Mała Elektrownia Wodna przepływowa, Kanada Małe Elektrownie Wodne Ocena projektu Szkolenie w zakresie oceny projektów Czystej Energii Mała Elektrownia Wodna przepływowa, Kanada Zdjęcia: SNC-Lavalin © Ministerstwo Zasobów Naturalnych Kanady 2001–2006.

Zagadnienia Podstawy systemów Małych Elektrowni Wodnych (MEW) Prezentacja kluczowych kwestii w analizie projektów MEW Wprowadzenie do modułu MEW programu RETScreen® © Ministerstwo Zasobów Naturalnych Kanady 2001–2006.

Co zapewniają systemy MEW? Energia elektryczna dla Centralnej sieci elektroen. Sieci wydzielonej Zasilania urządzeń zdalnych …ale również… Niezawodność Bardzo niskie koszty eksploatacyjne Zmniejszenie uzależnienia od zmieniających się cen energii Zdjęcie: Robin Hughes/ PNS © Ministerstwo Zasobów Naturalnych Kanady 2001–2006.

Układ Małej Elektrowni Wodnej Zbiornik górny Tama i przelew Spad (m) Budynek elektrowni Krata Transformator Rurociąg Linie przesyłowe Stacja rozdzielcza Przepływ (m3/s) Generator Rera ssąca Turbina Moc w kW ≈ 7 x Spad x Przepływ Kanał odpływowy

„Małe” Elektrownie Wodne „Małe” nie jest określeniem jednoznacznym Wielkość elektrowni nie zależy jedynie od mocy elektrycznej ale również od wielkości przepływu i spadku wody Typowa Moc RETScreen® Przepływ RETScreen® Średnica wirnika Micro < 100 kW < 0,4 m3/s < 0,3 m Mini 100 to 1 000 kW 0,4 to 12,8 m3/s 0,3 to 0,8 m Małe 1 to 50 MW > 12,8 m3/s > 0,8 m © Ministerstwo Zasobów Naturalnych Kanady 2001–2006.

Typy MEW Typ sieci Typ prac hydrotechnicznych Centralna sieć elektroenergetyczna Sieć wydzielona lub praca poza siecią Typ prac hydrotechnicznych Elektrownia przepływowa Bez magazynowania wody Moc uzależniona od aktualnego przepływu wody w rzece: mniej stabilna wydajność Elektrownia zbiornikowa Większa stabilność pracy w ciągu roku Zwykle wymagana budowa zapory 17,6 MW Elektrownia przepływowa, Massachusetts, USA Zdjęcie: PG&E National Energy Group/ Low Impact Hydropower Institute 4,3 MW Elektrownia przepływowa, Oregon, USA Zdjęcie: Frontier Technology/ Low Impact Hydropower Institute © Ministerstwo Zasobów Naturalnych Kanady 2001–2006.

Elementy MEW: Prace hydrotechniczne Zwykle stanowią 60% kosztów początkowych Tama wodna lub jaz Niskie zapory o prostej konstrukcji Betonowe, drewniane, murowane Sam koszt zapory może być przeszkodą w realizacji projektu Kanał wodny Ujęcie wody z kratą i zasuwą; kanał odpływowy na wyjściu z elektrowni Kanał, tunel podziemny i/lub rurociąg zasilający Zawory/zasuwy odcinające na wejściu i wyjściu turbiny, umożliwiające jej konserwację Hala maszyn Turbiny, wyposażenie techniczne i elektryczne Zdjęcie: Ottawa Engineering © Ministerstwo Zasobów Naturalnych Kanady 2001–2006.

Elementy MEW: Turbina Mniejsze wersje modeli dużych turbin wodnych Osiągalna sprawność na poziomie 90% W elektrowniach przepływowych przepływ jest zmienny Turbina powinna dobrze funkcjonować przy różnym zakresie natężenia przepływu lub należy zastosować układ turbin Reakcyjne: Francisa, z kierownicą stałą, Kaplan’a Dla zastosowań przy małym i średnim spadku wody Turbiny zanurzone wykorzystują ciśnienie wody i energię kinetyczną Akcyjne: Peltona, Turgo, krzyżowa Dla dużych spadków Wykorzystują energię kinetyczną strumienia wody o dużej prędkości Turbina Peltona Zdjęcie: PO Sjöman Hydrotech Consulting Turbina Francisa Zdjęcie: PO Sjöman Hydrotech Consulting © Ministerstwo Zasobów Naturalnych Kanady 2001–2006.

Elementy: Urządzenia elektryczne i inne Generator Asynchroniczny Musi być połączony z innymi generatorami Używany do zasilania dużych sieci Synchroniczny Może pracować niezależnie od innych generatorów Stosowany w systemach samodzielnych i w sieci wydzielonej Pozostałe wyposażenie Przekładnia łącząca turbinę z generatorem Zawory, elektronika, urządzenia zabezpieczające Transformator © Ministerstwo Zasobów Naturalnych Kanady 2001–2006.

Potencjał techniczny (TWh/rok) Wodne zasoby światowe Bilans opadów na kontynentach jest dodatni Dla równowagi woda opadowa trafia do rzek, które z kolei wpływają do mórz i oceanów Potencjał techniczny (TWh/rok) Wykorzystanie% Afryka 1 150 3 Południowa Azja i Bliski Wschód 2 280 8 Chiny 1 920 6 Kraje byłego Związku Radzieckiego 3 830 6 Ameryka Północna 970 55 Ameryka Południowa 3 190 11 Ameryka Centralna 350 9 Europa 1 070 45 Australia i Oceania oraz część Azji 200 19 Źródło: Renewable Energy: Sources for Fuels and Electricity, 1993, Island Press. © Ministerstwo Zasobów Naturalnych Kanady 2001–2006.

Procent czasu występowania przepływu wymaganego lub wyższego (%) Loklane zasoby wodne Duża specyfika miejscowa: konieczne jest określenie warunków hydrologicznych rzeki! Zmiana poziomu rzeki na krótkim odcinku (spadek) Dopuszczalne zmiany przepływu w czasie: krzywa przepływów charakterystycznych Przepływ nienaruszalny zmniejsza przepływ do produkcji energii Wyznaczanie krzywej przepływów bazuje na Pomiarach przepływu w okresach czasu Rozmiar zlewni, specyfika odpływu oraz kształt krzywej okresowej przepływów Krzywa okresowa przepływów 50,0 40,0 30,0 Przepływ (m3/s) 20,0 10,0 0,0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Procent czasu występowania przepływu wymaganego lub wyższego (%) © Ministerstwo Zasobów Naturalnych Kanady 2001–2006.

Zdjęcie: Ottawa Engineering Koszty MEW Koszty MEW w 75% zależą od specyfiki terenu Wysokie koszty początkowe Jednak budowle wodne i urządzenia mogą służyć nawet powyżej 50 lat Bardzo niskie koszty pracy i konserwacji Zwykle wystarcza jeden niepełnoetatowy pracownik Okresowa konserwacja podstawowych urządzeń, zlecana jest na zewnątrz Rozwój elektrowni o dużym spadku prowadzi do obniżenia kosztów Typowy przedział: 1 200 $ do 6 000 $ za kW mocy zainstalowanej Zdjęcie: Ottawa Engineering © Ministerstwo Zasobów Naturalnych Kanady 2001–2006.

Uwarunkowania systemów MEW Utrzymanie niskiego poziomu kosztów dzięki prostej konstrukcji, nieskomplikowana budowa Możliwość wykorzystania istniejących zapór, jazów i innych budowli wodnych Czas wdrożenia projektu od 2 do 5 lat Badania hydrologiczne i środowiskowe: zezwolenia Cztery etapy projektowania: Wstępne pomiary/badania hydrauliczne Studium celowości Studium wykonalności Planowanie systemu i inżynieria projektu Zdjęcia: Ottawa Engineering © Ministerstwo Zasobów Naturalnych Kanady 2001–2006.

MEW Uwarunkowania środowiskowe Rozwój MEW może powodować zmiany w Środowisku naturalnym ryb Krajobrazie Rekreacji i żegludze Wpływ na środowisko i wymagania środowiskowe zależą od lokalizacji i typu elektrowni: Elektrownia przepływowa na istniejącej zaporze : relatywnie mniejsze Elektrownia przepływowa w terenie niezagospodarowanym: zapora/jaz/przelew Zbiornik wodny: im projekt o większej skali tym mocniejszy wpływ na środowisko © Ministerstwo Zasobów Naturalnych Kanady 2001–2006.

Przykłady: Słowacja, Kanada i USA MEW pracujące na sieć centralną Elektrownie przepływowe będą zasilały sieć przy odpowiednim przepływie wody Przedsiębiorstwo energetyczne lub niezależny producent energii z długoterminową umową na sprzedaż energii elektrycznej Mała Elektrownia Wodna, Southeastern, USA Zdjęcie: CHI Energy 2,3 MW, 2 Turbiny, Jasenie, Słowacja Budowa MEW, Newfoundland, Kanada Zdjęcie: Emil Bedi (Foundation for Alternative Energy)/ Inforse Zdjęcie: CHI Energy © Ministerstwo Zasobów Naturalnych Kanady 2001–2006.

Przykłady: USA i Chiny MEW w sieci wydzielonej Odosobnione zgrupowania ludzkie Odseparowane budynki mieszkalne i przemysłowe Generatory w MEW, Chiny Zdjęcie: International Network on Small Hydro Power Wysoka cena energii elektrycznej Elektrownie przepływowe z jednej strony wymagają zapasowego źródła energii natomiast okresowe przyrosty przepływu nie przynoszą korzyści MEW King Cove o mocy 800 kW, Miasteczko z 700 mieszkańcami Zdjęcie: Duane Hippe/ NREL Pix © Ministerstwo Zasobów Naturalnych Kanady 2001–2006.

RETScreen® Moduł MEW Analiza produkcji energii w dowolnym miejscu na świecie, koszt w okresie żywotności i redukcja emisji gazów cieplarnianych Sieć centralna, wydzielona i poza siecią Od pojedynczych mikro turbin w mikro elektrowni wodnej do układów turbin w małych elektrowniach wodnych “Formuła” metoda kalkulacji kosztów Obecnie model nie ma zastosowania dla: Pracy na sieć wydzieloną uwzględniającej sezonowe zmiany obciążenia Zmiany spadku w systemach zbiornikowych (wartość średnia zdefiniowana przez użytkownika) © Ministerstwo Zasobów Naturalnych Kanady 2001–2006.

RETScreen® MEW Obliczenia Energetyczne Krzywa okresowa obciążenia Krzywa okresowa przepływów Wyznaczenie krzywej sprawności turbiny Obliczenie wydajności elektrowni Wyznaczenie krzywej okresowej mocy Obliczenie możliwej do wykorzystania energii wody Sprawdź e-Podręcznik Ocena projektów w zakresie Czystej Energii: RETScreen® Projektowanie i Przykłady Rozdział: Małe Elektrownie Wodne Obliczenie ilości dostarczonej energii (sieć wydzielona i poza siecią) Obliczenie ilości dostarczonej energii (sieć centralna)

Przykład weryfikacji modelu RETScreen® Małe Elektrownie Wodne Sprawność turbiny Porównano z danymi producenckimi dla 7 MW turbiny GEC Alsthom Francis Zdolność produkcyjna i moc wyjściowa Porównano z HydrA dla terenów Szkocji Rozbieżność wyników 6,5% 100% Producent 80% RETScreen 60% Sprawność (%) 40% Krzywa sprawności turbiny: 20% RETScreen a Dane producenta 0% 0% 20% 40% 60% 80% 100% Procent natężenia przepływu Metoda kalkulacji kosztów - Formuła Porównano z RETScreen®, czego wynikiem jest 11% różnica w oszacowaniu dokładnego kosztu dla elektrowni o mocy 6 MW w Nowej Funlandii © Ministerstwo Zasobów Naturalnych Kanady 2001–2006.

Wnioski Małe Elektrownie Wodne (do 50 MW) mogą dostarczać energię elektryczną do centralnej sieci elektroenergetycznej, sieci wydzielonej czy zasilać osobne urządzenia Elektrownie przepływowe: Niższy koszt i mniejsze oddziaływanie na środowisko Ale wymagane zapasowe źródło energii przy pracy w sieci wydzielonej W porównaniu do pozostałych OZE koszty początkowe są wyższe i w 75% zależą od specyfiki terenu RETScreen® oszacowuje wydajność, moc gwarantowaną, wyjściową i koszty w oparciu o charakterystykę lokalizacji terenu jak krzywa przepływów charakterystycznych i spad RETScreen® znacznie obniża koszty opracowania wstępnego studium wykonalności © Ministerstwo Zasobów Naturalnych Kanady 2001–2006.

Pytania? www.retscreen.net Małe Elektrownie Wodne RETScreen® International Ocena projektów Czystej Energii Dla uzyskania dodatkowych informacji zapraszamy do odwiedzenia strony www.retscreen.net © Ministerstwo Zasobów Naturalnych Kanady 2001–2006.