Fakultet Informacionih TehnologijaSmjer: Poslovna informatika

SEMINARSKI RAD-OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE-TEME: HIDROENERGIJA,HIDROELEKTRANE, NIJAGARINI VODOPADI

Predmetni nastavnik:Student:Prof. dr Esad JakupoviStefan Dragievi46-12/RPIBanja Luka, juli 2013. god.

Sadraj:

1. Kroz istoriju22. Hidroelektrane33. Male hidroelektrane53.1. Pojam i definicija male hidroelektrane53.2. Prednosti i nedostaci MHE64. Nijagarini vodopadi i Nikola Tesla8

1. Kroz istoriju

Hidroenergija podrazumjeva pretvaranje kinetike energije vodenih masa u elektrinu energiju, a najprimjenjeniji metod je izgradnja brane i hidroelektrane na rijeci. Hidroenergija je obnovljiv izvor energije koja se vijekovima koristi za dobijanje mehanike, a ve due od sto godina i elektrine energije. Prije nego je postala iroko dostupna, hidroenergija se koristila za navodnjavanje i pogon raznih strojeva, poput vodenice, lukih dizalica..U Indiji su se gradile vodenice i vodeni mlinovi, u Rimskom carstvu energija vode se koristila za pogon mlinova koji su proizvodili brano od ita, te oblikovanjem kamena. Snaga vodenog vala isputenog iz spremnika koristila se za izdvajanje metalne rude u starom rudarskom procesu. Taj se proces iroko koristio u Britaniji, u Srednjem vijeku, a i kasnije. Koristio se za dobijanje olova i kositra, a kasnije se iz njega razvilo hidraulino rudarenje koje je bilo u upotrebi tokom kalifornijske potjere za zlatom.Na Dalekom istoku, zahvaljujui energiji vode, koristile su se crpke zasnovane na principu kotaa sa spremnicima za podizanje vode u kanale za navodnjavanje. Tokom 1830-ih godina, na vrhuncu izgradnje kanala, energija vode se koristila za prevoz maona[footnoteRef:2]. [2: Maona je plovni objek s ravnim dnom, izgraen uglavnom za prevoz teke robe kroz rijeke i kanale.]

Tokom druge polovine XIX vijeka izgraeni su mnogi mlinovi za ito kraj splavova Saint Anthony-a, koji su koristili 15-metarski vodopad do rijeke Mississippi. Ti su mlinovi doprinjeli razvoju Minneapolisa.Hidroenergija, kao obnovljivi izvor energije, ima iroku primjenu i sisteme za korienje u zavisnosti od tehniki iskoristljivih potencijala. Energija iz vode je gotovo neiscrpna i postoje razvijeni sistemi korienja potencijala rijeka i mora. Trenutni svjetski trend je ekoloka odrivost na mikro nivou, jer se tako postie zadovoljavajua efikasnost u proizvodnji elektrine energije, a uticaj na okolinu je minimalan. Na osnovu toga se poveava upotreba malih hidroelektrana.

2. Hidroelektrane

Hidroelektrane su energetska postrojenja u kojima se potencijalna energija vode pretvara prvo u mehaniku energiju (preko hidraulinih turbina), a potom u elektrinu energiju (posredstvom el.generatora). Energetske karakteristike svake hidroelektrane zavise od vodotoka na kome se ona gradi, odnosno od protoka ukupne raspoloive vode i njene raspodjele tokom godine i pada. Protok, pad i koliina vode ne mogu se po volji birati, jer su to inherentne karakteristike svakog rijenog toka i poloaja elektrane. Meutim, konstrukcionim mjerama mogu se poboljati uslovi za korienje prirodnog potencijala, u prvom redu pregraivanjem vodenog toka branom i formiranjem akumulacionih jezera. Na taj se nain podie nivo vode i iskoristivi pad se koncentrie na znatno krau dionicu rijenog toka, uz istovremeno smanjenje gubitka pada. Hidroelektrane su okarakterisane i sa veliinom akumulacionog bazena, gdje treba razlikovati ukupnu i korisnu zapreminu bazena. Postoje tri osnovne vrste hidroelektrana:1. Protone,2. Akumulacijske,3. i reverzibilne hidroelektrane.Po definiciji protone hidroelektrane su one koje nemaju uzvodnu akumulaciju ili se njihova akumulacija moe isprazniti za manje od dva sata rada kod nazivne snage. To znai da se kinetika energija vode koristi skoro direktno za pokretanje turbina. Prednost takve izvedbe je vrlo mali uticaj na okoli i nema dizanja nivoa podzemnih voda. Reim rada protonih hidroelektrana odreen je dotokom vode u akumulaciju, dok se u sluaju akumulacionih hidroelektrana ne mogu vriti izravnanja proizvodnje u kraim i/ili duim vremenskim intervalima. Zavisno od veliine tih intervala akumalacione hidroelektrane se dijele na hidroelektrane sa dnevnom, nedeljnom, sezonskom i vienedeljnom akumulacijom.Klasifikacija konvencionalnih hidroelektrana vri se na osnovu vremena pranjenja akumulacije. To je vrijeme potrebno da se isprazni korisna akumulacija sa instalisanim protokom hidroelektrane Qi, uz pretpostavku da u tom periodu nema dotoka u rezervoar, gubitaka vode usled poniranja, isparavanja i preliva. Glavni dijelovi takve elektrane su akumulacija, brana, zahvat, gravitacijski dovod, vodna komora, zasunska komora, tlani cjevovod, strojarnica i odvod vode. Postoje dvije izvedbe akumulacijskih hidroelektrana: pribranska i derivacijska. Pribranska se nalazi ispod same brane, a derivacijska je smjetena puno nie od brane i cjevovodima je spojena na akumulaciju. Akumulacijske hidroelektrane su najei nain dobivanja elektrine energije iz energije vode. Problemi nastaju u ljetnim mjesecima kad prirodni dotok postane premali za funkcioniranje elektrane. U tom sluaju se brana mora zatvoriti i potrebno je odravati bar razinu vode koja je bioloki minimum. Veliki problem je i dizanje razine podzemnih voda. Potronja elektrine energije ovisi o dobu dana, danu u sedmici, godinjem dobu itd. U ponedjeljak je pica potronje, ali je vrlo velika potronja i u svim ostalim radnim danima. Vikendom obino pada potronja elektrine energije. Za popunjavanje dnevnih pica potronje grade se reverzibilne hidroelektrane. Ove hidroelektrane sline su derivacijskim, ali protok vode je u oba smjera kroz derivacijski kanal. Kad je potronja energije mala voda se pumpa iz donjeg jezera u gornju akumulaciju. To se obino radi nou, jerje tada potronja energije najmanja. Danju se prebacuje na proizvodnju elektrine energije i tada se prazni gornja akumulacija. To nije ba energetski najbolje rjeenje, ali je bolje nego napraviti jo nekoliko termoelektrana za pokrivanje dnevnih pica potronje. Konvencionalne hidroelektrane imaju uvijek smijer kretanja vode od akumulacionog bazena ka turbini, tako da ih karakterie samo turbinski pogon. Zavisno od smjetaja mainske graevine, klasificiramo ih kao pribranske i derivacione. Ako je postrojenje hidroelektrane smjeteno neposredno u podnoju brane koja je omoguila koncentraciju pada moemo upotrijebiti sav dotok koji dolazi do hidroelektrane. To je tzv. pribranski tip hidroelektrane. Kod veih padova gradimo derivacioni tip gdje vodu kanalima ili cjevima dovodimo do mainske hale. Ovde ostaje neiskoriteni dotok izmeu brane i postrojenja pa je jo vea razlika izmeu tehniki iskoristive i bruto energije vodotoka. Reverzibilne HE okarakterisane su postojanjem gornjeg i donjeg akumulacionog bazena i pumpnog turbinskog postrojenja. U periodima malih optereenja voda iz donjeg bazena se pumpa u gornji bazen (pumpni pogon), da bi se u periodu velikih optereenja voda iz gornjeg bazena proputala kroz turbine u cilju proizvodnje elektrine energije, kao u konvencionalnim hidroelektranama (turbinski pogon). Njihov globalni faktor optereenja je reda 70%.

3. Male hidroelektrane

Orijentacija na koritenje malih hidropotencijala zahtjeva de se prilikom razrade dugorone razvojne politike utvrde raspoloive energetske mogunosti malih vodotoka, ali bez izrade odgovarajue tehnike dokumentacije to je nesagledivo. Neki autori tvrde da mali energetski potencijali iznose 5-7%, a drugi oko 10% ukupnog energetskog potencijala zemlje. Ti se procenti stalno mijenjaju i ovise o tome kako definiemo gornju instalisanu snagu male hidroelektrane.

3.1. Pojam i definicija male hidroelektrane

U literaturi se mogu nai razni podaci o tome kako definisati male hidroelektrane. Gotovo se ne moe naii na dvije zemlje sa identinom podjelom.Osnovni parametri, koje bi trebalo koristiti u klasifikaciji malih hidoroelektrana jesu: instalisana snaga agregata vrsta agregata u odnosu na turbinu i nain rada broj okretaja nain rada o odnosu na opti energetski sistem instalisani pad, itd. Prema snazi turbine imamo podjelu na mikro turbine snage do 100 kW, mini turbine snage do 1 MW, te male ili srednje turbine snage do 10 MW. Podjela male hidroelektrane prema raspoloivom padu prihvaena je u veini zemalja koje su prema instaliranom padu tipizirale opremu. Tako, na primjer, jedan broj proizvoaa elektromainske opreme u SAD proizvodi standardizovane agregate u koje se ukljuuje turbina, sinhroni generator sa sistemom automatske regulacije, ulazni ventil, kontrolna ploa za maximalne padove od 15 m i snage od 10 do 5000 kW. Male hidroelektrane se dalje dijele:a) Prema zahvatu: protona s bonim zahvatom iz glavnog vodotoka sa akumulacijom-branom, sa dnevnim, nedeljnim, godinjim ili viegodinjim izravnavanjem b) Prema regulisanosti protoka: male hidroelektrane sa protokom koji se moe podeavati-regulacija protoka na ulazu u turbinu (runa ili automatska) sa stalnim protokom, bilo zbog stvarne prirode optereenja, ili unitavanjem vika energije c) Prema povezanosti sa mreom i nainom rada: izolovane elektrane-samostalni rad elektrane vezane na mreu-paralelni rad elektrane koji rade pod reimom: on-off elektrane u kojima radi jedna, dvije ili vie jedinica elektrane koje rade po potrebi, ovisno prema potronji d) Prema instalisanoj snazi HE za nae uslove: depne HE do 20 kW mini HE od 20 do 500 kW male HE od 0.5 do 1 MW male HE od 1 do 3 MW srednje HE od 3 do 10 MW velike HE preko 10 MW

3.2. Prednosti i nedostaci MHE

Prednosti izgradnje male hidroelektrane u odnosu na izgradnju drugih izvora energije su mnogobrojni: u odnosu na velike hidroelektrane nemamo plavljenja irokih podruja (kako bi se obezbjedio prostor za akumulaciju vode) i naruavanja lokalnog ekolokog sistema; mogu obezbijediti navodnjavanje zemljita, kao i snabdijevanje vodom okolnih naselja, izgradnju ribnjaka i zatitu od poplava; smanjuju investiciona ulaganja za elektrifikaciju udaljenih naselja od opte elektrine mree, a elektrifikacijom takvih ruralnih naselja doprinosi se unapreenju; eksploatiu se uz veoma male materijalne trokove; radni vijek je vrlo dug, oko 30 godina, mada ima malih hidroelektrana koje ve rade 80 godina.Naravno, male hidroelektrane kao izvori energije, u odnosu na druge sline izvore imaju nedostatke, a to su: visoki investicioni trokovi po instalisanom kW; veliki trokovi istraivanja u odnosu na ukupne investicije; eksploatacija zavisi od postojeih resursa; zahtijeva integralno vodoprivredno rjeenje, s tim to se prednost mora dati sistemima za snadbjevanje vodom i za navodnjavanje, zato male hidroelektrane moraju raditi sa instalisanim protokom koji je odreen prema drugim potroaima: ako radi autonomno, proizvodnja elektrine energije zavisi od potronje, pa viak ostaje neiskoriten.

4. Nijagarini vodopadi i Nikola Tesla

Hidroelektranu na Nijagarinim vodopadima osmislio je kada mu je bilo samo deset godina. Kada se kao mali, u rodnom Smiljanu igrao na potoku, Tesla je pronaao toak, stavio ga u vodu i napravio minijaturnu turbinu. Ujaku, koji je sve to zaueno gledao, rekao je da e jednog dana napraviti istu takvu, samo na mnogo veoj rijeci. Godinama kasnije, na Nijagarinim vodopadima, po Teslinim nacrtima, napravljena je prva elektrina centrala, koja je bila uvrena u jedno od svjetskih uda tadanjeg svijeta.Tesla je prvi put uo za Nijagarine vodopade jo u takozvanoj pripremnoj osnovnoj koli koju je pohaao u Gospiu. U toj koli je dobio prva znanja iz oblasti mehanike, koja ga je izuzetno zainteresovala. Pogotovu je bio zainteresovan za hidrauliku i upotrebu vodenih turbina. O opisu Nijagarinih vodopada, koje je naao u nekoj knjizi, kasnije je zapisao: Bio sam oaran opisom Nijagarinih vodopada koji sam paljivo proitao a u mati sam zamislio veliki toak koji pokreu ovi slapovi. Rekao sam ujaku da u otii u Ameriku i tamo ostvariti svoj projekat. Trideset godina kasnije, video sam kako se moje ideje ostvaruju na Nijagari i divio sam se nedokuivoj tajni uma.Nijagarini vodopadi, danas nacionalni park, nalaze se u Sjevernoj Americi, na granici izmeu SAD-a i Kanade. Oni su dio rijeke Nijagre koja je dugaka 56 kilometara. Na svom kratkom toku ova rijeka ima ukupan pad od 99 metara, a prave atrakcije, vodopadi i brzaci, proteu se na 13 kilometara duine ove rijeke.Ustvari, tri vodopada ine Nijagarine vodopade. Jedan manji Nevestin veo je jednom stijenom, ostrvo Luna, odvojen od veeg koji nosi ime Ameriki vodopad. Trei i najvei Kandaski vodopad, takoe se naziva i Konjska potkovica, zbog svog karakteristinog izgleda. Sva tri vodopada imaju priblino istu visinu, oko 55 metara, Ameriki vodopad ima irinu 328 metara, a Kandaski je duplo vei, sa 675 metara. Velianstvenu sliku , koju ogromna koliina vode padajui stvara i od siline pretvara vodu skoro u paru rasprujui je na sitne kapljice, svake godine vidi oko 15 miliona ljudi.Ogromni potencijal, koji ovi vodopadi posjeduju, oduvijek je privlaio ljude da ga iskoriste. Prvi napor prema tome je uinjen 1759.godine kada je Daniel Joners sagradio mali kanal iznad vodopada koristei ga za pokretanje svoje pilane i tako direktno koristio mehaniku snagu vode. Ipak, sve do 1881.godine, takvi kanali se nisu koristili za proizvodnju elektrine energije.Tada je prvi put znaajni poduhvat elektrifikacije Nijagarinh vodopada izveo Dejkob ulkof. Pomou snage prirode proizvedeno je dovoljno elektrine energije za osvjetljavanje vodopada i oblinjeg sela. Za tu svrhu, odnosno za proizvodnju i prenos, koritena je jednosmjerna struja i iz tog razloga je upotreba elektrine energije ograniena na maksimalne udaljenosti do 3 kilometra od elektrane. Dugo je traeno reenje ovog problema, a jedno vrijeme je bila aktuelna i nagrada od 100.000 dolara za onoga ko bi rijeio problem prenosa elektrine energije na vee daljine.Zahvaljujui Teslinom pronalasku polifaznog sistema naizmjeninih struja, mogunost koritenja znaajnog potencijala ovog prirodnog rudnika snage su se viestruko poveale.Sam Tesla je bio mnogo uzbuen zbog mogunosti da mu se ostvari san iz djetinjstva. Svom roaku po majci, Simi Majstorovi, je u to vrijeme (2.1.1893.) napisao u pismu: Radim da bi uzeli moj sistem motora u velikim transmisijama sile na Nijagari koji se sad izvode, a pun sam nade da hoe.Iste te 1893. godine posle Svjetske izlobe u ikagu, donjeta je odluka o nainu iskoritavanja hidropotencijala Nijagarinih vodopada. To je bila ujedno i odluka kojoj se i sam Tesla nadao Meunarodna komisija za Nijagarine vodopade, na ijem elu je bio uveni fiziar Lord Kelvin, je 1893.godine prihvatila ponude kompanja koje su predloile upotrebu Teslinog polifaznog sistema.Prva elektrana izgraena je oko 2,5 km uzvodno od vodopada. Avgusta 1895.godine ova elektrana je isporuila prvu elektrinu energiju do susjednog grada Nijagarinih vodopada. Pravi podvig ovih pionira je zabiljeen odmah sledee godine. Poto je Vestinghausova kompanja angaovana na implementaciji sistema prenosa, zasnovanog na sistemu naizmeninih struja, uspostavljen je dalekovod do grada Bafala. Udaljenost je bila 35km od elektrane. Korieni su transformatori snage oko jedan megavat, a napon na dalekovodima je iznosio 11 hiljada volti. 16.11.1896. oko ponoi u Bafalu je stigla prva koliina elektrine energije. Ovo je predstavljalo prvi prenos elektrine energije na daljinu u komercijalne svrhe. Reporter lokalnih novina Niagara Falls Gazette izvijestio je toga dana: Ukljuenje prekidaa u velikoj elektrani na Nijagari zatvorilo je elektrino kolo to je prouzrokovalo da rijeka Nijagara potee uzvodno.Prvu snagu isporuenu Bafalu, 750 kilovata, dobila je eljeznika kompanija, ali je ubrzo lokalna elektrina kompanija dobila pet puta vee porudbine od stanovnika Bafala. Broj generatora se kasnije poveao, u narednih pet godina, na dest od prvobitnih tri, a mrea se produila do Njujorka. Elektrina mrea se irila gradom, a Brodvej je sijao obasjan elektrinim svjetiljkama napajanih naizmjeninom strujom. Mukotrpni sukobi Vestinghausove i Edisonove kompanije osiromaile su obje strane i Dord Vestinghaus se obratio Tesli za pomo. Naime, Nikola Tesla je prema ugovoru o prodaji patenata sainjenom sa Vestinghausom, trebao da dobija po 2,5 dolara za svakih 750 vati koji bi protekli iz njegovih izuma. Ovo bi znailo bankrot ionako dosta osiromaenog Vestinghausa. Tesla je svoj ugovor pocjepao u znak zahvalnosti ovjeku koji je razumio njegovo vizionarstvo. Iako je bio jednako zasluan za uspjeh Nijagare, plodove svog rada nije mogao da ubira.Danas na Nijagari, koja je u svjetskim razmjerama meu veim izvorima hidroelektrike, postoji vie elektrana, kako na kanadskoj, tako i na amerikoj strani. Ukupna proizvodnja dostie brojku od 4,4 miliona kilovata elektrine energije. Na Nijagarinim vodopadima se na amerikoj strani, sa pravom, nalazi spomenik Nikoli Tesli. Povodom 150 godina od roenja istaknutog naunika kanadske vlasti su prihvatile predlog da i na svojoj strani postave spomenik ovom vrhunskom ovjeku.

Linkovi:http://www.ekokucamagazin.com/obnovljivi-izvori-energije/hidroenergija.html (april 2013.)http://www.ecoist.rs/index.php?option=com_content&view=category&layout=blog&id=5&Itemid=106 (april 2013.)http://www.ekologija.ba/userfiles/file/Obnovljivi%20izvori%20energije%20-%20Studija.pdf (april 2013.)http://www.serbia.com/srpski/otkrijte-srbiju/poznate-licnosti/nikola-tesla (april 2013.)http://hr.wikipedia.org/wiki/Hidroenergija (april 2013.)http://sr.wikipedia.org/sr/%D0%A5%D0%B8%D0%B4%D1%80%D0%BE%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B8%D1%98%D0%B0 (april 2013.)http://opusteno.rs/regioni-f43/nijagarini-vodopadi-t14064.html (april 2013.)

1