Użyteczność Energetyki Wodnej w województwie kujawsko-pomorskim · 2015. 3. 9. ·...

Użyteczność Energetyki Wodnej w województwie kujawsko-pomorskimProf. dr hab. inż. Józef Flizikowski fliz@utp.edu.pl

1. ENERGETYKA WODNA2. WOJEWÓDZTWO KUJAWSKO-POMORSKIE 3. UŻYTECZNOŚĆ4. ROZWÓJ JAKOŚCI, EFEKTYWNOŚCI I NIESZKODLIWOŚCI EW5. ROZWÓJ UŻYTECZNOŚCI EW

Użyteczność Energetyki Wodnej w województwie kujawsko-pomorskim

SY

ST

EM

E

LEK

TR

OW

NI

WO

DN

EJ

OPERATOR

OBIEKT OBRABIANY

ŻYWE OBIEKTY OTOCZENIA

SZTUCZNE OBIEKTY OTOCZENIA

SP

: JA

KO

ŚĆ

EN

ER

GII

, E

FEK

TY

WN

OŚ

Ć P

RO

CE

SU

, N

IES

ZK

OD

LIW

OŚ

Ć P

RO

DU

KT

U I

P

RO

CE

SU

ERGONOMICZNOŚĆ

FUNKCJONALNOŚĆ

EKOLOGICZNOŚĆ

SOZOLOGICZNOŚĆ

SYSTEM OBIEKTY I SPOSOBY UŻYTECZNOŚCI CELE

UŻYTECZNOŚĆ

1. ENERGETYKA WODNA2. WOJEWÓDZTWO KUJAWSKO-POMORSKIE 3. UŻYTECZNOŚĆ4. ROZWÓJ JAKOŚCI, EFEKTYWNOŚCI I NIESZKODLIWOŚCI EW5. ROZWÓJ UŻYTECZNOŚCI EW

Użyteczność Energetyki Wodnej w województwie kujawsko-pomorskim

Tabela Światowe zapotrzebowanie na nośniki energii, przewidywania dla roku 2010/2030

L.P.

NOŚNIK ENERGII, PROCESOR

ILOŚĆ 2010/2030 MLN. TON

EKWIWALENTU OLEJOWEGO

UDZIAŁ

2010/2030

% 1. Ropa naftowa 4.308/5.766 35,33/34,97 2. Węgiel kam. i brunatny 2.763/3.601 22,66/21,84 3. Gaz 2.703/4.130 22,17/25,05

Razem konwencjonalne: 9.774/13.497 80,16/81,86 4. Biomasa 1.264/1.605 10,37/9,74 5. Jądrowa 778/764 6,38/4,62 6. Hydroenergia 276/365 2,26/2,22 7. Aeroenergia, wiatr i in. 101/256 0,83/1,56

Razem niekonwencjonalne: 2.419/2.990 19,84/18,14 Zużycie i potrzeby razem: 12.193/16.487 100.00

Tabela: Światowe zapotrzebowanie na nośniki energii 2010/2030

ENERGETYKA

42 GJ = tona ekwiwalentu olejowego

ENERGETYKA

ENERGETYKA

Kluczowe technologie wspomagające 2014-2020 UE

ENERGETYKA

ENERGETYKA

ENERGETYKA WODNA

ZALETY:• Czyste odnawialne źródło

energii.• Możliwość szybkiego

zatrzymywania i uruchamiania elektrowni.

• Małe problemy przy utrzymywaniu i eksploatacji elektrowni.

• Sztuczne zbiorniki wodne gromadzą wodę, zmniejszając ryzyko powodzi.

WADY:

• Zależność od opadów deszczu.

• Konieczność zalania dużych obszarów i przesiedlenia ludzi, co niszczy naturalne siedliska lądowych dla roślin i zwierząt.

• Lokalne zmiany klimatyczne.

ENERGETYKA WODNA

ENERGETYKA WODNA

Lp. Rodzaj źródła OŹE

Energia odnawialna 2012,

MWh

Udział procentowy w OŹE, %

OŹE i biopaliwa 24.431.509,665 100,0

1. Współspalanie (biomasa/węgiel) 5.754.955,293 41,3

2. Elektrownie wiatrowe 4.524.473,670 34,5

3. Elektrownie wodne 2.031.544,902 14,4

4. Elektrownie na biomasę 1.097.718.577 7,9

5. Elektrownie na biogaz 528.099,1 78 3,8

6. Fotowoltaika 1.136,802 0,008

Łącznie OŹE elektrownie 13.937.928,422 57,0

Biopaliwa

1. Biodiesel 8.807.137,132 83,9

2. Bioetanol 1.686.444,111 16,1

Łącznie biopaliwa (w TD) 10.493.581,243 43,0

ENERGETYKA WODNA

Ilość wytworzonej energii elektrycznej w odnawialnych źródłach energii wynikająca z wydanych przez Prezesa URE świadectw pochodzenia, ze względu na rodzaj źródła i według stanu na 30 maja 2013 r., wynosi:

ENERGETYKA WODNA

1. ENERGETYKA WODNA2. WOJEWÓDZTWO KUJAWSKO-POMORSKIE 3. UŻYTECZNOŚĆ4. ROZWÓJ JAKOŚCI, EFEKTYWNOŚCI I NIESZKODLIWOŚCI EW5. ROZWÓJ UŻYTECZNOŚCI EW

Użyteczność Energetyki Wodnej w województwie kujawsko-pomorskim

WOJEWÓDZTWO KUJ.POM.

WOJEWÓDZTWO KUJ.POM.

WOJEWÓDZTWO KUJ.POM.

WOJEWÓDZTWO KUJ.POM.

• Dane techniczne:• Elektrownia: EW we Włocławku• Rzeka: Wisła• Lokalizacja: 674,850 km• Rok budowy: 1970• Rzędna piętrzenia: 57,30 m n.p.m.• Spad znamionowy: 8,80 m• Liczba hydrozespołów: 6• Typ turbiny: turbina Kaplana• Moc instalowana: 160,2 MW• Przełyk instalowany: 2190 m³/sek• Średnia produkcja: 739 GWh/a

WOJEWÓDZTWO KUJ.POM.

WOJEWÓDZTWO KUJ.POM.

1. ENERGETYKA WODNA2. WOJEWÓDZTWO KUJAWSKO-POMORSKIE 3. UŻYTECZNOŚĆ4. ROZWÓJ JAKOŚCI, EFEKTYWNOŚCI I NIESZKODLIWOŚCI EW5. ROZWÓJ UŻYTECZNOŚCI EW

Użyteczność Energetyki Wodnej w województwie kujawsko-pomorskim

Co to jest środowiskowa użyteczność?

UŻYTECZNOŚĆ

W ogólnym pojęciu racjonalności, wyróżnia się trzy jej typy: •Racjonalność pragmatyczna polega głównie na dopasowaniu

środków do celów: ta działalność (teoretyczna lub praktyczna) jest najbardziej racjonalna pod względem pragmatycznym, która odznacza się najwyższą skutecznością. •Racjonalność poznawcza polega głównie na dopasowaniu

wniosków do przesłanek (inaczej: konsekwencji do racji): ta działalność myślowa (technologiczna) jest najbardziej racjonalna pod względem poznawczym, która odznacza się największą konsekwencją logiczną.•Racjonalność aksjologiczna polega głównie na odpowiednim

doborze wartości, celów, wzorów i ideałów: ta działalność jest najbardziej racjonalna aksjologicznie, która urzeczywistnia cele (wartości, wzorce, ideały) warte i godne realizacji.

Użyteczność= racjonalność:

UŻYTECZNOŚĆ

Efektywność jest to cecha, która wyraża racjonalne zdolności systemów do zaspokajania określonych potrzeb, pragnień zasobności człowieka, ich funkcjonalności, jakości produktu, nieszkodliwości produktu i procesu działania (osiąganie zamierzonych celów działania, funkcjonowania zgodnie z przeznaczeniem i wymaganiami).

Kryteria oceny efektywności:

1.Skuteczność, kryterium operacyjne, związane z organizacją i przebiegiem działania;2.Ekonomiczność, kryterium wartości efektów dodatnich (korzyści) i ujemnych (nakładów) w działaniu;3.Informacyjność, kryterium wpływu systemu sterowania, dostępu informacji, wiedzy na działanie;4.Sprawność, kryterium podatności systemu na działanie techniczne, energetyczne, użyteczne;5.Eksploatacyjność, kryterium funkcjonowania elementów i środków w określonym czasie, otoczeniu, kryterium użytkowania, obsługiwania, zasilania/logistyki systemu.

UŻYTECZNOŚĆ

Wartość = Środowiskowa użyteczność

UŻYTECZNOŚĆ

40

Użyteczność Wszystkie źródła, nośniki, procesory energii są

jednakowo ważne - równe, wyróżnia je środowiskowa użyteczność!

UŻYTECZNOŚĆ

SY

ST

EM

E

LEK

TR

OW

NI

WO

DN

EJ

OPERATOR

OBIEKT OBRABIANY

ŻYWE OBIEKTY OTOCZENIA

SZTUCZNE OBIEKTY OTOCZENIA

SP

: JA

KO

ŚĆ

EN

ER

GII

, E

FEK

TY

WN

OŚ

Ć P

RO

CE

SU

, N

IES

ZK

OD

LIW

OŚ

Ć P

RO

DU

KT

U I

P

RO

CE

SU

ERGONOMICZNOŚĆ

FUNKCJONALNOŚĆ

EKOLOGICZNOŚĆ

SOZOLOGICZNOŚĆ

SYSTEM OBIEKTY I SPOSOBY UŻYTECZNOŚCI CELE

UŻYTECZNOŚĆ

Użyteczność, ergonomiczność OPERATORÓW:

1. Właściciele źródła, gruntu, pozyskanie, inwestorzy, …2. Wytwórcy,3. Sprzedaż,4. Sieci przesyłowe,5. Operatorzy sieci przesyłowej,6. Spółki dystrybucyjne,7. Operatorzy sieci dystrybucyjnej,8. Kupujący na rzecz odbiorców,9. Oferenci energii10.Odbiorniki, odbiorcy, …

UŻYTECZNOŚĆ

Użyteczność, ergonomiczność OPERATORÓW: Koszt jednostkowy wytworzenia energii elektrycznej w przypadku instalacji o mocy poniżej 5 MW wynosi około 280 zł/MWh. Przychody z tytułu sprzedaży energii elektrycznej wynoszące obecnie 197,50 zł/MWh nie pokrywają kosztów.

UŻYTECZNOŚĆ

Użyteczność, funkcjonalność (EW) PRZETWARZANIA:

• Pokrycie przewidywanego, zmiennego w czasie zapotrzebowania, przy minimum kosztów eksploatacji,• Kompensacja czynnych i biernych strat przesyłu w systemie, przy pokryciu przewidywanego zapotrzebowania,• Spełnienie różnorodnych ograniczeń eksploatacyjnych (ograniczenia termiczne lub stabilnościowe w liniach, poziomy

napięć w węzłach itp.),• Zapewnienie elastyczności wytwarzania w czasie rzeczywistym dla zbilansowania odchyleń (jeśli takie wystąpią) od

wartości przewidywanego zapotrzebowania,• Zapewnienie rezerwowania w przypadku awaryjnego odłączenia dowolnego elementu w systemie (cel n-1).

UŻYTECZNOŚĆ

Użyteczność, funkcjonalność (EW) PRZETWARZANIA:

1. Fenomenalna konstrukcja procesowa

2. Wysokosprawna konstrukcja sterownicza

3. Samoorganizująca konstrukcja informacyjna

4. Niezawodna konstrukcja logistyczna

Możliwa drastyczna poprawa, reinżynieria - twórczy, zintegrowany rozwój obrabiania w EW

UŻYTECZNOŚĆ

UŻYTECZNOŚĆ

1. ENERGETYKA WODNA2. WOJEWÓDZTWO KUJAWSKO-POMORSKIE 3. UŻYTECZNOŚĆ4. ROZWÓJ JAKOŚCI, EFEKTYWNOŚCI I NIESZKODLIWOŚCI EW5. ROZWÓJ UŻYTECZNOŚCI EW

Użyteczność Energetyki Wodnej w województwie kujawsko-pomorskim

Cele, (problemy) współczesnej energetyki, postulowane stany i przemiany (strategia Europa 2020):1.Zmniejszenie zużycia energii,2.Zwiększenie efektywności energetycznej,3.Zwiększenie udziału odnawialnych źródeł energii4.Tworzenie otwartych i inteligentnych sieci energetycznych5.Decentralizacja wytwarzania i dystrybucji energii6.Zwiększenie bezpieczeństwa dostaw energii w przypadku katastrof7.Zwiększenie niezależności energetycznej Europy i zmniejszenie zależności od energetyki jądrowej (obecnie 30%)

STRATEGIE ROZWOJU

WARUNKI ROZWOJU ELEKTROWNI WODNYCH:Jeżeli OZE (system) nie osiąga charakterystyk (niska efektywność działania,

niewystarczająca jakość produktu, szkodliwość środowiskowa), to przyczynami mogą być:

1. Zniekształcone elementy (E) lub błędne ich relacje (R),2. Nieprawidłowe (statyczne) oddziaływanie sterownicze (s),3. Błędna istota realizacji procesu (I) i błędne oddziaływanie sterownicze (s).

MODELE ROZWOJU:4. Efektywności działania – występują dane o strukturze i charakterystykach

DZIAŁANIA systemu (IS);5. Jakości produktu – występują dane o jakości mocy, energii (IW);6. Oddziaływania, życia, bezpieczeństwa – występują dane dotyczące

następstw działania PROCESU i PRODUKTU (ISW)

WARUNKI ROZWOJU

Obliczenia sprawności turbiny, przekładni i generatora MEW:

Moc cieku:

Moc na wale turbiny:

Moc na wale generatora:

Sprawność przekładni:

Sprawność generatora:

Gdzie we wzorach oznaczono:Q – wydatek cieku, p – ciśnienie, M1 – moment obrotowy turbiny, M2 – moment obrotowy generatora, - prędkość kątowa wału turbiny, - prędkość kątowa wału generatora , Pe - moc elektryczna, Fd - siła parcia, u – prędkość cieku

2P

Peg

pQPc 111 MP

t

gp P

P

P

P

M

M

1

2

11

22

1 2

uFP dc

222 MP

ROZWÓJ JAKOŚCI

Od kilku lat na terenie Europy prowadzone są badania nad wykorzystaniem przepływów wodnych do produkcji energii. Na wzór znanych z przeszłości kół młyńskich została ożywiona myśl wykorzystywania płynącej rzeki jako surowca. Mowa jest o mikroinstalacjach, które zestawione w kilka modułów mogą działać jako mikroelektrownie, lub w mniejszej ilości zasilacz gospodarstwo domowe przylegające do rzeki. Nadwyżki mogą, oczywiście być, sprzedawane do sieci.

Źródło: Energiaidom.pl

ROZWÓJ JAKOŚCI

Konstrukcja procesowa KP

ROZWÓJ JAKOŚCI

ROZWÓJ JAKOŚCI

Zakład Automatyki i Sterowania “AiS” mgr inż. Roman SułowskiFirma zajmuje się projektowaniem i

wdrażaniem dużych systemów automatyki przemysłowej bazującej

na dostępnych na rynku sterownikach programowalnych

ROZWÓJ JAKOŚCI

Konsorcjum i firma Openhydro na wyspie Alderney na Kanale Lamanch buduje elektrownie o

mocy 300 MW w oparciu o 2 MW zespoły pływających turbin. Na zdjęciu próby

stanowiskowe

ROZWÓJ JAKOŚCI

Prędkości –wariant 2A – głębokość 0.2 m – prędkość cieku 0.1 m/s

Prędkości –wariant 2A – głębokość 2 m – prędkość cieku 0.1 m/s

Prędkości –wariant 2A – głębokość 0.2 m – prędkość cieku 5.5 m/s

ROZWÓJ JAKOŚCI

Nazwa przedmiotu: Płyta łopaty Nr rys. BJ3_1301

Anna Niemczewska ul. Okrężna 17 86-010 Koronowo

KARTA INSTRUKCYJNA Wydział: Oddział: Stanowisko: Liczba godz. Nr zespołu

Arkuszy Arkusz 24.04 2008

dr inż. Ryszard Wocianiec

24.04 2008

dr inż. Piotr Domanowski

1 1

Data Opracował Data Sprawdził Data Uzupełnił Data Zatwierdził Akr. w zesp. Nr ark. zesp

Prędkość przepływu

0.1 m/s 2.7 m/s 5.5 m/s

Prędkość obrotowa 1.06 obr/min 28.6 obr/min 58.4 obr/min

Głębokość 0,2 m 2 m 0,2 m 2 m 0,2 m 2 m

Wariant

1A 252 10 183.738 7.543 763.403 31.2531B 22,5 6,2 16.176 4.490 89.761 24.160

2A 1,5595 (1 łop)

0,2-2,3 (1 łop)

2.13269.636(1 łop)

147-1.704 (1 łop)

7.416278.940 (1łop)

707-7.227 (1 łop)

2B 9,59 (1 łop)

4,2-0,6 (1 łop)

104686.500 (1 łop)

2800-2.000 (1łop)

4100025.000 (1 łop)

3400-2.300 (1 łop)

Tabela Momenty sił (Nm), zmienne prędkości przepływu, głębokości wariantów 1A, 1B, 2A i 2B

u lopuObliczenia zostały wykonane programem ANSYS/FLUENT 12, cd - współczynnik oporu (przyjęto 2, odpowiednio dla liczby Re>10

5), ρ – gęstość

cieczy, - prędkość przepływu, - prędkość liniowa łopatki w 2/3 jej długości, A – powierzchnia łopat, R - promień koła, L - długość łopatki, G - głębokość

AucF dd25.0 )5.0( RLFM dd

ROZWÓJ JAKOŚCI

Ponur – to część budowli hydrotechnicznej zabezpieczającej dno na stanowisku górnym. Stosowany jest przede wszystkim w budowlach piętrzących (np. zapora, jaz). Ma postać szczelnej, ciężkiej płyty. Dzięki takiej konstrukcji nie tylko zabezpiecza dno rzeki przed rozmywaniem, ale także zwiększa stateczność budowli (przede wszystkim na przesunięcie) oraz wydłuża drogę filtracji. Współcześnie ponur wykonywany jest jako płyta betonowa lub żelbetowa.Poszur – to część budowli hydrotechnicznej, obejmujące konstrukcję stanowiącą ubezpieczenie dna cieku na pewnym określonym odcinku, poniżej wypadu danej budowli. Poszur stosuje się w celu zabezpieczenia dna cieku przed rozmyciem i erozją denną. Jest także elementem budowli, który uczestniczy w rozpraszaniu energii wody – można tu wyróżnić strefę pasywną, dla której wymagane jest umocnienie ciężkie poszuru i strefę tłumienia, dla której wystarczające może być umocnienie lekkie poszuru. Poszur może zostać wykonany jako płaszczyzna o orientacji poziomej (powierzchnia płaska), bądź zostać ukształtowana w odpowiednio dobrany sposób, tak aby stanowił tzw. wybój przygotowany. Poszur stosowany jest więc w tych budowlach, w których występują urządzenia upustowe; dotyczy to przede wszystkim budowli piętrzących, analogiczne umocnienie dna występuje w niektórych innych budowlach, np. w progu, będącym rodzajem budowli regulacyjnej.

ROZWÓJ NIESZKODLIWOŚCI

1. ENERGETYKA WODNA2. WOJEWÓDZTWO KUJAWSKO-POMORSKIE 3. UŻYTECZNOŚĆ4. ROZWÓJ JAKOŚCI, EFEKTYWNOŚCI I NIESZKODLIWOŚCI EW5. ROZWÓJ UŻYTECZNOŚCI EW

Użyteczność Energetyki Wodnej w województwie kujawsko-pomorskim

ROZWÓJ UŻYTECZNOŚCI

ROZWÓJ UŻYTECZNOŚCI

PODSUMOWANIE

Celem działań, wspomaganych finansowo środkami unijnymi (82,5 mld euro), ma być zwiększenie  inwestycji, wzrost zatrudnienia oraz bardziej innowacyjna i konkurencyjna gospodarka w obszarach: 1. Infrastruktura i Środowisko (27,41 mld euro), 2. Inteligentny Rozwój (8,61 mld euro), 3. Wiedza Edukacja Rozwój (4,69 mld euro),  4. Polska Cyfrowa (2,17 mld euro), 5. Polska Wschodnia (2 mld euro),  6. programy Europejskiej Współpracy Terytorialnej (0,7 mld euro) oraz 7. Pomoc Techniczna (0,7 mld euro).

Dodatkowo na poziomie województw realizowanych będzie 16 Regionalnych Programów Operacyjnych o wartości 31,2 mld euro.

PODSUMOWANIE