0Doc.dr.sc. Damir ljivacElektrotehniki fakultet Osijek,Zavod za elektroenergetiku e-mail: sljivac@etfos.hrTel: 224-614; 224-651 Soba: 2-26; Ured ProdekanaELEKTRANE I EES ELEKTRANE I EESElektrotehniki fakultet Osijek1 LITERATURA OSNOVNE ZNAAJKE ELEKTRANA HIDROELEKTRANE TERMOELEKTRANE NUKLEARNE TERMOELEKTRANE TOKOVI SNAGA KRATKI SPOJELEKTRANE I EES ELEKTRANE I EESElektrotehniki fakultet Osijek2LITERATURA LITERATURA Jozsa, L.: Energetski procesi i elektrane,Interna skripta, ETF Osijek, 2005.Poglavlja: 3., 4., 5. i 6. Jozsa, L.: Tokovi snaga u mrei,skripta, ETF Osijek, 1993. (poglavlje: 1. - TS) Nikolovski, S., ljivac, D.: Elektroenergetske mree zbirka rijeenih zadataka, ETF Osijek, 2006. (poglavlje: 5. KS) Jozsa, L.: Kratki spoj, interna skripta, ETF Osijek, 2006.Skripte i zbirka su dostupne u knjinici fakulteta.Elektrotehniki fakultet Osijek31. OSNOVNE ZNA 1. OSNOVNE ZNA AJKE ELEKTRANA AJKE ELEKTRANA1.1. Openito o elektranama1.2. Energetske karakteristike elektrana1.3. Dijagrami optereenja elektraneElektrotehniki fakultet Osijek41.1. Openito o elektranamaElektrotehniki fakultet Osijek5Definicija i podjela elektrana Elektrane su postrojenja za proizvodnju veih koliina elektrine energije. Za pogon generatora kao izvora elektrine energije predvieni su u svakoj elektrani pogonski strojevi (vodne turbine, parne turbine, plinske turbine, motori sa unutranjim izgaranjem, elisa za pogon vjetrom). Osim pogonskih strojeva i generatora (pogonski stroj i generatorine agregat), postoje i ostali ureaji i naprave koji su potrebni za pogon tih strojeva, za regulaciju, kontrolu, upravljanje i druge namjene. Osnovna podjela elektrana: 1. Hidroelektrane (HE), 2. Termoelektrane (TE) 3. Vjetroelektrane (VE)Elektrotehniki fakultet Osijek6 Hidroelektrane: postrojenja u kojima se potencijalna energija vode pretvara u elektrinu (i elektrane koje se koriste plimom i osekom.) Termoelektrane: postrojenja koja upotrebljavaju razliita goriva ili toplinu Zemlje za proizvodnju elektrine energije (parne, dizelske, plinske, nuklearne i geotermalne elektrane). Vjetroelektrane: iskoritava se kinetika energija zraka. Osnovni zadatak elektrana: proizvesti potrebnu koliinu energije u trenutku kad je potroa trai. S obzirom da ne postoji mogunost akumuliranja veih koliina elektrine energije, proizvodnja elektrine energije mora u svakom trenutku biti jednaka potranji. Elektrane trebaju biti u mogunosti udovoljiti tom zahtjevu. Danas se elektrane rijetko grade kao izolirana postrojenja, vekao dio nekog EES, a nain njihovog rada ovisi o radu drugih elektrana i o potranji svih potroaa u sustavu.Elektrotehniki fakultet Osijek7Dnevni dijagram optereenjaElektrane koje pokrivaju potronju prikazanu gornjim dijelom dnevnog dijagrama optereenja nazivaju se vrnim elektranama, a one koje imaju zadatak da rade za potronju u donjem dijeludijagrama, temeljnim elektranama. Elektrotehniki fakultet Osijek8 Uloga i reim rada pojedine elektrane u elektroenergetskom sustavu ovise:1. O sposobnosti elektrane da se prilagodi brzim promjenama optereenja (najbolje se mogu prilagoditi akumulacijske HE i TEs plinskim turbinama); 2. O ispunjenju zahtjeva da se potrebna energija proizvede uz to nie trokove (maks. iskoritenje raspoloive vode, to vea proizvodnja u TE s malim specifinim trokovima za gorivo). Uloga elektrana nije unaprijed vrsto odreena:U kinom razdoblju godine velika veina HE (osim onih s vrlo velikim akumulacijama) rade kao temeljne, a TE se to vie koriste kao vrne. U sunom razdoblju uloge se zamjenjuju. Uloga elektrane mijenja se i s razvojem sustava: Starije TE rade sve vie kao vrne (jer imaju vee specifine trokove za gorivo); Nove termoelektrane preuzimaju ulogu temeljnih.Elektrotehniki fakultet Osijek91.2. Energetske karakteristike elektranaElektrotehniki fakultet Osijek10 Instalirana snagaOsnovna karakteristika svake elektrane. Definira se kao aritmetika suma nazivnih snaga generatora (u MVA) odnosno kao aritmetika suma snaga turbina, mjerenih na stezaljkama generatora (u MW). Ona predstavlja nazivnu snagu elektrane. Maksimalna snagaNajvea snaga koju neka elektrana kao cjelina moe proizvesti uz pretpostavku da su svi njezini dijelovi sposobni za pogon. Za HE se uz ovo pretpostavlja i da su protok i pad optimalni, a za TE da joj stoji na raspolaganju dovoljna koliina goriva (ugljena, nafte...) odreene kvalitete i dovoljna koliina vode normalne temperature i istoe za hlaenje kondenzatora.Pri odreivanju maksimalne snage ne postavlja se zahtjev da se postigne optimalni stupanj djelovanja, ali se uzimaju u obzirutjecaji svih dijelova postrojenja. Razlikuje se maksimalna snaga na stezaljkama generatora (maksimalna bruto-snaga) i maksimalna snaga na pragu (maksimalna neto-snaga).Elektrotehniki fakultet Osijek11 Raspoloiva snaga Najvea snaga koju elektrana moe proizvesti u nekom trenutku, polazei od stvarnog stanja u elektrani (kvarovi, popravci i pregledi), a uz pretpostavku da nema ogranienja zbog proizvodnje jalove snage. Pri odreivanju raspoloive snage treba kod HE uzeti u obzir raspoloivi dotok i pad, a kod TE kvalitetu goriva, koliinu i temperaturu vode. I ovdje se razlikuje raspoloiva snaga na stezaljkama generatora i na pragu elektrane. Maksimalno i minimalno godinje optereenje elektraneOdreuje se iz pogonskih podataka elektrane ili iz konstruirane godinje krivulje trajanja optereenja. Za elektrane koje rade u veim EES maksimalno je godinje optereenje jednako ili skoro jednako maksimalnoj snazi, dok je minimalno optereenje jednako nuli (zbog godinjeg pregleda). Dakle, odnos izmeu maksimalnog i minimalnog optereenja za elektrane nema znaenja.Elektrotehniki fakultet Osijek12 Faktor optereenja elektrane mOmjer elektrine energije proizvedene u promatranoj godini i elektrine energije koja bi se proizvela da je elektrana kroz cijelu godinu bila pod maksimalnim optereenjem. Pg,max- maksimalno optereenje elektrane u tijeku promatrane godine u MW, Wg- godinja proizvodnja elektrane u MWh u istomrazdoblju Faktor iskoritenja n dobiva se iz prethodnog izraza ako se umjesto Pg,maxuvrsti maksimalna snaga elektrane Pe,max:,max8760 geWnP=,max8760 ggWmP=Elektrotehniki fakultet Osijek13 Trajanje koritenja:Optereivanje odnosno iskoritavanje elektrane esto se karakterizira trajanjem koritenja maksimalnog godinjeg optereenja tg,maxi trajanjem koritenja maksimalne snage te,max.Ove dvije veliine definiraju se kao vrijeme potrebno da se snagom Pg,max, odnosno snagom Pe,maxproizvede energija Wg. Ni tg,maxni te,maxne predstavljaju stvarno trajanje pogona elektrane, ve samo vrijeme koje bi bilo potrebno da se uz maksimalno optereenje, odnosno maksimalnu snagu, proizvede koliina energije Wg. Trajanje koritenja akumulacijskih HE je 2000 3000 h/god, protonih i do 6000 h/god, a TE izmeu 1000 (stare) i 6500 h/god (nove).,max,maxgggWtP=,max,maxgeeWtP=Elektrotehniki fakultet Osijek141.3. Dijagrami optereenja elektraneElektrotehniki fakultet Osijek15 U EES postoji velik broj potroaa razliitih karakteristika, zbog kojih se i potranja tijekom dana mijenja. Tim promjenama mora biti prilagoen EES s elektranama koje su u njega ukljuene. Osnovu za upoznavanje zahtjeva potroaa, a prema tome i polaznu toku za projektiranje, izgradnju i pogon elektrana, predstavlja dnevni dijagram potranje odnosno optereenja. Dnevni dijagram potranje (optereenja) pokazuje kako se potranja (optereenje) mijenja tijekom dana. O dnevnom dijagramu za potranju govori se kad se promatra promjena sa strane potroaa, a o dnevnom dijagramu optereenja kad se gleda sa strane elektrana, rasklopnih postrojenja ili vodova. Dnevni dijagrami u svakom EES imaju svoj karakteristian oblik koji ovisi o danima u tjednu, o godinjem dobu, o vrsti potroaa, o razvijenosti zemlje itd. Elektrotehniki fakultet Osijek160200400600800100012001 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23t (h)P (MW)ZagrebSplitOpatijaOsijekDnevni dijagrami srednjeg satnog optereenja karakteristine srijede u prosincu 2000.g. u nekim hrvatskim gradovimaElektrotehniki fakultet Osijek17 Pomou triju podataka: Pmin, Pmax, Wdmogu se odrediti dvije veliine koje karakteriziraju dnevni dijagram optereenja:1.Dnevni faktor optereenja m: definiran je kao omjer izmeu energije Wdi energije koja bi se mogla proizvesti snagom Pmaxtijekom 24 sata :2.Omjer minimalnog i maksimalnog optereenja m0: Na osnovi analize ostvarenih dijagrama optereenja moe se pokazati da izmeu faktora optereenja mi veliine m0 postoji priblian odnos:max24PWmd=maxmin0PPm=( )300, 8 1, 0 m m = Dnevni dijagram optereenjaElektrotehniki fakultet Osijek182. HIDROELEKTRANE 2. HIDROELEKTRANE2.1. Openito o hidroelektranama2.2. Dijelovi hidroelektrana2.3. Tipovi hidroelektrana2.4. Karakteristike hidroelektrana2.5. Hidroenergetski potencijal u svijetu i HRElektrotehniki fakultet Osijek192.1. Openito o hidroelektranamaElektrotehniki fakultet Osijek20Definicija HE Hidroelektrane su postrojenja u kojima se potencijalna energija vode pomou vodnih turbina i elektrinih generatora pretvara u elektrinu energiju. U sastav hidroelektrane idu i svi objekti i dijelovi koji slue za skupljanje, dovoenje i odvoenje vode, za pretvaranje mehanike u elektrinu energiju i za transformaciju i razvod elektrine energije. Razlikuju se sljedei karakteristini dijelovi hidroelektrane:- brana ili pregrada, - zahvat, - dovod, - vodna komora ili vodostan, - tlani cjevovod, - strojarnica i - odvod vode. Prema tipu HE mogu neki od ovih dijelova potpuno izostati, a u drugim sluajevima moe isti dio preuzeti vie funkcija.Elektrotehniki fakultet Osijek21Podjela HE Hidroelektrane mogu se podijeliti: prema padu, nainu koritenja vode, volumenu akumulacijskog bazena i prema smjetaju strojarnice. Prema visini pada razlikuju se:1. Niskotlane HE (pad do 25 metara), 2. Srednjetlane HE (od 25 do 200 m) i 3. Visokotlane HE (iznad 200 m).1.Niskotlane HE grade se kao rijena i kanalna postrojenja zaspecifine padove do 1m/km. Pri tome je karakteristino da im cjelokupni pad stoji na raspolaganju neposredno kod elektrane, bez potrebe za tlanim dovodima i cjevovodima. Ovakve hidroelektrane najee nemaju mogunost akumuliranja vode i upotrebljavaju se kao protone HE za pokrivanje osnovnog optereenja.Elektrotehniki fakultet Osijek222. Srednjetlane HE se od niskotlanih razlikuju samo u tome to im gornja voda zbog veih padova (od 1 do 5 m/km) nije neposredno uz elektranu. Ovdje se voda od zahvata dovodi kraim tlanim cjevovodom. Tlani cjevovod i elektrana u ovom sluaju ine jednu cjelinu. Ovakve elektrane najee se grade na mjestima gdje rijeka stvara petlju koja se tada presijee. 3. Visokotlane HE najee su derivacijske. Kod ovih elektrana su zahvat i strojarnica prostorno odijeljeni jer se voda iz akumulacijskog bazena dovodi do turbina cjevovodom dugakim i vie kilometara. Grade se u brdovitim krajevima za padove vee od 5 m/km. S obzirom na nain koritenja vode postoje:1. Protone HE u kojima se voda iskoritava kako dotjee i 2. Akumulacijske HE u kojima se dio vode akumulira, da bi se mogla iskoristiti kad se pojavi potreba.Elektrotehniki fakultet Osijek23 Prema veliini akumulacijskog bazena razlikuju se:1. HE s dnevnom akumulacijom(punjenje akumulacije nou, a pranjenje danju), 2. HE sa sezonskom akumulacijom(punjenje u kinom, a pranjenje u sunom razdoblju), 3. HE s godinjom akumulacijom(punjenje u kinim, a pranjenje u sunim godinama). Prema smjetaju strojarnice dijele se hidroelektrane na:1. Pribranske (strojarnica smjetena neposredno uz branu) i 2. Derivacijske. Posebne vrste hidroelektranapredstavljaju:1. Crpno - akumulacijske HE i 2. HE koje iskoritavaju plimu i oseku.Elektrotehniki fakultet Osijek242.2. Dijelovi hidroelektranaElektrotehniki fakultet Osijek252.2.1. Brane ili pregrade Brane ili pregrade su graevine koje imaju viestruku namjenu: - da skrenu vodu s njezinog prirodnog toka prema zahvatu HE, - da povise razinu vode radi veeg pada i - da akumuliraju vodu. Dva su osnovna tipa brana:- visoke (visina od temelja do krune vea od 15 m, ili visina vea od 10 m ali s krunom duom od 500 m) i - niske (sve ostale). Brane, ovisno o materijalu od kojega se grade, mogu biti:- masivne (grade se od kamena, a ee od armiranog betona) i - nasute (zemljane, a grade se od homogenog ili nehomogenog materijala). Elektrotehniki fakultet Osijek26 Prema konstrukciji, masivne se brane mogu podijeliti na:- gravitacijske (odupiru se optereenju vode i drugih sila vlastitom teinom), - lune (u obliku zakrivljenih ploa preko kojih se optereenje dijeli na temelje, dno i bokove) i - ralanjene (ine ih vie elemenata, odnosno stupova ili potpora na koje se naslanjaju betonske ploe ili svodovi). Lune brane ponekad imaju neke elemente gravitacijske brane, pa se zovu luno-gravitacijske. Nasute brane najee se grade od nehomogenog materijala u slojevima od gline do kamenog nasipaElektrotehniki fakultet Osijek271 Kruna brane; 2- Preljev; 3- Kontrolni hodnik; 4- Kontrolne prostorije; 5- Zapornica; 6- Temeljni ispustLuno gravitacijska branaElektrotehniki fakultet Osijek28Nasuta brana1- Kameni nasip; 2- Glinena jezgra; 3- Zavrni nasip; 4- Filtarski slojeviElektrotehniki fakultet Osijek29Brana Brana Three Gorges Three Gorges (Tri klisure) (Tri klisure) Kina, rijeka Yangtze Duga skoro 2 km 175 m visoka. 25-75 milijarde $. 20 godina izgradnje Zavretak izgradnje2009. Jezero 640x1.6 km, Snaga 26x700 MW. Potopit e se 160 gradova, i 1500 sela (preko milijun ljudi)Elektrotehniki fakultet Osijek302.2.2. Zahvat Zahvat ima zadatak da vodu zaustavljenu od pregrade primi i uputi prema centrali. Razlikuju se dva osnovna tipa zahvata: - zahvat na povrini i - zahvat ispod povrine vode. Zahvat na povrini vode izvodi se kada je pregrada niska pa je razina vode iza pregrade praktiki konstantna. Prolaz vode kroz zahvat regulirase zapornicama. Zahvat ispod povrine vode izvodi se kada se razina vode tijekom godine mijenja (akumuliranje vode u kinom i njezino iskoritavanje u sunom periodu). U ovom sluaju zahvat treba postaviti na najniu toku do koje e se sputati razina vode.Elektrotehniki fakultet Osijek31Zahvat na povrini (HE Kraljevac) Elektrotehniki fakultet Osijek32Zahvat ispod povrine vode(jezero Bajer za HE Vinodol) Elektrotehniki fakultet Osijek332.2.3. Dovod Dovod spaja zahvat s vodostanom ili vodnom komorom. Moe biti izgraen kao kanal ili tunel. To ovisi o topografiji terena kojim sedovod vodi i o pogonskim zahtjevima koji se postavljaju HE. Tunel se moe izvesti kao gravitacijski i kao tlani. - Gravitacijski tunel voda ne ispunja pa je za promjenu dotjecanja vode potrebno mijenjati otvor na zahvatu. - Tlani tunel ispunjen je vodom na cijelom svom profilu i za promjenu dotjecanja vode nijepotrebno nikakvo djelovanje na zahvatu. HE su znatno elastinije u pogonu kad imaju tlani dovod nego kad imaju gravitacijski jer mogu bez ikakvih manipulacija slijediti promjene optereenja.Elektrotehniki fakultet Osijek342.2.4. Vodostan ili vodna komora Vodostan ili vodna komora nalazi se na kraju dovoda. Kad je dovod gravitacijski, potreban je vodostan dovoljnogvolumena, kako bi mogao posluiti kao spremnik vode u sluajunaglih promjena optereenja. Ako HE ima tlani dovod, moe se vodostan izvesti kao proirenje na kraju toga dovoda. Ovakva vodna komora mora biti takvih dimenzija da uslijed promjena optereenja tlak u dovodu ne poraste iznad dozvoljenih granica, odnosno da se razina vode ne spusti ispod najvie toke ulaza u tlani cjevovod.Elektrotehniki fakultet Osijek35Vodna Vodna komora komora(pred HE(pred HE Fu Fu ine ine uu sistemu HE Vinodol) sistemu HE Vinodol)Elektrotehniki fakultet Osijek362.2.5. Tlani cjevovod Tlani cjevovod slui za voenje vode iz vodostana ili vodne komore do turbina. U pravilu izraen je od elika, a za manjepadove i od betona. Prema svom smjetaju tlani cjevovod moe biti poloen po povrini i u tunelu. Cjevovod u tunelu moe:- biti slobodno poloen (kada tunel slui samo kao prostor za smjetaj cjevovoda) ili - prilijegati uz stijene tunela (i to bilo tako da naprezanja preuzima samo stjenka cjevovoda ili tako da ih preuzima djelomino i okolna stijena). Na ulazu u cjevovod uvijek postoji zaporni organ ija izvedbaovisi o tlaku koji vlada na poetku cjevovoda. Elektrotehniki fakultet Osijek37 Najvaniji je sigurnosni zaporni organ koji ima zadatak automatski sprijeiti daljnje dotjecanje vode u cjevovod, u sluaju da pukne cijev. Ispred sigurnosnog zapornog organa postavlja se pomoni zaporni organ koji omoguuje pregled i popravke nasigurnosnom organu bez pranjenja dovodnog tunela ili dovodnog kanala. Postavljanje zapornih organa na dnu tlanog cjevovoda ovisi o broju turbina koje su spojene na jedan cjevovod i o pogonskimzahtjevima koji se postavljaju HE.Elektrotehniki fakultet Osijek1- Pomona zapornica2- Sigurnosna zapornica3- Ventil za zrak4- Obilazni cjevovod5- Tlani cjevovodPrikljuak tlanog cjevovoda382.2.6. Obilazni cjevovod Obilazni cjevovod nalazi se na poetku glavnog cjevovoda. On je predvien za postupno punjenje glavnog cjevovoda. Obilazni cjevovod ima puno manji promjer od glavnog jer se, zbog spreavanja oteenja, cjevovod puni samo s priblino 1/20 protoka u normalnom pogonu. Osim toga, zadatak je obilaznog cjevovoda da omogui izjednaenje tlakova ispred i iza zapornog organa na ulazu u cjevovod, jer bi bez tog izjednaenja bila potrebna vrlo velika snaga za otvaranje zapornog organa.Elektrotehniki fakultet Osijek392.2.7. Vodne turbine Energija koju ima neka tekuina (u naem razmatranju voda) to struji nekom brzinom sastoji se od energije tlaka, potencijalne i kinetike energije. Svaka od tih energija moe se pretvoriti na pogodan nain u drugi oblik, koji se pomou strojeva transformira u mehaniku energiju. Najjednostavniji su takvi strojevi vodenika kola, a ona se izvode za iskoritavanje kinetike energije ili su tjerana pomou potencijalne energije. Elektrotehniki fakultet Osijek40Skice vodenikih kola: a) iskoritavanje kinetike energijeb) iskoritavanje potencijalne energijeElektrotehniki fakultet Osijek41U po U po etku... etku...Kineska obradaKineska obrada elika elikaElektrotehniki fakultet Osijek42H Hi idro droenergija energija1700 1700te te ~ ~ rane rane 1800 1800te te Bernard Forest de BlidorArchitecture Hydraulique, Elektrotehniki fakultet Osijek43 Prva vodna turbina u dananjem smislu postavljena je 1837. godine u Francuskoj. To je Fourneyronova turbina, nazvana po njezinom konstruktoru. Snaga joj je bila 60 KS. Fourneyronova vodna turbinaS- stator, R- rotor44Osnovna podjela vodnih turbina Danas se u osnovi grade dva tipa vodnih turbina: 1. Pretlane (ili reakcijske) i 2. Turbine slobodnog mlaza (ili akcijske turbine). Pretlanim turbinama nazivaju se vodne turbine u kojima je tlak na ulazu u rotor vei od onoga na njegovom izlazu, to odgovara reakcijskim parnim turbinama. U pretlanim tur-binama, naime, dio se energije tlaka transformira u kinetiku energiju u statoru, a dio u rotoru. U turbinama slobodnog mlaza tlak je na ulazu u rotor jednak kao i na njegovom izlazu. To odgovara akcijskim parnim turbinama, jer se sva energija tlaka transformira u kinetiku energiju vode u statoru.45Vodne turbine Akcijske slino vodenom tokuudubljene lopatice - okreu se u zrakuza velike padove (okomito >10 m),za velike tlakove Reakcijske za velika postrojenja lopatice sline elisi broda potopljene u vodiza male padove, pri velikom protoku i malom tlakuElektrotehniki fakultet Osijek46T Turbin urbina slobodnog mlaza (akcijska) a slobodnog mlaza (akcijska)Pretla Pretla na (reakcijska) na (reakcijska) t turbin urbina aElektrotehniki fakultet Osijek47 Tipovi pretlanih (reakcijskih) turbinaFrancisova (konstruirao Amerikanac Francis 1847.)Kaplanova (konstruirao eh Kaplan 1922., rotorske lopatice mogu se pomicati da bi se bolje prilagodile uvjetima strujanja).Propelerna (Kaplanova s nepominim rotorskim lopaticama)Francisove turbine izvode se s horizontalnom i s vertikalnom osovinom, a Kaplanove i propelerne turbine samo s vertikalnom osovinom. Tipovi turbina slobodnog mlaza (akcijskih)Peltonova (konstruirao Amerikanac Pelton 1878., jedini tip koji se danas izvodi, izvodi se s jednom i s vie mlaznica)Elektrotehniki fakultet Osijek48Skica Francisove turbine shorizontalnomosovinomSkica Kaplanove turbineSkica Peltonove turbines dvije mlazniceElektrotehniki fakultet Osijek49Elektrotehniki fakultet OsijekFrancisova turbina50Elektrotehniki fakultet OsijekKaplanova turbina51Elektrotehniki fakultet OsijekPeltonova turbina52Energetske prilike u vodnoj turbini Za odreivanje snage vodne turbine polazi se od ope jednadbe stacionarnog strujanja tekuine (Bernoullijevajednadba), koja uz zanemarenje trenja ima poznati oblik:(2.1.)gdje su:p tlak u okolini elementa mase vode koja struji (N/m2=kgm/s2m2), specifina masa tekuine (kg/m3),h visina promatranog elementa tekuine iznad referentnog nivoa (m),c brzina strujanja tekuine (m/s),w0 specifina energija tekuine (m2/s2)..2102const w c ghp= = + +Elektrotehniki fakultet Osijek53 Svim lanovima jednadbe (2.1) dimenzija je m2/s2, to odgovara kvadratu brzine. Ta dimenzija odgovara specifinoj energiji, jer energija ima dimenziju kgm2/s2, a specifina se energijaodnosi na jedinicu mase. Prvi je lan specifina energija tlaka, drugi specifina potencijalna energija, a trei izraava specifinu kinetiku energiju tekuine. Specifina energija w0ukupna je specifina energija tekuine koja se ne mijenja strujanjem jer je zbroj svih specifinih energija konstantan, to je u skladu sa stavkom o odranju energije. Moe se w0shvatiti i kao snaga elementa mase vode (M = 1 kg/s).Elektrotehniki fakultet Osijek54Skica HE smalimpadomKako bi dobili sliku o energetskim prilikama u hidroelektrani, razmotrimo najprije prilike u HE s malim padom.Elektrotehniki fakultet Osijek55Element mase vode (1 kg/s) kree se od toke A do toke B. Snaga toga elementa mase u toki A u komori pred ulazom u turbinu je:(2.2) Snaga tlaka pA/ posljedica je stupca vode h'Aiznad toke A i tlaka okoline p0pa je:(2.3) S druge strane, nakon izlaska iz hidroelektrane u odvodni kanal, element mase vode u toki B ima snagu:(2.4)AA AAghc pP + + =22`202A AAAgh ghc pP + + + =BB BBghc pP + + =22Elektrotehniki fakultet Osijek56 Uzevi i sada u raun stupac vode iznad toke B (hB) i tlak okoline (p0) na povrinu vode u odvodnom kanalu moe se prethodna jednadba napisati u obliku(2.5) Razlika izmeu PAi PBje snaga koja se dade iskoristiti u turbini po jedinici mase:(2.6) Razlika izmeu razina vode na strani dovoda (gornja voda) i na strani odvoda (donja voda)naziva se bruto-pad HE (Hb):(2.7)B BBBh g ghc pP + + + =220)2 ( )2 (2 21gch h ggch h g P P PBB BAA A B A h+ + + + = = ) (3 2 s kgm) ( ) (B B A A bh h h h H + + =Elektrotehniki fakultet Osijek57 Time je jedinina iskoristiva snaga vode u vodnoj turbini:(2.8) Drugi i trei lan u zagradi izraza (2.8) imaju dimenziju duljine u (m) i takvi se lanovi nazivaju visine brzine. Drugi je lan visina brzine na dovodnoj, a trei visina brzine na odvodnoj strani. (Naime, kvadrat brzine podijeljen dvostrukim ubrzanjem Zemljine sile tee jednako djeluje na snagu kao i stupac vodevisok onoliko kolika je visina brzine.) Izraz u zagradi jednadbe (2.8) raspoloivi je ili neto-pad (Hn), pa je snaga elementa vode:(2.9) |||

\| + =gcgcH g PB Ab h2 22 21n hgH P =1 ( )3 2 s kgmElektrotehniki fakultet Osijek58 Mnoi li se ta snaga sa ukupnom masom vode M ( kgs-1), koju moemo prikazati kao produkt gustoe (kg/m3) i protoka Q (m3/s), za turbinu e raspoloiva snaga biti:odnosno (W) (2.10) S obzirom da je za vodu koja slui za pogon vodnih turbina doputeno uz vrlo veliku tonost uzeti da je = 1000 kg/m3, raspoloiva se snaga u praksi odreuje iz izraza:(kW)(2.11) U razmatranom sluaju bio je prikazan smjetaj vodne turbine u HE u kojoj se voda iskoritava na malom bruto-padu, pa su u proraunu neto-pada zanemareni gubici pri dovodu vode turbini, to je i dopustivo u takvim prilikama. ( )3 2 s kgmn h hQH g MP P = = 1n hgQH P =Elektrotehniki fakultet Osijek59Skica HE s velikim padom Ako je rije o veim padovima, voda se turbini dovodi kanalom ili tunelom pa zatim cjevovodom. Ovdje gubitke u odvodu i dovodu treba uraunati kad se odreuje neto-pad.Elektrotehniki fakultet Osijek60 Najprije treba razlikovati prirodni bruto-pad Hbod iskoristivog bruto-pada Hb. Oni se meusobno razlikuju za gubitke pada u dovodu vode hRdod vodotoka iz kojeg se uzima voda za energetsko iskoritavanje i za gubitke pada hR0od hidroelektrane do mjesta u vodotoku gdje se vraa energetski iskoritena voda. Iskoristivi bruto-pad je prema tome:(2.12) Gubici pada su mjera za gubitke energije, odnosno snage vode pri strujanju dovodnim i odvodnim kanalom ili tunelom, jer su gubici energije odreeni relacijama whd= ghrd, odnosno wh0= ghR0.Elektrotehniki fakultet Osijek0 R Rd b bh h H H =61 Da bi se odredio neto-pad iskoristiv u vodnoj turbini, treba dakle poi od bruto-pada Hb. Kad bi se postupilo na ve opisani nain, dolo bi se do izraza za neto-pad:(2.13)gdje je: c0- brzina vode na ulazu u cjevovodcA- brzina vode na ulazu u turbinucB- brzina vode na izlazu iz difuzora turbinehRc- visina gubitka u cjevovodu Gubici u cjevovodu su mjera za gubitke energije, odnosno snage u cjevovodu, te je obino dopustivo zanemariti visinu brzine c0(2.14)RcB Ab nhgcgcH H + =2 22 2RcB Ab nhgcgcgcH H + + =2 2 22 2 20Elektrotehniki fakultet Osijek62Efektivna snaga vodne turbine Pri prolasku vode kroz turbinu nastaju gubici te turbina nije sposobna dati svu raspoloivu snagu. Gubici se uzimaju u obzir stupnjem djelovanja turbine tkoji se dobiva umnokom hidraulikog (h), volumetrijskog (v) i mehanikog (m) stupnja djelovanja. Hidrauliki stupanj djelovanja uzima u obzir gubitke u statoru, rotoru, difuzoru i na izlazu iz difuzora, te neiskoritenu energiju zbog otjecanja vode brzinom cB, tj. kinetikom energijom cB2/2g, to takoer predstavlja gubitak. Volumetrijskim stupnjem djelovanja uzima se u obzir injenica da sva voda koja ulazi u stator turbine ne prolazi i kroz njezin rotor ve kroz raspore izmeu statora i rotora.Elektrotehniki fakultet Osijek63 Mehaniki stupanj djelovanja karakterizira mehanike gubitke koji nastaju uslijed trenja u leajevima i brtvama turbine, uslijed ventilacije zbog okretanja rotora, uslijed otpora vode u prostoru izmeu rotora i kuita u koje dolazi voda koja izaziva volumetrijske gubitke. Stoga je efektivna snaga turbine koju ona ima na osovini: (kW) (2.11-a) Srednje vrijednosti stupnjeva djelovanja u najpovljnijem podruju rada:h t t n m v h n eP gQH gQH P = = =Elektrotehniki fakultet Osijek64Uvjeti slinog rada i specifini broj okretaja Zbog nemogunosti tonog prorauna strujanja i gubitaka koji su posljedica strujanja, potrebno je u veini sluajeva upotrijebiti modele koji su slini izraenim turbinama. Modelsko ispitivanje provodi se na modelu smanjenih dimenzija, a za vodne turbine ono se obavlja s padom vode koji se redovito razlikuje od onog s kojim e raditi izvedena turbina. U modelu vodne turbine moraju se ostvariti takve prilike strujanja da se postigne potpuna slinost sa strujanjem u izvedenoj turbini. Elektrotehniki fakultet Osijek65Zamislimo dvije geometrijski sline turbine T' i T'', u kojima se voda pri brojevima okretaja ni niskoritava na neto padovima Hn' iHn.Na slici su:c - brzina vode pri udaru od lopaticuu - obodna brzina rotoraw - relativna brzinaDi D promjeri turbina T' i T' omjer pomjera turbina T' i Tk omjer slinosti trokuta brzinaElektrotehniki fakultet OsijekPrikaz slinosti vodnih turbina66 Moe se pokazati da za geometrijski sline turbine vrijede slijedei izrazi za omjere njihovih brojeva okretaja, protoka i raspoloivih snaga:(2.15)(2.16)(2.17) Za efektivne snage gornji omjer snaga zbog nejednakosti stupnjeva djelovanjati tne vrijedi. 2nnH Q DQ H D | |= | \ 3'"2'"'"|||

\||||

\|=nnhhHHDDPP'""''"nnHHDDnn=Elektrotehniki fakultet Osijek67 Primijene li se ovi izrazi na istu turbinu (D= D), moe se ispitati promjena broja okretaja, protoka i snage uz promijenjene uvjete rada turbine: (2.18) Zadnji izraz, s obzirom na to da se radi o istoj turbini, te ako se uzpromijenjene uvjete rada pretpostavlja i isti stupanj djelovanja t, vrijedi priblino i za efektivnu snagu: (2.19)nnH nn H = nnH QQ H = h n nh n nP H HP H H = e n ne n nP H HP H H Elektrotehniki fakultet Osijek68 Model koji je prilikom ispitivanja dao dobre rezultate moe posluiti kao uzorak pri izvedbi velikog niza turbina jer je dovoljno promijeniti omjer geometrijske slinosti . Takve turbine, koje se razlikuju po dimenzijama, radit e uz razliite padove, davat e razliite snage i imat e razliite brojeve okretaja. U svrhu utvrivanja pripadnosti turbine stanovitom nizuuveden je pojam specifinog broja okretaja. Specifini broj okretaja je broj okretaja modelne turbine koja ima toliki promjer (npr. ulazni promjer rotora pretlane turbine, odnosno srednji promjer lopatinog kola turbine slobodnogmlaza) da uz neto-pad od Hnm= 1 m iskoritava protok od Qm=1 m3/s.Elektrotehniki fakultet Osijek69 Ako turbinu T smatramo modelnom, a T turbinom koja joj je geometrijski slina, specifini broj okretaja nqje:(2.20) Tu se veliine D, n i Hnodnose na geometrijski slinu turbinu. U tu jednadbu za modelnu turbinu za pad Hnmupisana je vrijednost 1 m, da bi se odrala dimenz. ispravnost izraza. Analogno tome na temelju jednadbe (2.16) - postavlja se relacija za protok koja vrijedi za modelnu turbinu:(2.21)1q mm nDn n nD H= =nmm qH DDQ Q Q112||

\|= = =Elektrotehniki fakultet Osijek70 Pri tome je Qqprotok kroz modelnu (Qq=1 m3/s), a Q protok kroz geometrijski slinu turbinu. Ako se iz (2.21) odredi omjer Dm/D i uvrsti u (2.20) dobije se:(min-1) ili (s-1) (2.22) Oba su omjera (Q/1 i 1/Hn) bez dimenzije, pa specifini broj okretaja ima dimenziju broja okretaja (brzine vrtnje), odnosnodimenziju koju ima i n. Uobiajeno je da se broj okretaja navodi u (min-1) - to nije sukladno SI sustavu jedinica (s-1) - te da se izraz za specifini broj okretaja pie bez jedinica u brojniku i nazivniku.3411qnQn nH| |= |\ 34qnQn nH=Elektrotehniki fakultet Osijek71 Specifini broj okretaja u poetku razvoja vodnih turbina bio je drugaije definiran, naime kao broj okretaja modelne turbine tolikog promjera da uz pad od Hnm=1m razvija efektivnu snaguPem=1KS. Uz tu definiciju specifini broj okretaja je:(2.23) Prethodno navedeni izraz za omjer raspoloivih snaga (2.17) uz pretpostavku jednakih stupnjeva djelovanja modelne i sline moe se primijeniti i na efektivne snage u obliku:(2.24)1s mm nDn n nD H= =3211memnDP PD H| || |= = ||\ \ Elektrotehniki fakultet Osijek72 Ako se iz jednadbi (2.23) i (2.24) eliminira omjer Dm/D , nastaje izraz: (2.25)gdje se snaga uvrtava u KS. Specifini broj okretaja definiran na ovaj nain ima dva nedostatka:- snaga se unosi u jedinicama koje nisu u skladu sa SI sustavom, - ovisi o stupnju djelovanja turbine t. Kako turbina efektivnu snagu od Pem= 1 KS moe proizvesti uz razliite brojeve okretaja, specifinim brojem okretaja modelne turbine smatra se onaj uz koji je stupanj djelovanja maksimalan. 41 11sn nPn nH H=4sn nPn nH H=Elektrotehniki fakultet Osijek73Ovisnost stupnja djelovanja modelne turbine o broju okretaja uz konstantnu efektivnu snagu Pem= 1KS Ta dva specifina broja okretaja nqi ns nisu meusobno jednaka. Moe se pokazati da meu njima postoji odnos:(2.26)3, 65stqnn =Elektrotehniki fakultet Osijek74 S obzirom na specifini broj okretaja nskoji se esto naziva koeficijentom brzohodnosti, turbine se klasificiraju prema tzv. brzohodnosti: - Peltonova ima specifini broj okretaja= 2 60 min-1, - Francisova = 50 500 min-1, - Kaplanova i propelerna = 450 1200 min-1. S obzirom na specifini broj okretaja nq, turbine se mogu klasificirati u pogledu pada na osnovi slijedeeg razmatranja:- U planinskim podrujima s visokim padovima (iznad 100 m) uz relativno male koliine vode (drei broj okretaja na normalnoj, ekonominoj visini) iz jednadbe (2.22) se vidi, da senqs padajuim Q i rastuim H smanjuje. Prema tome, doi e u ovom podruju do primjene sporohodne turbine. Elektrotehniki fakultet Osijek75- U nizinskom podruju za vodnu energiju rijeka karakteristian je veliki protok Q i mala visina H, iz ega prema (2.22) rezultira veliki nq, tj. primjena Kaplanove ili propelerne turbine. - Iz izraza za nq(2.22) slijedi, meutim, da e i kod visokih padova doi u obzir Francisova turbina, ako jedovoljno velik, a Peltonova turbina moe doi u obzir i kod niih padova, ako je dovoljno malen. Iz razmatranja specifinih brojeva okretaja nqi ns, razliiti tipovi turbina mogu se klasificirati s obzirom na brzohodnost i pad, to je uinjeno u tablici na slijedeoj stranici.Elektrotehniki fakultet Osijek76Podjela vodnih turbina prema brzohodnosti i paduElektrotehniki fakultet OsijeksnH11 - 7 800 - 120018 11 600 80030 18 450 600 KAPLAN (PROPELERNA)50 - 30 350 - 500 extremno brzohodna80 50 250 350 brzohodna150 80 125 - 250 normalna300 150 50 - 125 sporohodna FRANCIS24 - 60 s 4 mlaznice17 - 42 s 2 mlaznicedo 2000 do 30 s 1 mlaznicom PELTONPad(m)Brzohodnost (min-1)VRSTA PRETLANE TURBINE77 Ako se uzmu u obzirsvi imbenici koji utjeu na izbor tipavodne turbine, moe se zakljuiti da se ograniena podruja primjene mogu preklapati.Podruje primjene vodnih turbinaElektrotehniki fakultet Osijek782.2.8. Generatori Generatori i turbine su smjeteni u strojarnici. Vodne turbine pogone generatore preko svojih vratila. Hidrogeneratori preteno se rade u vertikalnoj izvedbi zbog ekonominije izvedbe hidraulikog dijela elektrane. Generatori s horizontalnim vratilom susreu se u postrojenjima manje snage i kad dvije Peltonove ili Francisove turbine pogone jedan generator. Hidrogeneratori (sporohodni ili brzohodni) grade se s istaknutim polovima i do 500 MVA.Elektrotehniki fakultet Osijek79 U crpno-akumulacijskim hidroelektranama esto se susreu kombinacije pumpe, turbine i generatora na istom vertikalnom vratilu. U tom sluaju sinkroni stroj radi povremeno kaogenerator, a povremeno kao motor. Ima i sluajeva kad turbina radi kao pumpa. . 2.2.9. Strojarnica U strojarnici su osim agregata smjeteni i upravljaki pult i drugi pomoni ureaj za pogon, montau i popravke (npr. mosna dizalica). S obzirom na smjetaj strojarnice razlikujemo:- strojarnicu na slobodnom i - ukopanu strojarnicu (ako za to postoje sigurnosni, topoloki ili ekonomski razlozi).Elektrotehniki fakultet Osijek802.2.10. Rasklopno postrojenje Rasklopno postrojenje elektrane u veini sluajeva smjeteno je u samoj zgradi ili neposredno uz nju. Samo u iznimnim sluajevima rasklopno se postrojenje nalazi daleko od strojarnice.2.2.11. Odvod vode Odvod vode izveden je ili kao tunel ili kao kanal, a zadatak mu je da vodu nakon iskoritenja u turbinama vrati u korito vodotoka ili da je dovede do zahvata sljedee hidroelektrane. Elektrotehniki fakultet Osijek812.3. Tipovi hidroelektranaElektrotehniki fakultet Osijek82 Radi to racionalnijeg koritenja vodnih snaga treba prije izgradnje postrojenja izraditi detaljan osnovni projekt koritenja vodotoka, s kojim se rjeava nain njegova koritenja od izvora do ua, usklaivanjem razliitih zahtjeva za postizanje optimalnog rjeenja s obzirom na nacionalno gospodarstvo. Ti su zahtjevi:- energetsko koritenje vode, - zahtjeve poljoprivrede (natapanje, odvodnjavanje), - opskrbu vodom (za pie i napajanje stoke), - zahtjeve za sprjeavanje bujica, - odravanje riba i prirodnih ljepota, - osiguravanje mogunosti plovidbe i sl. Niz hidroelektrana uz ostala postrojenja na vodotoku (za natapanje i odvodnjavanje, za plovidbu i dr.) naziva se hidroenergetskim sustavom. Elektrotehniki fakultet Osijek83Hidroenergetski sustavi Dimenzije - veliki, mali, mikrosustavi Veliki definirani kao vei od 30 MW, najvee HE:Itaipu (Brazil i Paragvaj), rijeka Parana, jezero 170x7 km, 196 m visoka brana, snaga 18x700 MW (+2x700 MW u izgradnji), 75 TWh godinjeThe Three Gorges (tri klisure) u Kini, rijeka Yangtze, jezero 640x1.6 km, 175 m visoka brana, snaga 26x700 MW, izgradnja predviena do 2009., potopit e se 160 gradova, 1500 sela (preko milijun ljudi) Mali sustavi definirani od100 kW do 30 MW, dovoljnonpr. za potrebe industrije i manjih gradova. U Hrvatskoj instaliranoukupno 10 MW. Mikrosustavi definirani do100 kW, u porastu,ekoloki prihvatljivo. Elektrotehniki fakultet Osijek84MW sada planiranoTip:A lukE zemljom ispunjenaG gravitacionaR stijenjem ispunjenac - znaajan dio volumena jezera je prirodanVelike HENajvee betonske brane - visinaNajvee brane -visinaNajvee brane volumen materijalaNajvee akumulacije volumen vodeNajvee HE - snaga85 Nain izvedbe HE osim hidroenergetskog iskoritenja cijelog vodotoka i navedenih drugih uvjeta, ovisi jo i o topografskim i geolokim prilikama i o pogonskim zahtjevima koji se postavljajupostrojenju. Izbor tipa hidroelektrane ovisi o nizu faktora koji utjeu na racionalnu i ekonominu izgradnju postrojenja, pa je nemogue navesti pravila za izbor tipa postrojenja, te svaki konkretni sluaj trai specifino rjeenje. S obzirom na izvedbu, hidroelektrane moemo podijeliti na dvije velike skupine: - pribranske hidroelektrane i - derivacijske hidroelektrane. Elektrotehniki fakultet Osijek86Pribranske hidroelektrane imaju strojarnicu:- smjetenu uz branu, - smjetenu unutar same brane ili - je strojarnica izvedena kao dio brane. U svim tim sluajevima postaje nepotreban dovod, vodna komora i odvod, a zahvat i tlani cjevovod predstavljaju dio brane, odnosno strojarnice. Tu se mogu razlikovati dva krajnja sluaja:1. Strojarnica zamjenjuje dio brane (tu spadaju obino elektrane na velikim rijekama sa irokim koritom, kod kojih se radi o malom padu, pa brana ima razmjerno malu visinu) i 2. Strojarnica se nalazi u samoj brani ili u neposredno uz podnoje brane (u sluaju HE na vodotocima s uskim koritom.Elektrotehniki fakultet Osijek87Strojarnica zamjenjuje dio brane (HE Birsfelden na Rajni)Strojarnica u brani (HE L'Aigle na rijeci Dordogne u Francuskoj)Elektrotehniki fakultet Osijek88Elektrotehniki fakultet OsijekSmjetaj agregata u stupovima brane (HE Vuzenica na Dravi) Jedno je od moguih rjeenja da se kad je pad malen svaki od agregata postavi u jedan stup brane, pa se na taj nain dolazi do onoliko odvojenih strojarnica koliko ima agregata.89Ukopana strojarnica (HE Vinodol) Derivacijske HE imaju po pravilu sve dijelove S obzirom na dovod dijelimo ih na: - HE s tlanim dovodom i - HE s gravitacijskim dovodom Dalje se mogu razlikovati: - HE sa strojarnicom na otvorenom i - HE s ukopanom strojarnicom. Elektrotehniki fakultet Osijek90Shema crpno-akumulacijskihhidroelektrana1 donji bazen 2 gornji bazen3 generator4 turbina 5 crpka 6 cjevovod 7 zapornica8 elektrina mrea Crpno-akumulacijske HE su postrojenja koja za proizvodnju elektrine energije upotrebljavaju vodu pumpanjem akumuliranu u neki akumulacijski bazen.Elektrotehniki fakultet Osijek91 Razlikuju se crpno-akumulacijske hidroelektrane - s dnevnim akumuliranjem vode i - sa sezonskom akumuliranjem vode. U prvom sluaju voda se pumpa preko noi, koristei se za to energijom iz protonih hidroelektrana ili iz termoelektrana s niskimspecifinim trokovima za gorivo, da bi se akumuliranavoda iskoristila u vrijeme maksimalnog optereenja tijekom dana. U drugom sluaju, voda se pumpa u kinim razdobljima godine kad se pojavljuju vikovi energije u hidroelektranama ili kad su ekonomine termoelektrane slabo iskoritene; akumulirana se voda koristi u sunom periodu godine. Elektrotehniki fakultet Osijek92Presjek crpno-akumulacijske hidroelektraneElektrotehniki fakultet Osijek93 Dnevno akumuliranje vode primjenjuju se u prvom redu u EES u kojima su dominantne termoelektrane, jer se u sustavima sa znatnim udjelom hidroenergije pokrivanje optereenja u sunim razdobljima moe ekonominije rijeiti veom instaliranomsnagom hidroelektrana.Sezonsko akumuliranje, pak, koristi se u svimEES. Izgradnja crpno-akumulacijskih hidroelektrana moe biti naroito povoljna ako je visina pumpanja (crpljenja) manja od pada na kojem se koristi akumulirana voda. Stupanj djelovanja pump-no-akumulacijske hidroelektrane, ako se pumpanje i koritenje vode vri izmeu istih nivoa, iznosi naime samo 50 - 60%, ovisno o padu. Crpno-akumulacijske HE vrlo su pogodne, osim toga kao rezerva u sustavu TE.Elektrotehniki fakultet Osijek94 Elektrane koje koriste energiju plime i oseke za pogon turbina predstavljaju posebnu vrstu HE. Za energetsko iskoritavanje plime i oseke potrebno je odabrati pogodan zaljev ili ue rijeke na obali na kojoj se javljaju velike amplitude plime i oseke (7 12m), na kojem postoji mogunostizgradnje brane i gdje je dovoljno veliki akumulacijski bazen. Postrojenja s jednostrukim iskoritenjem. Najjednostavniji nain koritenja energije plime i oseke postie se sustavom jednog bazena i turbinama koje rade samo u jednom smjeru strujanja. U sluaju prikazanom na slici bazen se puni za vrijeme plime kroz zapornice, a prazni za vrijeme oseke kroz turbine. Razlika nivoa izmeu bazena i morske povrine energetski se koristi samo za vrijeme oseke.Elektrotehniki fakultet Osijek95Shema koritenja energije plime i oseke; sistem jednog bazena s turbinama koje iskoritavaju strujanje samo u jednom smjeru Umjesto toga mogao bi se puniti bazen za vrijeme plime prolazom vode kroz turbine, a prazniti ga za vrijeme oseke kroz zapornice, ali tada je mogua proizvodnja neto manja. To je zbog toga to obale bazena nisu okomite, pa za sluaj energetskog koritenja za vrijeme oseke uz istu koliinu vode turbine rade kroz dulje vrijeme s veim padom nego u sluaju koritenja za vrijeme plime.Elektrotehniki fakultet Osijek96 Razlikuju se etiri faze pogona:1. U prvoj fazi, za vrijeme plime, bazen se puni kroz zapornice. 2. Nakon to je postignuta maksimalna razina u akumulacijskom bazenu, zatvaraju se zapornice i kroz izvjesno vrijeme odrava se bazen pun (druga faza). 3. U treoj fazi pogona stavljaju se u pogon turbine, voda kroz njih otjee iz bazena u more dok se ne postigne minimalni pad uz koji jo mogu raditi turbine. 4. Nakon toga pogon turbina se obustavlja (etvrta faza), zapornice jo ostaju zatvorene dok se ne izjednai razina u bazenu s razinom mora, a onda ponovo poinje punjenje bazena. 97Nain rada elektrane s jednim bazenom i jednosmjernom turbinomElektrotehniki fakultet Osijek98 Postrojenja s dvostrukim iskoritenjem.Radi produljenja trajanja pogona i da bi se bolje iskoristilaenergija plime i oseke, moe se koritenje protegnuti i za vrijeme plime i za vrijeme oseke. Takav pogon moe se postii jednim bazenom, ali postavljanjem turbina koje mogu iskoristiti strujanje vode u oba smjera. U tom sluaju pored toga to ini tekoe izgradnja turbina koje mogu koristiti vodu to protjee jedanput u jednom a drugi put u drugom smjeru - ne moe se postii punjenje bazena do kota koje odgovaraju maksimumu plime, kao to je to mogue u sluaju jednostrukog koritenja, jer bi tada trebalo ranije prestati s pogonom turbina. Da bi se ta mana dvostrukog koritenja smanjila, turbina se upotrebljava istodobno i kao agregat za crpljenje.Elektrotehniki fakultet Osijek99 Turbine poinju radirti kao crpke u trenutku kad je izjednaena razina u bazenu s razinom mora (toka A na slici) i pumpaju (crpe) dok se ne postigne unaprijed utvrena razina, koja ne mora biti jednaka s maksimumom plime ili oseke. U razdoblju crpljenja pumpa povisuje razinu u bazenu (A B'), a za vrijeme pranjenja sniava razinu u bazenu (A- B). Za takav pogon potrebni su agregati koji mogu raditi i kao dvosmjerne turbine i kao dvosmjerne crpke.Elektrotehniki fakultet Osijek100Nain rada elektrane s jednim bazenom, dvosmjernom turbinomi dvosmjernim crpkamaElektrotehniki fakultet Osijek101 Koritenje agregata za pumpanje donosi energetske koristi, jer se crpljenje vri pri malim razlikama razina, a tako akumulirana voda koristi se na veem padu, odnosno, crpljenjem na maloj visini postie se snienje razine u bazenu, pa se i na taj nain poveava pad koritenjavode. Pri jednostrukom koritenju mogue je skratiti obustavu proizvodnje energije time to se izgrade dva postrojenja koja mogu biti jedno od drugog udaljena, ali rade u istoj mrei od kojih jedno radi za vrijeme plime, a drugo za vrijeme oseke. Kakav god sustav za koritenje energije plime i oseke odabrali, nee biti mogue postii proizvodnju s konstantnom snagom i bez prekida pogona, to ukazuje na to da su za zadovoljenje potreba potroaa pored takvih elektrana potrebne jo i dopunske elektrane. To se moe postii bez potekoa ukljuivanjem elektrana koje koriste plimu i oseku u veliki EES ija je snaga nekoliko puta vea od snage tih elektrana. Elektrotehniki fakultet Osijek102 Mogua proizvodnja energije u elektranama koje kao pogonsko sredstvo koriste plimu i oseku proporcionalna je povrini bazena koji se dobiva izgradnjom brane i kvadratu amplitude plime. S druge strane, najvei dio trokova za izgradnju takve elektrane otpada na branu. Ekonomina izgradnja takvih elektrana mogua je, dakle, na obalama na kojima je mogue s relativno malim sredstvima pregraditi zaljev ili uvalu dovoljno velike povrine. Primjer: Prvo (i zasad jedino) takvo postrojenje, u kojem se iskoritava energija plime i oseke izgraeno je u uu rijeke La Rance kod St. Maloa uFrancuskoj. Najvea amplituda plime na mjestu brane LaRance iznosi 11,1 m. Postavljeno je 38 agregata po 9000 kW, a godinja proizvodnja iznosi 590 GWh. Turbine su izraene za dva smjera strujanja vode, a mogu raditi i kao crpke takoer za dva smjera strujanja. Turbine mogu raditi s padovima od 11 do 5,5 m i koristiti protok od 100-270 m3/s svaka, broj okretaja je 88,2/min. Maksimalna visina dizanja za vrijeme pumpanja iznosi 6 m.Elektrotehniki fakultet Osijek103La Rance, France.1042.4. Karakteristike hidroelektranaElektrotehniki fakultet Osijek105 Karakteristike hidroelektrana dijelimo u etiri grupe:1. Hidroloke karakteristike vodotoka na zahvatu za HE,2. Karakteristike akumulacije i pada,3. Energetske karakteristike i4. Ekonomske karakteristike.Elektrotehniki fakultet Osijek1062.4.1. Hidroloke karatkeristike HE Hidroloke karakteristike hidroelektrana su: - veliina protoka, - raspored protoka i - trajanje protoka. Mogunost proizvodnje u HE ovisi o koliini vode koju donosivodotok, pa je poznavanje te koliine po veliini i po vremenskomrasporedu od osnovne vanosti za projektiranje i pogon HE. Koliina vode u vodotoku i vremenski raspored tih voda ovisi o nizu utjecaja (o oborinama, sastavu i topografiji zemljita, temperaturi zraka, biljnom pokrivau i dr.), pa kao osnova za utvrivanje koliine voda mogu posluiti samo svakodnevna mjerenja koliine vode. Elektrotehniki fakultet Osijek107Konsumpcijska krivulja za profil GordunskaMlinica na rijeci Cetini Mjerenja se provode pomou vodokaza, na kojima se oitava visina nivoa vode (vodostaj). Pomou vodostaja (u cm) moe se iz tzv. konsumpcijske krivulje oitati protok vode ( u m3/s). Konsump. krivulja konstruirana je natemelju posebnih mjerenja, a ovisna je o obliku korita na mjestu vodokaza. Elektrotehniki fakultet Osijek108 Na osnovi odreenih (srednjih) dnevnih protoka Q (m3/s) moe se nacrtati godinja krivulja protoka (krivulja a), u kojem su kronoloki poredani protoci. Pomou podataka o dnevnim protocima mogu se odrediti srednji desetodnevni protoci (dekadni protoci), srednji mjeseni protoci i, konano, srednji godinji protok. Svi ti srednji protoci odreeni su kao aritmetike sredine dnevnih protoka u promatranom razdoblju. Ako se nacrta i dijagram u kojem su dnevni protoci uneseni redom po veliini od najveeg do najmanjeg, dobiva se krivulja trajanja protoka (krivulja b).Elektrotehniki fakultet Osijek109Godinji dijagram protoka rijeke Krke kod Skradinskog Buka 1947.a) krivulja protoka; b) krivulja trajanja protokaElektrotehniki fakultet Osijek110 Integriranjem godinjeg dijagrama protoka ili krivulje trajanja protoka (to daje isti rezultat) dobiva se volumen vode (V0) koji je protekao kroz promatrani profil u promatranoj godini. (pri tome kao apscisu treba uzeti protekli broj sekunda). Srednji godinji protok moe se tada izraunati prema formuli: (m3/s) (2.27)gdje je V0volumen u m3, a 31,54106broj sekunda u godini. Promatranje protoka u samo jednoj godini moe dovesti do krivih zakljuaka o koliinama i rasporedu voda u promatranom vodotoku, pa je potrebno promatranje protoka protegnuti na dulji vremenski period. 6010 54 . 31 =VQsElektrotehniki fakultet Osijek111 Postoje i krivulje trajanja protoka za pojedina razdoblja u godini (zimu i ljeto ili suni i kini period), ili krivulje trajanja za pojedine mjesece. Ako se eli nacrtati krivulja trajanja npr. za mjesec sijeanj, uvait e se podaci za sve sijenje u promatranom razdoblju.Elektrotehniki fakultet Osijek1122.4.2. Karakteristike akumulacije i pada Karakteristike akumulacije i pada su: - volumen akumulacijskog bazena (geometrijski i korisni)- energetska vrijednost akumulacijskog bazena i- pad Geometrijski volumen akumulacijskog bazenaUkupni volumen vode koji se moe spremiti izmeu tla na dnu i najvie razine vode u akumulacijskom bazenu. Normalno se ne koristi sav raspoloivi volumen akumulacije, jer se za male volumene akumulirane vode naglo smanjuje pad, pa to dovodi do znatnog smanjenja snage, a s time i proizvodnje, pa je teta od toga vea nego dobitak od iskoritenja tog malog volumena akumulirane vode.Elektrotehniki fakultet Osijek113 Korisni volumen akumulacijskog bazenaVolumen vode koji se moe spremiti izmeu najvie i najnie razine u normalnom pogonu; to je i volumen koji se koristi u normalnom pogonu. Najnia razina pri tom ne mora biti jednaka najnioj razini za sluaj pranjenja radi pregleda i popravka. Za energetskarazmatranja od naroite je vanosti korisni volumen akumulacij.bazena; samo on ima utjecaja na reguliranje protoka. Da bi se karakterizirao korisni volumen s obzirom na HE, uvodi se vrijeme trajanja pranjenja akumulacijskog bazena. To je minimalno vrijeme potrebno da korisni volumen istjee kroz turbine, pretpostavljajui da za to vrijeme nema dotoka u akumulaciju. Elektrotehniki fakultet Osijek114Prema tome:- protonom HE smatra se hidroelektrana iji se akumulacijskibazen moe isprazniti za manje dva sata; - za pranjenje bazena HE s dnevnom akumulacijom potrebno je od 2 sata do 400 sati, - za pranjenje bazena HE sa sezonskom akumulacijom potrebno je vie od 400 sati.Korisni volumen moe se prikazati i kao relativni volumen u odnosu na ukupni volumen vode koji tijekom godine dotjee u akumulaciju. Elektrotehniki fakultet Osijek115 Pored toga, akumulacijski se bazen karakterizira energetskom vrijednou. To je ona koliina elektrine energije koja bi se proizvela u promatranoj HE i u svim nizvodnim HE kad bi se ispraznio korisni volumen bez dotoka vode u bazen i bez gubitka vode. to se pada tie, u hidroelektrani razlikuju se:- Prirodni ili bruto-pad Hb (razlika izmeu razine vode na zahvatu (gornje vode) i razine vode nakon povratka u korito ili na kraju odvoda (donje vode) to je pad koji nam prua priroda)- Korisni ili neto-pad Hn(zbog gubitaka u zahvatu, dovodu, tlanom cjevovodu i odvodu na ulazu u turbinu stoji na raspolaganju tlak koji je, mjeren u metrima stupca vode (m.s.v.),manji od prirodnog pada).Elektrotehniki fakultet Osijek116 Bruto-pad i neto-pad nisu konstantni (na bruto pad utjeu promjene razine donje i gornje vode, na neto pad dodatno ipromjena gubitaka).Ovisnost razine gornje Hgi donje vode Hdo protoku Q Promjene razine gornje vode mogu nastati zbog preljeva velikih voda preko brane, do ega dolazi kad se sva suvina voda ne moe propustiti kroz ispuste.U ovom sluaju razina gornje vode ovisi o protoku, ali samo za Q >Q koji ovisi o kapacitetu ispusta i o veliini izgradnje HE (maksimalnom protoku kroz turbinu). Elektrotehniki fakultet Osijek117 U pribranskimi u akumulacijskim HE s tlanim dovodom bruto-pad, a prema tomu i neto-pad, ovisi o volumenu akumulirane vode (A). Ta se ovisnost prikazuje krivuljom Hb= f (A).Ovisnost bruto-pada Hbo volumenu akumulirane vode AElektrotehniki fakultet Osijek118 Za promatranu HE maksimalan bruto pad odreen je ukupnim volumenom akumulacije, a minimalni bruto pad korisnim volumenom akumulacije. Promjene razine donje vode ovisne su o koliini vode koja protjee koritom rijeke na kraju odvoda, i to bez obzira na to da li voda dotjee koritom mimo HE ili kroz turbine HE. Razina donje vode raste s poveanjem protoka, a oblik krivulje ovisi o profilu korita. Razlikom razina odreen je bruto pad. Najvei bruto pad pojavljuje se u doba najmanjih protoka (Qmin), tj. kad je razina donje vode najnia.Elektrotehniki fakultet Osijek119 Promjena pada ima veliki utjecaj na snagu i moguu proizvodnju HE malog pada (do oko 50 m); u HE veeg pada ta promjena esto se moe zanemariti. Da bi se odredio neto-pad, treba od bruto pada odbiti gubitke u svim dovodnim organima. Gubici pada priblino su proporcionalni kvadratu protoka; oni su to vei to je duljina dovodnih organa vea i to je povrina presjeka tih organa manja. Dovodni organi u HE malog pada su obino kratki, pa u tim HE odluujui utjecaj na promjenu neto pada ima promjena bruto pada, dok u HE velikog pada promjenu neto pada u najveoj mjeri izazivaju gubici u dovodima. Elektrotehniki fakultet Osijek1202.4.3. Energetske karakteristike HE Snaga koju hidroelektrana daje na prikljucima generatora: [W] (2.28)gdje je: Q protok koji dotjee turbinama, Hnneto-pad koji stoji na raspolaganju, ti gsu stupnjevi djelovanja turbina odnosno generatora, = 1000 kg/m3gustoa vode. Stupnjevi djelovanja i turbine i generatora ovise o optereenju i broju agregata u pogonu. Na slici je prikazana promjena stupnja djelovanja s protokom. Elektrotehniki fakultet Osijek =g t nH Q g P121Stupanjdjelovanja HE Stupanj djelovanja pri optimalnom optereenju u modernim HE iznosi i do 90 %. Prosjean je stupanj djelovanja koritenja potencijalne energije vode nii i iznosi za vea postrojenja priblino 80%, a za manja postrojenja priblino 75%. Elektrotehniki fakultet Osijek122 Za odreivanje snage kad nisu poznati stupnjevi djelovanja moe se upotrijebiti priblina formula:(2.29) Vrijednost veliine ovisi o snazi agregata u HE, i o jedinicama u kojima su izraeni P, Q i Hn. Za vee HE s agregatima snageP > 1 MW, aproksimativni izraz glasi:(4.54)(P u kW,Q u m3/s i Hnu m) Za HE s agregatima manje snage je k < 8. Veliine k obino se odreuju linearnom interpolacijom uz pretpostavku da je k = 7,5 za elektrane s agregatima snage P = 1 MW.nkQH P =nQH P 8 =Elektrotehniki fakultet Osijek123 Moguom dnevnom ili godinjom proizvodnjom HE naziva se ona koliina energije koja bi hidroelektrana mogla proizvesti s obzirom na protoke, pad, stupanj djelovanja i veliinu izgradnje. Pored toga se hidroelektrana karakterizira moguom srednjom godinjom proizvodnjom (GWh), koja je odreena kao aritmetika sredina moguih godinjih proizvodnja u promatranom, to duljem, nizu godina. Pri odreivanju raspoloivog dotoka vode treba uzeti u obzir:- postojanje vlastite akumulacije, - postojanje akumulacije u uzvodnim hidroelektranama. - eventualne potrebe vode za plovidbu, poljoprivredu i sl. Elektrotehniki fakultet Osijek124Pri odreivanju mogue proizvodnje treba pretpostaviti:- da su svi dijelovi postrojenja sposobni za pogon, - da ne postoje ogranienja u mogunosti preuzimanja energije, - da ne postoje ogranienja proizvodnje zbog utjecaja mree (rezerva, proizvodnja jalove snage, regulacija frekvencije i sl.). Stvarna proizvodnja HE po pravilu je nia od mogue proizvodnje, uglavnom (u nekim razdobljima godine i dana) zbog toga to je mogunost proizvodnje vea od potranje potroaa. Za odreivanje mogue proizvodnje najzgodnije je protok prikazati pomou krivulje trajanja protoka. Povrina ispod te krivulje prikazuje volumen vode (V) koji stoji na raspolaganju: (2.30)gdje je t trajanje protoka.= QtdQ V0Elektrotehniki fakultet Osijek125Odreivanje iskoristivog volumena vode Iskoritenje vode ogranieno je veliinom izgradnje HE Qi.To je maksimalni protok koji se moe koristiti u HE pri normalnom pogonu uzimajui u obzir sve dijelove postrojenja.Odreenoj veliini izgradnjeodgovara, dakle, iskoristivivolumen vode Vi (prikazan povrinom OABt0):(2.31) =iQidQ t V0Elektrotehniki fakultet Osijek126 Kada se poznaje iskoristivi volumen (Vi), mogue je odrediti i srednji iskoristivi protok:[m3/s] (2.32)Viu m3, 31,54106broj sekundi u godini Srednji iskoristivi protok (Qsi) manji je od srednjeg protoka vodotoka (Qs), a njihov omjer daje stupanj iskoritenja vode vodotoka:(2.33) Kao prva aproksimacija moe se odrediti mogua proizvodnja uz pretpostavku konstantnog stupnja djelovanja - pomou veliine k u relaciji (2.29) - i konstantnog neto pada. 6010 54 , 31 = =i isiVtVQ0VVQQissi= = Elektrotehniki fakultet Osijek127Tada je srednja snaga hidroelektrane:(2.34)Mogua godinja proizvodnja u kWh:(2.35) Mogua proizvodnja moe se odrediti i pomou iskoristivog volumena. Koristei se jednadbom (2.32) dobije se:(2.36)ili za k = 8: (W u kWh, Viu m3, Hnu m) (2.37)s si nP k Q H = 8760si nW k Q H = 3600n ik H VW =450i nV HW=Elektrotehniki fakultet Osijek128 Za promatrano postrojenje mogua proizvodnja uz zadani nain koritenja HE ovisi samo o veliini izgradnje. Poveanjem veliine izgradnje raste i mogua proizvodnja, ali to sporije to je veliina izgradnje vea.Ovisnost mogue proizvodnje Wo veliini izgradnje QiElektrotehniki fakultet Osijek1292.4.4. Ekonomske karakteristike HE Meu ekonomske pokazatelje znaajne za hidroelektrane ubrajaju se: - trokovi izgradnje i - proizvodna cijena elektrine energije. Pod trokovima izgradnje HE razumijevaju se trokovi investicija za sve objekte od zahvata do odvoda, ukljuivi odtete za eventualno poplavljeno zemljite i domove, za premjetanje cesta i sl. Trokovi izgradnje ovise o veliini izgradnje HE. Ta se ovisnost moe aproksirati pravcem: (2.38)gdje su A i B1konstante koje ovise o tipu HE, o duljini dovoda i odvoda, o izvedbi i veliini brane i ostalih dijelova postrojenja, te o padu. Elektrotehniki fakultet Osijek1 iI A B Q = +130 Omjer izmeu trokova izgradnje i mogue godinje proizvodnjenaziva se specifinim investicijama po jedinici energije (novanih jedinica/kWh):(2.39) Veliina iWdaje neki uvid u ekonominost HE, ali usporedba HEsamo s obzirom na tu veliinu moe dovesti do krivih zakljuaka. Trokovi izgradnje HE mogu se prikazati i u ovisnosti o instaliranoj snazi. Tada su investicije odreene izrazom: (2.40)Tu je A ista konstanta kao u jednadbi (2.38), a B je odreen izrazom B = B1/kHn, u kojem je k konstanta iz jednadbe za izraunavanja snage iz pada i protoka (2.24), a Hnneto-pad. 1 iWA B Q IiW W+= =iI A B P = + 131 Specifine investicije po jedinici instalirane snage (n.j./kWh) dobiju se dijeljenjem izraza (2.40) s Pi:(2.41) Specifine investicije po jedinici instalirane snage s poveanjem instalirane snage postaju sve manje, pa usporedba HE s obzirom na specifine investicije po jedinici snage nema smisla. To pogotovo vrijedi u sluaju relativno velikih veliina izgradnje, kod kojih njihovopoveanje donosi neznatno poveanje mogue proizvodnje, a znatnopoveanje specifinih investicija po jedinici energije. Proizvodna cijena energije u hidroelektrani proporcionalna je specifinim investicijama, jer su i trokovi proizvodnje proporcionalni investicijama. U HE praktiki nema trokova koji su ovisni o koliini proizvedene el. energije, ve su svi trokovi stalni, bez obzira na koliinu energijekoju elektrana proizvodi. PiAi BP= +132 Proizvodna cijena energije, dakle, jednaka je:(2.42)gdje je a konstanta (npr. 0,10) s kojom treba mnoiti investicije da se dobiju godinji trokovi (amortizacija, kamate na osnovna sredstva itd.), a Wmogua proizvodnja hidroelektrane. O prilikama u EES ovisi koliko e energije biti stvarno mogue proizvestiu promatranoj HE. Ako se s 1 oznai omjer izmeu stvarne proizvod-nje Wsi mogue proizvodnje W, proizvodna cijena energije e iznositi:(2.43) Omjer nije za cijelo vrijeme rada HE konstantan; on je obino najmanji neposredno nakon izgradnje elektrane, pa se poveava s poveanjem potronje u EES.0aIcW=0c aIcW = =1332.4.5. Prilagoavanje HE optereenju U pogledu prilagoavanja optereenja elektrana dijagramu optereenja postoji znatna razlika izmeu HE i TE. Akumulacijske HE s tlanim dovodom mogu se prilagoditi promjenama optereenja brzinom koja je jednaka brzini djelovanja regulatora turbine, praktiki trenutno. Za trajanje poveanja optereenja akumulacijske HE s gravitac. dovodom nije, meutim, dovoljno samo otvarati dovod vode pred turbinom, ve treba otvarati i zaporne organe na ulazu. Da bi se dakle, postiglo poveanje optereenja u HE, potrebno je bar toliko vremena koliko treba da voda stigne od zahvata do turbine. To praktiki vrijedi i za smanjenje optereenja, ako se ne eli da doe do preljeva na vodostanu. Elektrotehniki fakultet Osijek134 Granicu poveanja optereenja u akumulacijskim HEpredstavlja maksimalna snaga, koja ovisi o raspoloivom padu u promatranom trenutku, a ne ovisi o dotoku uakumulac. bazen. Koliko dugo moe HE raditi s maksimalnom snagom ovisi o veliini izgradnje, o dotoku i o volumenu akumulacije, a koliko dugo treba, ako uope treba, raditi s maksimalnom snagom, to ovisi o njezinoj ulozi u EES. U protonoj hidroelektrani maksimalna snaga odreena je i dotokom i raspoloivim padom; turbinama se, naime, ne smije dovoditi vie vode nego to dotjee, jer bi u tom sluaju gornja razina vode pala, pa bi turbina ostala bez vode. Tehniki je, dakako, mogue i rad protone HE prilagoditi potrebama, ali svako odstupanje od snage koja odgovara dotoku dovodi do gubitaka vode. Elektrotehniki fakultet Osijek135 Ni u akumulacijskoj ni u protonoj hidroelektrani nema tehnikih potekoa za obustavljanje i ponovno stavljanje u pogon. Ogranienje brzine stavljanja u pogon, odnosno obveza proputanja odreenih koliina vode, moe biti posljedica obvezaprema nizvodnim korisnicima.Elektrotehniki fakultet Osijek1362.5. Hidroenergetski potencijal u svijetu i HRElektrotehniki fakultet Osijek137Hidroenergetski potencijal Hidroenergetski potencijalElektrotehniki fakultet OsijekTeorijski potencijal Teorijski potencijal Tehni Tehni ki potencijal ki potencijal138Hidroenergetski potencijalHidroenergetski potencijal iskori iskori teno u HE teno u HEElektrotehniki fakultet OsijekTehni Tehni kiki iskoristiviskoristiv potencijal potencijalUkupnaUkupna instaliranainstalirana snaga HE snaga HEProizvodnjaProizvodnja el.en. u HE el.en. u HEu 1998. u 1998.% %139Proizvodnja HE po zemljama 1998. Proizvodnja HE po zemljama 1998.GWh GWhElektrotehniki fakultet Osijek140Hrvatske Hrvatske elektrane elektrane u 1998.u 1998. - - snaga snagaRaspoloiva snaga na pragu(MW)Konvencionalne termoelektraneDizelske elektrane (MVA)NE Krko, 50%Ukupno TEAkumulacijske HEProtone HEMale HEUkupno HEIndustrijske elektrane1231.552.3316.01599.82074.41694.115.8364.5242.0Elektrotehniki fakultet Osijek141Hrvatske Hrvatske elektrane elektrane u 1998.u 1998. - - udio udio(ne)raspoloive snage hrvatskih elektrana(650 MW neraspoloivo izvan Hrvatske - TE Obrenovac, TE Tuzla, TE Kakanj i TE Gacko)nerasp. izvanHrvatske14,2%Indust.elektrane6,0%Male HE0,4%Prot. HE7,9%Konven. TE26,8%Dizelskeelektrane1,1%NE Krko6,9%Akum. HE36,7%Elektrotehniki fakultet Osijek142Protone HE1695Gubiciprijenosa444Akumlacijske HE5419Male HE76Termoelektrane2521Prozvodnja NE(za HEP) 2180Dizelskeelektrane 1Uvoz1796Ukupna proizvodnja 11892Ukupno raspoloivo 13688Predano mreom prijenosa 11614Direktnipotroai512Isporuka distribuciji 11102Izvoz1630Bilanca Bilancaproizvodnje proizvodnje za za199 1998 8. (GW . (GWh h) )143Hrvatska proizvodnja 1996 Hrvatska proizvodnja 1996- -2000 2000 (GW (GWh h) )Elektri Elektri na energija na energijaElektrotehniki fakultet Osijek144 145Hrvatski proizvodni Hrvatski proizvodni kapacitetikapaciteti 2001. 2001.Elektrotehniki fakultet Osijek146Male hidroelektrane u Hrvatskoj Instalirana snaga do 5 (10) MW Prostorna disperziranost, mali padovi u nepristupanim i slabo naseljenim podrujima Tehniki iskoristivi energetski potencijal (177 MW)100 177 100 699 UKUPNO12 21 47 324 Manje od 0,131 56 42 296 0,5 - 0,116 29 6 42 1,0 - 0,512 22 2 17 1,5 - 1,029 50 3 20 5 - 1,5Instal. snaga (%)Instal. snaga (MW)Broj poteza (%)Broj potezaInstalirana snaga (MW)Elektrotehniki fakultet Osijek147Male Male HE u HE u pogonu pogonuPrivatne Privatne HEP HEPRoki Slap 2x886 kW, 6 GWhFinvest 1 4x315 kW, 3,6 GWhFinvest 2 30 kW, 0,14 GWh12 objekata22 agregata4,9 MWStanje koritenja malih HE u HR Zanemaranepojednostavljenimvrednovanjem prekomale snage/energije Iskustvo i zakonska regulativa ozbiljna prepreka! Relativno, prema trendovima (Slovenija, Austrija,...) vrlo slabo iskoriten potencijal malih HE20 objekata37 agregata68,3 MWPrivatne male HE Privatne male HE1483. TERMOELEKTRANE 3. TERMOELEKTRANE3.1. Openito o termoelektranama3.2. Parne termoelektrane3.3. Kondenzacijske (parne) termoelektrane3.4. Plinske termoelektrane3.5. Osnovna energetska karakteristika termoelektranaElektrotehniki fakultet Osijek1493.1. Openito o termoelektranamaElektrotehniki fakultet Osijek150 Termoelektranama se nazivaju postrojenja u kojima se toplina pretvara u mehaniku energiju, a ova u elektrinu, bez obzira na to da li se koristi toplina dobivena izgaranjem fosilnih i drugih goriva, toplina geotermikih izvora ili toplina dobivenanuklearnom fisijom. Termoelektrane mogu se podijeliti:- prema vrsti pogonskih strojeva, - prema nainu koritenja pare, - prema upotrijebljenom gorivu i - prema nainu hlaenja kondenzatora. Prema vrsti upotrijebljenih strojeva, razlikujemo: 1. Parne termoelektrane u kojima gorivo izgara u parnim kotlovima, a pogonski je stroj parna turbina; 2.Termoelektrane s plinskim turbinama u kojima je pogonski stroj plinska turbina; Elektrotehniki fakultet Osijek1513. Dizelske termoelektrane s dizelskim motorom kao pogonskim strojem; 4. Nuklearne termoelektrane u kojima nuklearni reaktor (s izmjenjivaem topline ili bez njega preuzima ulogu parnog kotla, a pogonski je stroj takoer parna turbina; 5. Geotermike termoelektrane u njima se para iz zemlje neposredno ili posredno (preko izmjenjivaa topline)upotrebljava za pogon parne turbine. Prema nainu koritenja pare, termoelektrane u kojima se kao pogonski stroj upotrebljavaju parne turbine, moemo podijeliti na: 1. Kondenzacijske termoelektrane za proizvodnju samo elektrine energije i 2. Toplane i industrijske termoelektrane za kombiniranu proizvodnju elektrine energije i pare koja se upotrebljava za tehnoloke procese i grijanje (kombinirana proizvodnja el. energije i pare moe se ostvariti i s plinskim turbinama).Elektrotehniki fakultet Osijek152 to se vrste goriva tie:- u parnim TE mogu se koristiti vrsta, tekua i plinovita goriva, - u TE s plinskim turbinama tekua i plinovita, - u dizelskim TE samo tekua goriva. S obzirom na hlaenje (u kondenzatoru parne turbine, u hladionicima postrojenja s plinskimturbinama i dizelskim motorima) razlikuju se:- TE s protonim hlaenjem i - TE s povratnim hlaenjem. Elektrotehniki fakultet Osijek1533.2. Parne termoelektraneElektrotehniki fakultet Osijek154 Svi glavni dijelovi parne termoelektrane smjeteni su u glavnoj pogonskoj zgradi:1. Bunkeri ugljena, 2. Kotlovi, turboagregati, 3. Priprema vode (zagrijai, isparivai, otplinjai rezervoari pojnevode) i pumpe za napajanje,4. Rasklopno postrojenje vlastitog potroka i 5. Toplinska i elektrina komanda. U neposrednoj blizini glavne pogonske zgrade smjeteni su 1. Ureaji za transport goriva i pepela i 2. Deponij pepela. Nain istovara i transporta, te izvedba ureaja ovisni su:- o vrsti goriva, - o nainu dopreme goriva i - o svojstvima goriva.Elektrotehniki fakultet Osijek155 U postrojenja termoelektrane spadaju i - postrojenja za dobavu vode (pumpne stanice), te - dovod i odvod vode. Ako je predvieno povratno hlaenje, uz glavnu pogonsku zgradu smjeteni su hladnjaci (tornjevi za hlaenje). Rasklopno postrojenje moe se smjestiti:1. U glavnu pogonsku zgradu ako se radi o TE manje snage iz koje se energija moe razvesti vodovima napona do 35 kV, 2. Na otvorenom, obino tik uz glavnu pogonsku zgradu ako je za prijenos potreban napon110 kV ili vii. Uz glavnu pogonsku zgradu postoje takoer:- radionice za odravanje i sitnije popravke, - upravna zgrada. Elektrotehniki fakultet Osijek156Shematski prikaz procesa u parnoj termoelektrani. (Oznake A, A, D, E odgovaraju oznakama na hs - dijagramima koji slijede) U parnoj termoelektrani ista se voda isparava u kotlu, nakon ekspanzije u turbini kondenzira u kondenzatoru i vraa u kotao gdje se ponovo ispari voda, dakle, prolazi kroz zatvoreni proces.Elektrotehniki fakultet Osijek157 Proces se moe smatrati zatvorenim i kada se kondenzirana voda ne vraa u kotao, ili se ne vraa sva, jer se izgubljena voda ohlauje na temperaturu okoline, a tu istu temperaturu ima i voda kojom se nadoknauje gubitak.Elektrotehniki fakultet Osijek1583.2.1. Parni kotao Parni kotao (generator pare) dio je energetskog, industrijskog ili toplinskog postrojenja u kojemu se toplina osloboena izgaranjem goriva predaje vodi, te je pretvara u vodenu parukoja na izlazu iz parnog kotla ima odreeni tlak i temperaturu. Rije je, dakle, o izmjenjivau topline koji je u poetku razvitka bio grijana posuda djelomino napunjena vodom, pa odatle potjee naziv parni kotao. Danas se sve vie upotrebljavaispravniji naziv: generator pare. Osnovne karakteristike parnog kotla dane su s tri glavna parametra koji se pokuavaju normirati, odnosno uklopiti u odreene granice:.1. Uin (kapacitet) D parnog kotla u (kg/s ili kg/h),2. Tlak p parnog kotla u (Pa ili bar) i 3. Temperatura pregrijane pare tpru (C ili K). Osim tih veliina bitna je znaajka korisnost parnog kotla gp.Elektrotehniki fakultet Osijek159Osnovni sklopovi parnoga kotla Principijelna shema parnog kotla prikazana je na slici:Osnovna shema parnog kotlaElektrotehniki fakultet Osijek160 Para proizvedena u kotlu odvodi se do potroaa preko odvodnog ventila. Dovodni ureaj na turbini tako se podesi da kroz njega struji potrebna koliina pare koja je primjerena snazi to je razvija parna turbina. Tlak pare odrat e se na konstantnoj vrijednosti samo ako je proizvodnja pare u kotlu upravo jednaka koliini pare koja iz njega izlazi. Da bi tlak porastao, treba poveati isparavanje u kotlu, a to je mogue samo ako se povea dovoenje topline, odnosno dovod goriva. Isparavanjem i odvoenjem pare smanjuje se koliina vode u kotlu, pa se mora povremeno ili konstantno kotao napajati novom vodom. Napajanje se regulira tako da se razina vode ukotlu odrava u odreenim granicama, a nadzire se pomou vodokaznog stakla koje djeluje na principu spojenih posuda.Elektrotehniki fakultet Osijek161 Cijev za napajanje dovodi vodu u kotao ili u razini ili iznad razine vode, da bi se sprijeilo njezino otjecanje iz kotla ako zakae sustav za napajanje. Ako bi kotao ostao bez vode, otetile bi se njegove stjenke zbog njihova porasta temperature, jer ih voda vie ne hladi. S istom svrhom u dovod za napajanje kotla ugrauje se povratni ventilkoji spreava istjecanje vode iz kotla. Sigurnosni ventil slui za isputanje pare iz kotla u okoli ako tlak premai odreenu granicu, te mora biti tako dimenzioniran da moe propustiti i maksimalnu koliinu pare to ju moeproizvesti kotao. Na dnu kotla postavlja se ventil za odmuljivanje, jer voda u kotao donosi neistoe, najee soli otopljene u vodi, koje se skupljaju na dnu jer ih para ne nosi sa sobom. Taj se ventil povremenootvara da se ispusti sakupljeni mulj kako bi gustoa vode u kotlu ostala u doputenim granicama.Elektrotehniki fakultet Osijek162 U parnim se kotlovima razlikuju etiri vrste ogrjevnih povrina: 1. Ogrjevna povrina isparavanja, 2. Pregrija pare, 3. Zagrija vode i 4. Zagrija zraka. Ogrjevna povrina isparavanja nalazi se u podruju najviih temperatura plinova izgaranja. Pregrija pare smjeten je neposredno uz ogrjevne povrine isparivanja, pa se para pregrijava plinovima izgaranja koji su vedio topline predali vodi preko ogrjevne povrine isparivanja. Ve djelomino ohlaeni plinovi dodiruju se s ogrjevnim povrinama zagrijaa vode u kojemu se voda zagrijava prije ulaska u prostor isparivanja. Konano, plinovi izgaranja prolaze kroz zagrija zraka u kojemu se prije ulaska u loite zagrijava zrak potreban za izgaranje goriva.Elektrotehniki fakultet Osijek163 Parni se kotao sastoji od slijedeih triju osnovnih skupina dijelova i opreme:a)loita, tj. prostora za izgaranje goriva s potrebnom opremom za pretvorbu kemijske energije goriva u unutarnju energiju dimnih plinova; b) sklopova izmjenjivaa topline, odnosno ogrjevnih povrina na kojima se unutarnja energija dimnih plinova prenosi na vodu i vodenu paru (zagrijai vode, isparivai vode, pregrijai pare i zagrijai zraka );c) pomonih ureaja koji ine sklop strojeva i opreme potrebnih za proizvodnju vodene pare, odnosno potrebnih za rad parnog kotla kao pogonske cjeline. Osnovni dijelovi parnog kotla su:1. Prostor za izgaranje goriva (loina komora) parnog kotla sa svim ureajima za dovod goriva i zraka i odvod dimnihplinova;Elektrotehniki fakultet Osijek1642. Sustav izmjenjivaa topline (tlani dio parnog kotla i zagrijazraka): ispariva;pregrija pare; zagrija vode (predispariva); zagrija zraka;3. Pomoni ureaji u parnom kotlu;armatura parnog kotla (fina i gruba), nosiva elina konstrukcija;ozid i izolacija; 4. Postrojenja ili ureaji izvan parnog kotla; - postrojenje ili ureaji za dovod goriva do parnog kotla;- postrojenje ili ureaji za pripremu vode; - postrojenje ili ureaji za napajanje vodom; - postrojenje ili ureaji za opskrbu zrakom;- postrojenje ili ureaji za odvod i ienje dimnih plinova; - postrojenje ili ureaji za odvod pepela i troske; - postrojenje ili ureaji instrumentacije, regulacije i automatikeElektrotehniki fakultet Osijek165Izvedbe parnih kotlova Osnovna razlika u izvedbi parnih kotlova sastoji se u nainu prolaza plinova izgaranja kroz kotao, tj. da li plinovi prolaze kroz cijevi okruene vodom ili oko cijevi u kojima je voda. Osnovne konstrukcije parnih kotlova:1. Plamenocijevni kotlovi, gdje plinovi izgaranja struje kroz cijevi oko kojih je voda, 2. Vodocijevni kotlovi, gdje plinovi izgaranja struje oko cijevi u kojima je voda, i 3. Kombinirani kotlovi, gdje plinovi prolaze dijelom kroz plamene cijevi, a dijelom oko cijevi ispunjenih vodom.Elektrotehniki fakultet Osijek166Gorivo za parne kotlove Za parne kotlove upotrebljavaju se prirodna, oplemenjena ili umjetna gorivakoja pri normalnoj temperaturi mogu biti u vrstom, tekuem ili plinovitom stanju. Prirodna goriva dobivaju se neposredno iz prirodnih nalazita, kao npr. razliite vrste ugljena, lignit, sirova nafta, zemni plin... Razliitim postupcima mogu se iz prirodnih goriva odstraniti tetni sastojci i primjese, pa se tako dobiju oplemenjena goriva. Umjetna goriva su bilo primarni proizvod, bilo nusproizvod odreenih tehnolokih procesa, kao npr. koks, sintetska tekua goriva, generatorski plin, itd. Elektrotehniki fakultet Osijek167 Sva se ta goriva meusobno razlikuju prema ogrjevnoj moi i prema karakteristikama izgaranja. Ogrjevna mo goriva je koliina topline koju odaje jedinica mase ili volumena goriva potpunim izgaranjem pod normalnim uvjetima. Za vrsta i tekua goriva izraava se u J/kg, a za plinovita goriva u J/m3i ovisi o sastavu goriva i uvjetima izgaranja, pa za istu vrstu goriva moe varirati u irokim granicama. U parnom kotlu sva voda i vlaga sadrana u gorivu ispari i nekondenzirana odlazi s dimnim plinovima u atmosferu. Zato se za goriva parnih kotlova uvijek rauna s donjom ogrjevnom moi goriva Hd, za razliku od gornje ogrjevne moi Hg, koja je neto vea jer ukljuuje i toplinu osloboenu kondenzacijom vodene pare.Elektrotehniki fakultet Osijek168 Najvanije karakteristike izgaranja goriva su:- zapaljivost, - brzina izgaranja, - temperatura i - svjetlosna jakost plamena.vrsta goriva Najvanija vrsta goriva za parne kotlove su ugljen i lignit, ali se ponegdje kao gorivo upotrebljava i treset, a u posljednje vrijeme industrijski i gradski otpad. Osnovni sastav svih vrsta ugljena je ista goriva tvar (prvenstveno ugljik) i suvine tvari. Iz rudnika se dobiva ugljen koji sadri vlagu i pepeo kao balastne tvari. Suenjem ugljena na normalnoj temperaturi od 15 25 C i grijanjem na temperaturi od 106 2 C dobiva se suhi ugljen. Za parne se kotlove u svakodnevnoj primjeni ugljen potpuno nesui, nego samo do nekog odreenog postotka vlage. Otklone li se iz ugljena pepeo i voda, ostane ista goriva tvar.Elektrotehniki fakultet Osijek169Podjela vrstih fosilnih goriva:1. Kameni ugljen: sadri malo vlage, sadraj pepela mu je razliit uirokim granicama, a potjee iz starijih geolokih formacija. Prema plinovitom sadraju razlikuju se podskupine kamenog ugljena:a) plinski ugljen s plinovitim sadrajem od 35 50 %;b) masni ili koksni ugljen s plinovitim sadrajem od 19 35 %; c) mravi ugljen s plinovitim sadrajem od 10 19 %.2. Mrki ugljen: ima razliit sadraj vlage i pepela, a potjee iz novijih tercijarnih geolokih formacija, Plinoviti mu je sadraj 50 60 %, mrke je strukture i sjajne povrine loma.3. Lignit. Ima veliki sadraj vlage i pepela, najmlaa je vrsta ugljena s 50 70 % plinovita sadraja i s vlaknastom drvenom strukturom.4. Treset: najmlae fosilno gorivo i ne moe se smatrati ugljenom. Sastoji se od ostataka biljaka, a nastao je od tresita (uz potpunu izolaciju od zraka).Elektrotehniki fakultet Osijek170Podjela ugljena Podvrste kamenog ugljena (ovisno o sadraju hlapljivih sastojaka): antracit 10%, mravi ugljen 11-14%, kovaki ugljen 15-19%, masni ugljen 20 28 %, plinski ugljen 29-35 % i plameni ugljen > 35 % hlapljivih sastojaka. Elektrotehniki fakultet Osijek81 98 4 45 do 10 24 37,7 Kameni ugljen71 80 46 50 11 30 12,7 23, 9 Mrki ugljen65 70 51 60 31 60 do 12,6 LignitSadraj ugljika [%]Hlapljivi sast.[%]Sadraj vlage [%]Ogrjevna mo[MJ/kg]Vrsta ugljena171Podjela ugljena po nastanku Podjela ugljena po nastankuElektrotehniki fakultet Osijek172Lignit LignitElektrotehniki fakultet Osijek173Bituminozni Bituminozni ugljen (mrki i kameni) ugljen (mrki i kameni)Elektrotehniki fakultet Osijek174Antracit AntracitElektrotehniki fakultet Osijek175Treset TresetElektrotehniki fakultet Osijek176Tekua goriva Tekua prirodna goriva dobivaju se frakcijskim destilacijama zemnog ulja (nafte) i iz uljnih kriljavaca, a tekua umjetna goriva preradbom ugljena. Teke frakcije dobivene destilacijom nafte, tj. ulja za loenje ili mazuti, upotrebljavaju se danas kao osnovno gorivo u parnim kotlovima. Za inicijalno (poetno) loenje parnog kotla upotrebljavaju se dizelska goriva i ostala laka goriva.Plinovita goriva Plin je idealno gorivo za parne kotlove, jer:- vrlo lako se dovede plinovodom do parnog kotla, - plinovito gorivo ima visoku ogrjevnu mo, - lako se stvara dobra mjeavina plina i zraka za izgaranje uz gotovo teorijski pretiak zraka- ureaji za izgaranje (plinski gorionici) vrlo su jednostavni, izgaranje je potpuno, a temperature izgaranja su visoke, - plinovito gorivo ne sadri suvinih tvari.Elektrotehniki fakultet Osijek177 Zemni plin ima 85 98 % metana (CH4), ~ 5 % tekih ugljikovodika CxHyi donju ogrjevnu mo ~ 36.000 kJ/m3. Plin iz naftonosnih izvora ima visoku ogrjevnu mo od ~ 55.000 kJ/m3, jer sadri vei udio tekih ugljikovodika. Postoji mnogo umjetnih plinovitih goriva, npr. plin visokih pei, koksni plin, generatorski plin, vodeni plin i razliite vrste plinova dobivenih rasplinjavanjem ugljena. Nafta i plin uglavnom se sastoje od tisua parafinskih (alkalnih), naftenskih (cikloparafinskih) i aromatskih ugljikovodika. Meusobno se razlikuju po broju ugljikovih atoma, nainu vezivanja i zasienosti vodikom.CnH2n+2parafinski ugljikovodici (lanane veze atoma ugljika)CnH2n-2knaftenski ugljikovodici (prstenaste veze)CnH2n-6karomatski ugljikovodici (prstenaste veze)Gdje je: n prirodan broj; k+1 broj prstenova ugljikaElektrotehniki fakultet Osijek178NaftaNafta - - Crno Crno zlato zlato Elektrotehniki fakultet Osijek179Fizikalni Fizikalni uvjetiuvjeti izgaranja izgaranja u lo u lo i i tu tu Za vrijeme izgaranja u lo Za vrijeme izgaranja u lo i i tu parnog kotla gorivo prolazi kroztu parnog kotla gorivo prolazi kroz etiri etirifaze:faze: 1. S 1. Su u enje enje,, 2. I 2. Isplinjavanje splinjavanje,, 3. R 3. Rasplinjavanje asplinjavanje ii 4. I 4. Izgaranje zgaranje vrstog ugljika i plinovitihvrstog ugljika i plinovitih sastojaka. sastojaka. Kad Kad gorivo sadr gorivo sadr i visok postotak vlage, zai visok postotak vlage, za su su enje enje je potrebanje potreban velik velik volumen volumen lo lo i i ta. Zatota. Zato se se lignit i ostala otpadna biljna gorivalignit i ostala otpadna biljna goriva su su e e ili prijeili prije uno uno enja enja u kotao ili u kotluu kotao ili u kotlu zra zra enjem enjem topline topline u komoriu komori izgaranja izgaranja. . Nakon su Nakon su enja gorivoenja gorivo isplinjuje isplinjuje i pri tom djelovanjem toplinei pri tom djelovanjem topline lakohlapljivi lakohlapljivi ugljikovodici ugljikovodici prelaze prelaze u plinovito stanje. Da se uu plinovito stanje. Da se u toto kra kra em em vremenuvremenu osigura osigura potpunopotpuno rasplinjavanje rasplinjavanje ii izgaranje izgaranje vrstihvrstih dijelova dijelova goriva, trebagoriva, treba posti posti i i veliku razliku izmeu brzine strujanjaveliku razliku izmeu brzine strujanja zraka zraka ii estica estica goriva. goriva.Elektrotehniki fakultet Osijek180 U zavr U zavr noj,noj, etvrtoj fazi,etvrtoj fazi, izgaraju izgaraju plinovi nastali isplinjavanjem iplinovi nastali isplinjavanjem i rasplinjavanjem. To je posljedica sna rasplinjavanjem. To je posljedica sna nog vrtlo nog vrtlo enja smjeseenja smjese plinova i zraka, pob plinova i zraka, pobuenog plamenom uenog plamenom. .Da bi se poja Da bi se poja alo vrtlo alo vrtlo enje, izvode se posebne konstrukcije ili seenje, izvode se posebne konstrukcije ili se na poseban na na poseban na in dodaje zrak. Ako gorivo sadr in dodaje zrak. Ako gorivo sadr i ve i ve u koli u koli inuinu hlapljivih sastojaka, korisno je dovoditi u lo hlapljivih sastojaka, korisno je dovoditi u lo i i te dodatne koli te dodatne koli ine inezraka (sekundarni zrak). zraka (sekundarni zrak). Sadr Sadr aj pepela mo aj pepela mo e znatno e znatno ometatiometati kemijske reakcije pa su potrebni ureaji za odvoenja pepela ikemijske reakcije pa su potrebni ureaji za odvoenja pepela i troske iz lo troske iz lo i i ta. ta.Tip lo Tip lo i i ta ta ovisi o karakteristikama goriva ovisi o karakteristikama goriva kojekoje e se upotrebljavati zae se upotrebljavati za lo lo enje parnog kotla.Te su karakteristike:enje parnog kotla.Te su karakteristike: - - ogrjevna mo ogrjevna mo goriva,goriva, - - veli veli inaina estica (zrnatost)estica (zrnatost) vrstog goriva,vrstog goriva, - - udio vlage u gorivu,udio vlage u gorivu, - - koli koli ina plinovitih sastojaka,ina plinovitih sastojaka, - - koli koli ina i sastav pepela i suvi ina i sastav pepela i suvi nih tvari inih tvari i - - temperatura paljenja i sposobnost brze ili spore reakcije pri i temperatura paljenja i sposobnost brze ili spore reakcije pri izgaranju. zgaranju.Elektrotehniki fakultet Osijek181Tipovi loita i naini izgaranja goriva u loitu 1. Loita za vrsta goriva. U loitu parnog kotla vrsto gorivo moe izgarati na dva naina: - u sloju na reetki ili - raspreno u prostoru (ugljena praina). Parni kotlovi s loitem u kojemu na reetki izgara vrsto gorivo u slojuimaju maksimalni uin ogranien na 100 t/h, ali im je minimalni uinpraktiki neogranien, tj. mogu raditi i u praznom hodu. Parni kotlovi s loitem u kojemu rasprena ugljena praina izgara uprostoru, grade se za velike uine, nikad manje od 30 t/h. U takvu seloitu ne moe postii sigurno paljenje ugljene praine ako optereenjekotla padne ispod neke donje granice koja se zove tehniki minimumkotla, a ovisi o svojstvima ugljena. Loita za izgaranje vrstog goriva u sloju imaju reetku koja moe biti nepomina ili je pokretana mehaniki (najjednostavnija je ravna nepomina reetka sastavljena od nepominih ipki izmeu kojih su ui ili iri razmaci za dovod zraka) Elektrotehniki fakultet Osijek182 Postoje razliite konstrukcije mehanikih reetki, a najei je tip lanana reetka koja radi kao transportna traka.Lanana reetka. a dovod ugljena, b smjer kretanja reetke, c odvodpepela, d dovod zrakaElektrotehniki fakultet Osijek183 Loita za izgaranje vrstog goriva u prostoru.Smjesa sitno samljevene ugljene praine i zagrijanog zraka ubacuje se u komoru izgaranja gdje se zapali zraenjem plamena i dimnih plinova koji zagriju zrak za izgaranje na visoku temperaturu (do 450 C).Ako gorivo sadri mnogo vlage i pepela (niska ogrjevna mo), dimni plinovi recirkuliraju. Ugljeni se prah mora zadrati u loitu bar tako dugo koliko je potrebno da izgori njegova osnovna masa. Ugljena se praina moe ubrizgavati u komoru izgaranja posredno ili neposredno. Pri neposrednom se ubrizgavanju ugljena praina dovodi u komoru izgaranja izravno iz mlinova. To je konstrukcijski i pogonski najjednostavnije rjeenje, a ujedno je i najjeftinije, ako sadraj vlage u ugljenu nije visok i ako se troska odvodi u suhom stanju. U toku mljevenja, ugljen se istodobno sui. Zrak iz zagrijaa zraka ili smjesa zraka i plinova izgaranja dovode se u mlin, odakle sa sobom odnose ugljenu prainu kroz plamenike u komoru izgaranja. Potrebni pretlak za taj transport proizvode mlinovi ili posebni ventilatori. Elektrotehniki fakultet Osijek184 Ugljenu prainu treba uvijek posredno ubrizgavati eli li se odvoditi troska u tekuem stanju, a ugljen sadri vie od 15 % vlage. Pri posrednom ubrizgavanju samljeveni ugljen sakuplja se u bunkerima ugljene praine i iz njih se odvodi u kotao. To omoguuje da mlinovi rade samo povremeno, i to s punim optereenjem, pa se smanjuje energija potrebna za mljevenje. Elektrotehniki fakultet Osijek1852. Loita za tekua goriva Loita za tekua goriva mogu biti konstruirana za:- laka ulja, teka ulja, otpadna ulja,- vrlo teka ulja (mazut, C-ulje) i razliite vrste luina. Kao tekue gorivo parnih kotlova velikog uina danas dolazi u obzir samo teko ili vrlo teko loivo ulje. Ta su ulja pri temperaturi okolia toliko gusta da ih prije loenja treba ugrijati. Iz glavnog se spremnika pumpa dnevna potrebna koliina loivog ulja u dnevni spremnik sposoban da primi goriva za 12 do 24 sata pogona. Loivo ulje u dnevnom spremniku grije se zasienom vodenom parom na ~ 50 C. Dnevni je spremnik obino postavljen dovoljno visoko da loivo ulje moe gravitacijski proticati kroz filtre i dotjecati pumpama. Nakon to se pumpama povisi tlak, loivo se ulje zagrijava do ~ 150 C, da bi se u plamenicima moglo fino raspriti, ali i da bi isparili lako hlapljivi sastojci. Rasprivanjem se uljni mlaz pretvara u uljne kapljice. Elektrotehniki fakultet Osijek186 Prema nainu rasprivanja loivog ulja razlikuju se:- plamenici za tlano rasprivanje i - plamenici za centrifugalno rasprivanje. Za tlano rasprivanje loivo se ulje dovodi u plamenik pod tlakom 14 do 30 bara, pa se pomou tangencijalnog ili spiralnog strujanja raspruje i u fi-nim kapljicama ubrizgava u loite. U plameniku za centrifugalno rasprivanje(rotacijski plamenik) ulje se gravitacijom dovodi kroz uplju osovinu u proireni dio gdje se zbog visokog broja okretaja (6000 7000 o/min) raspruje. 1 dovod ulja, 2 razdjeljiva ulja, 3 ventilator zraka za izgaranje, 4 zaklopka za regulaciju zraka, 5 rotirajui konus, 6 zatitni plat plamenikaElektrotehniki fakultet Osijek1873. Loita za plinovita goriva Kao plinovita goriva slue:- prirodni (zemni) plin ili - umjetni gorivi plinovi (gradski plin, koksni plin, plin iz visokih pei, itd.). Za kotlove velikog uina dolazi u obzir samo zemni plin. Kad se postrojenju parnog kotla dovodi plin pod visokim tlakom ili u te-kuem stanju, potrebna je redukcijska stanica za snienje tlaka plina. Zemni plin pod visokim tlakom i s niskim temperaturama treba zagrijati da bi se sprijeilo kondenziranje ugljikovodika s niskom temperaturomisparivanja. Plin i zrak mijeaju se izvan plamenika, a skretnikom se moe usmjeravati mjeavina plina i zraka, te skratiti plamen. Plin izlazi velikom brzinom kroz sapnice koje su ugraene u sapnici za zrak, pa se tako postie vrlo intenzivno mijeanje i kratak plamen vrlo visoke temperature. Zbog izvanredno brze reakcije izgaranja zrak i gorivi plin ine vrlo eksplozivnu smjesu, pa su potrebni sigurnosni ureaji koji spreavaju eksploziju mjeavine zraka i gorivog plina. 188Plamenik za plin visoke ogrjevne moi. 1 ulaz plina, 2 ulaz zraka, 3 - razdjelna komora plina, 4 razdjelna komora zraka, 5 sapnice plina, 6 izbuena glava sapnice, 7 Venturijeve sapnice zraka, 8 usmjeriva gorive smjese, 9 prostor za mijeanje plina i zraka, 10 otvor za paljenje i nadzor189Voda za parne kotlove Sirova prirodna voda nikad se ne upotrebljava izravno u parnim kotlovima jer sadri mehanike neistoe, otopljene soli i plinove. Napojna voda, koja se dovodi u kotao, i kotlovska voda, koja se nalazi u kotlu, moraju imati takva svojstva da bude sigurna i ekonomina proizvodnja tehniki iste vodene pare, da se na ogrjevnim povrinama u dodiru s vodom ili parom ne taloi kotlovski kamenac i da se ne pojavljuje korozija u sustavu voda para. Svojstva napojne vodeOpi je zahtjev da napojna voda mora biti bistra i bezbojna, dakle bez plutajuih tvari i mutei, a to se lako kontrolira.Korozija eljeznih stijenki spreava se odravanjem koncentracije kisika ispod doputene granice. Dosad nije zapaena korozija pri koncentraciji od 0,02 mg O2po litri vode, a tu je granicu tehniki relativno lako ostvariti. 190 O tvrdoi vode ovisi stvaranje kotlovskog kamenca koji se taloi na unutranje stijenke cijevi u kotlu. Kotlovac nastaje zagrijavanjem vode s otopljenim solima, razliitih minerala. Taloenje kamenca, koji je vrlo dobar toplinski izolator, smanjuje prijelaz topline i povisuje temperaturu ogrjevnih povrina, pa zbog toga poputa materijal i pucaju cijevi. Koncentraciju eljeza i bakra u napojnoj vodi treba odrati ispod doputene granice da bi se osigurala istoa pare. Napojna voda mora biti kemijski neutralna ili slabo lunata da se sprijei korozija koja bi nastala kad bi voda bila imalo kisela. Elektrina vodljivost je takoer jedan od pokazatelja istoe napojne vode. Ovisi o koncentraciji iona, pa za kemijski istu vodu ona iznosi0,05 S/cm. Permanganatski broj je mjera za udio organskih tvari u napojnoj vodi. Zbog veeg udjela organskih tvari voda se u kotlu pjeni i tada para sa sobom nosi estice pjene i vode u pregrija i turbinu. Udio ulja u napojnoj vodi mora biti u doputenim granicama, jer ulje u kotlu moe na stijenkama stvarati tanke slojeve na koje se lijepe izlune soli. 1913.2.2. Parne turbine U parnim turbinama pojavljuje se dvostruka energetska transformacija: a) unutarnje energije pare u kinetiku energiju ib) kinetike energije pare u mehaniku energiju. Prva je transformacija posljedica ekspanzije pare visokog tlaka i temperature u nepominim kanalima ili sapnicama, odnosno