Diplomski Rad Planiranje HE - Ivan Milanov

8/17/2019 Diplomski Rad Planiranje HE - Ivan Milanov

1/86

UNIVERZITET U BEOGRADU

ELEKTROTEHNIČKI FAKULTET

D I P L O M S K I R A D

Planiranje hidroelektrana

Kandidat: Mentor:Ivan Milanov prof. Ivan Škokljev

Beograd, 2005.


2/86

1

Sadržaj

1. Uvod 1

1.1 Globalni problemi 1

1.2 Deklaracija iz Berna 1

1.3 Razvoj hidroenergetike 22. Merne jedinice 3

3. Energija vodotoka 8

4. Energija rezervoara 13

5. Hidroelektrana kao deo EES 15

5.1 Osobine hidroelektrana 15

5.2 Uslovi uključenja hidroelektrana u EES 175.3 Pokrivanje dijagrama opterećenja u mešovitom EES 195.4 Rezerve snage u sistemu 20

6. Karakteristike hidroelektrana 21

7. Pojmovi u hidroenergetici 25

8. Planiranje hidroelektrana 308.1 Korišćenje vodnih snaga 308.2 Izučavanje hidroenergetskog potencijala 31

9. Potencijal vodotoka 33

10. Kurs planiranja i izgradnje 36

11. Ekonomske karakteristike 38

11.1 Ekonomska analiza projekta 38

11.2 Troškovi elektrana 4011.3 Cena električne energije kao faktor planiranja 4311.4 Načini ekonomskog vrednovanja projekta 46

12. Optimalno dimenzionisanje hidroelektrana 49

13. Ekonomska analiza HE Orlovača na Velikom Rzavu 5314. Izbor osnovnih elemenata hidroelektrane 57

14.1 Izbor tipa hidroelektrane 59

14.2 Izbor broja agregata 62

14.3 Izbor tipa turbina 63

14.4 Izbor generatora 67

14.5 Uslovi koji utiču na planiranje hidroelektrana 6815. Reverzibilne hidroelektrane 70

16. Hidroenergetski potencijal Srbije i Crne Gore 73

16.1 Hidroenergetski potencijal Srbije 73

16.2 Hidroenergetski potencijal Crne Gore 74

16.3 Problem iskorišćenja hidroenergetskog potencijala Tare 7517. Razvoj hidroenergetskih sistema 77

Prilog 1 80

http://localhost/var/www/apps/DD/hidro%20kao%20deo%20EES.htm#sec1#sec1http://localhost/var/www/apps/DD/hidro%20kao%20deo%20EES.htm#sec2#sec2http://localhost/var/www/apps/DD/hidro%20kao%20deo%20EES.htm#sec2#sec2http://localhost/var/www/apps/DD/hidro%20kao%20deo%20EES.htm#sec2#sec2http://localhost/var/www/apps/DD/hidro%20kao%20deo%20EES.htm#sec2#sec2http://localhost/var/www/apps/DD/planiranje.htm#sec1#sec1http://localhost/var/www/apps/DD/planiranje.htm#sec1#sec1http://localhost/var/www/apps/DD/planiranje.htm#sec2#sec2http://localhost/var/www/apps/DD/planiranje.htm#sec2#sec2http://localhost/var/www/apps/DD/planiranje.htm#sec2#sec2http://localhost/var/www/apps/DD/ekonomija.htm#sec5#sec5http://localhost/var/www/apps/DD/ekonomija.htm#sec1#sec1http://localhost/var/www/apps/DD/ekonomija.htm#sec1#sec1http://localhost/var/www/apps/DD/ekonomija.htm#sec2#sec2http://localhost/var/www/apps/DD/ekonomija.htm#sec2#sec2http://localhost/var/www/apps/DD/ekonomija.htm#sec4#sec4http://localhost/var/www/apps/DD/ekonomija.htm#sec4#sec4http://localhost/var/www/apps/DD/izbor.htm#sec4#sec4http://localhost/var/www/apps/DD/izbor.htm#sec1#sec1http://localhost/var/www/apps/DD/izbor.htm#sec2#sec2http://localhost/var/www/apps/DD/izbor.htm#sec3#sec3http://localhost/var/www/apps/DD/potencijal.htm#sec1#sec1http://localhost/var/www/apps/DD/potencijal.htm#sec2#sec2http://localhost/var/www/apps/DD/potencijal.htm#sec3#sec3http://localhost/var/www/apps/DD/potencijal.htm#sec3#sec3http://localhost/var/www/apps/DD/potencijal.htm#sec3#sec3http://localhost/var/www/apps/DD/potencijal.htm#sec3#sec3http://localhost/var/www/apps/DD/potencijal.htm#sec2#sec2http://localhost/var/www/apps/DD/potencijal.htm#sec1#sec1http://localhost/var/www/apps/DD/izbor.htm#sec3#sec3http://localhost/var/www/apps/DD/izbor.htm#sec2#sec2http://localhost/var/www/apps/DD/izbor.htm#sec1#sec1http://localhost/var/www/apps/DD/izbor.htm#sec4#sec4http://localhost/var/www/apps/DD/ekonomija.htm#sec4#sec4http://localhost/var/www/apps/DD/ekonomija.htm#sec2#sec2http://localhost/var/www/apps/DD/ekonomija.htm#sec1#sec1http://localhost/var/www/apps/DD/ekonomija.htm#sec5#sec5http://localhost/var/www/apps/DD/planiranje.htm#sec2#sec2http://localhost/var/www/apps/DD/planiranje.htm#sec1#sec1http://localhost/var/www/apps/DD/hidro%20kao%20deo%20EES.htm#sec2#sec2http://localhost/var/www/apps/DD/hidro%20kao%20deo%20EES.htm#sec2#sec2http://localhost/var/www/apps/DD/hidro%20kao%20deo%20EES.htm#sec1#sec1


3/86

2

1. Uvod

1.1 Globalni problemi

Ljudsko društvo je tokom čitavog svog razvoja gradilo svoj materijalni i društveni prosperitet na jeftinoj energiji, čija je vrednost bila potcenjena. Svoje ponašanje u sferi energije svet je zasnivao na pretpostavci da su svi energetski resursi, pa i oni neobnovljivi, praktičnoneograničeni. To je sve išlo na štetu energetike, jer su stvarane vrlo neracionalne tehnologije. Sarazvojem čovečanstva, naročito u zadnje dve decenije, došlo je naglog zaoštravanja problemaenergije, vode i životne sredine. Istraživanja su pokazala da su energetski resursi čitave planeteograničeni, da su najvećim delom neobnovljivi i neravnomerno raspoređeni. Vrlo brzo to su postalinajkrupniji globalni problemi planete, od čijeg rešavanja zavisi i sam opstanak naše civilizacije. To "energetsko otrežnjenje" je uticalo da države počnu da razmatraju mogućnosti iskorišćenjasvojih hidroenergetskih potencijala, kao najracionalnijeg i najčistijeg obnovljivog izvoraenergije.Može se oceniti da nastupa "renesansa" hidroenergetike. Ona će usloviti mnoge promene u

energetskoj politici svih zemalja. Stabilne i uspešne će biti samo one države koje vode dugoročnustabilnu i raconalnu energetsku i vodoprivrednu politiku. Dobra politika u tim oblastima jeneosporna-tako da države koje nisu iskoristile svoje hidroenergetske potencijale - treba intenzivnijeda počnu da ih koriste, a one koje su ih većim delom iskoristile - da dograđuju, proširuju iusavršavaju svoje hidroenergetske sisteme. O tome najbolje govori Deklaracija iz Berna. Međunarodna asocijacija za hidroenergetiku (IHA) je 3. oktobra 2000. godine na zasedanju u Bernud onela deklaraciju, koja na najbolji i najsažetiji način definiše stanje u oblasti energetike i uloguhidroenergije u rešavanju svetskih energetskih problema.

1.2 Deklaracija iz BernaMeđunarodna asocijacija za hidroenergetiku (IHA) je vrlo uticajna nevladina organizacija,

čiji je zadatak da, u okviru strategije državnog razvoja, podstiče i unapređuje razvojhidroenergetike, kao obnovljivog izvora energije. Razvoj hidroenergetike se promoviše vodećiračuna da se na najbolji način ostvare svi ciljevi zaštite životne sredine i socijalni ciljevi. Na osnovusledećih činjenica bitnih za budući opšti razvoj:

oko 2050. godine svetska populacija će porasti sa 6 na oko 9 milijardi, potrebe za energijom rastu širom sveta, naročito u zemljama u razvoju, raspoloživost električne enrgije je preduslov za ostvarivanje prihvatljivog standarda života i

za ekonomski razvoj,

dve milijarde ljudi danas nemaju pouzdano snabdevanje električnom energijom, oko 80% svetske proizvodnje energije sada se ostvaruje korišćenjem fosilnih goriva(ugalj,

nafta, gas),

sagorevanje fosilnih goriva prouzrokuje zdravstvene probleme i kisele kiše, a emisijagasova, koji su uzročnici efekta "staklene bašte", dovodi do klimatskih promena,

u sledećih 50 godina biće potrebno obezbediti pitku vodu za nove tri milijarde ljudi, proizvodnja hrane se mora povećati, pre svega navodnjavanjem, mora se poboljšati zaštita od poplava, posebno imajući u vidu klimatske promene,

http://localhost/var/www/apps/DD/Deklaracija%20iz%20Berna.htmhttp://localhost/var/www/apps/DD/Deklaracija%20iz%20Berna.htmhttp://localhost/var/www/apps/DD/Deklaracija%20iz%20Berna.htm


4/86

3

IHA smatra :

razvoj obnovljivih izvora energije je bitan za globalnu sigurnost,

do sada je iskorišćena samo jedna trećina svetskog ekonomski iskoristivog hidroenergetskog potencijala,

intenzivnijim korišćenjem hidroenergije, uz smanjivanje proizvodnje u termoelektranama,

može se smanjiti emisija gasova "staklene bašte" i ostalih teških polutanata, hidroenergija je, za sada, jedini pouzdan i ekonomski prihvatljiv izvor obnovljive energije,

koji može da pokrije znatan deo potreba za električnom energijom, vodne akumulacije omogućavaju, sa visokom efikasnošću proizvodnju energije upravo onda

kada se ona traži, hidroelektrane, takođe, omogućavaju razvoj i drugih vitalnih potreba čovečanstva, kao što su

proizvodnja hrane, snabdevanje vodom, zaštita od poplava i poboljšanje uslova plovidbe.

1.3 Razvoj hidroenergetike

Hidroenergetika ima više od sto godina iskustva u obezbeđivanju pouzdanog snabdevanjaelektričnom energijom. Sada širom sveta oko 20% proizvodnje električne energije dolazi izhidroelektrana, kako u razvijenim zemljama, tako i u zemljama u razvoju. U poslednjih 30 godina,

tokom planiranja, realizacije i eksploatacije hidropostrojenja stečena su važna iskustva na planurešavanja problema zaštite okoline i uklapanja elektrana u socijalno okruženje. Imajući sve to uvidu može se zaključiti :

Korišćenje hidroenergetskog potencijala tr eba forsirati do izvodljivog maksimuma,uzimajući u obzir sve kriterijume zaštite okoline, kao i socijalne, ekonomske i tehničke

kriterijume. Hidroenergetska postrojenja treba integralno posmatrati, u okviru politike razvoja

energetskih i vodnih potencijala regiona i država. Hidroenergiju treba posmatrati kao najracionalniji obnovljivi izvor energije, i što je veoma

važno - ekološki najčistiji.


5/86


6/86

5

Naučna jedinica za energiju iz sistema fizičkih jedinica je termalni din. Sila od jednog dina,koja deluje na telo mase jednog grama, daje ubrzanje od 1 cm/sec2, odn.

1 g x 1 cm/sec2 = 1 din [g cm sec-2].

U oblasti delovanja gravitacije zemlje, sila koja deluje na masu od jednog grama iznosi:

1 g x 1 cm sec-2 = 981 dina = težini od jednog grama,

odavde sledi da jedan kilogram teži vrednosti od 981,000 dina.

Naučna jedinica za rad je termalni erg i ona je brojno jednaka radu koji izvrši sila od jednogdina na razdaljini od jednog centimetra:

1 din x 1 cm = 1 erg. [g cm2 sec-2].

Jedinica koja se koristi u praksi jednaka je po veličini električnom radu koji izvrši sila od

jednog kilograma na distanci od jednog metra:

1 mkg = 981,000 dina x 100 cm = 9,81 x 107 erg.

Takođe, postoji naučna i praktična jedinica električnog rada koja je povezana sa gornjomrelacijom i ona se može izraziti kao:

1 Džul = 107 erg,kao i

1 mkg = 9.81 Džula.

Veze između jedinica za snagu su sledeće:

1 mkg/sec = 9.81 Džula/sec = 9.81 W

1 KS = 75 mkg/sec = 75 x 9.81 W = 736 W.


7/86

6

Primer 1 – Izračunati količinu energije u kWh, koja se dobija od jednog kilograma ugljaenergetske vrednosti 4000 calorija, u termoelektrani, ako je stepen iskorišćenja 24%.

Uzimajući u obzir da je η = 0.24, iz 1 kg uglja energetske vrednosti 4000 kalorijatermoelektrana će generisati električnu energiju čija je vrednost 0.24 x 4000 = 960 kalorija. Pošto je

1 kWh = 860 Cal,

Sledi da će električna energija koja se dobija iz 1 kg uglja iznositi:

kWhkWhCal

Cal12.1

/860

960

Primer 2 – Izračunati koliko se kilograma uglja energetske vrednosti od 4000 Cal/kg uštedi,ako se umesto termoelektrane čija je potrošnja uglja 3500 Cal/kWh, koristi hidroelektrana čiji je

prosečan godišnji kapacitet 8000kW. Hidroelektrana na pragu proizvodi godišnje 8000 kW x 365 dana x 24 časova/danu =

70 x 106 kWh energije. Za istu količinu energije, potrošnja termoelektrana bi iznosila 3500Cal/kWh x 70 x 106 kWh = 24.5 x 1010 Cal..

Na osnovu ovoga, godišnja ušteda zamenjujuće hidroelektrane iznosi:

tonakg xkgCal x

Cal x200,611012.6

/104

105.24 73

10

Primer 3 – Koliko je vremena potrebno sijalici snage 100 W da potroši istu količinu

energije koju bi potrošio turista težine 70 kg, koji nosi opremu težine 35 kg i penje se na planinuvisine 970 m. Pretpostavlja se da je turista krenuo ka vrhu, na visini od 970 m, iz hotela koji sa

nalazi na 340 m nadmorske visine. (Rad koji je potreban da se izvrši kretajući se horizontalno, kao iumor su zanemarivi).

Rad koji vrši turista iznosi:

(970 m – 340 m)(70 kg + 35 kg) = 66,150 mkg.

Jednočasovno korišćenje 100 W-ne sijalice iznosi 0.1 kWh. Uzimajući u obzir da je 1 kWh= 367,000 mkg, električna energija koju iskoristi sijalica ekvivalentna je mehaničkom radu od36,700mkg. To znači da električnu energiju koja je ekvivalentna radu koji izvrši turista , sijalicautroši za vreme:

časovačasmkg

mkg8.1

/700,36

150,66 .


8/86

7

Primer 4 – Koliki je rad potreban da se teret težine 125 kg, podigne sa 1600m na 4500mnadmorske visine.

Ovaj rad iznosi:

(4500 m – 1600 m)125 kg ≈ 367,000 = 1 kWh.

Primer 5 – Lopatama, čiji je prosečan kapacitet 8 m3

zemlje dnevno, se prenosi materijalčija je gustina 1.8 tona/m3 na visinu od 1.6m. Izračunati koliko je kilograma uglja energetskevrednosti 4200 Cal potrebno da bi se izvršio isti rad, ako termoelektrana ima stepen iskorišćenja24%.

Rad koji se dnevno izvrši lopatama iznosi:

8 m3 x 1.8 t/m3 x 1.6m = 23.04 mt = 23,040 mkg.

1 Cal = 427 mkg → 23,040 mkg = 23,040/427 = 53.9 Cal.

U slučaju stepena iskorišćenja od 24%, potrebno je

gkgkgCal x

Cal5.530535.0

/420024.0

9.53

uglja da bi se zamenio jednodnevni rad lopatama.

Primer 6 – Definisaćemo količinu toplotne energije koja se oslobodi pri kočenju izaustavljanju voza kompozicije 50 vagona, koji se kreće brzinom od 36 km/h. Izračunati vreme koje

potrebno maloj hidroelektrani snage 15 kW da generiše istu količinu električne energije. Prosečnatežina svakog vagona iznosi 20 tona. Ukupna masa cele kompozicije je

mkgm

kg x/sec000,102

sec/81,9

000,2050 22

U trenutku kočenja voz se kreće brzinom od 36 km/h = 10 m/sec, kinetička energijakonvertovana u toploti iznosi:

.9.13367

51005100101.5

2

sec/100/sec000,102 6222

kWhkWhmt mkg xmmkg

Na osnovu ovoga, mala hidroelektrana snage 15 kW je sposobna da proizvede ekvivalentnu

električnu energiju za vreme:

min5.55925.015

9.13 sati

kW

kwH


9/86

8

3. Energija vodotoka

Kao rezultat neprekidnog procesa hidrološkog ciklusa, snaga vode se može smatrati stalnoobnovljivom. Međutim, nije potpuno opravdano govoriti o izričitoj potencijalnoj energiji ili raduvode; to je, ustvari, energija po jedinici vremena koju voda stvara prilikom neprekidnog pada i koja

se mora uzeti u obzir prilikom proučavanja iskorišćenja energije vodenog toka. Na osnovu sledeće definicije za snagu

dt

dE N

možemo videti da ona predstavlja izvod rada po vremenu.Pre svega, analiziraćemo vrednost izvršenog rada (ukupne energije), kao i postojeće energije

dela vode u pokretu, i na osnovu toga definisati snagu koja se dobija na određenoj deonici tokausled trenja.

Na osnovu gornje slike, ukupna energija jednog dela vode težine G pod pritiskom p koji sekreće brzinom v na visini h1 od referentnog nivoa (datum level Z), može se izračunati na osnovu

Bernulijeve teoreme:

mkg p

g

vhG E

2

2

1

gde je γ specifična težina posmatranog dela vode. Ako uvedemo smenu

02

ph

p ,

izraz za energiju postaje

mkg p

g

vhG E

0

2

2

3.1

3.2

3.3

3.4


10/86

9

Ako pretpostavimo da se ovaj delić vode postavi na referentnom nivou Z, gde pritisak imavrednost p0/γ, onda se energija referentnog nivoa može izraziti kao

mkggv

hG E

2

2

.

Pošto gornja formula važi za sve nivoe vodenog toka, očigledno je da se energija svihdelova jednake mase ili težine ne razlikuje od posmatranog elementa vode težine G, koji se kreće po

površini vodenog toka. To znači da ukupna mehanička energija bilo koje vodene mase težine 1 kgiznosi:

mkgmkgg

vh E /

2

2

Međutim, ovde treba istaći bitnu činjenicu da gore definisani rad nije jednak postojećojenergiji elementarnog dela vode, koja uzimajući u obzir visinu iznosi

g

vh E

2

2

1 .

Razlog ovome je što se dodatna potencijalna energija p/γ dobija iz susednih delova vode i tou formi pritiska. Ovo se može razjasniti na sledeći način. Ukoliko voda isteče iz bazena, ili izrezervoara koji je napravljen podizanjem rečne brane, ukupna potencijalna energija svih delovavode je, u posmatranom trenutku pražnjenja srazmerna visini H0, dok je postojeća energija

pojedinih (elementarnih) delova vode izražena drugom visinom H, što je prikazano na sledećimslikama.

Uzimajući u obzir da je ukupna potencijalna energija vode zapremine V u rezervoaru

0VH E ,

3.5

3.6

3.7

3.8


11/86


12/86

11

To znači da,usled protoka Q vode između dva konstatna nivoa koji se mogu predstavitirazlikom u visini H = H1 – H2, dolazi do disipacije energije, između preseka 1 i 2, koja u svakojsekundi iznosi

g

vv H Q

g

v H Q

g

v H Q

dt

dE

222

2

2

2

1

2

2

2

2

1

1

Drugim rečima, gornja formula predstavlja snagu vode potrebnu da se savlada trenje nadeonici 1-2 i ona se može napisati kao

.mkg/sec2

2

2

2

1

g

vv H Q N

Sa povećanjem brzine pored potencijalne energije, za savlađivanje trenja je potrebn a ikinetička energija. Zato se izgradnjom brane postiže da brzina bude približno konstantna, odn. da je

v1≈v2, što dovodi do toga kinetička energija bude zanemarljiva u odnosu na potencijalnu energiju.Zato se samo ostvarivanjem pada može dobiti potencijalna energija vodenog toka, koja se daljemože iskoristiti u turbini i pretvoriti u mehaničku, odnosno preko generatora u električnu energiju.Ova potencijalna energija ima oblik

mkg/secQH N p

Da bi izrazili snagu preko jedinica u SI sistemu, pretpostavićemo da je ubrzanje zemljineteže g = 9.81 m/sec2 i da je gustina vode ρ = 1000kg/m3 odn. da je specifična težina vodeγ = 9810 N/m3. Zato se gornji izraz može prikazati kao

sec/

sec9810

3

3 Nmm

m

m

N QH N

S obzirom da je 1 Nm/sec = 1 W i da je 1000 Nm/sec = 1 kW sledi da je

kW QH N 9810 .

Ovde je uzeto da je ubrzanje zemljine teže konstatno i da iznosi 9.81 m/sec2 . Međutim, ova

vrednost u realnosti varira od 9.78 m/sec2

do 9.83 m/sec2

, između ekvatora i polova. Zato prikonstrukciji i izboru turbina treba voditi računa o stvarnim vrednostima g i γ.

Prikazaćemo i da je snaga koja se dobija samo od kinetičke energije ravničarske reke takođemala i zanemarljiva. Ukoliko ne postoji brana na reci, korisna snaga se može odrediti kao

g

vQ N 2

2

1

3.15

3.16

3.17

3.18

3.19

3.20


13/86

12

Ovo je moguće samo ako je v2 = 0, što je u praksi neostvarljivo. Ukoliko bi ipak postojalaneka mala vrednost brzine v2, tada će kinetička energija iznositi

g

vvQ N

2

2

2

2

1

Na primer, šta bi ovo značilo za Dunav sa protokom od 2500 m3/sec, sa stanovišta dobijanjaenergije ali samo na račun kinetičke energije, ako se brzina proticanja reka sa 1 m/sec nekakosmanji na 0,5 m/sec:

KS mkg N

mt m xt mt g

vvQ N

1270sec/000,95

sec/95083.0sec/250062.19

25.00.1sec/2500

2

2

2

2

1

Ovako dobijena energija odgovara potencijalnoj energiji koja bi se dobila pri padu od samo

4cm.

3.21


14/86

13

4. Energija rezervoara

Kapacitet rezervoara nastalih izgradnjom brana može se definisati ne samo proračunomapsolutnog i relativnog kapaciteta, već i potencijalnom energijom vode koja puni rezervoar doodređenog nivoa. Pošto ima veliku važnost u oblasti energetske ekonomije, energija uskladištena urezervoare se često daje i kao podatak u statističkim izveštajima (ponekad u kWh, a u slučajuvelikih rezervoara u milionima kWh).

Rad koji se vrši pražnjenjem rezervoara nije srazmeran veličini rada koji izvrši masa vode urezervoaru, već je srazmeran postojećoj potencijalnoj energiji vode u istom rezervoaru. Umestonivoa površine vode u rezervoaru češće se u proračunima koristi visina centra gravitacijeuskladištene vode (Hc), pa se na osnovu toga može napisati izraz za energiju.

[Nm]81.9

81.981.981.9 3

3

c

ccc

H V E

m H mV m

N t H

t

V t H Qt N E

Pošto je poznato da je 1 (Nm) = 1 (Ws) = 1 (J) = 1/3600 (Wh ) = 1/3.600000 (kWh), sledi daenergija rezervoara iznosi:

[kWh]367

c

i

VH E

gde su: γ = 1 t/m3, a V i Hc su dati u m3 i m , respektivno. (Ako je zapremina rezervoara data umilionima m3, onda će energija biti izražena u milionima kWh)

Energija rezervoara se često u literaturi daje u drugačijoj formi. Razlika proizilazi izčinjenice da se gubici pri konverziji energije takođe uzimaju pri proračunu kao na primeruelektrične energije koja se dobija pri kompletnom pražnjenju punog rezervoara gde je uzet u obzirstepen iskorišćenja (koji u sebe ubra ja gubitke u cevovodima, turbinama, generatorima itd.),

[kWh]367

ck

i

H V E

Očigledno je da energiju rezervoara treba pripisati samo zapremini rezervoara koja se koristi

samo za proizvodnju energije i nema druge svrhe niti obuhvata tzv. rezervisani prostor zaublažavanje talasa velikih voda. To je korisna zapremina koja se označava sa Vk .Ukoliko zamenimo 1000 V u relaciji 1 dobijamo sledeći izraz:

[kWh]72.2367

10001c

c

i VH VH x

E

Vidimo da se ovde koristi visina centra gravitacije (Hc) koja predstavlja stvarni kapacitet

rezervoara bez gubitaka, kao npr. energija koja se dobija tokom jednog pražnjenja. U nekimslučajevima se umesto Hc koristi visina nivoa površine rezervoara H. Razlike u dobijenimvrednostima su zanemarive.

Treba naglasiti da energija rezervoara nije jednaka količini prosečne godišnje energije kojase dobija skladištenjem.

4.1

4.2

4.3

4.4


15/86

14

Primer 1 – Vertikalno rastojanje između centra gravitacije rezervoara zapremine 50 miliona

m3

i nivoa turbine hidroelektrane iznosi 200 m. Izračunati energiju rezervoara ako je koeficijentiskorišćenja 77%. Na osnovu relacije

[kWh]367

ck

i

H V E

,

dobija se:

[kWh]1021/367

2001050/177.0

6363

kWhmt

mmmt E

Primer 2 – Dozvoljena promena nivoa gornje vode na rečnoj brani iznosi 1.5 m, prizapremini rezervoara od 12 miliona m3. Maksimalni nivo gornje vode je 8 m iznad nivoa donje

vode. Izračunati vrednost dnevne dodatne energije potrebne za smanjenje nivoa gornje vode jednomdnevnom za vreme vršnog opterećenja, pri stepenu iskorišćenja od 80%.

m H c

25.72/5.18

Na osnovu relacije

[kWh]367

ck

i

H V E

,

dobija se:

[kWh]600.189/367

25.7101280.0

36

kWhmt

mm E


16/86

15

5. Hidroelektrane kao deo EES

5.1 Osobine hidroelektrana

5.2 Uslovi uključenja hidroelektrana u EES

Dovoljnost

Kvalitet

Sigurnost

Ekonomičnost

5.3 Pokrivanje dijagrama opterećenja u mešovitom EES 5.4 Rezerve snage u sistemu

5.1 Osobine hidroelektrana

Proizvodnja, prenos, distribucija i potrošnja električne energije imaju neke specifične odlike,koje bitno izdvajaju elektroenergetiku od ostalih grana energetike. Za korišćenje vodnihsnaga posebno su važne sledeće osobenosti elektroenergetike: Kao prelazni oblik energije,električna energija, proizvodi se, prenosi i troši u praktično istom trenutku, bez mogućnostiakumulisanja u tom energetskom vidu. Električna energija se može trošiti samo kada se

proizvodi, i obratno, i to se mora odvijati u potpuno izbalansiranim odnosima proizvodnje i

potrošnje. To podrazumeva da u EES mora stalno da bude zadovoljena jednakost :

Proizvodnja = Potrošnja + Gubici pri prenosu

Neravnomernost tražnje energije i nemogućnost njenog skladištenja dovode do toga da sečak i manja izolovana područja teško mogu snabdeti kvalitetnom energijom iz pojedinačnihelektrana jer bi u tom slučaju elektrane često radile u izuzetno nepovoljnim ineekonomičnim režimima. Zato se nameće potreba da elektrane rade u okviru jedinstvenogmešovitog sistema. Kombinacija termoelektrana i hidroelektrana raznih tipova, sa raznimstepenima regulisanosti protoka, daje poseban kvalitet EES, jer može da radi fleksibilnije,

prilagođavajući se dinamici promene konzuma.

Kada nastupi kratkotrajno narušavanje gornje jednakosti, prelazni procesi u EES se odvijajumnogo brže nego u drugim tehničkim sistemima. Narušena stabilnost sistema se mora

ponovo uspostaviti veoma brzo. Zbog toga je neophodno da u EES postoje visoko mobilne

elektrane, opremljene takvim regulacionim uređajima koji omogućavaju da se za najkraćemoguće vreme obezbedi ravnoteža između snage koju traži konzum i one koju proizvodielektrane. Najpogodniji objekti za tu svrhu su hidroelektrane, posebno one sa dvojnom

regulacijom, koje mogu da rade u vrlo širokom opsegu opterećenja, i na taj način veomafleksibilno i brzo utiču na stabilizaciju EES.

http://localhost/var/www/apps/DD/hidro%20kao%20deo%20EES.htm#sec1#sec1http://localhost/var/www/apps/DD/hidro%20kao%20deo%20EES.htm#sec1#sec1http://localhost/var/www/apps/DD/hidro%20kao%20deo%20EES.htm#sec2#sec2http://localhost/var/www/apps/DD/hidro%20kao%20deo%20EES.htm#sec2#sec2http://localhost/var/www/apps/DD/hidro%20kao%20deo%20EES.htm#sec2#sec2http://localhost/var/www/apps/DD/hidro%20kao%20deo%20EES.htm#sec3#sec3http://localhost/var/www/apps/DD/hidro%20kao%20deo%20EES.htm#sec4#sec4http://localhost/var/www/apps/DD/hidro%20kao%20deo%20EES.htm#sec5#sec5http://localhost/var/www/apps/DD/hidro%20kao%20deo%20EES.htm#sec6#sec6http://localhost/var/www/apps/DD/hidro%20kao%20deo%20EES.htm#sec6#sec6http://localhost/var/www/apps/DD/hidro%20kao%20deo%20EES.htm#sec2#sec2http://localhost/var/www/apps/DD/hidro%20kao%20deo%20EES.htm#sec2#sec2http://localhost/var/www/apps/DD/hidro%20kao%20deo%20EES.htm#sec6#sec6http://localhost/var/www/apps/DD/hidro%20kao%20deo%20EES.htm#sec5#sec5http://localhost/var/www/apps/DD/hidro%20kao%20deo%20EES.htm#sec4#sec4http://localhost/var/www/apps/DD/hidro%20kao%20deo%20EES.htm#sec3#sec3http://localhost/var/www/apps/DD/hidro%20kao%20deo%20EES.htm#sec2#sec2http://localhost/var/www/apps/DD/hidro%20kao%20deo%20EES.htm#sec1#sec1


17/86

16

Potrošnja je neravnomerna tokom godine, sedmice, dana, pa i u jednom satu. Moguće su iskokovite, nagle promene opterećenja, u nekim okolnostima predvidive, ali često inepredvidive, nastale usled havarija i drugih sličnih događaja u EES. U takvim uslovima

potrebne su visokomanevarske elektrane, koje mogu veoma brzo da prime puno opterećenje.Upravo takvi objekti su hidroelektrane. Za njih je posebno bitno to što su sposobne da izstanja mirovanja uđu u rad, sinhronizuju se na mreži i prime puno opterećenje za veoma

kratko vreme, koje se meri desetinama sekundi. U tom pogledu su neuporedivo povoljnijeod termoelektrana, koje sporo primaju opterećenje.

EES su investiciono veoma skupi sistemi, tako da se racionalnost u njihovom razvoju svodi

na racionalnost investicione politike, a u znatno manjoj meri na podizanje produktivnosti

rada sistema, kada su veliki investicioni zahvati već završeni. To znači da cena električneenergije mora u sebi da sadrži i deo troškova proširene reprodukcije. Zato se opravdanosmatra da su hidroelektrane, koje imaju samo stalne (investicione) troškove, i čije su ceneenergije zbog toga niže i manje osetljive na promene na tržištu energenata, najelastičnijeuklapaju u razne koncepcije razvoja EES. Pojednostavljeno rečeno, valjano planirana irealizovana hidroelektrana ne može da bude investicioni promašaj u bilo kom koncepturazvoja EES .


18/86

17

5.2 Uslovi uključenja hidroelektrana u EES

Proizvedena električna energija mora da zadovolji više uslova, od kojih poseban značajimaju uslovi dovoljnosti, kvaliteta, sigurnosti i ekonomičnosti.

Dovoljnost

Potrošačima treba obezbediti, u uslovima racionalnog korišćenja energije, dovoljno energijeza nesmetanu proizvodnju, rad i razvoj. Uskraćivanje traženih količina električne energije, na bilokoji način (redukcijom isporuke, havarijskim isključenjima, i sl.), dovodi do velikih poremećaja u

privrednom i socijalnom tkivu zemlje. U zemljama sa potpuno uređenim i izbalansiranimreprodukcionim lancima, neplanirane redukcije isporuke električne energije izazivaju velike štete.Zato je neplanirano uskraćena električna energija ne samo najskuplji vid energije, već i indikator

nastanka znatno krupnijih poremećaja u privrednom sistemu.

Kvalitet

Vrednosti učestanosti i napona, kao pokazatelja kvaliteta isporučene električne energije,moraju se održavati u dopuštenim granicama oko nominalne vrednosti, jer je to neophodan uslov zaispravan i bezbedan rad svih potrošačkih i proizvodnih postrojenja i uređaja. Regulacija učestanostivezana je za regulaciju proizvedenih i utrošenih aktivnih snaga, i ta regulacija se obavljacentralizovano, na nivou celog EES, jer je frekvencija identična u svim tačkama jedinstveno

povezanog EES. Za razliku od učestanosti, koja je globalna sistemska veličina, napon je lokalna

promenljiva, i njegova veličina se vezuje za ravnotežu proizvedenih i potrošenih reaktivnih snaga.Hidroelektrane raznih tipova, uključujući i reverzibilne hidroelektrane, imaju izvanrednu ulogu u procesu regulacije frekvencije i napona.

Sigurnost

Rad EES mora da zadovolji vrlo visoku sigurnost u funkcionisanja, u okviru koje postoje tri

kategorije: operativna gotovost objekata, pouzdanost ispunjenja zadatka i obezbeđenost. Operativnagotovost objekata se definiše verovatnoćom da objekti zadovoljavajuće funkcionišu u bilo komtrenutku vremena, ili su razpoloživi da prime opterećenje kada se od njih to zatraži. Pouzdanostispunjenja zadatka sa definiše verovatnoćom da sistem neće otkazati tokom trajanja zadatka. Obezbeđenost se definiše verovatnoćom da će sistem uspešno ispuniti svoje planirane funkcije sastanovišta neophodnih resursa. Objekti hidroelektrana svih tipova su, zbog prirode svojih mašina iradnih procesa, neosporno povoljni sa gledišta operativne gotovosti/raspoloživosti i pouzdanosti. Sadruge strane, akumulacione hidroelektrane predstavljaju izvrsne objekte u pogledu obezbeđenosti,

posebno ukoliko se njima valjano upravlja. Zato su elektroenergetski sistemi koji u svom sastavu

imaju akumulacione hidroelektrane velikih zapremina i instalisanih snaga, povoljniji sa gledištasigurnosti. U novije vreme se čak i u najrazvijenijim EES grade visoko instalisane akumulacione ilireverzibilne hidroelektrane, prevashodno zato da bi se poboljšala sigurnost funkcionisanja EES.


19/86

18

Ekonomičnost

Posmatrajući EES kao tehnološku celinu, zahteva se da troškovi proizvodnje, prenosa i

raspodele električne energije budu što niži. Ispunjenju tog zahteva najviše doprinose hidroelektranerazličitih tipova, ne samo zbog proizvodnje neuporedivo jeftinije hidroenergije, već i zbog toga štosvojim fleksibilnim radom omogućavaju da postojeće termoelktrane rade u ekonomskinajpovoljnijim režimima, što ravnomernije, sa najvećim koeficijentom korisnog dejstva. Zato se ismatra da uvođenje hidroelektrana u EES, doprinosi jačanju ekonomske stabilnosti EES. Na toukazuju i sledeće činjenice:

Sa razvojem EES i promenama nivoa konzuma i strukture proizvodnje menja se uloga

hidroelektrane u sistemu, pa time i uslovi za njihovu ekonomsku valorizaciju. Povećava sevremenom optimalna instalisana snaga hidroelektrana svih tipova, a u EES one preuzimaju

sve važniju i delikatniju ulogu u obezbeđivanju vršne snage i energije i ostvarivanje

zahtevane rezerve i sigurnosti funkcionisanja sistema. Ta promena uloge hidroelektrana uEES učiniće ekonomičnim u budućnosti i neka postrojenja, koja se do sada ne bi moglasvrstati u kategoriju ekonomski iskoristivog potencijala.

Zbog tendencija poskupljenja fosilnih goriva i porasta cena energije na pragu

termoelektrana, sve veći broj planiranih hidroelektrana, ranije neekonomičnih, postajeekonomski prihvatljiv. Tendencije u sferi vrednovanja hidroelektrane su takve da kriterijum

ekonomičnosti za razmatrane hidroelektrane postaje dosta uprošćen: postaje ekonomičnasvaka hidroelektrana čija je cena energije niža od cene energije najskupl je termoelektranečiju bi proizvodnju svojim ulaskom u pogon istisla iz EES .

Uvođenje novih hidroelektrana u EES doprinosi povećanju njegove ekonomske stabilnosti.Ta činjenica će biti sve relevantnija u budućnosti.

Razvoj tehnologije opreme za hidroelektrane omogućava sve ekonomičnije korišćenje i dela

potencijala koji se ranije klasičnom tehnologijom nije mogao ekonomično koristiti. To senaročito odnosi na razvoj cevnih agregata raznih izvedbi, koji omogućavaju hidroenergetskokorišćenje i sasvim malih padova.

Iz svega gore navednog može se zaključiti da su hidroelektrane najpogodniji objekti zazadovoljenje uslova dovoljnosti, kvaliteta, sigurnosti i ekonomičnosti u jednom mešovitom EES. Sve to, uz izuzetno važnu činjenicu da se u njihovom slučaju radi o obnovljivom i ekološki čistomvidu energije, upućuje na nužnost inteziviranja korišćenja hidroenergetskog potencijala. Ako se još izna da se sve savremene strategije razvoja energetike prave pod sloganom "3E - efikasnost,

ekonomičnost, ekološka zaštita" - pravi objekti, koji zadovoljavaju sva ta tri uslova suhidroelektrane.


20/86

19

5.3 Pokrivanje dijagrama opterećenja u mešovitom

EES

Uloga jedne hidroelektrane u EES i način njenog korišćenja (uklapanja u dijagram

opterećenja, uloga u rezervi sistema) zavisi od niza faktora, od kojih su najbitniji sledeći:

struktura elektrana u EES, njihova veličina, udeo u proizvodnji, radne karakteristike

(veličine tehničkih minimuma termoelektrana, itd.); oblik i karakteristike dijagrama opterećenja; karakteristike hidroelektrana (protočne, akumulacione) i njihove radne performanse

(instalisana snaga, veličina pojedinih agregata, tip turbina, vrednost k oeficijenta korisnogdejstva, karakteristike prelaznih režima);

hidr ološke prilike na području EES itd.

Protočne hidroelektrane su energetski manje vredni objekti. To proizilazi iz činjenice da je

raspoloživa snaga određena dotokom vode i raspoloživim padom. U uslovima napregnutog radaEES čine se napori da se i ovakve hidroelektrane kratkotrajnim regulisanjem prilagođavaju

potrebama, kako bi dale veću snagu od raspoložive snage vodotoka na račun izvesnog obaranja pada. Međutim, zbog veoma male zapremine u zoni gornje vode takve su mogućnosti ograničene.Zbog toga se za prave protočne hidroelektrane može reći da je raspoloživa snaga hidroelektrane

jednaka trenutnoj snazi vodotoka. Zato one imaju značajniju ulogu u EES samo u vodnom delugodine, dok im se u sušnom delu godine određuje vreme za remont.

Akumulacione hidroelektrane mogu biti raznih stepena regulisanja - dnevnog, nedeljnog,

godišnjeg i višegodišnjeg. Njihova glavna karakteristika je da mogu u određenim intervalimavremena, da razviju snagu koja je samo funkcija pada i koja ne zavisi od trenutnog dotoka u

akumulaciju. To je maksimalna snaga koju može da da hidroelektrana i koja je ograničena njenominstalisanom snagom. Zato su akumulacione hidroelektrane veoma važne za EES iz sledećihrazloga:

a. Zbog visokih manevarskih sposobnosti veoma su pogodne da rade kao rotirajuća rezervasistema(ovu rezervu čine oni agregati koji se nalaze u radu, ali su samo delimičnoopterećeni, pa su u stanju da vrlo brzo prime na sebe dodatno opterećenje).U tom slučaju,

podizanje opterećenja i dostizanje najveće raspoložive snage jednako je brzini delovanjaregulatora turbina i iznosi samo nekoliko sekundi.

b. Zbog mogućnosti veoma brzog ulaska u rad (start i sinhronozacija na mrežu iz stanja

mirovanja iznosi samo nekoliko desetina sekundi) veoma su pogodne da prime na sebe

ulogu hladne rezerve sistema.

c.

Veoma se fleksibilno prilagođavaju opterećenju, tako da su najpogodnije za pokrivanjevršnih delova opterećenja.

Reverzibilne hidroelektrane su elektrane visokih manevarskih sposobnosti. Međutim,njihova energija je jako skupa zbog utrošene energije za pumpanje. Zbog toga se one koriste dakratkotrajnim angažovanjem pokriju same vrhove dijagrama opterećenja, pa zatim prelaze u čekanjekao vrlo važna hladna rezerva(ovu rezervu čine agregati elektrana koji se nalaze u punoj pogonskojspremnosti, ali su van pogona).


21/86


22/86

21

6. Karakteristike hidroelektrana

Instalisana snaga

Faktor snage

Maksimalna snaga

Raspoloživa snaga Garantovana snaga hidroelektrane

Instalisani protok

Karakteristični padovi

Moguća godišnja proizvodnja

Moguća srednja godišnja proizvodnja

Realizovana godišnja proizvodnja

Godišnja proizvodnja određenih verovatnoća

Moguća proizvodnja varijabilne i konstantne energije

Korisna zapremina akumulacije

Instalisana snaga

Instalisana snaga se definiše kao aritmetička suma snaga svih

agregata - generatora. Po pravilu se iskazuje preko prividne snage

S (MVA), ali se često paralelno sa tim navodi i aktivna snaga P

(MW).

Faktor snage

Faktor snage cosφ je bitna karakteristika naizmenične struje. Ako postoji izvesna fazna razlika φizmeđu struje i napona onda u toku periode postoje intervali tokom kojih izvor daje energiju kolu idrugi tokom kojih izbor dobija energiju nazad iz kola. Iz ovoga proizilazi važan zakljužak: faznarazlika između struje i napona napoželjna je u električnim kolima čiji je zadatak isporuka energije izizvora ka potrošaču, jer smanjuje korisno vreme slanja energije. Zbog toga se u elektrotehnici težida se smanji ugao fazne razlike φ, tj. da se faktor snage cosφ dovede do vrednosti što bližih jedinici.

U EES regulacija reaktivnih snaga, odnosno uspostavljanje ravnoteže između odatih i apsorbovanihreaktivnih snaga koja prati regulaciju napona, veoma je važan proces, od čijeg valjanog rešenjazavise gubici u EES i ostvarenje zahtevanih napona u ključnim čvorovima EES. Tok reaktivnesnage u mreži prouzrok uje dodatne gubitke, pad napona i smanjenje propusne sposobnosti vodova itransformatora. Zbog toga se teži da se elektranama u blizini velikih potrošača reaktivne snage

poveri što veća uloga u generisanju reaktivne snage, dok se kod elektrana na periferiji EES teži dase što više poveća faktor snage kako bi se smanjili gubici na prenosu. Zato se kod hidroelektranaobavezno iskazuje cosφ čime se definiše njena uloga u generisanju reaktivne snage.

http://localhost/var/www/apps/DD/karakteristike.htm#sec1#sec1http://localhost/var/www/apps/DD/karakteristike.htm#sec2#sec2http://localhost/var/www/apps/DD/karakteristike.htm#sec3#sec3http://localhost/var/www/apps/DD/karakteristike.htm#sec4#sec4http://localhost/var/www/apps/DD/karakteristike.htm#sec4#sec4http://localhost/var/www/apps/DD/karakteristike.htm#sec5#sec5http://localhost/var/www/apps/DD/karakteristike.htm#sec6#sec6http://localhost/var/www/apps/DD/karakteristike.htm#sec7#sec7http://localhost/var/www/apps/DD/karakteristike.htm#sec7#sec7http://localhost/var/www/apps/DD/karakteristike.htm#sec7#sec7http://localhost/var/www/apps/DD/karakteristike.htm#sec8#sec8http://localhost/var/www/apps/DD/karakteristike.htm#sec8#sec8http://localhost/var/www/apps/DD/karakteristike.htm#sec8#sec8http://localhost/var/www/apps/DD/karakteristike.htm#sec8#sec8http://localhost/var/www/apps/DD/karakteristike.htm#sec8#sec8http://localhost/var/www/apps/DD/karakteristike.htm#sec8#sec8http://localhost/var/www/apps/DD/karakteristike.htm#sec10#sec10http://localhost/var/www/apps/DD/karakteristike.htm#sec10#sec10http://localhost/var/www/apps/DD/karakteristike.htm#sec11#sec11http://localhost/var/www/apps/DD/karakteristike.htm#sec11#sec11http://localhost/var/www/apps/DD/karakteristike.htm#sec12#sec12http://localhost/var/www/apps/DD/karakteristike.htm#sec12#sec12http://localhost/var/www/apps/DD/karakteristike.htm#sec13#sec13http://localhost/var/www/apps/DD/karakteristike.htm#sec13#sec13http://localhost/var/www/apps/DD/karakteristike.htm#sec12#sec12http://localhost/var/www/apps/DD/karakteristike.htm#sec11#sec11http://localhost/var/www/apps/DD/karakteristike.htm#sec10#sec10http://localhost/var/www/apps/DD/karakteristike.htm#sec8#sec8http://localhost/var/www/apps/DD/karakteristike.htm#sec8#sec8http://localhost/var/www/apps/DD/karakteristike.htm#sec7#sec7http://localhost/var/www/apps/DD/karakteristike.htm#sec6#sec6http://localhost/var/www/apps/DD/karakteristike.htm#sec5#sec5http://localhost/var/www/apps/DD/karakteristike.htm#sec4#sec4http://localhost/var/www/apps/DD/karakteristike.htm#sec3#sec3http://localhost/var/www/apps/DD/karakteristike.htm#sec2#sec2http://localhost/var/www/apps/DD/karakteristike.htm#sec1#sec1


23/86

22

Maksimalna snaga

Maksimalna snaga se može razlikovati od instalisane snage. Dok je instalisana snaga suma snagaagregata posmatrajući ih pojedinačno, maksimalna snaga je najveća snaga koju elektrana može da

postigne kao celina, uz pretpostavku da su svi delovi spremni za pogon. U slučaju hidroelektrane priodređivanju maksimalne snage pretpostavlja se da su pad i proticaj optimalni. To je slučaj kada je

nivo u jezeru na najvišoj koti, a dotok je približno jednak instalisanom protoku, tako da nema prelivanja preko preliva koje bi podiglo kotu donje vode i smanjilo pad.

Raspoloživa snaga

Za razliku od maksimalne snage, koja pretpostavlja najpovoljnije uslove pogona elektrane kao

celine, raspoloživa snaga je najveća snaga koju hidroelektrana može da ostvari u nekomvremenskom preseku, polazeći od realnog stanja u elektrani (remonti, defekti, pregledi i sl.), a uz

pretpostavku da nema ograničenja plasmanu, kao ni ograničenja zbog zahteva za proizvodnjureaktivne snage. Pri određivanju raspoložive snage hidroelektrane uzima se u obzir trenutno

raspoloživ dotok vode (posebno važno kod protočnih hidroelektrana) kao i stanje u akumulaciji(raspoloživ pad). I ovde razlikujemo raspoloživu snagu na izlazu iz generatora i snagu na praguelektrane.

Garantovana snaga hidroelektrane

Pošto je rečni protok stohastička kategorija, sa velikim varijacijama protoka kako na godišnjemnivou, tako i na nivou kraćih vremenskih intervala, vrlo je bitno znati tzv. garantovanu snagu.Garantovana snaga je ona snaga koju bez obzira na hidrološke prilike hidroelektrana može daostvari sa nekom velikom verovatnoćom. Kod protočne hidroelektrane ona se najčešće definiše kaosnaga obezbeđenosti 95% sa dijagrama trajanja snage. kod akumulacionih hidroelektranagarantovana snaga ne zavisi samo od dotoka, već i od stanja akumulacije. Zahvaljujućiakumulisanoj vodi takva hidroelektrana čak i pri najmanjim protocima može da razvije snaguznatno veću od od snage vodotoka, što predstavlja ključnu prednost akumulacionih hidroelektrana.

Instalisani protok

Definiše se i kao veličina izgradnje hidroelektrane. To je jedna od ključnih karakteristikahidroelektrane. To je najveći protok koji hidroelektrana može da koristi u normalnom pogomu,uzimajući u obzir propusnu sposobnost turbina i kapacitet čitave dovodne i odvodne derivacije.

Karakteristični padovi

Maksimalni i minimalni bruto pad hidroelektrane uslovljeni su odgovarajućim maksimalnim iminimalnim radnim nivoom u zoni zahvata i nivoima donje vode. Vrlo su bitni za izbor turbina,

tako da ih često uslovljava izbor odgovarajuće turbine (često se minimalni pad koriguje na većuvrednost, jer odabrana turbina ne može da radi u tako širokom opsegu). Srednji pad (najčešće pad satrajanjem 50% sa krive trajanja bruto pada hidroelektrane) koristi se pri analizama potencijala.

Računski pad je minimalan pad pri kome se može ostvariti instalisana snaga HE pri računskomcosφ.


24/86

23

Moguća godišnja proizvodnja

To je maksimalna proizvodnja koja se može ostvariti u hidroelektrani tokom razmatrane godine,uzimajući u obzir veličinu instalisane snage, veličinu vlastite i uzvodnih akumulacija, kao ikonkretne vodoprivredne uslove koji su postavljeni pred razmatranom hidroelektranom (ispuštanjegarantovanih protoka, potrebe plovidbe, navodnjavanje itd.).

Moguća srednja godišnja proizvodnja

Definiše se kao aritmetička sredina mogućih godišnijh proizvodnji u nekom razmatranom nizu.Služi kao baza za planiranje, posebno pri upoređivanju varijantnih rešenja hidroelektrana.

Realizovana godišnja proizvodnja

Ona je po pravilu niža od moguće proizvodnje, zbog povremenih ograničenja u pogledu mogućnosti plasmana energije, kao i zbog nepredvidivih ispada iz pogona pojedinih delova hidroelektrane.

Godišnja proizvodnja određenih verovatnoća

Za određeni duži vremenski niz rade se energetski proračuni moguće godišnje proizvodnje zasvaku godinu, uzima jući u obzir uticaj vlastite akumulacije i uzvodnih akumulacija, koje se koristeza potrebe planiranja rada hidroelektrana.

Moguća proizvodnja varijabilne i konstantne energije

To je izuzetno važan pokazatelj za vrednovanje hidroelektrana. Tek se na osnov u tih pokazateljasagledava realna uloga hidroelektrane u EES i mogućava njena realnija i ekonomska valorizacija.Zbog toga se za svaku razmatranu hidroelektranu uvek iskazuju tri veličine moguće godišnje

proizvodnje: ukupna, proizvodnja varijabilne i konstantne energije.

Varijabilna (vršna) energija je ona energija koju hidroelektrana može da proizvede u periodu vršnogopterećenja. Konstantna energija je ona energija koju mora da proizvede hidroelektrana i u perioduniskih opterećenja,da bi se sprečio preliv vode.

Ubuduće će na energetsko-ekonomsku valorizaciju hidroelektrana sve veći uticaj imati aspekt proizvedene energije, izražen udelom varijabilne energije u odnosu na ukupnu moguću proizvodnju.Zbog toga će se ubuduće dogradnje i rekonstrukcija postojećih hidroelektrana sve više raditi zbog

povećanja mogućnosti proizvodnje vršne energije, a ne zbog povećanja ukupne proizvodnje.


25/86

24

Na ovoj slici je prikazana podela energetske proizvodnje jedne hidroelektrane tokom 24h, sa

stanovišta podele na konstantnu i varijabilnu energiju. U savremenim EES raste potreba za vršnomsnagom i energijom i to utoliko više ukoliko se smanjuje učešće hidroenergije u ukupnojelektroenergetskoj proizvodnji. Zbog toga se čine posebni napori da se poveća udeo varijabilneenergije raznim tehničkim merama: dodatnim povećanjem instalisane snage hidroelektranadogradnjom novih agregata (npr. Vrla I do IV), izgradnjom uzvodnih akumulacija koje svojim

izravnjavanjem voda poboljšavaju vršni rad nizvodninh postrojenja, otklanjanjem ograničenja pogona zbog nizvodnih uslova, što se može ostvariti izgradnjom nizvodnih manjih stepenica, koje primaju na sebe ulogu kompenzacionih bazena. Takav je karakterističan slučaj sa HE Đerdap I,

kome su izgradnjom nizvodne stepenice HE Đerdap II otklonjena pogonska ograničenja -obaveznost konstantnog rada zbog obezbeđivanja plovidbe - te je nakon toga mogao da pređe naznatno izraženiji varijabilni rad. Karakterističan je slučaj akumulacionih hidroelektrana velikihinstalisanih protoka, iznad većih naselja, koje bi, kada bi radile same, imale oštra pogonskaograničenja, jer nije u naselju dopustivo da se veoma naglo menjaju protoci/nivoi, zbog elementarne

bezbednosti ljudi koji silaze do reke. U takvim slučajevima se pogonska opterećenja otklanjajunizvodnim kompenzacionim bazenom, tako da uzvodno postrojenje može da proizvodi znatno većukoličinu varijabilne energije.

Korisna zapremina akumulacije

Korisna zapremina akumulacije akumulacionih hidroelektrana definiše se, po pravilu ne samo jedinicama zapremine (m3) već i preko ekvivalenta, izraženog u kWh, na osnovu relacije

367

H V E

k

gde je: Vk - zapremina korisnog prostora akumulacije, H - prosečan pad sa kojim hidroelektranamože da preradi tu vodu, η - prosečan koeficijent korisnog dejstva.

konstantna energija

varijabilna

N

0 24


26/86

25

7. Pojmovi u hidroenergetici

Na Konferenciji o energiji u svetu usvojene su sledeće definicije koje predstavljaju osnovnouputstvo organizacijama koje se bave planiranjem hidroelektrana:

61. Energetske lokacije

Hidroenergetske lokacije predstavljaju deonice vodotoka na kojima je već iskorišćena ili postoji mogućnost iskorišćenja snage vode. Lokacije na kojima su izgrađeni objekti za proizvodnju energije, gde su već instalirani „vodenički točkovi“, gde se energija proizvodiili postoji mogućnost njene proizvodnje, nadalje ćemo nazivati razvijenim energetskimlokacijama. Sve ostale lokacije nazivaćemo nerazvijenim.

62. Potencijalni energetski resursi

a) Potencijalni energetski resursi bilo koje zemlje, deonice ili rečnog basena predstavljaju

ukupni potencijal svih energetskih lokacija i razvijenih i nerazvijenih u toj zemlji,

deonici ili rečnom basenu. b) Da bi se i nerazvijene lokacije uključile u ovu definiciju, one moraju imati takav pad,

protok i fizičke uslove da bi se mogle iskoristiti za proizvodnju energije.

63. Bruto potencijal energetskih lokacija

a) Bruto potencijal energetskih lokacija predstavlja ukupan teoretski 100%-ni potencijal

izražen u kW i zavisi od protoka i raspoloživog pada. b)

Bruto potencijal se može izračunati na osnovu sledeće formule:

H Qs

m

m

kg H Qg

t

gH V

t

mgH

dt

dE N

23 81.91000

kada je visina H data u metrima, a protok Q u m3/s, bruto potencijal iznosi:

N = 9.8QH [kW],

a kada je visina H data u stopama, a protok Q u ft3/sec, bruto potencijal iznosi:

N = 0.085QH [kW]

7.1

7.2

7.3


27/86

26

64. Stepeni protoka

a) Bruto potencijal energetskih lokacija biće izračunat preko tri stepena protoka koje Međunarodna elektro-tehnička komisija definiše na sledeći način:

1. Q95, ili „prirodni ili trenutni protok na 95% vremena ili ekvivalenta“

2.

Q50, ili „prirodni ili trenutni protok na 50% vremena ili ekvivalenta“

3. „Srednji aritmetički protok“

I u slučaju razvijenih energetskih lokacija, četvrti stepen protoka biće prosečan protok naovakvoj lokaciji određen maksimalnim hidropotencijalom ugrađenih „vodeničkih točkova“.

b) „Prirodni protok“ je protok koji nije veštački promenjen derivacionim kanalom iliizgradnjom akumulacije.

c) „Trenutni protok“ je protok, prirodni ili modifikovani, koji se dešava za vreme prikupljanja podataka i pod trenutnim uslovima.

d)

Kada „trenutni protok“ odstupa od „prirodnog“ onda se u obzir uzima prethodni protokkoji je ili izmeren ili procenjen.e) Srednji protok utvrđen za niz godina Q95S ili Q50S, za pojedinačnu godinu i modifikovan

približnim faktorom protoka koji je zasnovan na ostalim procentima, biće definisan kao„ekvivalent“ protocima Q95 i Q50 koji su gore navedeni.

65.

Bruto pad energetskih lokacija

Bruto pad koji se koristi pri proračunu ukupnog potencijala energetskih lokacija za svaki

od navedenih stepena protoka predstavlja trenutnu razliku u nivou između površine vodena početku i na kraju lokacije, ne uzimajući u obzir smanjenje zbog gubitaka.

66. Lokacija akumulacije

a) Akumulacija predstavlja jezero ili deonicu rečne doline čiji je potencijal uskladištenevod e veštački povećan izgradnjom brane.

b) Pri proračunu potencijala ovih akumulacija, biće uvrštene samo one lokacije kojedoprinose povećanju protoka, dok akumulacije koje se koriste samo za promenu

dnevnog protoka neće biti uvrštene. c) „Razvijene akumulacije“ obuhvataju samo one lokacije kod kojih je veštačkim

putem ostvareno iskorišćenje potencijala i iz kojih se koristi uskladištena voda, ili postoji mogućnost njenog iskorišćenja za proizvodnju energije.


28/86

27

67. Bruto potencijal akumulacije

a) „Bruto potencijal“ akumulacija predstavlja ukupan teoretski 100%-ni potencijal izraženu kWh/god koji se ostvaruje pri bruto padu .

b) Bruto potencijal se može izračunati preko sledeće formule:

[Nm]81.9

81.981.981.9 3

3

H V E

m H mV m

N t H

t

V t H Qt N E

Pošto je poznato da je 1 (Nm) = 1 (Ws) = 1 (J) = 1/3600 (Wh) = 1/3.600000 (kWh), sledi da:

kada je zapremina vode V data u hiljadama metara kubnih, a bruto pad H u metrima, ; bruto

potencijal akumulacije iznosi

E= 2.72VH [kWh],

a kada je zapremina vode V data u milionima metara kubnih, a bruto pad H u stopama; ili

preko formule:

E= 23.5VH [kWh],

a kada je zapremina vode V data u kubnim stopama, a bruto pad H u stopama.

E= VH [kWh].

c) Bruto potencijal razvijenih ak umulacija predstavlja postojeći trenutni potencijal, iliteoretski kWh energije koju akumulisana voda može da proizvede u postojećojhidroelektrani.

68. Zapremina akumulacija

Zapremina akumulacije se koristi za proračun bruto potencijala razvijene akumulacije i predstavlja prosečnu godišnju zapreminu akumulisane vode u rezervoaru koja se koristiza proizvodnju energije u posmatranom periodu u zavisnosti od krive zapreminskog

potencijala rezervoara i nivoa vode.

69. Bruto pad akumulacije

Bruto pad se k oristi za proračun bruto potencijala razvijene akumulacije i predstavljasumu bruto potencijala, koji su definisanu u paragrafu 65, svih razvijenih energetskih

lokacija, koje koriste, ili su u mogućnosti da koriste akumulisanu vodu iz ovihrezervoara.

7.4

7.5

7.6

7.7


29/86

28

70. Elektrana

a) „Hidroelektrana“ predstavlja skup fizičkih kostrukcija i oprema postavljenih naodređenim energetskim lokacijama i koje su u mogućnosti da delimično ili u

potpunosti iskoriste potencijal ovih lokacija. Ovaj termin obuhvata i brane,

cevovode, mašinske hale i opremu itd. b) Hidroelektrane su elektrane kod kojih se mehanička energija „vodeničkih točkova“ preko generatora pretvara u električnu. Ponekad se ova mehanička energija vodedirektno koristi bez pretvaranja u električnu. Tada se radi o „neelektričnimelektranama“

71. Vodenički točak

Termin „vodenički točak“ obuhvata tip obrtnih mašina kao što su turbine, koje se koristeza pretvaranje potencijalne energije vode u mehaničku energiju.

72. Instalisani potencijal vodeničkog točka

Instalisani potencijal vodeničkog točka u razvijenim elektranama obuhvata potencijalsvih turbina koje su u pogonu, ili koje su spremne da uđu u pogon kada se to zahteva; onse meri na vratilu turbine i izražava se u kW.

73. Instalisani potencijal generatora

Instalisani potencijal generatora u razvijenim elektranama obuhvata potencijal svih

generatora koji su u pogonu, ili koji su spremni da uđu u pogon kada se to zahteva; merise na izlaznim krajevima i izražava u kW za jednosmernu struju i u kVA za naizmeničnustruju.


30/86

29

Primer 1 – Date su karakteristike vodotoka jedne deonice reke Tise :

maksimalan srednji minimalni

Protok Q..................................3500 460 90 m3/sec

Brzina v.................................... 140 0.70 0.30 m/sec

Prosečan gradijent...................5 cm/km

Izračunati potencijalnu snaga vode na deonici od 40km i udeo kinetičke energije prinavedenim protocima.

Potencijalna snaga vode se izračunava preko formule:

N p [kW] = 9.8Q [m3/sec] x H [m]

maksimalan N p = 9.8 x 3500 x 2.00 ≈ 68,600 kW

Za srednji protok: N p = 9.8 x 460 x 2.00 ≈ 9,020 kW minimalni N p = 9.8 x 90 x 2.00 ≈ 1.764 kW

za k=v2/2g dobija se:

pri maksimalnom protoku: 1.402/19.62 = 10 cm

pri srednjem protoku: 0.702/19.62 = 2.5 cm

pri minimalnom protoku: 0.302/19.62 = 0.5 cm

Na celokupnom padu posmatrane deonice, udeo kinetičke energije iznosi:

pri maksimalnom protoku: (10/200) x 100 = 5.00

pri srednjem protoku: (2.5/200) x 100 = 1.25

pri minimalnom protoku: (0.5/200) x 100 = 0.25

procenata potencijalne snage vode.

Primer 2 – Proceniti specifičnu snagu vode po kilometru deonice reke ako je data vrednost protoka Q

50 = 126 m3/sec i pada H = 38.47m.

Potencijalna snaga vode posmatrane deonice iznosi:

Np50 = 9.8Q50H = 9.8 x 126 x 38.47 = 47,500 kW

Pošto ukupna dužina posmatrane deonice iznosi 27.8 km, specifična potencijalna energijaiznosi:

47,500/27.8 = 1708 kW/km


31/86

30

8. Planiranje hidroelektrana

8.1 Korišćenje vodnih snaga 8.2 Izučavanje hidroenergetskog potencijala

8.1 Korišćenje vodnih snaga

Hidroenergetski objekti i sistemi su najsloženiji zahvati u prostoru. Kao grana hidrotehnike,korišćenje vodnih snaga koristi naučna dostignuća još i čitavog niza drugih nauka - geotehnika,elektroenergetike, turbomašinstva, teorije sistema, ekonomije, ekologije (veće hidroelektrane suozbiljan zahvat u vodenom ekosistemu, koga valja na vreme i detaljno proučiti, kako bi se tokom

planiranja postrojenja našla adekvatna rešenja kojima se neutrališu ili ublažavaju negativni, a povećavaju pozitivni efekti objekata na ekosisteme); sociologije, a posebno socijalne psihologije(realizacija većih hidroenergetskih sistema zahteva mudro rešavanje niza socijalnih problema kojiizazivaju potapanje naselja i obradivih površina, nephodnost migracije i profesionalne

preorijentacije stanovništva na području sistema), itd. Zasniva se, takođe, i na primeni praktičnosvih oblasti građevinske tehnike: mehanike, otpornosti materijala, hidrologije, mehanike fluida ihidraulike, teorije konstrukcija, tehnologije građevinskog materijala, mehanike tla, teorijehidrotehničkih i betonskih i čeličnih konstrukcija, organizacije građevinskih radova, itd. Takođe,

primenjuju se i dostignuća iz: inženjerske geologije, mehanike stena, seizmologije, automatike,elektromašinstva, teorije informacija, teorije odlučivanja, itd.

Posebno se izdvajaju: problemi dinamike rečnih tokova, regulacija reka i stabilizacija obalau zoni uspora i nizvodno od elektrana, plovidba i brodske prevodnice, odvodnjavanje i zaštita

priobalja, problemi zaštite kvaliteta vode u akumulacijama, kanalisanje naselja koja se nalaze u zoni prostiranja uspora, antieroziona zaštita i asanacija zemljišta sliva, odbrana od poplava.

O složenosti i kompleksnosti korišćenja vodnih snaga govori činjenica da u okviru jednogsloženog hidroenergetskog sistema treba uklopiti u skladnu celinu visoke brane, dovodne i odvodnederivacije, naći optimalna rešenja za dispoziciju mašinskih zgrada, izmestiti stare i podići nove

komunikacije sa brojnim objektima (mostovima, tunelima), raseliti naselja i podići nova, rešitiegzistencijalne probleme stanovništva koje se preseljava i/ili kojima se menja zanimanje, rešiti

probleme odvodnjavanja priobalja, regulisanje i stabilizacija rečnog toka uzvodno i nizvodno,rekonstrukcija vodovoda i kanalizacije naselja, itd. To zahtava stručnjaka visoke tehničke i opštekulture, koji je u stanju da sve probleme uoči na vreme, a zatim da ih u saradnji sa stručnjacimadrugih profila rešava, dovodeći čitav planirani sistem u jednu skladnu, funkcionalnu, pouzdanu,humanističku i ekološki celishodnu i ekonomski opravdanu strukturu.

http://localhost/var/www/apps/DD/planiranje.htm#sec1#sec1http://localhost/var/www/apps/DD/planiranje.htm#sec1#sec1http://localhost/var/www/apps/DD/planiranje.htm#sec1#sec1http://localhost/var/www/apps/DD/planiranje.htm#sec2#sec2http://localhost/var/www/apps/DD/planiranje.htm#sec2#sec2http://localhost/var/www/apps/DD/planiranje.htm#sec2#sec2http://localhost/var/www/apps/DD/planiranje.htm#sec2#sec2http://localhost/var/www/apps/DD/planiranje.htm#sec1#sec1


32/86

31

8.2 Izučavanje hidroenergetskog potencijala

Izučavanje hidroenergetskog potencijala predstavlja osnovu za sva druga planiranja udomenu iskorišćenja vodnih snaga u okviru kompleksne energetike. Iako hidroenergetski potencijal,

posmatran kao energetska kategorija, predstavlja obnovljiv i postojan vid primarne energije,

neophodno je detaljno izučavanje njegovih karakteristika, kako bi se uvek raspolagalo aktuelnim podacima o njegovim iskoristivim oblicima. Pošto je rečni protok stohastička kategorija, neophodnasu stalna hidrološka istraživanja, koja omogućavaju što pouzdanije određivanje raznih oblikavodnih potencijala.

Konačan cilj izučavanja hidroenergetskog potencijala je određivanje tehnički i ekonomskiiskoristivih potencijala, na osnovu kojih se ulazi u dalja planiranja. Bitno je imati u vidu da se te

dve kategorije potencijala menjaju tokom vremena. One zavise od tehničkih koncepcija i

ekonomskih uslova iskorišćenja vodnih potencijala, kao i od uslova u EES pod kojima se valorizujeelektroenergetska proizvodnja.

Tehnički iskoristiv potencijal

Tehnički iskoristiv potencijal predstavlja onaj deo hidroenergetskog potencijala za koji jeodgovarajućom tehničkom dokumentacijom utvrđeno da se može tehnički realizovati. Ovaj

potencijal se određuje na osnovu hidroenergetskih ili vodoprivrednih osnova slivova i dovoljno pouzdane razrade generalnih projekata hidroenergetskih objekata. U ovoj fazi se bira optimalna

varijanta konfiguracije sistema, određuju se kote uspora i zapremine akumulacija, bira se instalisanost HE, a zatim se određuje energetska proizvodnja. Postrojenja moraju biti hidrološkitako izučena da se može dovoljno pouzdano odrediti prosečna hidroenergetska proizvodnja.

Osnovni razlozi promene tehnički iskoristivog potencijala su :

Nekontrolisana urbanizacija dolina i njihovo zaposedanje industrijskim i infrastrukturnim

objektima onemogućiće u budućnosti realizaciju izvesnog broja hidroenergeskih postrojenjakoja se sada svrstavaju u kategoriju tehnički iskoristivog potencijala.

Urbani, pr ivredni i infrastrukturni objekti i sistemi, najčešće sa razvijaju ne vodeći računa o položaju i dispoziciji objekata za iskorišćavanje vodnog potencijala. To za posledicu ima dase kasnije nameću sve brojnija i oštrija ograničenja, naročito u pogledu mogućnosti

realizacije planiranih akumulacija. Brz demografski rast, tehnološki i urbani razvoj dovode do velikog povećanja potrošnje

vode u raznim granama vodoprivrede. Tada deo zahvaćene vode postaje nepovratnoizgubljen sa stanovišta iskorišćenja hidroenergetskog potencijala i ne može se iskoristitizbog smanjenja proticaja za HE i obaranja pada.

Građenje krupnih objekata i sistema u novije vreme se podvrgava sve oštrijim ograničenjemsa stanovišta uklapanja u okruženje. Znatno je porasla svest društva da se zaštite prirodneretkosti, spomenici kulture, itd, pa se dovodi u pitanje realizacija hidroenergetskih objekata

na tim lokalitetima. Usled toga jedan deo iskoristivog potencijala, najčešće ekonomskog,neće moći da se iskoristi. Međutim, često se zaboravlja da akumulaciona jezera, naročitoona koja predstavljaju velike rezervoare vode najvišeg kvaliteta, locirane u gornjim

slivovima, imaju veoma pozitivan uticaj na životnu sredinu, jer povećanim protocima čistevode spasavaju nizvodne ekosisteme.


33/86

32

Ekonomski iskoristiv potencijal

Ekonomski iskoristiv potencijal predstavlja onaj deo tehnički iskoristivog potencijala čije se

korišćenje ekonomski isplati, prema energetsko - ekonomskim kriterijumima i uslovima. Njegovoodređivanje zahteva znatno viši nivo razrade tehničke i ekonomske dokumentacije za razmatrana postrojenja. Mora se znati ne samo da li je svaki pojedinačni objekat tehnički ostvarljiv, već i kolikokošta i to na osnovu dovoljno pouzdanih predmera i predračuna. Takođe, moraju da budu razrešenesve dileme u pogledu izbora i koštanja opreme. Podrazumeva se da su potpunosti rešeni sukobiinteresa energetike i ostalih korisnika voda, kako u pogledu zahtevanih vodnih režima, načinakorišćenja akumulacije, tako i u pogledu utvrđivanja visine učešća pojedinih grana u izgradnjizajedničkog objekta.

Drugi deo problema podrazumeva detaljnu analizu razmatrane hidroelektrane, kako bi se sagledali

energetski i ekonomski efekti koji bi nastupili u EES uvođenjem u njega razmatrane hidroelektrane.

Ovde se za neki merodavan vremenski presek u budućnosti definiše nivo konzuma, njegovekarakteristike, karakteristike i performanse svih elektrana u sistemu, itd. Zatim se na bazi analizetroškova u EES bez razmatrane hidroelektrane i sa njom određuju uštede u EES do kojih dolaziusled izgradnje analizirane hidroelektrane. Tek tada se može, na osnovu analize ušteda i troškovagrađenja hidroelektrane, odrediti da li taj objekat spada u klasu ekonomski iskoristivog potencijala.To će biti detaljnije objašnjeno u poglavlju 12.


34/86

33

9. Potencijal vodotoka

Prvi korak iskorišćavanja energije vodotoka je proučavanje fizičke snage posmatranedeonice reke. Rad koji se na toj deonici izvrši za savlađivanje trenja može se korisno upotrebiti.

Za bilo koju d eonicu rečnog toka, koju karakteriše pad H (m) i protok Q m3/sec, teoretski se potencijalna energija može iskazati sledećom formulom:

QH QH N p 1000 [mkg/sec]

ili izražena preko konjskih snaga:

QH QH N p 3.13

75

1000 [KS]

ili u kilovatima:

QH QH N p 8.9736.03.13 [kW]

Zbog promene protoka, usled gubitaka na posmatranoj deonici, protok Q u gornjoj relaciji,

ustvari, predstavlja srednju vrednost protoka Q1 na početku deonice i protoka Q2 na kraju deonice.

Q = (Q1 + Q2)/2

Teorijski se snaga reke računa kao ukupna suma vrednosti snaga pojedinih deonica:

QH QH

N p 8.9736.075

1000 [kW]

Pri određivanju vrednosti snage vodotoka postavlja se pitanje koje vrednosti H i Q upotrebiti pri proračunu.Ukoliko zanemarimo veoma kratke deonice reke, promena pada H je zanemarljiva, pase nivo površine može smatrati konstantnim. S druge strane, proučavanje promene protoka je odvelike važnosti.

Potencijalna snaga vode se menja sa promenom vrednosti protoka.Uobičajene vrednosti

protoka su date na sledećoj slici:

9.1

9.2

9.3

9.4

9.5


35/86

34

1. Minimalna potencijalna snaga ili teoretski 100% potencijal predstavlja vrednost

dobijenu za najmanji posmatrani protok – NP100.2.

Mala potencijalna snaga. Teoretski potencijal od 95% se dobija za protok pri 95%

posmatranog vremenskog intervala na krivoj protoka – NP96.3. Potencijalna snaga mediane. Teoretski potencijal od 50 % koji se dobija za protok pri

50% posmatranog vremenskog intervala na krivoj protoka (ponekad se naziva

snagom koja je iskoristiva za šest meseci ili 4380 h) – NP50.4. Srednja potencijalna snaga. Vrednost srednjeg teoretskog potencijala koji se dobija

na osnovu srednjeg godišnjeg protoka za period 10-30 godina.

Treba napomenuti da se vrednosti NP95 i NP50 najčeše uzimaju sa krive prosečnog protoka,

bez obzira na to što kriva prosečnog protoka za posmatranu godinu ne predstavlja ujedno i krivu prosečnog protoka za duži period. Greška u proračunima je zanemarljiva.Međutim, stvarno iskoristivi potencijal je manji od teoretski iskoristivog potencijala zbog

neizbežnih gubitaka pada između razmatranih preseka na deonici korišćenja, zbog nemogućnostienergetskog iskorišćenja celokupnog protoka, kao i zbog gubitaka u procesu energetsketransformacije. Deo pada se izgubi zbog uspora na deonici korišćenja, a jedan deo zbognemogućnosti da se svi potezi reke iskoriste, usled ograničenja koja postavljaju naselja i razniobjekti locirani u dolini. Gubitak protoka nastaje zbog toga što je instalisani protok uvek manj i od

protoka u reci u periodu velikih voda, zbog isparavanja sa vodene površine akumulacija, a i zboginfiltracije u podzemlje. Svi ovi gubici se mogu obuhvatiti koeficijentom iskorišćenja koji se krećeu granicama od 0.75-0.80.


36/86

35

Zbog toga je neto iskoristiva snaga rečnog toka:

H Q N mmnet )0.84.7( [kW]

gde je Qm – srednji godišnji protok.

9.6


37/86

36

10. Kurs planiranja i izgradnje

Planiranje elektrana se može svrstati u sledeće faze:

1. Naučne i tehničke pripreme: hidrografske, meteorološke, hidrogeološke, geološke

itd.; osnovna istraživanja i studije; geodetski pregled i modelovanje. (Operacije uhidrografiji, meteorologiji i hidrogeologiji se mogu svrstati pod imenom hidrologije).2.

Procene snage. Krive snage, istraživanja opterećenja. Planiranje kooperacije.Ekonomske analize.

3. Projektovanje građevinskih i hidrauličkih struktura (uključujući sva hidraulička,struk turalna, geološka i druga istraživanja zajedno sa detaljno anliziranimmodelima).

4. Projektovanje mehaničke i elektro opreme (uključujući neophodne proračune itestove, kako hidrauličke, tako i ostale).

5. Projektovanje čeličnih konstrukcija, koje se, s jedne strane, odnosi na građevinskestrukture, a sa druge str ane na mehaničk u opremu.

6.

Arhitektonski dizajn7. Procene troškova i ek onomska razmatranja.

Planiranje hidrauličkih projekata najčešće nije izvodljivo do krajnje forme, ali na osnovuzahteva svake faze, studije moraju da obuhvataju i najsitnije detalje što omogućava visok nivo

pouzdanosti i pripremljenosti. U planiranje mora ju da budu uključeni stručnjaci iz velikog brojaoblasti.

Pravi kurs planiranja je zasnovan na postepenom aproksimiranju. Razlikuju se sledeće faze planiranja:

a) Raspored i uređenje (hidrološke studije; skice dijagrama sa osnovnim podacima; probne procene snage; procene troškova investiranja). Ovaj pripremni izveštaj jezasnovan na dostupnim podacima i mapama, dopunjen iskustvenim građevinskim

podacima. Najbolje je u prvoj fazi planiranja sagledati sve moguće uticaje na okolinu. b)

Preliminarno projektovanje (uključujući informativne procene snage i analizutroškova). U ovoj fazi neophodno prikupiti podatke geofizičkih i hidrografskihistraživanja. Takodje, neophodna je i procena uticaja na okolinu.

c) Glavni projekat (uključujući detaljne procene snage i detaljnu ekonomsku analizu). Uovoj fazi planiranja su hidrološki i geološki istraživački radovi, topografske mape, kao i

petrografička proučavanja nezamenljivi. Za pripremu glavnog projekta, rezultatihidroloških testiranja na modelima su već dostupna i jedino su odložena ona od manje

važnosti. Detaljna studija uticaja na okolinu je već priključena projektu. U ciljustvaranja kompletne slike napredovanja projekta, potrebno je u mnogim slučajevima pripremiti komparativnu analizu.

d) Završni projekat (uključujući sve neophodne proračune i dodatne procene troškovainvestiranja).

Gore navedene operacije, planovi i proračuni u kombinaciji sa nizom različitih struka uokviru tehničkih nauka dovode do potpunog sklada svih faza planiranja.

Budući da su svi naučni principi i praktične metode već obuhvaćene navedenim fazamanisu potrebna nikakva specijalna objašnjenja u vezi sa napretkom u planiranjuhidroelektrana.Tačnost planiranja zavisi od delovanja glavnih inženjera pri planiranju

elektrana.


38/86

37

Izgradnja i organizacija , uključujući proizvodnju i instalaciju opreme, sastoje se odsledećih faza:

1. Raspored izgradnje je precizno hronološki utvrđen i sastoji se od sledećih elemenata: trenutne i naredne operacije, zahtevani materijal, transportna sredstva, proizvodnja i

instalacija opreme, finansijsko stanje, potrebna ljudska snaga i mašinerija. Ovo podrazumeva tehnički i finansijski plan rada.

2.

Odvojeno će se planirati tehnička realizacija komplikovanih građevinskih ihidrauličkih konstrukcija. 3. Planiranje gradilišta nadovezuje se na stavku 2 i obuhvata sledeće: komunikacioni

sistem, barake za smeštaj radnika, kancelarije, energetske izvore na gradilištu,vodosnabdevanje, deponiju, radionice, mašine i nihov plan rada.

4. Proizvodnja mehaničkih, hidromehaničkih, elektromehaničkih, električnih i drugih

uređaja, opreme i čeličnih konstrukcija. 5. Priprema zemljišta za elektranu koja obuhvata sve radove navedene pod stavkom 3.6. Konstrukcioni radovi i instalacija mašina i ostale opreme. 7. Probno testiranje mašina i ostale opreme.

S obzirom na to da postoji više varijanti rešenja koje treba uzeti u obzir u prvomstadijumu planiranja, pored tehničkih faktora, na izbor najpoželjnijeg rešenja najčešće utičuekonomska razmatranja. Na broj varijanti i na stepen razrade projekta ne utiču samo okruženje negoi privlačnost i značaj samog projekta.

U nekoliko slučajeva preporučuje se ili je čak neophodno da se naprave test modelirazličitih faza konstruisanja. Cilj izučavanja ovih modela je predviđanje mogućeg protoka i

priprema za bezbedno upravljanje izgradnjom. Zato se moraju konsultovati eksperti za nautiku.


39/86

38

11. Ekonomske karakteristike hidroelektrana

11.1 Ekonomska analiza projekta

11.2 T roškovi elektrana 11.3 Cena električne energije kao faktor planiranja

11.4 Načini ekonomskog vrednovanja projekta

11.1 Ekonomska analiza projekta

Ovde postoje dve ključne ocene - o ekonomskoj i finansijskoj izvodljivosti projekta.

Ekonomska izvodljivost - zasniva se na analizi svih dobiti i troškova od projekta, pri čemuse u dobiti svrstavaju i one nesumnjive koristi za društvo, koje nemaju jasno iskazane investitorekoji bi učestvovali u finansiranju projekta. Ukoliko su tako iskazane ukupne dobiti za društvenuzajednicu veći od ukupnih troškova - projekat je ekonomski izvodljiv.

Finansijska izvodljivost - je obaveznija i konkretnija kategorija, jer se u oviru te analize

mora mnogo konkretnije i jasnije da sagleda ko će biti investitor i ko će i pod kojim uslovimasnositi troškove kapitala (ko će servisirati dugove i pod kojim uslovima), i ko će učestvovati u

pokrivanju pogonskih troškova i troškova održavanja. Znači, više se ne posmatra neka anonimna"društvena zajednica", i ne razmatraju se sve koristi od projekta, već se konkretno sagledava ko jezainteresovan za koji deo projekta i ko će šta da plaća i pod kojim uslovima.

Može da se desi da neki ekonomski izvodljiv projekat nije ujedno i finansijski izvodljiv. Na primer, neka akumulaciona hidroelektrana može imati značajnu ulogu u sferi zaštite od poplava, popravljanja režima malih voda, turističkog korišćenja akvatorije. Ako ne postoji neki konkretniinvestitor koji je spreman da prihvati i snosi deo investicionih troškova projekta kao i troškoveodržavanja, onda projekat nije finansijski izvodljiv, jer za elektroprivredu kao jedinog investitoranije ostvarljiv.

Međutim, može da važi i obrnuto: neki projekat, gledano sa strane troškova, može bitifinansijski ostvariv, ali ne i ekonomski. To se dešava ukoliko u finansijskoj analizi nisu uračunati iindirektni socijalni troškovi, koji zajedno sa uključenim troškovima prevazilaze dobit. Primer je

projekat kod koga su troškovi raseljavanja razmatrani samo kao troškovi jednokratnih naknadadomaćinstvima koja treba da se sele, a pri tome nisu uzeti u obzir troškovi koji obuhvataju

prekvalifikaciju, otvaranje novih radnih mesta van poljoprivrede, troškove novih naselja,

infrastrukture, itd.

Ekonomske analize moraju da obuhvate sledeće aktivnosti tokom planiranja:

Razmatranje različitih konfiguracija i parametara sistema, kako bi se dobilo optimalnorešenje korišćenja sliva, dela sliva, ili poteza vodotoka.

Upoređivanje hidroenergetskih rešenja sa alternativnim izvorima (klasične termoelektrane,gasne termoelektrane).

Razmatranje hidroenergetskih rešenja u okviru višenamenskih ob jekata/sistema, u cilju

dobijanja ekonomski ostvarljivih objekata u uslovima zajedničkih ulaganja.

http://localhost/var/www/apps/DD/ekonomija.htm#sec5#sec5http://localhost/var/www/apps/DD/ekonomija.htm#sec5#sec5http://localhost/var/www/apps/DD/ekonomija.htm#sec1#sec1http://localhost/var/www/apps/DD/ekonomija.htm#sec1#sec1http://localhost/var/www/apps/DD/ekonomija.htm#sec1#sec1http://localhost/var/www/apps/DD/ekonomija.htm#sec2#sec2http://localhost/var/www/apps/DD/ekonomija.htm#sec2#sec2http://localhost/var/www/apps/DD/ekonomija.htm#sec2#sec2http://localhost/var/www/apps/DD/ekonomija.htm#sec4#sec4http://localhost/var/www/apps/DD/ekonomija.htm#sec4#sec4http://localhost/var/www/apps/DD/ekonomija.htm#sec4#sec4http://localhost/var/www/apps/DD/ekonomija.htm#sec4#sec4http://localhost/var/www/apps/DD/ekonomija.htm#sec4#sec4http://localhost/var/www/apps/DD/ekonomija.htm#sec2#sec2http://localhost/var/www/apps/DD/ekonomija.htm#sec1#sec1http://localhost/var/www/apps/DD/ekonomija.htm#sec5#sec5


40/86

39

Realno utvrđivanje svih investicionih troškova, troškova pogona i održavanja. Posebno je bitno da se determinišu indirektni troškovi, koji u nekim sluča jevima mogu biti veoma veliki(troškovi ekološke zaštite, troškovi zaštite priobalja, troškovi raseljavanja, troškovi zaštitenepokretnih kulturnih dobara).

U višenamenskim projektima, determinisanje učesnika u finansiranju i raspodela

investicionih troškova i troškova održavanja objekata po učesnicima, određivanje dobiti pojedinih korisnika. Analiza osetljivosti zaključaka o ekonomskoj i finansijskoj izvodljivosti u uslovima

promene ključnih ulaznih veličina u nekim očekivanim granicama (eskontna/diskontna ikamatna stopa, cene energije, vreme i uslovi otplate kredita)

U sredinama u kojima postoje inflatorna kretanja, u analize osetljivosti rešenje uvode se iočekivane stope inflacije, a vrši se i stalna korekcija troškova održavanja.


41/86

40

11.2 Troškovi elektrana

Generalno, sve troškove u energetici delimo na dve grupe: (1) stalne troškove, (2) promenljive troškove. Stalni troškovi ne zavise od proizvodnje elektrane. Uglavnom su proporcionalni investicijama (zato se često nazivaju investicionim troškovima), jer najveći njihovdeo čine otplate kredita, kamate, amortizacija, itd. Stalni troškovi koji se odnose na plate zaposlenih

i održavanje nisu neposredno vezani za investicije. Najvećim delom su nezavisni od proizvodnjeelektrana, ali zavise u određenoj meri od investicija (poznato je da se broj zaposlenih na nekojelektrani dovodi u vezu sa investicionom sumom). Promenljivi troškovi zavise od proizvodnje, odnačina korišćenja postrojenja i praktično se definišu kao troškovi pogona elektrane (zato se često inazivaju pogonskim troškovima).

Troškovi izgradnje - investicioni troškovi obuhvataju troškove investicija za sve objekteelektrane. U slučaju hidroelektrana to podrazumeva sve građevinske objekte, kompletnumehaničku, hidromehaničku i elektro opremu, sve naknade šteta i zamena vrednosti (troškovi

preseljavanja, troškovi izgradnje novih saobraćajnica, itd.), ali i sve troškove raznih vidova zaštitekoje treba obaviti da bi se objekat relizovao.

Troškovi izgradnje - investicije (I) mogu se u slučaju hidroelektrana razložiti na dva člana.Jedan član (A) je nezavisan od veličine izgradnje, tj. od instalisanosti hidroelektrane (brana sa svim

pratećim objektima i hidromehaničkom opremom, pripremni radovi, zaštita priobalja, naknada štete,zamena vrednosti, troškovi antierozione i ekološke zaštite, zaštita kulturnih vrednosti, itd.), dok jedrugi član proporcionalan veličini izgradnje, odnosno sa instalisanim protokom Q i. To su onitroškovi koji su namenjeni građenju objekata na protočnom delu postrojenja (zahvatne građevine,dovodne i odvodne derivacije, cevi pod pritiskom, zatvaračnice na derivacijama, vodostani, turbinei njihova prateća oprema), kao i uređaji koji zavise od instalisane snage postrojenja (generatori,transformatori, razvod, i sl.).Zato se troškovi izgradnje mogu definisati relacijom:

I = A + B1·Qi

gde su A i B1 konstante, koje zavise od tipa hidroelektrane (derivaciona ili pribranska, tip i veličina brane, veličina pada, itd.)

Da bi se sagledala struktura troškova izgradnje hidroelektrane, napraviće se najsažetiji pregled vrsta pojedinih investicija, od početka realizacije hidroelektrane, do njenog ulaska u pogon.Struktura tih troškova je sledeća:

1. Prethodni radovi

istražni radovi, studije, projektovanje, stručna i tehnička kontrola projekta; troškovi investicija (troškovi investitorske organizacije).

2. Pripremni radovi

organizacija gradilišta, izgradnja graditeljskog naselja, objekata društvenog standarda(restorani, zdravstvena služba, objekti za potrebe kulture, obrazovanja, rekreacije, itd.),unutrašnji transport, itd.;

pripremni građevinski radovi, neophodni za pristupanje građenju stalnih objekata, izrada pristupnih saobraćajnica, izmeštanje objekata u zoni gradilišta, izmeštanje saobraćajnicakoje ometaju pristupanje građenju, predbrane, objekti za skretanje reke, itd.

11.2.1


42/86

41

3. Glavni građevinski radovi

izgradnja brane i svih pratećih objekata u sastavu brane (prelivi, slapišta, ispusti,zatvaračnice, itd.);

zahvatne građevine kao građevinske celine; izgradnja objekata za dovodne derivacije, kao i svih pratećih objekata na derivacijama

(vodostani, vodne komore, kompenzacioni bazeni, itd.); mašinske zgrade sa svim pratećim objektima; odvodne derivacije (tuneli ili kanali sa slobod nim tečenjem ili pod pritiskom), sa svim

pratećim objektima u zoni donje vode (donji vodostani, regulisanje reka na nizvodnom potezu u cilju spuštanja nivoa donje vode, osiguranja korita reke, itd.);

građevinski objekti u zoni razvodnog postrojenja; građevinski objekti neophodni za rad hidroelektrane (upra

Documents

Diplomski Rad Planiranje HE - Ivan Milanov