato část je po celé levé straně zalesněna a sousedí s malou loukou. Pozemek vedle splavu je ve vlastnictví obce Mladkov. Na pravém břehu toku jsou pozemky, které jsou ve vlastnictví obce Mladkov. Dále se ve vzdálenosti cca 35 m od splavu nachází soukromá garáž. Na pravém břehu toku se ve vzdálenosti cca 40 m nachází asfaltová komunikace místního významu sloužící jako příjezd k chalupám a k bytovému domu. Tato komunikace vede až ke staré vodní elektrárně z počátku minulého století (tato elektrárna je po rekonstrukci, v soukromém vlastnictví) s instalovaným výkonem 40 kw.

25 Výběr a popis lokality pro stavbu MVE 27 Ve vzdálenosti cca 200 m pod splavem se nacházel vodní mlýn (nyní na jeho místě stojí rodinný dům). Vedle tohoto mlýna byl výtok zpět do řečiště Tiché Orlice (těsně za kamenným mostem, který slouží jako přístupová komunikace k místní vlakové zastávce). Mezi mlýnem a splavem byl po levém břehu kamenný náhon. Část tohoto náhonu u splavu zůstala zachována, zbývající část již byla zasypána nebo úplně zničena stavebními pracemi na rodinném domu. Nad splavem ve vzdálenosti cca Tento potok je poměrně malý s rozsahem průtoku v grafech denních průtoků a ani při návrhu elektrárny. 2 m od bočního betonu se nachází přítok z místního potoka. 0,001 0,1 s 3 1 m a není s ním počítáno Obr. 2-2 Mapa lokality pro umístění MVE Obr. 2-3 Boční pohled na místo umístění MVE

26 Výběr a popis lokality pro stavbu MVE 28 Místo stávající vodní elektrárny, místo lokality pro stavbu nové vodní elektrárny a místo původního výtoku z mlýna je vyznačeno na Obr. 2-1 a Obr Fotografie s místem splavu je na Obr. 2-3 a Obr Jak je patrné na těchto fotografiích celá lokalita je silně zarostlá a obklopena stromy. Obr. 2-4 Přední pohled na splav 2.2 Parametry a technický popis lokality Pro návrh a umístění MVE v dané lokalitě je třeba znát její parametry a technický popis. Z těchto parametrů dále vycházíme při návrhu. V lokalitě, kde malou vodní elektrárnu navrhuji, je průměrný 90 denní průtok dle 3 1 dlouhodobého měření povodí Labe 1,02 m s. V období sucha, převážně v létě, průtok neklesá pod Q , 16 m s 1 Q a 3 1 pohybuje v rozmezí od Q 0, m s do min 45. Pokud uvažuji stálý průtok, ten se po většinu roku v této lokalitě 3 1 Q max 0, 7m s.

27 Výběr a popis lokality pro stavbu MVE 29 Lokalita je významná nejenom svým umístěním, ale také kamenným splavem z počátku minulého století. Rozdíl hladin, tedy spád, který tento splav vytváří je 2,7 m. Celková délka tohoto splavu je 6 m a s bočními betonovými lemy je délka 10 m. Přelivová plocha tohoto splavu je rovná (plochá) s délkou 1 m a šířkou přelivu splavu 7 m. Celková šířka jezu i s bočními betony činí 9 m. Navrhovaná MVE, by byla umístěna na pravém břehu, kdy vtokový objekt elektrárny by se mohl nacházet na straně, kde je zaústění místního menšího potoka do Tiché Orlice. Strojovna elektrárny by byla umístěna na konci bočního betonu. Mezi elektrárnou a vtokovým objektem by byl umístěn betonový náhon, který by vedl podél vzrostlých stromů. Vyústění MVE by bylo provedeno cca 15 m za poslední částí bočního betonu splavu. Grafy průtoků, z kterých jsem vycházela pro návrh MVE jsou v příloze A-D, kde jsou zobrazeny denní průtoky z měřící stanice LG Lichkov a to z roku 2002 až z roku Součástí jsou také denní průtoky z období od do Předpokládaný výkon lokality Q a Malou vodní elektrárnu, kterou navrhuji v dané lokalitě, navrhuji pro průměrný roční průtok 3 1 1,02 m s. Při návrhu též zohledňuji pro provoz MVE rozsah průtoků, kdy minimální trvalý průtok se pohybuje kolem 3 1 kolem Q 0, m s. max Q min 0, 45m s a maximální trvalý průtok se pohybuje Dle vzorce (2.1) se dá pak vypočítat maximální výkon lokality. Dle vzorce (2.2), kde se uvažuje i účinnost turbíny, z které se pak dá vypočítat výkon na svorkách generátoru, kde tato účinnost pro velmi malé zdroje se pohybuje v rozsahu 60 až 80%. Pro výpočet výkonu v dané lokalitě uvažuji 70 % P g h Q kw, m s, m, m s (2.1.) P g h Q kw,, m s, m, m s (2.2.) S použitím vzorce (2.1.) tedy určím maximální výkon lokality podle parametrů, které jsem si zvolila na začátku P 9,81m s 2,7 m 1,02 m s 27 kw

28 Výběr a popis lokality pro stavbu MVE 30 S použitím vzorce (2.2.), mohu předpokládat výkon na svorkách generátoru (podle jiných elektráren tohoto typu) maximální účinnost MVE 70 % P 0,7 9,81m s 2,7 m 1,02 m s 18, 9 kw 2.4 Návrh soustrojí pro MVE Danou MVE budu navrhovat ve dvou variantách, přičemž ve variantě A navrhuji dva stroje se stejnými parametry. Ve variantě B navrhuji pro MVE pouze jedno soustrojí. Pro návrh MVE 3 1 budu vycházet přibližně z hodnot Q a 1,02 m s a h 2, 7 m Návrh soustrojí varianta A V této variantě navrhuji pro MVE použití dvou soustrojí od firmy Mavel a.s. z Benešova, typu TM 5 s velikostí oběžného kola 550 mm. Toto soustrojí vyrábí firma od roku 1983 a to původně jako turbíny METAZ ve stejnojmenné firmě v Týnci nad Labem. Soustrojí TM 5 je typu násoskové turbíny s litinovou komorou a plechovou svařovanou sací rourou, jejichž rozměr je přizpůsoben podmínkách v lokalitě. Rozváděcí i oběžné lopatky jsou pevné. Rozváděcí kolo je pevné, nepřestavitelné. Turbína u tohoto soustrojí pracuje s asynchronním motorem v generátorovém chodu a do provozu je uváděno pomocí vlastního elektromotoru. Při zapnutí do sítě pracuje turbína jako čerpadlo (cca 15 s ) a po zaplnění násosky vodou, soustrojí přechází automaticky do turbínového chodu, v němž elektromotor pracuje jako generátor. Odvzdušněním násosky se soustrojí odstavuje. Pohyblivé části turbíny jsou samomazné. Soustrojí má nejenom dobré ekologické využití, ale je také výhodné svojí snadnou instalací a poměrně i malou cenou. Zjednodušené schéma soustrojí je Obr. 2-4, podrobnější schéma je na výkresu formátu A3, který je součástí této bakalářské práce v příloze I.

29 Výběr a popis lokality pro stavbu MVE 31 Skutečný výkon pro jedno soustrojí pak určím dle vztahu (2.2.) při předpokládané účinnosti %, a průtoku pro jedno soustrojí Q 0,6 m s při spádu h 2, 7 m. (Tento průtok je daný předem nastavených oběžných a rozváděcích lopat od výrobce pro daný spád). Regulace tohoto soustrojí není téměř možná, a proto se předpokládá chod ve START-STOP režimu s dosažitelným výkonem podle výpočtu dále uvedeného P 0,6 9,81m s 2,7 m 0,6 m s 9, 5kW Pokud budu uvažovat provoz dvou soustrojí najednou, tak maximální výkon při předpokládaném spádu h 2, 7 m bude P 2 9,5 19 kw Pro toto soustrojí při daném průtoku Q a daném spádu h udává výrobce otáčky 1 n t 355 min. Pro soustrojí TM 5 navrhuji 6 - pólový asynchronní motor od firmy Siemens, typu 1 1LA AA6x s výkonem P g 11 kw, jmenovitými otáčkami n 960 min a přírubou typu V18. Otáčky v generátorovém chodu by pak byly m n g 2 ns nm min 1 960min min 1 Mezi generátor a turbínu bude vložen převod. Tento převod by byl zajištěn pomocí zubového plochého řemene s převodovým poměrem 1 : 3 (převod i 3). Celkový instalovaný výkon elektrárny by tak činil P i 2 x11kw čili 22 kw. Dosažitelný výkon elektrárny by pak činil při zanedbání změny spádu cca P d 2 x9, 5kW.

30 Výběr a popis lokality pro stavbu MVE 32 Obr. 2-5 Schéma soustrojí TM rozváděcí kolo, 2 asynchronní motor (generátor), 3 zavzdušňovací ventil, 4 - převod Návrh soustrojí varianta B V této variantě navrhuji, po konzultaci se společností Hydrohrom a.s. z Horní Branné, použít pro MVE jedno soustrojí s Kaplanovou turbínou typu HH600SSK, kdy její maximální hltnost 3 1 Q 1,42m s při spádu h 2, 7 m. Tato turbína má průměr oběžného kola 600 mm a při daném Q a h má cca n t 470 min 1. Výhodou tohoto soustrojí je regulace oběžného i rozváděcího kola a tím má možnost optimálně pokrýt celkový průtok v lokalitě. Další výhodou je poměrně celkem vysoká účinnost, která je podle výrobce cca 75 %. Výkon soustrojí dle vztahu (2. 2.) na svorkách generátoru bude P 0,75 9,81m s 2,7 m 1,42m s 28, 2kW Pro soustrojí typu HH600SSK navrhuji 8 - pólový asynchronní motor od firmy Siemens, typu 1LG AB6x s výkonem v patkovém provedení B3. P g 30 kw, jmenovitými otáčkami n m 732 min 1

31 Výběr a popis lokality pro stavbu MVE 33 Otáčky v generátorovém chodu by pak byly n g 2 ns nm 2 750min min 1 768min 1 Mezi generátor a turbínu bude vložen převod. Tento převod by byl zajištěn pomocí zubového plochého řemene s převodovým poměrem 1 :1, 6 (převod i 1, 6). Celkový instalovaný výkon elektrárny by tak činil by pak činil při zanedbání změny spádu cca P d 28, 2kW. P i 30 kw. Dosažitelný výkon elektrárny

32 Elektrotechnická část včetně vyvedení výkonu 34 3 ELEKTROTECHNICKÁ ČÁST VČETNĚ VYVEDENÍ VÝKONU Tato kapitola se zabývá uspořádáním MVE z hlediska elektrického návrhu a to návrhem elektroinstalace, návrhem kompenzace a návrhem kabelového vyvedení k lokálnímu distribučnímu transformátoru 22/0,4kV. 3.1 Návrh elektrotechnické části varianta A Návrh zapojení MVE (varianta A) Pro tuto MVE navrhuji použít zapojení dle schématu v příloze G, ze kterého je patrné, že pro kompenzaci by byla použita pevná kompenzační baterie, která by byla pro každý generátor zvlášť. Na vývodu z elektrárny (ještě před elektroměrem) by byla ještě provedena jemná kompenzace, která má za úkol vykompenzovat účiník za generátory v rozsahu cos 0,95 0, 98 dle požadavků na připojení do sítě. Měření z elektrárny je provedeno pomocí přímého 4 - kvadrantového elektroměru (umožňujícího dálkový odpočet), který měří buď výrobu nebo vlastní spotřebu v případě odstavené MVE. Okamžité měření by bylo možné provést pomocí kompenzačního regulátoru NOVAR 1005 přes linku RS 485 (NOVAR 1005 bude použit i jako zpětné wattové relé). MVE by byla opatřena modulovými ochranami napětí typu PMV 70 a frekvence typu PMF 20. Ochrana proti zkratu a nadproudu bude zajištěna pomocí jističů na přívodu do generátoru typu LST-50C-3, na jištění na vývodu LST-63B-3 a pojistek se jmenovitou hodnotou 80 A. Všechny tyto jističe a pojistky jsou od firmy OEZ. Automatika MVE by byla provedena pomocí volně programovatelných relé od firmy Siemens typu LOGO 230RC (a rozšiřujícího modulu 230R). Automat by byl naprogramován na regulaci závislou na výšce horní hladiny (s tím, že obě soustrojí by pracovala v systému START STOP ). Start turbíny by byl proveden pomocí motorického rozběhu, při kterém se nabere voda do savky a následně samospádem přetlačí turbínu do generátorového chodu. Stop turbíny by byl proveden pomocí odpojení generátoru od sítě a současným zavzdušněním savky pomocí zavzdušňovacího ventilu ovládaného pomocí elektromagnetu. Celá elektroinstalace jistících, ochranných a měřících prvků by byla umístěna v rozvaděči pro venkovní stání od firmy ESTA typu ER 112 a NKP7 PL2. Krytí skříní by bylo IP44. Elektrárna by byla rovněž opatřena svodiči přepětí prvního a druhého stupně. První stupeň by byl tvořen jiskřištěm a druhý stupeň by byl tvořen varistorovým členem.

33 Elektrotechnická část včetně vyvedení výkonu Návrh kompenzace MVE (varianta A) Navrhovaná kompenzace jalového výkonu je odvislá od změny výkonu generátoru, kdy s poklesem zatížení klesá i cos. Odměřené změny cos pro použitý generátor (motor) jsou v Tab. 3.1 a pro chod dvou generátorů (kdy jeden je již v plném výkonu) je v Tab Tyto tabulky jsou sestaveny na základě katalogu od firmy Siemens. Tab. 3.1 Změna účiníku a účinnosti při změně výkonu pro jednu turbínu Činný výkon Účinnost Účiník Jalový výkon Výkon kondenzátoru Účiník komp. Výkon kondenzátoru Účiník komp. P η cos φ Q Q pevné bat/fázi cos φ k Q stavitelná/fázi cos φ k kw % - kvar kvar - KVAr - 2, ,29 9,08 2,50 0,87 0,25 0,96 5,5 87 0,55 8,35 2,50 0,99 0,00 0,99 8, ,68 8,90 2,50 0,99 0,00 0, ,74 10,00 2,50 0,98 0,00 0,98 13, ,78 11,03 2,50 0,97 0,00 0,97 Tab. 3.2 Změna účiníku a účinnosti při změně výkonu pro dvě turbíny První generátor G1 Činný výkon Účinnost Účiník Jalový výkon P η cos φ Q Druhý generátor G2 Činný výkon Účinnost Účiník Výkon kond. Účiník komp. Q pevné/fázi cos φ P η cos φ Q Jalový výkon Výkon Účiník kond. kom. Q pevné/fázi cos φ KW % - kvar kvar - kw % - kvar kvar - - Účiník komp. cel ,74 10,00 2,50 0,98 2, ,29 9,08 2,50 0,87 0, ,74 10,00 2,50 0,98 5,5 87 0,55 8,35 2,50 0,99 0, ,74 10,00 2,50 0,98 8, ,68 8,90 2,50 0,99 0, ,74 10,00 2,50 0, ,74 10,00 2,50 0,98 0, ,74 10,00 2,50 0,98 13, ,78 11,03 2,50 0,97 0,97 cos φ Příklad výpočtu kompenzační baterie pro Tab. 3.1 pro 11 kw 2 P 2 11kW 2 Q P 11kW 10 kvar cos 0,74 2 Pro kompenzaci jalového výkonu volím prvky od firmy Kompel a to kondenzátory na jednu fázi. Účiník po kompenzaci pak bude 2,5 kva cos k Q 3 P Q k 2 P 2 10kVAr 11kW 3 2,5 kvar 2 11kW 2 0,98

34 Elektrotechnická část včetně vyvedení výkonu 36 Pro kompenzaci tedy navrhuji použít prvky od firmy Kompel. Pro pevnou kompenzaci za generátorem (motorem) budou použity kondenzátory 3 x0, 25kVAr. Pro doregulování budou použity dva stupně 3 x0, 25kVAr ve dvou stupních. Pro zajištění regulace by byl použit regulátor NOVAR Pro spínání regulačních stupňů by byly použité běžné stykače od firmy Kompel. Zajištění měření pro regulátor NOVAR 1005 by bylo pomocí měřícího transformátoru proudu 50 / 5A 2, 5VA. 3.2 Návrh elektrotechnické části varianta B Návrh zapojení MVE (varianta B) Pro tuto MVE navrhuji použít zapojení MVE dle schématu v příloze H, kde je patrné, že pro kompenzaci by byla použita pevná kompenzační baterie, která by byla připojena na vývod do generátoru. Na vývodu z elektrárny (ještě před elektroměrem) by byla ještě provedena jemná kompenzace, která má za úkol vykompenzovat účiník za generátory v rozsahu cos 0,95 0, 98 dle požadavků na připojení do sítě. Měření z elektrárny je provedeno pomocí přímého 4 - kvadrantového elektroměru (umožňujícího dálkový odpočet), který měří buď výrobu nebo vlastní spotřebu v případě odstavené MVE. Okamžité měření by bylo možné pomocí kompenzačního regulátoru NOVAR 1005 přes linku RS 485 (NOVAR 1005 bude použit i jako zpětné wattové relé). MVE by byla opatřena modulovými ochranami napětí typu PMV 70 a frekvence typu PMF 20. Ochrana proti zkratu a nadproudu bude zajištěna pomocí jističů na přívodu do generátoru typu LST-63C-3, na jištění na vývodu LST-680B-3 a pojistek se jmenovitou hodnotou 80 A. Všechny tyto jističe a pojistky jsou od firmy OEZ. Automatika MVE by byla provedena pomocí volně programovatelných relé od firmy Siemens typu LOGO 230RC (a rozšiřujícího modulu 230R). Automat by byl naprogramován na regulaci závislou na výšce horní hladiny, kdy se změnou horní hladiny by docházelo k přestavění oběžného a rozváděcího kola tak, aby bylo možné regulovat průtok přes turbínu %. Start turbíny by byl proveden roztočením turbíny na jmenovité otáčky a následných připnutím generátoru přímo do sítě přes pomocný stykač. Odstavení by bylo zajištěno odepnutím generátoru od sítě a uzavřením oběžného a rozváděcího kola. Celá elektroinstalace jistících, ochranných a měřících prvků by byla umístěna v rozvaděči pro venkovní stání od firmy ESTA typu ER 112 a NKP7 PL2. Krytí skříní by bylo IP44. Elektrárna by byla rovněž opatřena svodiči přepětí prvního a druhého stupně. První stupeň by byl tvořen jiskřištěm a druhý stupeň by byl tvořen varistorovým členem.

35 Elektrotechnická část včetně vyvedení výkonu Návrh kompenzace MVE (varianta B) Odměřené změny cos pro použitý generátor (motor) jsou v Tab. 3.3 a tato tabulka je sestavena na základě katalogu od firmy Siemens. Tab. 3.3 Změna účiníku a účinnosti při změně výkonu Činný výkon Účin nost Účiní k Jalový výkon Výkon kondenzátoru Účiník komp. Výkon kondenzátoru Účiník komp. P Η cos φ Q Q pevné bat/fázi cos φ Q stavitelná/fázi cos φ kw % - kvar KVAr - kvar - 7,5 86 0,41 16,68 5,00 0,98 0,25 0, ,66 17,07 5,00 0,99 0,00 0,99 22,5 91 0,76 19,24 5,00 0,98 0,50 0, ,81 21,72 5,00 0,98 0,75 0,99 37,5 90 0,82 26,18 5,00 0,96 0,75 0,97 Pro kompenzaci tedy navrhuji použít prvky od firmy Kompel. Pro pevnou kompenzaci za generátorem (motorem) bude použit 3 - fázový kondenzátor 3 x5kvar. Pro doregulování budou použity tři stupně 3x5kVAr ve třech stupních. Pro zajištění regulace by byl použit regulátor NOVAR Pro spínání regulačních stupňů by byly použité stykače od firmy Kompel typu K3-18K o jmenovitém proudu 16 A. Zajištění měření pro regulátor NOVAR 1005 by bylo pomocí měřícího transformátoru proudu 50 / 5A 2, 5VA. 3.3 Návrh vyvedení výkonu Vyvedení výkonu v obou variantách by bylo provedeno pomocí kabelu AYKY 4Bx50 do transformátoru vzdáleného cca 200 m od elektrárny. Tento transformátor má výkon 100 kva s převodem 22 / 0,4 kv a je vyveden do linky 22 kv, do které je připojena i stávající elektrárna přes vlastní transformátor 50 kva o cca dalších 300 m dále. Schéma vyvedení výkonu z MVE je v příloze J.

36 Ekonomické zhodnocení 38 4 EKONOMICKÉ ZHODNOCENÍ V této části bakalářské práce se zabývám kalkulacemi jednotlivých částí cen MVE. Do kalkulací je nejenom zahrnuta cena soustrojí, cena stavby, cena elektrotechnické části, cena projektu, ale i potřebné povolení pro výstavbu MVE a další ceny, které se tohoto projektu týkají. Ekonomické zhodnocení projektu je rozčleněno do dvou částí, kdy v první části je provedena analýza kalkulace pro navrhované soustrojí varianty A, kde jsou navrhovány dvě soustrojí pro MVE. V druhé části je provedena pak analýza kalkulace pro variantu B, kde je navrhováno pouze jedno soustrojí pro MVE. 4.1 Kalkulace ceny a návratnosti pro variantu A Cena projektu pro výstavbu MVE je odvislá od ceny stavební části (ceny pozemku, betonáže, prací při opravě splavu a ceny prací pro vytvoření základů MVE pro umístění jednotlivých soustrojí) a další součástí je i cena přivaděče a odpadu k turbínám. Nedílnou součástí je cena elektrotechnické části, do které se započítává cena kabeláže, měření, kompenzace, jištění (chránění), automatiky a ostatní technologie. Pokud se týká ceny ostatních částí, tak ta je odvislá od ceny návrhu projektu a vyřízení povolení. Do ceny projektu se dále zahrnuje cena související s potřebnou dodávkou materiálu, jako je např. doprava materiálu, popř. prací, které je potřebné řešit mimo hlavní harmonogram prací Cena projektu varianta A Cena stavební části MVE Cena stavebních částí je odvislá od ceny pozemku, betonáže, opravy splavu, výstavby základů pro MVE a ceny přivaděče a odpadu turbín. Pokud se týká ceny pozemku, tak se v této 2 2 lokalitě pohybuje v rozmezí Kč / m. Pro výstavbu MVE je cena pozemku 50 Kč / m o rozloze 4 x6 m, což je 2 24 m. Celková cena pozemku činí cca Kč, pokud k této ceně připočítám cenu poplatku za vyřízení a cenu za zaměření pozemku, tak celková cena pozemku činí cca Kč. Cena opravy jezu, výkopových prací, betonáže přivaděče, betonáže odpadu a ukotvení odpadní roury a cena betonáže základu pro soustrojí činí cca Kč. Celková cena na stavební části je cca Kč Cena soustrojí MVE Cena soustrojí pro MVE je závislá na typu soustrojí, jeho konstrukčních požadavků popř. i jeho vybaveností. V této variantě jsou navrhována dvě soustrojí typu TM 5 od firmy Mavel a.s., která tato soustrojí vyrábí. Cena jednoho soustrojí je cca Kč (repasovaného stroje). Jako generátor je zde navrhován asynchronní motor od firmy Siemens, kdy jeho cena je cca Kč. Cena soustrojí a generátoru tedy je cca Kč. Pokud k této ceně připočítám cenu za dopravu, montáž a cenu dalších nákladů, které jsou s cenou soustrojí spojené, tak celková částka na pořízení soustrojí pro MVE činí cca Kč.

37 Ekonomické zhodnocení Cena elektrotechnické části MVE Cena elektrotechnické části MVE je tvořena cenou částí jako je např. cena měřícího transformátoru proudu, jističů, regulátorů, rozvaděčů, ochran a dalšími. V této části je cena na pořízení elektrotechnické části MVE tvořena následujícími cenami: Cena řídícího relé od společnosti Siemens Cena rozváděče, kondenzátoru a regulátoru od společnosti ESTA Cena přepěťové ochrany od společnosti HAKEL nebo SALTEK Cena modulových ochran Cena jističe, pojistek, svodiče přepětí, stykačů Cena automatiky Kč Kč Kč Kč Kč Kč Kč Částka na výstavbu elektrotechnické části činí cca Kč. Pokud k této ceně připočítám ceny za montáž, instalaci a cenu prací, které jsou s tímto spojeny, tak celková částka na pořízení elektrotechnické části MVE činí cca Kč Cena vyvedení výkonu MVE Výkon bude z vodní elektrárny vyveden pomocí kabelu AYKY 4Bx50, kdy jeho délka činí cca 200 m. Cena tohoto kabelu je cca Kč při ceně 90 Kč / m. Celková cena i s uložením kabelu by pak činila cca Kč Cena projektu MVE Projekt a jeho návrh by byl zpracován firmou, která se zabývá projekční činností a jeho pořizovací náklady by činily cca Kč. Pokud se jedná o vyřízení povolení, tak cena činí cca Kč. Celková částka činí cca Kč. Celková pořizovací cena projektu tedy zahrnuje: Cena stavební části MVE Cena soustrojí MVE Cena elektrotechnické části MVE Cena vyvedení výkonu Cena projektu Kč Kč Kč Kč Kč Kč

38 Ekonomické zhodnocení Výpočet předpokládané výroby pro variantu A Z průtoků v roce 2006 vyšla celková výroba při uvažované změně spádu a změně průtoku ve výši kWh a z průtoků v roce 2007 vyšla celková výroba při uvažované změně spádu a změně průtoku ve výši kWh. Při uvažování výkupní ceny 2,7 Kč / kwh se dá předpokládat, že v roce 2006 by MVE vyrobila elektrickou energii ve výši Kč a při stejném předpokladu výkupní ceny by v roce 2007 vyrobila elektrickou energii v celkové ceně Kč. Z těchto kalkulací výroby se tedy dá předpokládat, že průměrná výroba elektrárny by mohla být v ceně cca Kč za rok Výpočet návratnosti pro variantu A Z kalkulace nákladů na výstavbu a z předpokládané průměrné ceny vyrobené elektrické energie se dá předpokládat, že investice vložená do výstavby MVE by se mohla navrátit přibližně za cca 7 let. Tato návratnost je za předpokladu, že investor má tak již volnou hotovost. Návratnost je rovněž počítána bez provozních nákladů, které by dle předpokladů měly činit cca 10% z vyrobené energie za rok. V případě uvažování i provozních nákladů se dá předpokládat, že doba návratnosti vzroste až na cca 8 roků. Pokud by se návratnost počítala včetně provozních nákladů a s tím, že po dobu pěti let je MVE osvobozena od daně z příjmu a celkové investice by byly pořízeny úvěrem z banky při úroku 5% za rok, lze předpokládat, že návratnost takové investice by byla dle Tab. 4.1, 11,5 roku.

39 Ekonomické zhodnocení 41 Tab. 4.1 Výpočet návratnosti MVE Roky Úvěr Úrok Výroba Daň Provozní náklady - Kč Kč Kč Kč Kč , , , , , , , , , , , , , ,3 8700, , , ,6-4962, Kalkulace ceny a návratnosti pro variantu B Cena projektu varianta B Cena stavební části MVE Cena stavebních částí je odvislá od ceny pozemku, betonáže, opravy splavu, výstavby základů pro MVE a ceny přivaděče a odpadu turbín. Pokud se týká ceny pozemku, tak v této 2 lokalitě se pohybuje cena v rozmezí Kč / m. Pro výstavbu MVE je cena pozemku 50 m 2 Kč / o rozloze x6 m 4, což je 2 24 m. Celková cena pozemku činí cca Kč, pokud k této ceně připočítám cenu poplatku za vyřízení a cenu za zaměření pozemku, tak celková cena pozemku činí cca Kč. Cena opravy jezu, výkopových prací, betonáže přivaděče, betonáže odpadu a ukotvení odpadní roury a cena betonáže základu pro soustrojí činí cca Kč. Celková cena na stavební části je cca Kč Cena soustrojí MVE Cena soustrojí pro MVE je závislá na typu soustrojí, jeho konstrukčních požadavků popř. i jeho vybaveností. V této variantě je navrhován jedno soustrojí typu HH 600 SSK od firmy HYDROHROM s.r.o., která tato soustrojí vyrábí. Cena jednoho soustrojí činí cca Kč. Jako generátor je zde navrhován asynchronní motor od firmy Siemens, kdy jeho cena činí cca Kč. Cena soustrojí a generátoru tedy činí cca Kč. Pokud k této ceně připočítám cenu za dopravu, montáž a cenu dalších nákladů, které jsou s cenou soustrojí spojené, tak celková částka na pořízení soustrojí činí cca Kč.

40 Ekonomické zhodnocení Cena elektrotechnické části MVE Cena elektrotechnické části MVE je tvořena cenou částí jako je např. cena měřícího transformátoru proudu, jističů, regulátorů, rozváděčů, ochran a dalšími. V této části cena na pořízení elektrotechnické části MVE tvořena následujícími cenami: Cena řídícího relé od společnosti Siemens Cena rozváděče, kondenzátoru a regulátoru od společnosti ESTA Cena přepěťové ochrany od společnosti HAKEL nebo SALTEK Cena modulových ochran Cena jističe, pojistek, svodiče přepětí, stykačů Cena automatiky Kč Kč Kč Kč Kč Kč Kč Částka na výstavbu elektrotechnické části činí cca Kč, pokud k této ceně připočítám ceny za montáž, instalaci a cenu prací, které jsou s tímto spojeny, tak celková částka na pořízení elektrotechnické části MVE činí cca Kč Cena vyvedení výkonu MVE Výkon bude z vodní elektrárny vyveden pomocí kabelu AYKY 4Bx50, kdy jeho délka činí cca 200 m. Cena tohoto kabelu je cca Kč při ceně 90 Kč / m. Celková cena i s uložením kabelu by pak činila cca Kč Cena projektu MVE Projekt a jeho návrh by byl zpracován firmou, která se zabývá projekční činností a jeho pořizovací náklady by činily cca Kč. Pokud se jedná o vyřízení povolení, tak cena činí cca Kč. Celková částka činí cca Kč. Celková pořizovací cena projektu tedy zahrnuje: Cena stavební části MVE Cena soustrojí MVE Cena elektrotechnické části MVE Cena vyvedení výkonu Cena projektu Kč Kč Kč Kč Kč Kč

41 Ekonomické zhodnocení Předpokládaná výroba pro variantu B Z průtoků v roce 2006 vyšla celková výroba při uvažované změně spádu a změně průtoku ve výši kwh a z průtoků v roce 2007 vyšla celková výroba při uvažované změně spádu a změně průtoku ve výši kWh. Při uvažování výkupní ceny 2,7 Kč / kwh se dá předpokládat, že v roce 2006 by tedy MVE vyrobila elektrickou energii ve výši Kč a při stejném předpokladu výkupní ceny by v roce 2007 vyrobila elektrickou energii v celkové ceně Kč. Z těchto kalkulací výroby se tedy dá předpokládat, že průměrná výroba elektrárny by mohla být v ceně cca Kč za rok Výpočet návratnosti pro variantu B Z kalkulace nákladů na výstavbu a z předpokládané průměrné ceny vyrobené elektrické energie se dá předpokládat, že investice vynaložená do výstavby MVE (realizovaná částečně svépomocí) by se mohla navrátit přibližně za cca 8,5 let. Tato návratnost je za předpokladu, že investor má tak velkou volnou hotovost. Tato návratnost je též počítána bez provozních nákladů, které by dle předpokladů měly činit cca 10% za rok z vyrobené energie.pokud by se návratnost počítala včetně provozních nákladů lze předpokládat, že doba návratnosti vzroste až na cca 9,5 roku. Pokud by se návratnost počítala včetně provozních nákladů a s tím, že po dobu pěti let je MVE osvobozena od daně z příjmu a celkové investice by byly pořízeny úvěrem z banky při úroku 5% za rok, lze předpokládat, že návratnost takové investice by byla dle Tab. 4.2, 17 roků.

42 Ekonomické zhodnocení 44 Tab. 4.2 Výpočet návratnosti MVE Roky Úvěr Úrok Výroba Daň Provozní náklady - Kč Kč Kč Kč Kč , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,8 6427, ,3-2480,

43 Závěr 45 5 ZÁVĚR V bakalářské práci na téma Návrh malé vodní elektrárny jsem se zabývala nejenom samotným navržením malé vodní elektrárny, ale také popisem některých typů elektráren, popisem lokality, kterou jsem si pro umístění MVE vybrala, návrhem soustrojí a také ekonomický zhodnocením tohoto projektu. Závěrečná část úvodu je pak věnována používanému typu soustrojí u vodních elektráren, které může být provedeno v kašnovém provedení s horizontální hřídelí, v provedení přímoproudém, v kašnovém provedení s vertikální hřídelí typické pro Bánkiho turbínu nebo v násoskovém provedení, které jsem využila při návrhu MVE. Dále se v této práci zabývám umístěním, parametry a technickým popisem lokality, kterou jsem si pro návrh vodní elektrárny vybrala. Vybraná lokalita se nachází v Orlických horách, v obci Mladkov. Tato obec se nachází i blízko známé přehrady Pastviny. Tato lokalita se mi líbila nejenom svým umístěním, ale i parametry, které lze využít pro stavbu malé vodní elektrárny a tím i možností získat další zdroj, pomocí něhož můžeme získávat elektrickou energii. V této lokalitě dle dlouhodobého měření správce toku, kterým je Povodí Labe a. s. je průměrný denní průtok Q a 1,02m s a stálý průtok se zde pohybuje Q 0, m s min a Q 0, m s.lokalita je také významná kamenným splavem z počátku minulého století max 7 a rozdíl hladiny, který vytváří je 2,7m. Celková délka je 6m a s bočními betonovými lemy tvoří délku 10m. MVE v této lokalitě navrhuji umístit na pravý břeh, kdy vtokový objekt elektrárny by se nacházel na straně, kde je zaústění místního potoka do Tiché Orlice, jak je vidět na Obr S tímto potokem není při návrhu uvažováno. Strojovnu elektrárny navrhuji umístit na konec bočního betonu. Mezi elektrárnu a vtokový objekt navrhuji umístit betonový náhon, který by odklopovaly vzrostlé stromy. Vyústění MVE by bylo provedeno cca 15m za poslední částí bočního betonu splavu. V této lokalitě předpokládám maximální výkon o 27kW a pokud zde uvažuji účinnost 70%, předpokládaný výkon lokality uvažuji 18,9kW. V této lokalitě uvažuji s návrhem dvou soustrojí ve variantě A a také s jedním soustrojím ve variantě B. Pokud se jedná o variantu A, tak je zde uvažován návrh dvou soustrojí typu TM 5 od společnosti MAVEL, která se zabývá výrobou těchto soustrojí. Skutečný uvažovaný výkon pro 3 1 jedno soustrojí při předpokládané účinnosti 60%, o průtoku Q 0,6m s a spádu 2,7 m je 9,5kW. Pokud budu předpokládat chod dvou soustrojí zároveň, mohu dosáhnout výkonu až 19kW. Pro soustrojí je navržen na základě konzultace s firmou Siemens 6 - pólový asynchronní motor o výkonu 11kW. S tímto generátorem by bylo možné dosáhnout v této lokalitě maximálního výkonu o velikosti 22kW. Dosažitelný výkon elektrárny by pak činil 2x9,5 kw. Ve variantě B navrhuji po konzultaci se společností Hydrohrom a.s. z Horní Branné jedno soustrojí a to typu přímoproudé Kaplanovy turbíny o velikosti oběžného kola 600mm, kdy její 3 1 maximální hltnost je Q 1,42m s při spádu 2,7 m. Výkon, při předpokládané účinnosti 75% na svorkách generátoru, kterého mohu dosáhnout, je 28,2kW. Generátor od společnosti Siemens, je typu 8 - pólového asynchronního motoru o výkonu 30kW. Dosažitelný výkon elektrárny při tomto návrhu s jedním soustrojím je tedy 28,2kW.

44 Závěr 46 V elektrotechnické části této bakalářské práce se věnuji návrhu zapojení MVE a to jak pro variantu A, tak také pro variantu B. Ve variantě A návrh dvou soustrojí, je navrhováno zapojení MVE dle schématu přílohy G, kde pro kompenzaci je navrhována pevná kompenzační baterie a to pro každý generátor zvlášť. Jemná kompenzace by byla provedena ještě před vývodem z elektrárny (ještě před elektroměrem) a to dle požadavků na připojení do sítě. Měření je provedeno pomocí 4 - kvadrantového elektroměru a okamžité měření je možné pomocí kompenzačního regulátoru typu NOVAR Pokud se jedná o chránění elektrárny, tak elektrárna by byla vybavena ochranou napětí typu PMV 70 a frekvence typu PMF 20. Ochrana proti zkratu a nadproudu pomocí jističů na přívodu do generátoru typu LST-50C-3 a na jištění na vývodu LST-63B-3 a pojistek se jmenovitou hodnotou 80A. Pokud se jedná o automatiku MVE, tak ta by byla řešená pomocí volně programovatelného relé od firmy Siemens. Celá elektroinstalace jistících, ochranných a měřících prvků by byla umístěna v rozvaděči pro venkovní stání od firmy Esta. Téměř stejný návrh je pro variantu B, kde je uvažováno pouze jedno soustrojí s tím rozdílem, že by byl použit pouze jeden generátor a tedy i jedna kompenzační baterie. Zařízení rozvaděče by bylo podobné, jak zobrazuje schéma v příloze H. Závěrečná část je věnována ekonomickému zhodnocení tohoto projektu pro variantu A i pro variantu B. Pro variantu A je celková cena stavební části ve výši Kč, cena soustrojí (předpokládané využití repasovaného soustrojí) ve výši Kč, cena elektrotechnické části ve výši Kč, cena vyvedení výkonu ve výši Kč a uvažovaná cena projektu ve výši Kč. Celková pořizovací cena projektu při této uvažované variantě činí Kč. Předpokládaná výroba je zde v ceně cca Kč za rok při výkupní ceně 2,70Kč/kW a návratnost je přibližně spočítána na 11,5 let. Pro variantu B je celková cena stavební části Kč, cena soustrojí ve výši Kč, cena elektrotechnické části ve výši Kč, cena vyvedení výkonu ve výši Kč a uvažovaná cena projektu ve výši Kč. Celková pořizovací cena projektu při této uvažované variantě činí Kč. Předpokládaná výroba je zde v ceně cca Kč za rok při výkupní ceně 2,70Kč/kW a návratnost je přibližně spočítána na 17 let.

45 Použitá literatura 47 POUŢITÁ LITERATURA [1] Holata M.: Malé vodní elektrárny, Academia, Česká matice technická, 2002 [2] Melichar J., Vojtek J., Bláha J.: Malé vodní turbíny Konstrukce a provoz, ČVUT, Praha, 1998 [3] Dušička P. Hodák T.: Malé vodné elektrárne, Jaga group v.o.s., Bratislava, 1998 [4] Seznam mapy : Mapa Mladkova, [online] Dostupné z www: [Citované ] [5] Povodí Moravy: Stavy průtoků, [online] Dostupné z www: [Citované ] [6] Wikipedia: Řez soustrojím s Kaplanovou turbínou, [online] Dostupné z www: [Citované ] [7] 21 století: Přílivová elektrárna, [online] Dostupné z www: [Citované ] [8] TZB - info: Příbojová (vlnová) elektrárna, [online] Dostupné z www: [Citované ] [9] Internetový obchod Průmyslový dům - info: Asynchronní motor, [online] Dostupné z www: [Citované ] [10] Firma Siemens - info: Asynchronní motor, [online] Dostupné z www: [Citované ] [11] Firma Kompel - info: Ceník výrobků, [online] Dostupné z www: [Citované ] [12] Firma KMB - info: Ceník výrobků, [online] Dostupné z www: [Citované ]

46 Použitá literatura 48 [13] Google - info: Obrázek větrné elektrárny, [online] Dostupné z www: e_mlyny_dansko01_z.jpg&imgrefurl= 123&usg= TT6- WirwjjWNzEvGtYkX45Ne4io=&h=225&w=337&sz=26&hl=cs&start=7&um=1&tbnid= fta6kwfklbkosm:&tbnh=79&tbnw=119&prev=/images%3fq%3dv%25c4%259btrn% 25C3%25A1%2Belektr%25C3%25A1rna%2Bpob%25C5%2599e%25C5%25BEn%25C3 %25AD%26ndsp%3D20%26hl%3Dcs%26lr%3D%26rlz%3D1R2SKPB_csCZ329%26sa %3DN%26um%3D1 [Citované ] [14] Vodní turbíny - info: Obrázek vodní turbíny, [online] Dostupné z www: [Citované ] [15] Odborné časopisy - info: Odborný článek, [online] Dostupné z www: [Citované ] [16] Firma OEZ - info: Ceník výrobků, [online] Dostupné z www: [Citované ] [17] Firma ESTA - info: Ceník výrobků, [online] Dostupné z www: [Citované ] [18] Malá vodní elektrárna - info: Obrázky MVE, texty, [online] Dostupné z www: [Citované ] [19] Firma Siemens - info: Asynchronní motor, [online] Dostupné z www: k [Citované ] [20] Firma METAZ-turbiny, Mavel a.s. info: Asynchronní motor, [online] Dostupné z www: [Citované ]

47 Přílohy 49 Přílohy

48 vodní stav (cm) průtok (m3/s) vodní stav (cm průtok (m3/s) Přílohy 50 Příloha A Průtoky LG Lichkov 2002,2003 Tichá Orlice, Lichkov vodní stav průtok 3, , , , datum Tichá Orlice, Lichkov vodní stav průtok datum

49 vodní stav (cm) průtok (m3/s) vodní stav (cm průtok (m3/s) Přílohy 51 Příloha B Průtoky LG Lichkov 2004,2005 Tichá Orlice, Lichkov vodní stav průtok datum Tichá Orlice, Lichkov vodní stav průtok datum

50 vodní stav (cm) průtok (m3/s) vodní stav (cm průtok (m3/s) Přílohy 52 Příloha C Průtoky LG Lichkov 2006,2007 Tichá Orlice, Lichkov vodní stav průtok datum Tichá Orlice, Lichkov vodní stav průtok datum

51 vodní stav (cm) průtok (m3/s) vodní stav (cm průtok (m3/s Přílohy 53 Příloha D Průtoky LG Lichkov 2008,2009 (leden-červenec) Tichá Orlice, Lichkov vodní stav průtok 4,5 4 3, , , , datum Tichá Orlice, Lichkov Vodní stav Průtok datum Pozn: Kde nejsou v grafu zvýrazněny průtoky měřící stanice LG - Lichkov, tak měřící stanice byla mimo provoz.

52 Přílohy 54 Příloha E Roční výskyt průtoků 2003, 2005 rok 2003 rok 2005

53 Přílohy 55 Příloha F Roční výskyt průtoků 2007, 2008 rok 2007 rok 2008

54 Přílohy 56 Příloha G Vloženo volně na výkrese A3 Schéma zapojení MVE se dvěma soustrojími Příloha H Vloženo volně na výkrese A3 Schéma zapojení MVE s jedním soustrojím Příloha I Vloženo volně na výkrese A3 Strojní uspořádání soustrojí MT5

55 Přílohy 57 Příloha J Parametry průtoků a výkonu turbín (firma HYDROHROM)

56 Přílohy 58 Příloha K Schéma vyvedení výkonu z MVE