Pro rozlišování různých typů hydraulických turbín se vžilo odvozené kritérium tzv. hydraulické podobnosti měrné otáčky

Transkript

1 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

2 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: 333. Q n q = [ m ] 3 / s; J / kg 4 3 Y [ min ] 1 ;

3 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, pb pw Yzs = H. σ kr ; ρ.g g [ m] Řez Peltonovou turbínou (H=721m;n=300min-1; P=110MW)

4 H hřídel turbíny; R natáčivé statorové lopatky; K lopatky oběžného kola; průtok vody oběžným kolem Konstrukční schéma Francisovy turbíny

5 Konstrukční schéma Kaplanovy turbíny

6 Řez diagonální turbínou ( H=69m; P=75 MW)

7 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.

8 Vodní elektrárny ČEZ Vodní elektrárny Lipno I Orlík Kamýk Slapy Štěchovice I Vrané Celkem Malé vodní elektrárny Lipno II Hněvkovice Kořensko I Mohelno Dlouhé Stráně II Kořensko II Želina Celkem Přečerpávací vodní elektrárny Štěchovice II Dalešice Dlouhé Stráně I Celkem Celkem vodní elektrárny Instalovaný výkon MW Instalovaný výkon MW Instalovaný výkon MW 2 x 60 4 x 91 4 x 10 3 x 48 2 x 11,25 2 x 6, x 1,5 2 x 4,8 2 x 1,9 1 x 1,2; 1 x 0,56 1 x 0,16 1 x 0,94 2 x 0, x 45 4 x 112,5 2 x Rok uvedení do provozu Rok uvedení do provozu Rok uvedení do provozu

9 Název Země Datum dokončení Celkový výkon (GW) 1. Three Gorges Dam Čína 2009* 14,1 (k prosinci 2007) 22,5 (po dokončení) 2. Itaipú Brazílie/Paraguay 1984/1991/ Guri(Simón Bolívar) Venezuela ,2 4. Tucurui Brazílie ,96 5. Grand Coulee USA 1942/1980 6, Sayano Shushenskaya Rusko , Krasnoyarskaya Rusko Robert-Bourassa Kanada , Churchill Falls Kanada , Bratskaya Rusko ,5

10 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: Plocha nádrže: km 2

11 Itaipú Nachází se na řece Parana na hranici Brazílie a Paraguay Instalovaný výkon: 14 GW Počet turbín: 20 Převýšení: 196 m Datum výstavby: Plocha nádrže: km 2

12 Guri- Venezuela Nachází se na řece Caroní ve Venezuele Instalovaný výkon: 10,2 GW Počet turbín: 20 Převýšení: 162 m Datum výstavby: Plocha nádrže: 4000 km 2

13 Tucurui-Brazílie Nachází se na řece Tocatins, Brazílie Instalovaný výkon: 7,96 GW Počet turbín: 11 Převýšení: 106 m Datum výstavby: Plocha nádrže: 2875 km 2

14 Nachází se na řece Kolumbia, USA Instalovaný výkon: 6,8 GW Počet turbín: 33 Převýšení: 168 m Datum výstavby: , Plocha nádrže: 337 km 2 Grand Coulee

15 Nachází se na řece Jenisej, Rusko Instalovaný výkon: 6,72 GW Počet turbín: 10 Převýšení: 245 m Datum výstavby: 1983 Plocha nádrže: 356 km 2 Sajano-Šušenskaja