enetgetika

(1)

Urednik

dr. sc. ZELIMlR MATUTINOVIC Reccnzenti

de SC. IVO KOLIN red. prof. dr. sc. MIRO BOSANAC doc.

r

"~--.---.

~";<;c. JOSIP PAZANIN red. proti Crtcz.c izradio IVrCA RENDULIC Graficki urcdnik ZELJKO BRNETIC Lektorica AMALIJA GRGOSEVIC Koreklor DAVOR SUSll.CJ

Objavljivanje ovog sveuCilisnog ud:t.benika ocJobrio.ie rektor SvcuciliSta u Splitll odlLlkom broj: 01-535/2-95. od 26. rujna 1995.

Izelavanje ove knjige novcano .Ie poduprlo Ministarstvo znanosti, telmologije i informalike Rcpublike Hrvatske. (Ugovor broj 02-69-2-91 od

to.

ozujka 1992.) .

Rukopis odobrcn Zl1 tisak 1991. god. Slog i prijclom

LASER plus Tisak

GRAFICKI ZAVOD HRVATSKE

elP -Katalogizadja u publikadJi Nadonalnu i :;vcllcilHna bihliotcka, Zagreb UDI< 621.22(075.H)

621.548(075,8)

PILl(:-Uabadan, LjiUana

Hiurucllcrgchka i ut:rocncl'gebka postrojenja : (1. i J1. uio) ILjiljana Pili";"RabaJan, Darko Slipaniccv. Zoran Milas; [erlcZ.e izraJio Ivica Renduli6J. - Za-greb: Sko!ska knjiga, 1996. - 221 slr. : ilustr.; 24-em. - (UJzbenici SvcuCiliiita u Splitu ;::: ;"L!mnjia

I

Universitatis sluJiorum Spabtcll;,is)

Bibnog.mfl}ct·. slr. 99, 221. ~'

ISBN 95:q)~1165()"X

I. Slipalliccv, Darko 2. Mjla~. Zomn t

900=(}1()()~

_ _ _ _ _ ," .. _ _ _ _

ISBN 95H)~31650~X

Prof. dr. sc. Ljiljana Pilic Rabadan dip!. ing. 'twj.

lzv. prof. dr. sc. Darko Stipanicev dip!. ing. eJcktr.

Mr.

SC.

Zoran TvIilas dipl. ing. stroj.

HIDROENERGETSKA

IAEROENERGETSKA

POSTROJENJA

(2)

Predgovor

U prvom c1ijclu ove knjigc, na temelju suvremcnih spoznaja, opisuju sc hidroenergetska postrojcnja i tumace zakoni koriStcnja vodnih potcncijala, te podsustavi za privod i odvod vode, kao i pretvorbu cncrgije u vodnoj turbini i elcktricnom gencraloru. Posebno jc obradcno pogJa\'ljc ncslaciooamog strujanja, kojc sc u turbini javlja tijekom regulacije rada, posljcdica

tcga je s!11l1njenjc stupnja

prctvorbe

energije

i fizicke

ugrozenosti SUS lava.

Pojav:J kavitacije Lakoucrje posebuo obradena, i to Icrncljitije nego inace ulilcraturi. Ta pojava moze bili uzrok znatnog smanjcnja proizvodnje elcktricnc cnergije hidrocllcrgetskog postrojenja te i510 tako fizic\(og osteccnja turbine.

Drugi dio knjige havi so acrocncrgelskim postrojcnjima i pos(;bno fizikom zbivunja u radnOlll kohl vjetroturbinc. Prikazana je veza energetskih potcncijala vjctra i optimalne geo-mClrijc radnog kola mdi najvcCcg ucinka u prctvorbi snage vjetra. Regulacija rada vjetrotur-bine za pogon clektricnog gcncratora lakoc1er .Ie obraaena, kako ona koja sc temelji na aero-dinamickim nacelima, tako i poslupci elcktricnc regulacije. Na kn~ju drugog dijcJa oslikani Sll pravci raz.\'ilka aeroencrgctskih postro.ienja i dani podaci 0 gospodarskim paramel.rima nji-hove primjene.

Hrvatska posjedujc potcncij,tlc spomcnutc obno"]jive energije, ad kqjih potencijali vjelra nisu uapee iskoristeni. Ova knjiga inzenjcrilll<t strojarstva i clcktrotehnike, kao i studcnlima istih podrucja, nueli suvrcmcnc spoznajc za projektiranjc j izgradnju hidroencrgetskih i aero-energetskih postrojenja, posebno kao elijclova cJcktrocnergetskog stlstava.

(3)

UVOD

Sf, 2. J~()lel1diali ene'Fije [!jetm IW visini o1.lwt:t:nih f{)kac~ja JlJl'tcow!u.lJ:.ih slJniCd Jwln.ill.\ke ohal'

I o{oka Repu!JIlke lin'Lllske (od JUt:: do 464 HI 111-"2) t

I. DIO

HIDROENERGETSKA

POSTROJENJA

(4)

Uvocl

Razvoj zemalja u svijdu u praviltl jc povczan s potrebnom izgradnjom cncrge1skih ob-jckata. Pbnovi razyoja odrcc1uju vrstu i vcliCinu Ilm'ih polrosaca cncrgije U odreoenoll1 razdobJ.ju,

kojc prali i/,gradnja cncrgcIskih poslrojenja potrcbnog kapaciteta. Vrslu i koliCinu potrosnjc cilergije odredujll Irosila ko.jih Sll potrcbc za e1cktricnom cnergi,iom prcle1ite. Svaka zctnlja

podmim,ic SY().il' p(llrche u cncrgiji p1'\'oh)lno iz vla<;1i!lh izvora, i7graclujucl cncrgc.lska poslro.\cnja u skladu s rncdunarodnim konvcl1cijama (izmedu osla1ib i odrcdbama 0 zastili okolim:).

Elcktrocncrgclski suslav koji povc/.ujc proizvoc1acc i potrusacc clcklricl1c cncrgije

oclr-l.av<1 r,lvl1olczu proizvocJnjc i po!ro,<;njc. Tv(>rnice dcktricnc 1.'I1ergijc su clcklranc, kojima.ie z~lCjal:a da prc(\'on: r:l'ippjr'!:i\'(: potenci.i;lic cncrgije vodc, !oplinskih cncrgenata. energije

"je-11',1, pjil1le i oscke j drugih \l ckk!ricnu cncrgiju.

j'lidrocncrgclslGi l)(ls!rojcnj;\ objedinjujll ::;\'e ure(1aje od skupljanja, privoda j o(]voda v{)-de hidrnclektrani (HE) do postrojen.iil za prclvorhu (lurbina-genenl1or).

U Republici Hn'atskoj od raspoloz.ivc vNlne cnergije od 21.33 TWh/god iskorislcno .Ie 12,17 TWh. Preostaje razlika za daljn.ie koristenje u novilll objektima HE koji su planirani

Z;I izgradn,iu. Tu su l! prvom nxlu HE na Savi (3 HE), Dravi (4 HE) te po\om daljnji niz oel

oko 40 malih HE na rijckam<l Hrvalske, U Kojima.ic mogllce korisliti Ll.41 TWh godisnje (sl. 1). Zaosla.ianjc Hrvatskc u gradnji pruizvodnih kapaciteta eJcktricnc cnergi.ic cija .Ie proil_~

v{)tinja odnosno po!rosnja po q;1I1u\'niku sa 2J2() kWh (ln9 god.) hila ispod pros.kcl1c 1I

hivsoj Jugosli]viji govori do\'oljno. kada .Ie pomalo da.ie bivsa drzava sa woji]] 2780 kWh pu slanovniku gmlisnje (j 984 god.) hila blizu kraja lisle cllJ'opskih zcmalja.

Posl,icdnja elva dcccnija u .wijetu Sli II znaku Usavrsl.\vanja poslrojcnja za korislcnje l10yib

uhnovJ.jivill i/.vura cncrgi.ie bo s1u SU pogJ,]vil() v.lctar i sunec. Elcklrane sa turbinllmCl pogo-njenim vjc1rorn (V E) danas Sll dijelovi elek!rocllcrgeiskih sllstava razvijenih zcmal,ia kao sto su SAD (Kalifornijn). Dnnska, Englcska. Belgija, ,c.;vedska i Hulilndija. lako OYC !.cmlje imaju dovoljno klasicnib ckktrana, nalazc ela lreha nll.vijati i pratiti rad llovih poslrojcnja koja [';0-ris!c priruclnc obno\'Jjive pOiencijalc za pre(vorbu u eJcklricll11 elh.:rgiju. POpUl \'oele, (ako i v,ielar pl'cdajul'i .woju snilg:ll turbini bel. otp:lda cuvaju okolis i zrak co\'.icka. To .ie, tini sc. u daJ.jcm raz\'ojll Jjlldskih zajednica nasc piandc poslaJa ,icdna oJ gJavnih odrednica, kOjll

.i''::

llvcla II S\'oj sllslav i Repllblika Hrva\ska.

Pn::ma nckim izvorima raspolo/jvi polcncijali encrgijc v.ktm II Rcpuhiicj Hrv;nsk()j ii:-nose: oleo (-i0 TWlJ godisnjc. Koji jc din od (l\,og mogllcc iskorislili fa prctvorbu u c!ckiri(:nll cncrgiju, ovisi () llizll prclposlavki. odnosno ula;t,njh poda\aka ;til ()VU analiz.u. SlO SI': odreuujc

l! IJ.dijclu (lve kn.lige.

SuslaVIlO sc ovum prnblcmu u nas .los nije prislo da bi se dobio poul.dan odgovor, ali ipak se iz llcinjcllog mOle /.akl,iucili da na Jadr:m<:J.;-oj obali i olocima Rcpublilw Hrvatskc im<l dovo1jno pmencijaJa (sl. 2) 1.<1 izgr;Hln,iu ilcroerl'crgclskib postrojcnja, s10 se poka7,ujc u poglnv" 1ju 1. 11. dijcla kn.iigc. Oba djjcJa O\'C kn.iige ohraduju poslrojcnja j naCinc pretvorbc Cislih nosioca cncrgije vode i vjelra II lurbinskim ko]inl<l u snagu n.iihovog walila koje direktno okrecc clcktricni genci·a(or. Pojave kojc pri tomc treba poznavati da bi sc sprijecio njihov los

UVOD 7

uCin na tehnickc znacajke postrojenja (npr. kavitacija vodnih turbina, pojava hidrauIickog udara) ovdje su obradeni na suvremen naCin.

Jcdnako, prvi put na hrvatskom jezickom podrucju, tum ace se aeroenergetska postrojenja na temelju suvrcmenih spoznaja i zmmstvcnih radova autora ove knjigc.

OSlvarenje predvic1enog rasta polrosnje elektricne energije do 2010. godine zahtijeva ugrad-nju novih elektrana 11 elektrocncrgetski SUShiV na vrijeme. U planiranim potrebama manju energetsku podrsku mogu dati VB. Da bi nove HE i VE radile na suvremennj razini pretvorbe energije U elektricnu, planeri i projektanti trebaju usvojiti nove informacije 0 clementima ovib postrqjcnja i njihovog rada. U tome pored ostalih spoznaja pomoci cc im i O\'a knjiga.

lzlozcna materija knjigc mol.e posluziti inzcnjcrima strojarstvu i elcktrotehnike, kao i studcntima ovih struka i svima onima koji se bave na bilo koji nuCin bidro i aeroenerge1.skim postrojcnjima. Ell

HE

u

radu

o

HE

u

planu

( '

....

~"

\~

..

;.

.

~

"

p •

?

....

... ZAGREB

""'....

..

.~.

(5)

UYOD

I. DIO

HID~~~~~~~i1KA

a an

(6)

Svom

Sllprugll

za Ijubav

i

strpljenjc

posvecujcm.

UVUD 11

(7)

KAZALO

1. DIO UVOD

HIDROENERGETSKA POSTROJENJA

I. VODNA ENERGIJA

J

NACINI NJEZJNA KORJSTEN.lA

1.1. Trajanje vodnih koliCina.

1.2. Oblici cncrgije vodnih lurbina .. 1.3. Sistcmi privod,') vode hiJruclcktrani.

j.4. Encrgctski p<.lf<lmelri hiclmc!cklrane ..

1.5. Energija i snaga turbine

1.5.1. Nal.i\'{H\ snaga hidroC\cktranc.

2. VODOENERGETSKI PRORAClJNl

2.1. VodoC:l1crgctsl\j paramclri .

2.2. Relacijc vodnog. tob. 2.:1. Rclacija voc\nih kolicinil.

3. RAD HlDROELEKTRANA U ELEKTROENERClETSKOM SUSTAVU 3.1. Vrslc: hidrudcklJ"anH

3.2. Dijagrami oplel"eecnja cncrgclskog sllstavt\ . 4. VRSTE TURBINA. IZBOR BROl!\. AGREC.1ATA

4.1. Rdaci.ic slicnog rada .. 4.2. Krilcrij podjc!c turbinc .. 4.3. Encrgclske zll<1cajke

4.4. Opec lchnicko-gospodarskc postaykc. 4.5- PolazisJa izbora broja agrcgala .

4'(). lzbor vrS1C turbine.

4.7. hhor rc\'crzihilnih turbinil i nacin rada .

4.7.1." Podjela rcvcrzibilnih hidrodcktrana ..

4.7.2. Tcmeljnc vclicinc rada rcverzibilnih bidroc1cktranu .

4.7.3. Izbor turbine za rcverzibilne hidmclcktrane

4.8. Znacajkc rada plilllnih hidrocicklrall<l (PHE).

:i. NESTACIONARAN RAD HJDROELEKTRANA ).1. Prijc\azl1i procesi ..

5.2. Hidrau!icki uclal" u llacnilll vodovinw.

5.2.1. Hidrauli6ici udar u krutonl suslavu .. 5.2.2. Hidraulicki udar u claslicllUnl suslavu.

u

19 . ... 21 · . 22 · . 23 ... "24 ... 24 . ... 26 · . 2()

· . :n

· 2() · . 32 . . . . .1(, . . . . ]7 .. -'11 .42 . . . . 4] · "1·1 46 . ... de) . .. 47

48

. ... 49 . ... 51 . ... 53 · 5~1 . ... 55

5.2.3. Opec rjcscnjc hidraulickog udara. . ... 5()

5.2.4. Nacini ljcsavan.ia hidrauJickog udara. . ... 5t;

5.3. Dinamickc jc:dnadzhc rolitci.ic Llgrcgi\ta . . ()2

5.4. Prijclazni proccsi kud [urbina sa zakrclnim lopalicama radnog kola. . ... 63

5.5.

Prijclazni proccsi lend rcvcrzibilnib hidroclcklrana . . ... ().:l-5.5.1. Pustanjc II rad rcvcrzibilnib agrcgata. . . (is

5.5.2. Proccsi nakon iskljuccnja lllolor-gcncralora ... : .. 66

(8)

14

6. TLACNI SPREMNICI

6.1. Vrstc i primjena t1acnih sprcmnika.

6.1. J • Nacill iSlodobnog raelu dvaju tlacnib sprcmnika .

6.2. Proracun oscilacija razina u sprcl11nicima

6.2.1. Difercncijalna jednadzba 11 krutorll Sl1staVll.

7.

K;WITACIJA

U

HIDROENERGETSKOM POSTROJENJU

7.1. Hidrodinamicki flarametri kavitacijc !\lrbinc ..

7.2. i<Titicne vfi.icdnosti kocficijenala kavitacUe. 7.3. Kavilacijskc znacajkc u prijeJaznim procesima. 7.4, Kavitncijska ograniccnja, kola inslaliranj<l turbine R. OPIS I RAD POSTROJENJA HIDROELEKTRANE

8.1. POlllocna poslrojenja hidroeleklranc .. 8.2< Vanjski po(/sllslavi hidroelcklram;

8.2.1. Opis hranskiIJ fX)slro.icnja.

g.2.2. Cijc\'ni dcrivilcijski podstlsla\' hidrocld:'lmne ..

9. KORISTEN.lE

J

ODRZAVAN.lE HIDROELEKT'RANE 9.1. UpravJjanjc rczimima bidroelcklranc u sklopu hidrosllstava.

9.2. Sigurnost j lri~jllW;t u radu poslrojcnja hidroclcklranc. 10. EKONOMSKJ PARAMETRJ HIDROELEKTRANE II. LITERATURA . · ... 71l .. .... 71

... 1'2

. ... 72 . ... 77 · ... 79 . ... 82 ... 83 . ... 88

89

. ... 90 · ... 90 ... 95 .. .... 96 ... 97 .. .... 99

Popis vaznijih oznaka (prv! clio)

Popis vaznijih oznaka (prvi dio)

A G D E g HE H IIH Hb H"

H

j 1-11\ h\\ I 1\1 m n 11q _ povrsina

_ brzina vala tlaka - promjcr - energija

- zemljino ubrz.anje

_, hidroeJektrana

_ jedinicna radoja turbine - visina prcHakaJpotlalGt

- bruto pad

- neto pad

- visina Haka isparivunja - staticki pad - visina gubital.;:a - moment inercijc - moment rotacijc -- masa - brzin,\ okrelanja

- specificna brzina okrclanja

P - snaga

p - spccificni tlak

RHE-rcvcrzibilna hidroeJek.lrana

1 _. vrijc111e T w - konslanta incrc\je u - obodna brzina \' _ .. brzina (ap~olu!na) \v - relativna brzin:l

z

-

visina polozaja

Q -

protok \lode

a _. koeficijcnt kinetickc cnergije ~ koefieijenl kapacitcta akumul"acijc

p - koeficijent 111inimalnog oplcrccenja \' - kocficijcnt gus(oce oplcrcccnja

TC j .. - Froudov hroj

11.0\ - slupanj korisnog djelovanja HE agregata llT - stupanj korisnog djclovanja turbine

11G - stupanj korisnog djclovanj[l genenllora

p

-

gustoca 0" - koericijent lcavitacije (l) - kutna brzina vrtnjc

m

2 1115- 1 m Ws. kWh, J m5-2 111 m 111 111 m III III kgm2 Nm

k"

ntin-

1 m5-1 ms-1 111S- 1 III

m\.-l

rad 15

(9)

Hidroenergetska postrojenja

Hidroenergetska postrojcnja skup su objekata za skupljanjc, dovoacnjc i odvoucnje vode 1e strojcva Zft prelvorbu energije vode u mchanicku i clcktricnu cncrgiju, kao i urcdaja za transformaciju i razvod clekLricnc energije. Agrcgat Zit pretvorbu snage vode II mehanicku jest vodni motor ili turbina koja pokrccc elcktricni generator.

Zadaca jc clektrocnergetskog susLuva (EES) da osigura opskrbu pOlrosaca elektricnom cncrgijorn odredenog narona i frckvcncije na kvalitel<lll i ckOllomican nacin. Potrcbc za clek-tricnom strujorn tijckom dana, ~edna. mjcscca i godine, ovisno 0 vrs!i potrosaca, mijcnjaju se, Cimc EES mora u poLpU!1osti udovoljiti. Stoga po SVOl1l znac:~ill razlicilc hidroclcklrane (HE) j termoclektranc (TE), koje sustavu daju cncrgiju radcCi u para!einol1l melu, v()(1cnc Sll iz poscbnog ccntra regije i zcmljc mdi odrzLt\'anja ravnotezc rroizvoLlnjc i pOlrDslljc c\t:KlrlcH0 encrgijc. Tom cilju pomazc mogu6nos! povczivanja zcmljc i s curopskim clcktrocncrgclskim sustavOIll.

(10)

1. Vodna energija i nacini njezina koristenja

1,1, Trajanje voonih kolicina

Dvi,jc In::cine Zcml.linc kugk pokrivcno.ic vodom koja isparava, pa ukapljivanjcl11 opel dospijcva na nju 11 obliku ohorina. U oviSl1os!i () klimatskim uvjclima koliCinc oborina Ilckog: podrucja ral.jiCilc SU i prullljcnljiv0 [ijck01l1 godinc. KoJiCina vode koja 6: sc oborinama

sli-jcvati u vodotok i u sckllndi proljccali nckim presjckol1l rijckc ovisi jus u geoloskim i

\'0g0-lacijskim uvjetima ukolnog [crena. Tako ri.ickc kraskih prcdjcla. koji su inacc boga!i obori-nimw. ilTliljU rdalivl10 mille prolol\c. Krivuljc vodnih kolicin:l ppkilZlljU promjcllu proloka n.:1(c fijckc lijckom llljcscci II gndini, ~;a zimskim i Ijetnilll minimulllom le proljelniJ11 i

jcse-njim maksinlllm()lll.

Sf. /,!. f(ril'lI(ia I'm/nili kn/itill(l

KrivuJja na sl. J. J. osnova jc za uobiYi1llic promjcnc ln~iallja vOllnih kojiCina jz kojc se vi eli

lijck()lll knliko sc \'l'C!111;na Illo/,e (lSig,urali odre(lcni prolok vode (51. 1.2.). Primjcricc, voclni prolok oel:'iS m'ls moze se osigurali 90 dana voda bidroc]cktnm2l, a 25 Ill:'/S 270 dana u godini.

Srcdn.ill godisnju kolicinll i),J';:)clln,jVallllJ nkn povrsinu ispod krivuljc podijclilIlO s

vrc-menOl1l:

T'i

f

(2

<iT (l.J )

"

N;~i\'iSa i najniza orelinata kri\'ulje i7. s1. 1.2. nazjvCl se popJavnom i koliCinolll najnizeg vodoslaja. Da bi sc dobile Ie krivuljc, mjercnja sc provode lijckom nekoliko godina, a unosc

(11)

LU _{H1Dl<:0E,:~;:;RGE'f} :,KA l'OSTlI.OJi'NjA Q ImJ/sl 90 80 70 _Iromjesecno 60 ko!,cina 50 40 30 20 - j - - - -

---1

,del{9tmjesllcna 10

~---~F

!-- (/'

~~iM

o ·

.j'--,.._+-I

- f -

(

a m

w

00 ~ ~ _ ~ ~

m

D

m _

broj dana

Sf. 1.2. KrimUa frajanja t"lhlnih koliZiliil

POZ~laV!~j.u6i OViS~lOS1.

vodnog proioka i raspo)oz,ivog pad a rijekc, odnosno vodosiaja, la-koder mJerenJcm, moze se ucrtati krivulja prornjenc pada (s!. 1.3) tijckorn godinc. Iz kr'ivu!jc

H P

1m I)

lKWI

PactH

I

SI. 1.3. OUisl1osllmjunjd L'Odnfh k(!/i[in(l, puda i slloNe

trajanja

~oliCina

i

~ripadnih

visina razina moYc se nacilliti krivul.ia raspolol.i\'c snage P

tijc-kom gOdlllC pomoCll formule (1.2), sl. 1.3 <.. •

P""pgQH

_IIV!

_{( l.2)}

Povrsina ispod krivuJjc snage Cini raspo!ozi\'u cnergiju U loku srcJnje godinc (jedll. 1.3)

"1""

E=

f

PdT.

IIVsl

( 1.3)

o

....

O~,

it.': energijc treL:!.t

odu~cti

cnergiju koliCinc tckuCine zakonskog minil11uma koji sc propusla

ktuz bl.ll1U (s1. 1.3 '-lsprclodana Crla). .

Vodna encrgija i nacini Jlj,,/in,~ kllri.;knj.l 21

1.2. Oblici energije vodnih turbina

Energija vodnog toka [roS! sc dijcloL11 na vanjske i unutarnje sile trenja. premjcstanja nanosa i na kao[icno gibanje cestica tckuCinc. Na taj sc O<1cin u prirodnol1l toku rijekc do njezinn usca u jczero ili more iscrpljuje ukupna encrgija vode koju.it imala na izvoru. Prirodlli

tokovi vode l1Iogu imati razlicite oblikc, ostvarujuCi razlike visinc na 5V0111 pUll!. 5L\ ilralljcrn pctlje razliCitc visinc krakova, kao i manjih akuHlulacija fHzlicilih visina, i drugi ob!ici pril\klnih lukova

omogucuju koristcnja raspolozi\'c vodne cncrgijc na nckom dijelu lob (sl. 1.4).

~

2

III IV

Jcdnadzba (1.4) Odr7.anja cncrgije opisujc njczinc oblikc izmcdu prcsjcka

IT

i 22 bilo

kojeg. oblika vodotoka i2 sL 1.4. LIZ prctpostavku da sc protok

vock

Q

1111

3_{/si no mijcnja}_i_dit su gubici zancmarivi:

v

p. ( 1.4)

U jcdnadz.bi (1.4) Sll 7.) i Z2 U

Iml·-

gcocklsicc visinc £lad morem oznaccnih prcs.icka. p) i P211akovi U iN/m21, \") i V2 srednjc bl7.inc strujanja

Im/sl,

V"" Q t - zapn:mina \wk; Illl\ Ul i U2 kocficijenti kinelicke cnergijc. p gllstuca tekuCine ikg/m:\ g Zcmljil10 UbrZiln.lc Im/s2!.

Encrgija iIi racinja jc u

III

iii

!Wsi.

PrctpostavljajuCi cia Sll brzinc strujanja YI i v2 tc cla.ie p\ "" P2 za ot\(jJ"cni tok, a cia .Ie

geodctska razlika presjcka oznaccna sa Hg "" ZI 22 iz voclnog toka mozc 51..' dubiti ukupna cncrgija (za vrijemc t) prema jednadl.bi (1.5)

E"" P

g

Hg V

PI

( 15)

dok.ie njegova snaga

(12)

22

_--~---~!-i!1)~{OENr:!{(if'TSKA PCSTRO.!E~1JA

.3. Sistcmi privoda vode hidroelcklrani

Ni~id.idotvornije i~kori~!(lViln.ic vodnih lokova Dlogllce je ako je razllka razina ostvarena

n,l kratkom pUIU, slo

,k

u prirodi rijclka pojtlv(J. Sluga sc umjctnim pUiCll1 prcl110scuju velikc dui.inc rijdw s dcrivac~jom ela bi sc koristila raziika nlJioa (sl. 1.5). Dcrivacije sc izvodc kao

ulvorcni kanali iIi

cijcYi.

Podi?ilnjc razine oslvarujc sc

i

branama, gdjc sc na veJikim rijckilllli:1

ncznalr10g pacta, UZ 1'111110(> bnll1cL dobiv;! odl\x1cna razlika razina ulazne i izlaznc vode HE na vrlo kratkolll pUIU, kojc na (;~i nacin nll1oguC[\V,ljll \'eJiku akul1lulaciju

tekucinc.

Taj sis[c,tn

izgradn.ie

HE primjcnjujc sc i kod plimnih HE (st 1.5. III). Kornbinirani sislemi koristc cierivaciju i manju hrann, kiln rw sl. 1.5.1. Zatvorellom cijcvi, umjcslCl kanalom propisunog presjeka, moze sc rcgll-lira!i l!ak vuck koja prcko tlacnog spn:lllnika dot.ic6c lUrhinam<i tiacni1ll vodol1l (s1. 1.5. ll).

U sislclllll privod<l vndc dcrivacijom guh; sc dio cncrgije na duzini deriv<lcijc, s!oga sc

J1:ts!oic ohlikt)\"ilLi pi\;sjcci i shali!i du7.ina.

U

rwisnosli ()

sislnnu

privoda

vodc

elcklrani. 7.grada strojamicc

s

agrcgatim<l

lurbina--generator posla\·I.ia Se iza dcri\':lCij~k()g k:lnala i]j dcriVilCij,kih cijcvi. To.ic derivacijski tip HE kojim sc ll10gu korislili paciovi i do 2 nOD Jl1. ]-lidrocleklrtlne, ciji sc padO\'i st\'an\ju vc-likom hr;\1lo!fl, imajl1 stw.iarniClL II knjoj Sll P(lstil,:ljcni HE agn:gati i pOlrchna oprcTlJa. a koja .ic smjc.<:I";I1(J llZ hrantl. Ie sc nazi\"il.iU prihranskim HE. U masivnii1, vclikih brana izgracluje Sl'

',!mjafllica II li,iclu brane. Prihranskc I-IE mogu oSlvariti od SO do 200 m pada. Plimne su HE iskJ.iu{:iv,.l tlgradcAlc II brani.

Si. 1.5. Sholle I'n/u fJrit·oclo t'i!lfr hi f/'uc!d:lmni II) priro(ini tok polil'

Ii} z;;mi/u HI:."

c) ,/rwnJni kmw/ d) r/(/I"/Ji I.'od lurhine

(!) !/atlli \'j!rcmnil: f) mzil1(1 pfilll!' g) fLI::.il1d o,l"I:kl' h) ';0(;1'(' b

,---_

.. H I h i)m(lre j} lurhinski rd.ill! k} ! ilmp;! rd.i1H III

23 1A.

Encrgctski panm1ctri hidroelektrane

Padovi hidroelektrana. Razlika gornjc. dotocne razine vode i donje odvodne vode. nazi va se s!atickil1l padom I-L'I (s1. 1.6). Ukupni pad HE zove se Hb bruuo, koji slijedi ako se R'I

... - .. -.. - - - . - - - L - - o

a

;2

C1. v' (Xv1 r l i _.L'..II \ '

(X,lIi

\

2", _C9

,I'

'--..,;Jf~

l '- " ' ' ' ' ' ' ' . . "

lh

5 ·

\\.~'lDJL::.c· B~~' '~

b

SI. 1.6. Pur/(IP; hidme{eklrana u) pm/o(;nt' llE /l) dail'(frijsk(' HE c) HE s Pct/Oll IUl"binom

"

,

"

c

llveca za kineticku cncrgiju lllazne masc \"ode kojoj Ireba oduzeti kinclicku cncrrriju \'ocle n!.l

izlazilom prcsjcku eo.

N \,2 N

,.2

H

h - r

- '1

I+--~ V·I I v.2·2

-,

2g

(1.7)

Netto pad Hil hidroelckLranc dobiva sc ako se ad Hb oduzmu gubici strujanja vodc u priYlxlnom dijcJu SllsLava do ulaza U lurbine

(13)

24 HlDROE};[f{GE'f ::>KA POST!{(JJEKJA

a ,,2

a.

v2

H =H, +_1_1 -~

-:L

hw.

n sl 2g 2g (U)

ZanemarujuCi razlike kinetickih cncrgija ulaznc i izlazllc vode sustava HE, raspolozivi

pad turbine pfema jeclnadj,bi iznosi

(1.9)

Aka je rijec 0 HE s Peltonovom turbinom (s1. 1.6c) kod koje je izlazni presjek vode l1a sapnici izdigtlut od razine donje vode za h~, tada je raspolo1.i\'i pad turbine manji, prcmH jcdnadzbi

En:::: H"l-

L

hw - h,. (1.1IJ)

l.5. Energija i snaga turbine

Energija koju HE proizvodi p1'ctvorhOlll voelne cnergije pomocu turbine i elektrogenera-lora u clcktricnu cncrgiju prema jcdnadlbi .ic

E uE ;::;: P g H V 11A

_IJI

(1.11)

i snaga

:= p g

Q

H 11A' (1.12)

U jcdnadzbi (1.11) V

.Ie

zapremina vode koja protjccc kroz turbinu Im:'I, Q.ie protok turbine Im1/si, llA jc stupanj korisnog djelovanja (s.k.d.) agregata kl~ji je jcdnak produktu (s.k.d.)

111' (turbine) i s.k.li. 110 (clcktrogencratora) prema

(1.13)

SlUpnjcvi korisnog d.iclovanja turbine i generalora II ovisnosLi 0 tipu i veliCini slroja u

projcktl1oj tocki mogu iznositi: lh O,Hj do 0,96 i 11G ;:::: 0,96 do 0,98,

Snaga koja je na raspulagauju potrosaCll11a, U ovisnosti 0 gllbieima u elektricnom trans-formatoru prema potrcbnom naponu lrosiJa Ie gubieima u raz\'odnoj mrdi do mjcsta

pOLros-njc, bit cc manja oct iZl1osa, prcma jcdnadl.bi (1.12) .

. 5.1. Nazivna

snaga hidrocJcklrane

Zbir svib nominalnih snaga agregaLil instaliranih II HE d,-~ie nazivnu snagu (P_N)

hidro-elckl1'anc, s10 obicno odgovara maksimalnoj snazi HE

U jeclnadibi (1.14) su: p ... garantirana _{snaga, Pd -} dodatna snaga i _Pr~ rczervna snaga.

V()(Jna cncrgija i naCini njc:/.im: kUl'i;[:.:nji:

25

-P_gsc dobiva analiZOIll grafova opterecenja potrosaca tc zadane raclIl1skc osiguranosti cnergijom (vidi sljcdecc pogJavlje).

NI.0veca energija koja S0 moze dobiti u vremcnu T iz HE jednaka jc

( 1.15) U nckom razdobJju rada (T) h.idroclcktrane, kada ('12 se rnijcnjati polrosnja strujc j prolok vode, proizveciena ce energija biti

T

EH[",

f

PHE dT (1.1(,)

PHI: - lrans[ormirana snaga vode u clcklricnu SlfUjU u vrcmenu T. Omjer cnergijt: prclllajcd-nadl.bi (L15) i (1 16)jcst kocficijcnt nazivt1c :magc

K moze iznositi od 0,29 do 0,45

za

J1(:kc clcklranc prcma literaturi (za vrijcl1lc web clcklranc od 3 950 saLi kroz godinu dana jest K :::: 0,45).

(14)

2, Vodoenerl'etski IJroraCllni

~,

Vodocncrgclskilll proraCunirna odrcduju sc svi polrcbni paramclri vodoprivrcdnog i vo··

docncrgcl~;kog kompleksa f.iI projcktiranjc ovog susla\'a.

7 J .

Vodocncrgelski

parameLfj

l\!l!ivna snaga I-IE, polrebnn snaga I_a pOlrosnju i pUlrcbna pOlro.snja vodc za HE i ostak pllirosacc yodcrri\TCd;Y'6 g('<';PO(l:\;·<.;l';:1. (irif(H.:i.\'~ki :',\l.o,la\: i drugi) lcmcJ.ine Sll vcliCinc proracllna.

(ldrcdil'anjc nazi\'llc sn,lge podrazumijn'il poznavanje g,lranlinmc snage, (f\). koja sc odrcdujc na temelju cnergci<.;l\ih tnogllC110S1i HE i njczinih p()Slrojcnja a u skJadu s

poznava-njclll osig,llnll1ih \"(xlnih kolicina.

Dopunska se snaga (ldredlljc hez garancijc. posdmo /,a HE S ograniCCJlOlll 11l0g11clloscU n:guJacije votinog lob. i za taj i/,llOS Ill: j~;kJ.iucllje racllnanje na druge clcklranc.

Na

sJici :'L6. prika;,:lll jc ocinos f>g prcma P,,,.

Rc/crn1a snag:! (Pr). kOj<1 .Ie saslavni dio Pr-; (jed. 1.14) lllOZC sc rasclanili prcnw

jed-nadJ.bi (1.1). a Irell,] ()lllogucili llcprekid,1n rad HE

(2,]) U ,icdnad>.hi (2. J) su: p/\ rc/.ern] II SlllC;~jU izncnadnih kvarova (havari,ia). PPI _. snuga

kOj,i sc koristi prj ncplaniraniJll (j~ciJaci.iaJlla prcopl(',fC.!:cnja zbog odl"l.'].\'<lnja ravnoteZc. Ta

fO.l:rV'l moil' i7nosi{i pribJiino 3r_;'t._{Pm<J\' Pnn - re7.lX\·a za polrebc kratkih}_ncplaniranih_n> murllnih rdc!oV,] nckc (ld f-IE iii TE U S\ls[aVll nidi z:1m,icne llwn,iih dijclova, Pdf - rczcrva za

prcl~opl<lnska oplcrcccnja.

Smlga potrchna p(11r()~:1(irlla dobijc sc iz podatnkn 0 pntrcbama 1.<1 encrgijo11l pojedinill

potroS,]l'<l, (ldnosno sacinjcnih dij,q;rama plana rrollljcnc uplerccenja SlIsta\'i1 lijckom dana i tjedna. Planiranjc pokri\'anja oplcreccnja obavlja sc llnU\ar djelog, susla\'a.

Odrcdivanjc polrdmc p(lll'()~n.ic vode I,a rad HE vc.z;l]10 je s nizlIlll podalaka do kojill se dola/.i llljcrc-njem j racunskim pUlem. To Sll: millimalni i rnaksimalni proloci \'odc, ovisnosl prolo].;a (1 visini vode u fUllf.:ciji vn.'ll1Cna (godisnjih doha), topog,rafski [Jodac.i akumulacijskib iCZCC1. Ii:o.ii Oll]ogu(;lva,iu i/.,a(un;)\' i\l1je zaprcmine vode; g()di.snjc polrebe vude korjsnjk,~ (HE

j \'od()pri\Tcdil); godi_sn,ia isparavanja s \'odnih povrsina. i drugi.

2.2. Re1acije vodnog toka

KOl~ricijcn! kapaCi!GUl ilkulllulacije iZraClln!l\'<\ SG prl~ll1a

V"

lloc

_\Va (2.2)

gdjc,ie Va - korisna zaprcmina akuIl1ulacijc.

Wa - srcdnja vrijcdnost zaprclllinc viscgodisnjeg toka.

Osiguranosl pOlrcbnc vode p

In

l)~--100,

n +-

1

11l - broj godina sa zadovoljavajucom kolicinom vode 11 .- llkupan broj godina rada HE .sust'lVa.

Korisni kap<lCilct aktnnulacijc

V~g - viscgodisnja zaprcmina akul11ulacijc V g - jednogociisnja zapreminn.

27

(2.3)

(2.4)

Kocficijcnt kapacitcl!1 akul11ulacijc sli,jcdi prcmll jcdna(\zbi (2.2) dijeljcnjcl1l (2.4) sa srcd-njinl zapremin;lma

(2.5)

2,3, Relacije voclnih koliCina

Masella faI'110\CZU sus lava. odnosno fll\'noteL.a proloka zaprcmina slijecJi i7 j8dnadzbe

Q potrosnja vock pOlrCJsaca Qd - prili\' vock HE

Ad Zd/dt -, potrosnja vode jz akumulacijc A - povrsina I'ode akullHlJacijskog jezcra

Zd\'~ nlzina vode u dovodnom kanalu

t _. vrijeme.

(2,6)

Ako je drugi clan desne striHlC jednadzl)L~ (2.0) \'cei od nislicc, akullllllaeija sc puni.

Pri-l11ijcnivsi jednad7J1l1 (2.fi) nil ll\:jcte nlda HE, slijcdi

Pm,:

'Lov

: h_wl-_1E

----~

snaga HE U Il1011lCntu 1 razina ()dvodnog kanala

k

Qrm -

gllbici

PHI'

Ill', 11G - kocficijent korisnog dje.]ov!lnja lUrbinc i gencratora.

(2.7)

Jcdnad2,ba (2.7) mozc se rijditi ako se zna Qd::: rl(l); A;;;;: f2 (Zd\,); Zov:::::; f\ (QI-lE), I h" ::::: k Qf~E Ic prollljcna llr(Tju ~ kOlls!.).

U dijagrarnima na slici 2.1. prikazani Sll grafikoni pracenja potrosnjc vode. razine akl1~ lTIuJacijc, promjenc pad a i promjcllc snage HE, i drugo.

(15)

"0 HlDl<OENERGETSKA f'<JYf i<OJb"<JA

b

zoo

lSOH'+~'-,-; (mJ/sJ

SOD-a

'00 300 200 0 -f I (MW

zo

0

h

150 10 PTT-r-; U-1W) p 200f-'--· 150 230

m

:,-,

.:-.J,

..

__ . 0 100 _,

°

I 5D ~

II III IV V VI VII VIII IX 5 0 40 00 /,

Sf. 2.1. KriL-uUe vucfoelilCl"!{el,\t:i1i lJroru(;w!(I i.j(J<!i.\!ljolN li;i.jU!Uc.·,)OI!i lokoUd

(I) prollijellu stu/rni" prowl.u

h) ropogn!/;"ku tniJL-ujJ.:u spremnika uode c) kriuilj,1 f"(Izil1() i !Iroloku donje ('ode

d) Jlmll~jefl(/ ra;dne poue II slJremuikll e) pmmjell<l ra:.ifle vllde II oJt-udl!(/ili kunu/if f) pmmjelhl {/oka (H) HE

g) pmmjena o.ligwwu"u !lm,ljel:nih clncuiih .1·11tIj;(1 (24 h)

Ilj pr(l.\jetlle dneclie .111U}{e lJE'

! X

a

d ! I I

9

,. !

i

-LJ:J

XI XII

3. Rad hidroelektrana u elektroenergetskom sustavll

ElcktroeHcrgetski slistav objcdinjuje rad svih vrsta e!ektrana U kojimu se cnergijc

razli-(iLih cncrgenata prc!varaju u c1ckLricl1u cncrgiju. Hidroclcktl'ane i vjctrodcktranc (VE) grade sc na mjeslu raspolozivosti potencijala vode i vjctra II prirocli, leoji se ubrajaju u oh!lov!jivc izvorc clH.:rgijc. U toj su skupini i clcktranc na pJimu i oscku. Tcrmoclcklt"anc mogu radiLi n<l nanl!. plin, ugljcn, l1uklcarno gorivo. Tcrmoclcktranc (osobil0 nuklcarnc) tak()(1er [reha gradi!i u blizini nalazista gorivCl i vecil> priroduili voda mdi hladcllja njiho-vill poslrojcnja. Elcktrane na suncevtI encrgiju koristc cncrgiju SUllca za grijanjc YOth: TL iii izrllVIlU prelvorhu u c!chJricnu cnergiju, kojc mugu radili u EES II unc\'!lim cik!usim;!

raspoJuzivosli l~ cncrgije. l)si.lvrsa\',mje SVitI lransformatora za prclvorbu cnergije ](()ja sc

!lalazi u prirodi radi ckonomicnog koristcnja II prildadnim oblicima, LIZ oCLlvanjc cm'jc-kovi\ okolisa, osnuvna.ic zadaca znanos(i svill naprednih civi!izHcija. Gradnja jcdnc dek-tranc (raje 3 do 7 godina, a vrijel11e potrcbno l',a us<tvfsavan.ic novih srcdslav:.t za prclvorbu cncrgijc llZ p()stizanje spomcllLltih ciJ.jcv<l jc znatno, jcr tel( u tn~inorn pOg(lllU cleklrane

olkri\'aju sc njc:t.ini neduslaci.

3.1. Yrsle hidroeleklrana

Protocnim dcktranama ni.tzivaju se one HE koje koristc cncrgiju vode onaku kako ulla do!azi vodnimlokom. U protocnoj HE cnergija vodc danog lH:llUiKd oplcI"cCcnja Slislava mOLe

biti wea od potrebne pa se voda preko prepusta mora pustiti nciskoristena u tok ri,ickc. Dio

vode neprckidno sc pusta uz turbine L1 sk[aciu s pmpis:tllim bioluskim minimurnom.

Hidroc1ektranc s akulIlulal·ijolll yudc zadr2.anll vudu mogu iskoris[,JVati prClll,] potrchi

SllSU\V;1. Taka\' je najvcCi broj HE U svijctu (sl. 3.1). U akumul:lcijskc hidrockklr:l!h.' uhnl.iajll

sc j ckktrane na plirnu i oscku. IskOJi<til\'anjc plime i (lsckc, pojava koje sc pojavljuju II

rnjcsccevu dallll od 24 saW, poznato .ie i u ranijoj pcwijcsti cU\j~c~ubh·;l. Oscilacija [":tzinc mora nijc vrcmenski postojana, vce (lvisi 0 nizll (.\.'>lruilom"kib ciwbenika: d,iciovanju SUllca i

uz,~ianlllom polo/,aju mjcseca i Sllllca. Ampji\uda plime iSiodobnu O\'isi 0 g~ugrahk()ln polol.;:~iu mjcsta, obliku obalne linijc. dubini vode, rcljefu dna i Jrugim lokil.iullll ~plxificu(),,[.illla. Najvccc

Sli pjimc u zaljcyu Floridc Ll S.icvcrnoj Amcrici (19,6 m), II Sjcvcrno.i EngJcskuj (16,3 nl) U Granwilll. II Francuskoj (14,7 111). II OlJo(skom mow (1 J m) i biv,~eUl SSSR-u (11 !l1). U

Hrvatskuj su ptime od 0,2 do 1.01\1.

Da bi pJimnc HE bill: konkurcntnc klasicliilll dci<lranama nuz!1o jc voditi facuna ()

gl.:'o-gral"skoll1 polo7.aju obalc. To trcbajll biti zaJjevi vdikc povL~ine s ma!im prcsjckorn vezc s olvorcnim ll10rcm (sl. 3.2). Da bi turbine plimne HE bile up"krbljc!lc vodom uUlj dio, po-trcbnl.:' su vccc rczcrve vode (ll v'i.~c odijeljcnib bazcna). kojc sc ll<1izmjenic!lo prjl'oeil', turbi-nama. Najvcea plimna HE u Europije u Francllskoj nauscll Rone u La ~1un,;;bu gdjc.ic srcdnja amplituda plime 8,4 m. C~ntraJa ima 24 rc\'cfl.ibi!na agregat;:t cijc\,!log tipa (kruska) silage

(16)

30

SI. 3,1 /\/;u!!I!I/uClj\!rr hidm( /1'1:11"(11)0 ,,7t1hl!\v<, (SI,!it) u) {lr('.,,i(>/, f.:m, ogre po! IIIrhinr'

Ii) Shl'liI(! I"lfl'j( rnic

! mit'orr'; lillie! .J _.-IUrhil/O

:: _ flfnl'! IIfliZU /I rfr'k{r,/IIII

3 tnm<;/()(! )(,·.'on

M()r~

.') - gefl(-'ralOr

II

Sf. 3,2. Sh,:!!!,' ";!;i jJri/:{/;·.I elilllllilt

11h,-i,

Jnn,ll'ij!'mi r(/{i

Il --,FI'I'IJrjn'!'; md

[//- .\' Iri!'. )ill] '!;a:i'lia

Hlnr':OENEP,GETSI<A rOSTJW.i);NJA b ~"

,

I ,

'"

III

P() l() 1\,1W. koja godisnjc rroi/scdc 537;.;: 1 Oil kWh. Proluk s\'al(og agn:gala II turbinskom

fl,J:imu iznosi 200 m'/s, ,I U pUlllpnolll 225 lll'\/s (s1. 3.3).

Hidrol:lcklranc nwlih pad ova grade sc u tzv. cijcvnoj izvedbL koja j do 50(4' pojcftinjuje; izgrac1nju grade\'inskih ohjekula. PolopUcn agregat U obljku krusl\.c smanjujc gubilke slru.i~-! nja. ;11i ",ahlije\',] dobro brHjenjc clcktricnog dijcJa agregata (sL 3.3).

PUmj11HHurhinskc ckklnmc naZvane su pOllekad revcrzihilnim, a II nckoj ]ileraluri aku-JlluJacijskim. Bit koncepcije Ie vrs[C clcktnmc jest u potporn;lganju aku11luJacijc sirmna.sllc

Reid hidrot.'idlrHll'! u eld:lnlCl1crgc{,c;b>nl StlSUl\'t::

'

-51. 3,3, Plilllna lJE

1 - !:ellcrdlor

2 - o{t'or Z({ Jimi IIV! I'era 3·-rti.l'!:!nrir'· dio lurhil/O'

.f --Ir(//I,\'/;-;rll/(l/or

5 - l1iskm!(lfJol]ski ['od

() - cesta

31

VUciOlll U rcdovitim inlcrvalima vremcna pomocll pumpc (s1. 3.4. j 3.5). Pumpa nlOZC biti ncoYlsno pogonjcna elcktromolorom ili bilo kojolll clrugorn Yrstom mot ora. hlD tako, turbina

II

Sf. 3.4. Sf;ona{\!:i prika7. HE:' S fllrhinskim i jJ/ll1Jl'"im radom

J-HE PW/"(IIIIOK tipu (RHE) /Jf!7.l'riliu(/ L'ode II Kornji .I'prclllni!: ll-RHE s do{okoll1 wdt' II Kon~ii l'jm:mni!:

llJ-HR S 1l('<'l1'imoll! e'l1llfJ!1(J/H slalli('mll JI(/ manjoj vi.villi J - !'!Il1/1m;', 2 furhil1.1'f.;i 10k

(17)

HlDROENERGETSKA POSTlWJE!";]A

---2100-Sf. 3.5. Puse/me izvedhe NNE s Iri Spri:llllliku

U obratnom radu moze preuzeti ulogu pumpc u vrijeme kada njczin md u sustavu nijc

potre-ban, Takvc

se

HE

obicno koriste

za

pokrivanje spica optcrccenja c1cktriCnog sllstava

u

dncv-nom (turbinskom) pogonu (sL 3.10).

3.2. Dijagrailli opterecenja energetskog sustava

Unutar clcklrocncrgetskog sustav[\ povezujc sc rad svih sudionika u rilmll dnevnog osigunmja pO!Hlsnjc u sldadu" njihovim znacajkama, Dok tcrmoe1ektrane ne podnosc prckidc II radu i ucestala ponovna ukljuCivanja, dotle su HE pogodne da unutar (ES) pokrivajll vrhove lrcl1ulnog porasla polreba potrosnjc, istoclobno

stcdcCi

cncrgiju vode

u

svojim akuItlulacijama. Stoga u promjenjivom rilmll dnevnih polreba tcnnoelektrane pokriv~jll bazu a HE vrhovc dijagrama potrosnje (s1. 3.6. i 3.11), odnosno op!crccenja.

,,--1_LLL-'

[TTTllD

rrTD--n

04812162024h 0 4 8 1 2 1 5 2 0 2 4 h

a

b

St,3.6. DlleUlli dUuj.{J"(/1Il (Jpierdl'l~ia enerMe(,\'ko[: .\I/,I"/(IL'(I

0) rod HE /I l'r§lIolll oplereL-el!jll

b) md HE 1/ pofuvr§lJo/ll ofJ1erd'el1ju

U dnevnom ritmu opterecenja clektrocncrgdskog sustava postoje razlike u pojedinim gradovima i rcgijama, SlO ovisi () vrsli djclalnosti koja jc tamo zastupljena i potrosnji dek-tricne struje potrebnoj za tll djelatnost (sl. 3.7). Primjerice, potrcbe za strujom industrije kOj,-l

51. 3 ] DUagrami dnevll()~ oplerdel!ja energel,\/wM

,\liS/ciCci II ra?nilll Oh!".lfillid !irUI/(/ tilel'a/uri

- - - - z)ms/d dUll, - _. - - (ie/IIi dUll

ii \ '"

f Iv :

9Sf---I--90 85 ~-

-r---+--'", I

! 1

TJJ

80 8 16 h

a

33

b

ne moze prekidati rad (3 smjenc) Zllulno su veee od one kOI'a radi oS i 74 I·, 1'1·

t . '"'1 . . . CJ( - sata. s 0 cl,O.

ur~st~c.~a pnvreda zahtijeva 24 S~L?U potrosnju, kac!a sc velika !/"Osiin IllOgU ukopcavati u

1l~,Cfl! ,!Ham o~.skr.be. Ako sc anallZInl tad sezonske razlike optcreccnja elcktricno!! suslava, oClto.le da gnJ,ll1Jc nas!arnbi zimi dodatno optcrccujc clcJ;:Lrocnergc!ski suSlav (s~ 3.8).

'Ie

St. 3.8. Prol!/juw oplerf!cenju eHI!Tl{etskog .\'II.\'/UL'(I /I ('«;;flaw

u) !jedni

hj gOiii.{,\ji

c) ui.{egodi.i\ji d{jugrl-illi

St. 3.9. SimuhiC!ja dnnnug wka 1)l"{;izl'oJnje etdtriZnt' t:!li!r;;ijl.'

II HE. TNE, TE, VE i NHE Eleklro.I'lI,\hIlXI UK. .

(18)

34 HIDf~OENER()ETSK.>\ POSTROJ[NJA

p u

s

N

Sf. 3.10. ])(jagrall1 dncL'lU; pmi::;md!lie kmz lje(/al1l?J-fE .1iI: 0) li/rhin.l'kim (1) i jJulllpllim (2) radom h) f'l"omj!'II{f rmine f.:()rniCf~ h(!7('r:n

a

b

spiceve uplcrecenja, biJo da su dncvnog ili sczonskog zna6~ja. 11logu pokrivaLi elektranc

skrom-nijjh zaliha cncrgijc. To mogu biti rcvcrzibilnc HE (s1. 3.4 i 3.5). Eleklranc l1a vjetar, pri

poraslll zimc:kih pOI reba za cncrgijom (u nilS zbog na.ivccih pOlcncijala Ie cncrgije zimi) mogu pojacilli bazu tjccinog jli mjcsccnog optcrcccnja za 1znos krilicnih kolicina moguCih prcoptc-rccenja Slls(av:! i nil laj naCin llslcdjeti akUll1111iranll hidrocnergiju. Mogucnosl ukljuCivanja VB u Ve1ikoj Brilaniji u sklopu HE i TE prikazano je na slici 3.9.

Dispeecrskc slul,bc u])f!lvlj;ljll opskrbom ES birajuci m~jpogodni.ie optercecnje elcktrana

u skl(ldu s potrcrxllll:l po(rosaca a prcma planu zastitc rczervi cncrgijc. Elcklricnim prijcnosoJU sllslavimn visokog napuna i do 2 500 kV Ie !ransformiranjcm U Irafostanicama

u nizi

napon

7S0, SOO.

:no

j 220 V povczujl.l sc proizvoeJaci clcktricne cnergijc s polrosaCima.

Godisn,ii pJan potrcbne cncrgijc za niz godina moze sc razlikovati za istu regiju. zbog prom-,icnc pOlmsnjc iIi pak klimalskih nejcdnakos!i pojcdinih godill<l istih podrucja. U planu godisnjib

pOI reba prcdvic1a.iu sc i rczervnc snagc (PJ (s1. 3.10), kako.ie spomcnuto u poglavlju 2.1.

U dijagramillJ:l llp1ereccnjnlreha uociti podatkc najvecc (PI1I'lx), najmanje (Prnin) te srcdnjc

(1\)') snagc (s!. 3.8c), iznosi kojih sc mijenjaju tjcdno, mjcsccno i godisnjc. Koeficijclll gH<;(()CC ()p[('rc{Tnj~l jest

Kocficijenl mil1illlalnog: opterccenja

PI1

v=:

---P

_max'

)t :::: 0,55 do 0,6] - ako sc stimulira nocna potrosnja.

(3. J)

(3.2)

l\:td hidi"(iCkktrallii u ck:bnlCI1Crgl:t-,Knl]1 Slblavu

St.3.ll. Goili,\'!!ii /,/{I11 I'!"CllklijJ/1(' ma/:l'im(!!rrt

porro,f-I~ie ,wage ES (prill~il!r iz filcralllre)

I ~ eksp/Ollir!Clj"ko re;:,CI"m TE 2 - ek.lp/(I(I/(IC1j.l'ka rczen'(/ HE 3 , .. 1"1'111017111(1 rn:,!'!T" /-IE 4 - remon/Ita rC?I:n'(/ TE 'f. 9°t7f*~~7rff7i~~;;;17~:£Z<'PmakS i ! II !IlIV V VIVI!V!II!X X XjXll

(19)

4. Vrste turbina, izbor broja agregata

4.1. Re"lacije

slicnog

facia

Izbor turbine za HE obavlja se nakon upoznaval1ja lTlodela turbine Cije SLi z.nacajkc do-bivene U iaboratorijskim uvjctima. Modclntl turbina i [urbina potrcbnih dimcnzija za dane radne uvjctc HE moraju zadovoljiti uvjctc geometrijskc, kincmaticke i dimullicke sliCllosti. Matcmaticki odnosi izvedeni POntocll TI teorcma dimcl1zionalne analize obulwi:lcaju znacajke velieinc gcomClrijc i rada hidraulickog stroja: protok. gravitacijsKu ubrzanjc, pad turbine. brzinu obrlanja, tipiearl promjer, gustocu i kinematiCki viskozitct (Q, g. H, n. J), p, ~l). Tc velie inc povezuju s::;', u b0ztiimcnziollalnc panunetrc 51i6nosti]"(!>]"(l> TI:; te TI .. postupkom

ma-!cmaticke obradc koji su istng iznosa za Illodclnu (m) i izvedenu turbinu 0):

~t ::::~-,.-

.... -·1 (gH)WJ)2 nD Th = .. ,.~-,-, .. ~-- (g H)112 I' TI,:::: p

D

(g H)I~i2 nQl!2 11,1 ;;;

(g-

H)314 . lz jednakos{i zna6i.~jkc IT I i ]"(2 za model i izvcdbu slijcdi

Qi

Df

I-n!2

Qm

=

D?il

H;~~2

-::~!-':O::

Hil2

Dm Drn H,i,:-(4. t) (4.2) (4.3) (4.4) (4.5) (4.6)

Ako sc u TI4 iz izraza za hidraulieh:::u snagu turbine uJ\cse zamjcna Q::::

-.l{~-

dobije sc

drugi oblik TI" (4.7) .. ' p g 11 .

(4.7)

Znacajka slicnosti TI4 kao izvorna forma naziva sc j specificnom brzohodnosti. a cesto sc oznacava sa llq = TI'1'

Objc bcuJimcnzionalnc znacajke vrlo su va'l:ne pri izhoru lira turbine, pored dirncnzio~

naine n, koja se srecc u litcraluri.

\lISle (urbina, jzbor broja agn.:gam

37

4.2. Kriterij podjele (urbina

. . Pomocu Z?:lci:\jki I1q iIi

n>.~urbinc

se rnogu svrstati u tri tipicnc skupinc: Pelton, Francis

I ~lopelcrm~.(Ka.plan.). RcdosilJed odrec1uje porast l1q vrijcdnosti. pa tako Pelton turbina

po-li:rlV~l POdfL1CJC vlso!oh .padova a malill vodnih koli6na, rrancis podruejc srednjih lill

vrijlxl-nosH, a propclcrna malih padova a vclikih protoka, (51. 4.1. i 4.2) . .

Sf. '+.1. Podl"ll(ju prill!jf!/Jf! rm.!i,~'ilih Ii/Jlnxi turbilll'

3.65 n QI/2 1 1 " " " ' " ' " '

-,

I-fv+

(4.8)

.. Prcma c!obivCI:Orn iznOSLI I1q iIi 11, odabire se lip turbine koji je prikl;J(lan za dane vodnc pnllk:, a. oYI~n:) () m:hrilH.um .broju agn:gata (villi pogJavlje 4.5).

. U s!je~i.cco.J tal?ell d'.llll slIIZnOS! It, vrjjcdno~ti koje pripadaju pojcdinim tipuvilllJ lmhin:!. s llill cia vflJednostl c!obn'cnc na granic<tlll<l Lipova turbina prije odahira treha kriticki ispilaLi.

Pelion Fnlllci~ . .t~"()l.'lClcl.!~~Ka[lI,~n) 2 - 10 40 - ISO IlUI!ll;!lna !O -20 J]() ~ 25{J L.. bu, ih\yJiL 20 _ )"-Oc--- , 25() - 550 ·1(Xl-J 200

.~ K.ao s.~o je. poznat~), la :; karakLcristicna Lipa lurbina razlikujll 5C po gcomc{fijskulll uo-blJCCIlJll llJlhovtlllopallca. Islo tako POS{ojc biLnc razlike cijelog Slls(ava postrojcn."ia Pelton j

(20)

i

!

Sf. ,/,2. S/wl'Uh'lI!( I)r~ili<l rntu ·iie

- u!;vUu!lIolllrhin{/ lI1:ru,\"O' (hith)

1'(/ ;"I-r('{nim ]"01(11: toplilinimil

rtlf/i';(!.Inf'·uhi/lI!n , lurhillil

Sf . . /,3. lilrhinll PI'IIII/l ·\'(I dnije ,1'{I{!nicf'

- I'o:]t'l"(!!'n 'vrllli{o oJ,irl'J,i%

:7 - !ur/Jind:n 1:n/n .! .. kuh,{II' 4 - 1:/I(;i,l"/e sUj>nicc 5 - iglo ,1'{f/Jl1icl' H1DlmEl':EJ«lETSIZ,\ POSTFI0JENJ,\

1--·

I

,

Vrstc [urbina, il.bor broja

39

drugih dviju predtlacnih turbina (51. 4.3, 4.4. i 4.5). Trcba uoCiti da su turbine na 51. 4.4. i 4.5. poslavljenc okornito, ciji smjcstaj zabtijeva vise prostora, odnosno troskova za graclcvin5ke

Sf. 4.4. Okomi/i agrq.;a/ radija/llo aksijulne IIII·hille (Francis).

] - roc/I/O ko!o .\' !o{!(/!imma, 2 -rcgll!ocijs/.:o k%, 3 -,Ipim!no /':116.\'le, 4 -d(jirzor turbine, 5 I'm/ilo, (j - spoj/.:a, 7 - r%r wmeralora, 8 -sla/or Kef/emtom

(21)

40 HIO[WENERGE'I'SKi\ i'OST,WJENJA

Sf. 4.5. A!;rt!!;af Kup!L/1! fur-hitle ~ uk.IUa!ni Jiu;,;!u! i pre.,jd.

1 ~ ;;LwZillii rdilno!; kolu. 2 ~ lup_uieC!, 3 ~ regulucij.\J:o !w/o. 4 spmL'udnu k%, 5 ~ tim/i/o, 6 ~ .le/TUlliolo/

radove nego turbinc istc vclicine u vodoravnom polo1.aju (s1. 4.6), Rczullati ekonoUlske alla-liz.e okomitih i vouoravnih ljcscnja u()\'cli Sll do raLvitka tzv. cijcvnih iz\'cdaba lurbina,

llgJav-nom za HE na manjim vodnim potcllcijalima.

Hidroclcktrane na plimll i oseku veGnom su cijevnc izvcdbe. srcunje iIi visokc brzohod-n05\i propelernog tipa.

Reverzibilnc turbine ~ pumpe takvi Sll hidraulicki prctvaraci koji mogu raditi kao turbine i k::to pumpe kada strujanjem tekuCinc od ulaza na veccll1 promjcru ka izlazu na manjcm, racle u tUIbinskom reZ'imu, a obmutim ~tlU.ianj(;1l1, u pumpnom. Po brzobodnosti mogu biti Francis iIi propclcl11og lipa. ali s Il1odifikaci,iama ulaznog i izlaznog brida 10pal10.: za taj rcvcrzibilan rad.

Sf. 4.6. USfJoredhu Jim<:nz.i./a protoCl10); dijdo ,Ii/slum HE.I" O/:ofllilim

i uliJonwliim iJJjrq;Ll!olll

Vrslc turbina, izbor broja aglcgilla 41

4.3. Energetske znacajke

Mogucnosti turbine bo hic1r.1uli(:kug 1110101"<1 z[t pogan g0flcfatOta dobiqju sc snim~mjcm

na rnodelnoj izvedbi 11:1 ispilnoj stanici. N;:~iprijc se snimaju podaci za Lemeljne znacajke u

suslavu koordinatu

Q::;;

nn), M T ::;; [en), 11 ;;::; nIl) i

p::::

1'(0) s nl/Alill utvura s[a!orskih lop:llica.

lz tih 5C dijagrama naCinjc s!ozene znacajke turbine u kojima 5C na tcme1jnim krivuljama za konslanlan otvor slatom (a ili a) u sustavu (QII ::;;: r(nld ili Q::::: fen) ucrtavaju krivuljc p::;; :::: konst., II ::::: konst., n,:::: konst. (51. 4.7.4.8 i 4.9). Navcdenc znacajkc snirn:..tju 5C II beskavi-tacijskom radLl. Zbog vaznosti poja\"C bvilacijc za rad turbina i njiliovih l.li<lC;:\jki ova 50 lema

opsirnijc obrauuje u 9. poglavlju.

Iz znaeajki na prikazanill1 siikama mogu se lloeiti podrucja m~jboljih mogucnosti turbine

(Pma:.. 111ll,lX za l1uminalni 11,) koja tn:ba ispilati sa ~Uljalisla gr,micnih mugucnosli pogonjcnog gcncratora (ohraucno u pogJavlju 4.5) i potrcba rada turbine izvan najpu\'uljnijcg poc!ruc.i'l

11m:l); U rd.irnima rcgubcijc. Za takvc turbinc pol.djll~ su znacajke sircg podrucja visokih s1upnjcva korisnog djclovanja (lld.

'II

0,

11,.

b

SI. 4.8. S/OZl!l!d z/lu(;ojku priifJe/eme turbille.

a ~ o/vor- .1·la/ora; 11 -. 5/U/JWli pr!!luIJlhe: (p _. kll! Z(Jo!;relu r%f".lJ..e {o{Jolice, G ~ k(;ejicijeJli kudlliL'Ui:

(22)

42

l-HDROE~FI~GETSKA POSTI{oJENJA

Sf . .:f. I). SI()71~n(l :::n;, !j/.;o Frtlllci,\ Illthill/'

/' - YIW,:;::; I) "fu/JOn! IJrdPOrhl': a - kl!(jinjl'lIf krll'il(w(ir'

4.4. Opec tehnicko-gospoLiarskc postavkc

Na lemelju znn{:ajki projcklinHle \'odne snage (sl. 1.3, pogl. 1.1) pos(avlja se pilanjc mnk-· sinwlne j.:;oliCinc \'ode, knja 6c sc II poslro.ienju HE iskoris(avati, a sto .Ie ekonolllskc naravi. Ako sc prema dij!lgramu na slici t1.10. oprcdijcli za iskoris1ilYanjc pet m.icsccnih "ocla, locka (IvI) II krivulji vodnih kolicina ]'okazuje njiho\' maksinlUl1l, locka (8) raspolo:r.i\'u snagu, dok pl0I1;1 OABCD cini ukupnu energiju ko.in hi c1cklr:ma l110gla prcdati tijekom godinc dana.

H

Sf. 4.10. him!' in.yln/irWII' ,\'/lage

Vrs!c turhina, i~l"){)r hrnj:1 :tgregllill ₄₃

Oslatak energijc ABG ostajc neiskorislcn. Maksimalna snaga turbine dobila bi S0 mnozenjem

~;nagc iz locke (B) sa slupnjcm korisnog djc]twanja PUllooptcrccenih turbina. To jc ujedno

im;talirana snaga postrojcnja. Aka bi sc odlucilo cia so poveca instalirana snaga l1a temelju dvomjesccnih koliCina locke (F), godisnje

bi

povccnnjc energi,ic us]ijedilo za iznos .6.Ej, cia

bi sljcdccc za

.ios

neku instaliranu sougu za c.E2 itd. bila sve manje, Od nckog optimuma Q po dobiveno11l k \Vh troskovi 0610 nagJo rastu, .~to bi se nnalogno dogodilo aka bi se isla

ulla1rDg po dijagramu ka niiim instaliranim sl1ugama. No instalirana snaga na osnovi clvanacstomjcsecnih kolicina (prerna tocki C) daje malu cnergiju (OKCD). Tn bi energija bila

.'>"upl.iil, jer svi izgraueni prateCi ohjekti zn HE skoro jednako kostnju kao za veeil Pin,t..

Mc-!ncJama oplimalizacijc ukljucivanjem II proraclln i gospodarskib paramelara, hira sc (mil snag a kojn udgo"ara minimumu proizvodnih troskova. U oV15nosti 0 vijeku amortizacije grac1evin-skill objckala, hidrnO:lrojC\'a, e!Cklfostrojevll, opremc HE te kamatama za ulozeni kapital, kno i !roskovil11lJ proizvudnje i odrl:avaJ~ja, zalil11 lro.~kovillla izgradnje HE, dobi! ce sc troskOV1 proizvcdenc cncrgije. Instalirana sc snaga l110ZC, daklc odrediti iz uv.1cta minimuma

proizve-denih troskova koji sc bilnn nr~Jiku.il! za poje.dine lipove HE.

4.5. Po1azista jzbora

broja

agregata

lskoristavalljc raspolo1.ivc cnergije kod iok znacajnih vodoih kolicina oba\'Jja sc s \,js~ agregata. lJ radu sarno jednog agregata protoci bi sc mijenjaJi od Qillin do Qmdx (od 12 do 4<'i mjcsccni\1 voci;]) ,5to bi uvjclovaio slab llcinak turbine u podrucjima izvan QI)OIW SIC) SlI mjeli

rada promjcnjiviji, to.ie pogoclniji rad s vise agreg;tla.

Na sjici 4.11. dan .Ie primjcr rada HE S Iri agrega(a na bazi ukllpnc cctiri mjcsccnc yode

(locka ;\) te kolicinama !!J Q po lurbini, koji sc uzima u proracun specificne brzohoclnosti

prcma .iec!nadlbi (4))) za Llsvojenu brl.inu okretanja (n) agregala.

Sm:mjcnjc pada lItjcce na promjenu koliCine proloka tako cia iz slozcne znacajke (1110-dclnc) turbine (s1. 4.12) tocka A' (prcsjck n"I" i a:;:: JOO % -- otvor s(atora) prc\azi u B'

'I

(23)

Q' I

SI. 4.12. Sfo'!.ena ::.n(l(-ajka mudr:!w lUrhine

n'll> == n'hl

kojoj odgovara koliCina Q'lb i bm.1 OkfC[,~ja n'll-> p1'ema jeonadzbama 4.9. j 4.10.

(4.Y)

Ukupna koliCina koju trusc svc t1'i turbine u toj tucki pada na Qll (s1. 4.11), stu s!ijedi iz .icdnadibe slicnosti (4.10)

(4,j())

Prerna D. Horvatu, iz navedene litcraLufB. uz.irn;:~iuCi u obzir i promjenu stupnja korisilog djclovanja agrcgata turbine ko.1i pada smanjenjcm vclicinc agrcgata, broj agregata {wisi 0 odnosu Pll1a~ i Pmill (instalirane i dvanaeslomjcsdnc vode) raspolozivih sIlaga, zatim 0 tipll Celltmle j brzohodnosli turbine. Kod vdikih akulllulacija liZ vciikc ra7Jikc Qlllax i QlIlili mOLe raditi velik hroj mal1jiiJ agrcgata ali u sircrn dijap[LI.UllLl regulaeije. UCinkovllijc bi radio m[tnji broj vcCih agrcgalil ali 1I kraccm vremcnll da hi odrec1eno vrijcmc, ovisno 0 veliCllli akumulacijc, mirovao.

Polrcbno jc spomcnull da brzohodnim turbinama stupanj korisnog djdovanja Y) nagli,!c

pada promjenom protok" (s iZllzelkom Kaplanovib). Tu cinjcnicu kilo i druge promjene (reha

uoCili 11, slozcnih LJEtcajki ntllJdnc llIrbinc.

Bn~j agregata rcdovito je od 3 do 6, koji I.ado\'oljava gospodJr:-.ke llvjete. U lilj se broj uhraja i rC7crva za pOlrebe rcmonta. s tim da sc na vise od 4 agrcgala ide kocJ vrlo vclikih vodnih kolicina iz akumulacijc.

4,6, lzbor vrste turbine

1z krivuljc trajan.la vodnib koliCina nakon odrcc1ivan.ia broja agrcgata slijedi kolicina Q i padovi po agrcgalu, pa maksimalna snaga i7;llosi

Piliax := P g

Q

H 11 Iwj . (4.11)

Vrste turbina, jzbor broja Hgn;guta 45

Usvajanjem brzinc olu'ctllnja gencrarora, odnosno agregala slijcdi spccificna brzohodnoSl prcma jcdnadzhi (4.7)

Iz tlq bira se tip turbine i njcLitlc glavnc dirncnzijc, kau

stu

je objasnjcl1u (pogla\'ljc 4.1. i 4.2). Meoutil1l, ovisno 0 Lipn turbine i pug;unskim uvjc!inw (variranj-.: Q i H) razllkuv<J\. CC

se znacajka turbina. radna i kavitacijska, od Imjih na drugu utjcce promjcna brzinc okrc~aJl.ia n (vidi poglavljc 9. Rad HE II lG.tvitaciji). ~vk(1utim, vrsla gotl.Jcnug slroja ccsto odrc(1uje brzillll okrctanja turbine. Elcktrogcncrator, ovisl1o 0 konslrukciji a tl skbdu s pulrcbnum frekvcncijom slruje.

~ahtijcva

odrcdcnu brzinu ukrd<lllja. Vrsla bidruccn!fak lakOlJcr utjeec na ii:hor tipa turbine, dok invcsticijski truskuvi prcICzu kod granicnih U1Zma1.Ulllja clvi.lju l"al.1ici[ih tipO\"d turbine.

Na slici 4.1. vide se pocJrucja primjcnc razliCitih tipova lurbina ovis!1o () paclu (H) i po-stotku opl(:rccenja 1urbine. U ovisnosli 0 vn:mcnu r;:lda agregata turbine il.!"acunav[L st' srcdnji slUpanj korisnog djclovanja agregata prcrna jcdnaJ/.hi (:/.12)

I

I\,\li

11,r"" --=;~"-.

LPic\li

Na radnoj (eksploalaeijskoj) slo7.C!loj znacajki HE s Iri agrcgala na slid 4.13. prikazano .Ie cia .Ie dobf(~ pokrivcno p~drucjc koliCina protoka do 500 jm3_{!si s padovima do lOO}

111 log

prinlicra izbora turbina. Iserlkano podrllC:ie Il1a!ih

Q

(!ijc\'o) prik;uu.ic zono loscg rada turhine, a ko~o iserlkana podrllcja na sva.koj lnaea,iki turbine priki.il.uju zonc preoptcrecenja (prcmtl gore) gencraLora.

Dakle, za ucinkovit md [-IE nuzno IC ograni(;iti fad agregata U o/.nacenom podrucju koliCina i padova, Ci.ic SLl granicnc \'ri.iedll(~stj llerlant: u slid 4.13. kako slijedi (za dani primjer

I-IE)

za

Q :::

82 do IUO m:'/s sa H ::: 135 do 190 m;

HSlmax :::: 190111

Ie Q "" 350 m:'/s.ic H "" 154 rn Q"",~ ::: 350 m'/s.

51 . ../.13. Rw.!nu ::n{l;;,!jJ.:d JJ '" RQJ i I) :::: koll.\"!. HE.I"a 3 ugf"l!Jiu/a

J - n('.I{i/L'iuliil!'ni rad turhine

2 - Jil"iilli,'nu ,\)wgu {whine

(24)

46 Him:()::~n?GETSj(A POSTr{()JENJ/\

4.7. ["bor reverzibilnih turbina

i

nacin racta

U kontckslu izbora broja agregata prclhodnog poglavlja istaknuta jc potrcba izbora ma-njcg broja agn:,gala knd manjib raspolozivib vodnih kolicina, ,icr je ckonomicnije cia turbine

rack II Sl!SIaVU kra(:c ali u podrucju svojih nominal nih proloka (za llTmax). Tome doprinosc i hoJjc kavi\acijskc i':nacajkc za Qn()]w Ako sc radi 0 akurl1ulacijskolll [ij)u HE na maUm rczcr-vama vode. ove 5C mugu pojaeati u vrijeme kada [urbina nc racli lako daje se upotrijebi kao pumpu II ubrnulo!l1 (reverzibilnom) radu. Na laj nacin ona 11107.C, pogonjcna eJektromotoro11l (koji mozc bili rcycl7.ihilni gcnerator). iz donjc vode prebacivati vodu II akull1ulaciju (s1. 3.5).

Ako se pUlllpni rad agrcgata HE ohavlja u vrijcme ll1alih optercecnja sustava (obicno noell). tada jc uln\SCnil eDcrgija u pumpnom radu HE znatno jcftinija od proizvt'dene u dnevnoll1 lmhin."koTll pngonll. RI-IE koris(c sc za pokrivilnjc vrhov<l optercecnja te za potrche pOkrivanja raervi zb()g k\'~lnwa u clckln)CllergC(~kom SllstaV\l.

4.7.1. Podjcla rcverrj hi Ini h

hidroclcktrnna

Obra(\ujllci lipo\'C rcvcrzihilnih HE (RHE) vaJja sporncnuti nckc specificnosLi tih aku-mulacijskih ccnlrala. kojc nc mOfa.1l1 llvijek raditi s rcver;r.ibilnim strojeYima. SpomenlllC I-IE J1logu ~;C s\'J"s!atJ II Iri skupine:

-- PrCl1la shcmi akl1mulacijc:

HE sa Cistorn akU111ulacijom, beL dodalnc vode sa stranc cistil RHE (sl. 3.'1), (I).

HE mjdn,-ilflg 1ipa, s dodatkolll vode za vrijcmc lurbinskog rada prirodnim dotokom (sl. 3.4). (JI).

I-IE

5 ncovisnilll pumpnim sllstl\VOm,

koji sial no moL.c

puniti akul11ulaciju

HE (s1. 3.4).

(lll), \! kojCllHl sc ]lumpa pokrcce lllolorOlll neovisnim () lurbinskom radu (osim clck-lro11101ora mO/,c POSIU7.i[j i turhina na vjctar, SaInl.l iIi usporcdo s ckktromotorom); Prcma duZini punjcnja ciklu5a akumuJacijc RHE ll10gu bili s dnCVllOl1l, ljcdnom. mjc-sccnorn i sczol1skorn koliCinom akull1ulacijc vode;

- Prema oprerni strojarnicc mogu imati:

cdir! slroja (pumpu. turbill11, clektrolllolor i c1ektrogencralnr); Ifi stroja (pumpa, 1110-torgcncrator, lurbina) i dvOl re\'crzibiln<.l stroja (!llrbina-pumpa. motor-gcncnllor) (51. 3.5). U~lcdc koje SIC: mogu posliCi u gradnji RHE selva stroja iznose do 40% od centnllc sa celiri slrnja.

SI.4.14. J:.hor FTer;ihihw Fmllcis fIIrhim' a --, !"lImrmi mff. l; - Ilirhinski md

47

REE Obrovac je reverzibilna centrala s dva agregata tira Francis, protoka oel 55 11l 3/s po agregatu j Hn ';; 518m (Hb :::: 544,5m i p:::: 126 MW po agregatu). Osla1i podacijesu:

- specificna brzobodnost n, = 29 ... brzina okretanja agrcgata n :::: 600 nlin-1

.- gcodclska visina sisanja H~., = - 42111 (ispod razinc mora).

Ukupnlll.i\ ::: 0.87 do 0,89 agregata. Prcmn podacim::'l Deriazova RHE turbina s pokrctnim lopaticama ostvari 111'::: 0,9 i llT = 0,92,

a

Francis lip (Eshler-Wyssove proizvodnjc) II pump-nom pogonu 111'::: 0,85 i turbinskom 11"1"::: 0,87 - 0,92. Na slid 4.14 prikazan jejcdan od RHE agregata selva revcrzibilna stroja.

4.7.2. Temcljne

vcliCinc

rada reverzibilnih hidroeleklrana

Rilspololiva visina turbinskog reZ:ima jt:SI

Za pumpni fdim treba

:s

hwp gllbici strujanja u ohratnom toku.

STUPNJEVI KORISNOG D.TELOVANJA VODNOG SUSTAVA U turbinskom rCZil1l11

U pumpnol11 rczimu

Pri jednakom H.,! .Ie

H"

H ;0;; llYT llYp .

r Kllcficijenl korisnog djelovanja jest

(4.13) (4.14) (4.15) (4.16) (4.17) (4.18)

Kou cislog RHE sustava (s1. 3.2. I) za Rill':::: R,lp koeficijent korisllog djclovanja radnog ciklusa jest

(25)

48

HI[)ROE;";Ef,GETSKA POSTII.OJENJA

-(4.19) gdje su Er - cncrgija turbinskog rada,

Ep -

energiju pumpnog rada.

R;[

ovisi 0 razinama c10nje i gornjc

vode.

4,7,3, lzbor turbine za reverzibilnc hidroclektranc

U znacajki modelnc turbine Q'l ~ n'l obradujc S0 pumpl1i md (prema s1. 4.14)

Znacaj promjene l1p U podrucju l1max odreduje rilspon n'T1l1li.l.

~

n'T1l1in) odnos!1o za L\11 II

podrucju m~iv0ccg 11)1.

Promjcr radnog kola turbine (pumpc)

.---I

P

T D=

~

pgQTH"'l

za sllagu turbine uzima sc P.r ::::: F'!II:lr

QT usvaja se Z[l srednji n'T na krivulji ogranicenja snagc gencratora (s1. 4.14b), NOl1linalni broj okretaja iZraCUOi.lya S0 prcmajcdnadlbi (4.16)

Za sinkronu brzinu okreLanja generatora treba ispraviti 11. Visina sisanja za pumpni fdim izracunava se prema odnosu:

i\Zd" I H

Hs< _{. ...}lO~~"~~L,hw-₉₀₀ <flG

~ gubici donje vode - razina donie vode

- koeficijent koliCinc strujanja (od 1,1 do 1,2)

1m!

Zhw

LlZd

Ku

a ~. kocficijenl kavitacije turbine (definicije dane 11 pogtavtju 9), Va.:(,ni cimbcnici pri izboru varijanti turbine - pumpc jcsu'. -IHinimalni gUbici strujanja, najvcca snaga

(4.20)

(4.2t)

(4.22)

- za

paclovc

vise

od 500 III izabrati vlsestcpcnu p1l11lpU _ . .

- brzohodna Francl::; turbina za oko 35-140 m pudu; aksijalni stroj do 20 III pada (pnrnJer niskib 11 vrijednosti jest RHE u San Malou; Ill' ,:;: 0.66 i 11'1'::::: 0.58)

-omjcr HpllltiX i HPlilill (ll!'::::: 1\:0ns1., l11';;oS konsl.)

- paramelar raspona rada RHE

11 :;;;;; ~J1}2.!~;:. := H,UllllX ..;'. ~ hwp

HTlllill H<;lillill - L hWT

Za Francis tmbinu TI ::::: (1,2

+

0.(2) n,.

(4.23)

(4.24)

Vrste ttlrbin<l, izbor Ij!(~" ugJeg,Jla

4.8. Znai'ajke rada plimnih hidroelektrana (PHE)

Na s1. 3.2 (pog!. 3.1) I ShCIllJbkijc prikaz<ln<l PHE sjednim Ixlzenom akumulacijc. Uvala

vcIike povrsine razine

i

dubine mora s uskim prolal:om najpogodni.ia jc priroJna konfiguraci.ia

za PHE. Prolaz protoka ka prirodnom bazct1u akulllu!acije prcgraoujc 5C bfi.inUm, a II branu

50 ugradujc slrojarnica s agrcgatima HE iIi RHE, kao j otvori za proIa;. vode.

Promjena razinc mora n:ldolazenjcll1 i spuslanjC1l1 plimnug vala ima znacaj blizak sinu-soidi (sL 4.15), U odrcdenom casu (locka A) otvan~ju 50 Olvori II brani i voda iz mora nadirc

cik!usi rada PHE

151if

3

u:o::::

!

Iljr.iiirF.!!!~!!'~:.'~.

' ..

1. ;

·• .. I' .. ·' ..

·'ltm

-!

"'iii!:',;!,iiii::i:!:

i rAi

: I

G :

_~2"-L:

. _ 3 ..

_·1~

nivo bazeno PHE so dopwmpovonjem 6 1 5 3

!417-SI. 4.15. Cikfllsi radal'lilililil, liidmeldllWJd .I'jl'dllillll){lzenoll1 (I)jedn(!'I'If'uJ)oJ', (Ue!(il'(lj~jcl

h) ,hDsthU!OJ:; dj,'!o! unju

1 -jmt!jClde 4 - {!milljenje

2 -w.I-/oj 5, 7 - /ii/ntll/ii rd.illl

3, 6 - lurhillski md

N .-m<~il!(/ code 1/ /HIZflUl s d(;!!JiIlJ/ (icunjclIi

u bazen it turbine sc zallstavljaju, U Locki B, kada poCinjc nelliv (oseka), razine vocle 1I moru i bazcnu se i7jcclnacavaju kada sc otvori II brani 7-alvaqju, zhog cega razina u bazc!lu ostaje

nepromijcnjcna. Turbine PHE poCinju raditi kod HllIi!) (locka ll') razlikc razina bazcna i mora

II tom Casu. U Vfemcnu oc! B ~ G agregati PEE fade kada se razina u hazenll poJagano splL~ta.

it otvori u brani oSlaju zatvon.::nl. Kac!a se tlak (razinaj ope! snizi do Hillin (locka G) turbine

sc ZauSl:lvljaju, a razina u bazcnu oSlajc isla, U tocki Aj razina vode pOilLlvno sc izjcdnacujc

(bazen-more) !e sc llonavlja isti proces,

Proces rada tc PHE s jednostrukim cljeJovanjclll sasloji se od sljcdeCiIJ ciklusa: A _ 13 punjcnjc; B C zasloj; B - G rael Lurbugcncratora: G Aj zasloj. Ncdostatak Log Lipa PHE

jest prekinllt tok proizvoelnjc elcklricne strujc, jL:r priliv vode tHrbinama nijc sUdan,

T[~j

.Ie

(26)

dOplllllpava-50 H!DfmEJ\'ERGI3TSKA l'OSTHOJENJh

ll.icm. Kod ovog lipa PHE moguea je proizvodnja eleklricne cnergije za vri.icme slrlljanja vode pri prili\'u i odlivll vode. Prerna shei (3.2. II), ulaz u hazen pregra(1ujc sc dvjcma hranarna, dok Sll okomito na njih otvori za vodu S postrojenjem agrcgulu. Pri punjcnju bazena olvorcni su otvori mora (1 i 3), a pri praznjenju (2 i 4). Na taj nacln pri radu turbine tok vode llvi.ick ima 1s1i srnjcr: iz dijela audio h. Na slici 4.15b vicli sc rcdoslijed radnih eiklusa. Popunjava sc pn:lhodna slika eiklusa .kdnoslrukog djelovllnja PHE radom lurbine i za vrijcmc plimc. ocltlosno punjC'n.ia baz(~!1a strujanjcll1 iz turbina u hazen (otvori 1 i 3 n<1 s1. 3.2. II). U vrijcme prekida (iI.ll1c(1u iscrtanih radnih inlcrvala voela sc moz.e ubacili dopumpavanjcm u hazcn i POlllOCLI 1urbina, odno<;no 1urbina pumpi, ako su 10 rcycrzibilni slrojcvi 11 kojih sc ranijc dize ral.ina vode,

t.i.

poslil.e Hillin-Tc su PHE ekol1omicne samo ako su reverzibilne sa 2 slroja. oclnosllo ako turbina raLli i kao erpka, a generator !cao motor. lpak, ne poslize se potpllna neprekic.lnost tmbinskog rada kOjll bi mugla osigurali PHE s vise bazenn (sl. 3.2. 1Jl). Ta .Ie \";ll"ijan!(1 i skllplja.

5. Nestacionaran rad hidroelcktrana

5.1. Prijelazni procesi

Proccs rada prj ktljell1u se agrcgat lurbine cJovodi II stanje poVt:canog dinaOlickog

OJllC-rccenja, a kojel1lu prdllodi prumjena pro10ka, 11aka i brzinc okrclanja, naziva sc prijdaznim proccsom. Ta Sl1 stru.ianja po svom znacaju ncslacionarna. Islo sc tako U slicl1u gmpu pojaVij mogu uvrslili PllS\;l1ljc 11 rad j zaustavljanje agregala.

Na sliei 5.1. prikal.ani Sll prijclazni procesi promjenom sekundne zaprcminc, odnosl1o olvora stalora a, obralnog mornent;l (M), hrzine okre1anja (n) j Llaka, udnosno pada (1 .. :1) lur-bine.

Pustanje II rat! (s1. 5.1. a) jest opcracija kojoj pretbodne ohvczalne preclradnjc: puslanje Yode za hlallenjc. podma/.ivar~ic. Olvaranjc prcdlurbinskog zasuna, iza ccga sc otvara spro~

vodno kolo cln olvora potrebnog 7a uvjel: QT> ax (;"a s1alni rad nekog re7.ima'l. U bochl ka nominal nom !1. turbina sc samoregulira prilYarajuCi spro\'odno kolo do olvora ax, uccstaloSl

sc pribJizava onuj iz. ekklricne mrde. gcnerator sc sinkronizira i ukljllcuje. Promjcna llaka u protocnOlll sllstanl .Ie mala j ima znacaj hidraulickog udara ncgalivnog predznaka (AH).

Z;tnstavljanje agrcgata (s1. 5.1 b) jc sJol.cn proccs koji ukljucujc niz radnji. Nakon davanja Zllaka [urbina se zatYara, ali poslupno cia naglo smanjcnje protoka nc bi iz.al,valo nagli porasl tlaka (6H), koji je znatan. Ta pojava usporava sni1.enj0 momenla M, dok n sporo pada. Kad moment dostigne vri.iednost 0, generator se iskqucuje iz l1lrcic. Nadaljc, voda koCi agrcgat II

lurbinsko01 kolu (-1\1). Kad n patine na 40·-S0r)(; vrijednosli za slacinnarnn rad, ukljucuju se 7!"acne kocniC0

za

hrzo J'atl<:!(ivljanje agrcgata. Ral.Jozi zauslavljanja mogu biti dvojaki: pJa-ninll1i, raeli rcmonla iIi prisilni, izazvani nckim kvarolll.

RcguJacija snage agregala \'I".<:i st: Ll skladu s prornjenorn optereccnja (polrosnje).

Rcgu-Jaeijsko podrucje snage jl.l1osi od 100 do SO-·-600f;· (radijalno-aksijnlna turhina) j 25-.. 3{)(;;; ud nominalne snagc Zit turbine s pukrctllim Jopalicama rolora. Proces smanjcnja oplcreccllja jed nak jc zllllslavljanjll (sl. 5.1 h), (lsim !ito se olvorOl1l slalom pusli/,e ,Ix i ne dolazi do iskljllccnj,l gCllCralora. Povccanjc snagc posti!.e sc povccanjcm olvora slalora sa ao na <lx, dok povccanjc pro!oka slvara ncgalivan j,H, it [aj s \'!"cmcnom llzrokujc sniZenje tlaka. Ta poj,lva podrz,wa povcbmje momenta M i snag~ do pogonski P5)[rcbnog momenta (Iv!). Vrijeme regulaci.ie (trq)

1reba hili In:g > To (To - vrijcrnc olvaranja). Sto je ln~!, krace, bolji su uvjeli regulacijc.

Nagli pad oplcrcrc,n.ia

naziYa

sc

ispacJolll,

a koji moze nastati zbog nekog kvara. Ta poja\'a

i7,aziva brz. porasln-a (s1. S.Jd) koji prill\'aca regulalor i zatvara turbitlll, sIn izaziv(j znatan hidraulicki udar (111"1). stu sc ocituje rastorn momenta obnanja. Daljim smanjenjcm otvora slatom moment pada

do M :::: 0,

te

7.a

Qill

>

ax

post;:~jc negalivan ~M. U !ocki

M ;;:;; 0

postii.e se n ;:;: n mOlx pnslije ccga la vrijednosl pada do nistice.

Na slo2.cnoj zl1ac,~jki (sl. 5.2) llcrtani su prijclazni rcl.imi rada turbine iz knjc sc vieli da u srafirano podrucje kocenja (-M) pripadaju z,lllstavljanjc i ispad lz rad:l (naglo koccnjc).