Bioplynove_stanice - EcoTechnika

„Zelená“ energie z gravitačních přivaděčů vody

Energie z obnovitelných zdrojů, „ekologicky čistá" energie„, alternativní energie, zelená" energie - to všechno jsou hesla, termíny, která jsou v poslední době velmi frekventována - říkejme ji v tomto článku třeba „zelenou" energií.

voda1

Zelená „energie" je doplňkem k „tradičním" formám elektrické energie, má velkou podporu v celé Evropské unii (včetně významných dotací), jsou smělé plány, jak docílit, aby „zelená" energie dosáhla co největšího podílu na celkové výrobě elektrické energie. „Zelenou" energii je možno na příklad získat z větru, biomasy a řadou jiných způsobů. Tradičním, relativně velmi bezpečným a velmi starým způsobem získávání energie z obnovitelného zdroje je vodní energie - původně se energie vody využívalo „přímo", přímo se využívala energie mechanická, později dostávala přednost výroba energie elektrické, která je velmi flexibilní (na jednom místě se vyrobí a na zcela jiném místě, které může být od výroby libovolně vzdáleno, se spotřebuje) - začaly se budovat malé vodní energie (MVE).

Energie z gravitačních přivádečů

Zcela specifickou formou MVE je „zelená" elektrická energie, kterou je možno získávat při provozu gravitačních přivaděčů vody.

Provozní podmínky na řadě gravitačních přivaděčů vody jsou takové, že kapacita, tj. maximální přivaděčů je podstatně větší, než je průtok potřebný, požadovaný. Pro dosažení požadovaného průtoku je potřeba průtok škrtit regulační armaturou. Škrcením se „přebytečná" energie vody bez užitku maří. Místo maření energie škrcením je možno tuto „přebytečnou" kinetickou energii vody využít k výrobě elektrické energie v malé vodní elektrárně (MVE).

Jestliže by pro zajištění požadovaného průtoku (Q) 100 l.s-1 bylo nutno škrtit 100 m v.sl. výšky (H), pak se „ničí" energie výkonu (N) 100 kW. Pokud se místo škrcení Instaluje technologické zařízení - MVE s parametry hltnost (Q) 100 l.s-1 a spádu (H) 100 m v.sl., tj. se stejnými parametry Q a H, kterých dosahujeme škrcením, by bylo možno (při střízlivě uvažované účinnosti MVE) získat elektrický výkon 70 kW; za rok provozu by bylo možno získat 613 MWh elektrické energie. Tolik pro představu, kolik je možno takto získat elektrické energie, o jakých výkonech je „řeč".

Vhodné přiváděče

Vhodnými systémy gravitačních přivaděčů pro energetické využití mohou být:

- přivaděče vody z vodních nádrží, přehrad do úpraven vod, průmyslových podniků a podobně (schématicky viz obr. č. 1) ,

- vodárenské přivaděče mezi „horním" a „spodním" vodojemem vodárenských systémů (viz obr. č. 2),

ale též

- pod přehradami při energetickém využití sanitárního průtoku (obr. č. 1)

- místo redukčních stanic před velkými spotřebišti (snižování tlaku vody ve spotřebištích).

voda2

Obr. 1 MVE na přivaděči, MVE na sanitárním průtoku

voda3

Obr. 2 MVE na trase přivaděče

Na těchto systémech je v řadě případů přebytek energie, kterou je účelné využít k výrobě elektrické energie. V těchto systémech jsou obvykle k průtoky v řádu stovek l.s-1 a spády, které je možno energeticky využít v desítkách m v.sl. Jsou však využívány z uvedeného kritéria i „atypické" systémy, na příklad (viz obr. č. 2) s Q v desítkách l.s-1 a s H vyšší než 100 m v.sl.

Výkonově je pak možno tyto MVE zařadit (ve smyslu názvosloví) mezi mikro a mini MVE.

Při koncepčním návrhu MVE je potřeba mít na zřeteli, že hlavní funkcí gravitačních přivaděčů není výroba elektrické energie, slouží k jiným účelům. MVE na gravitačních přivaděčích by měly být navrženy tak, aby provozovatele jen minimálně „obtěžovala", provoz by měl být jednoduchý pro obsluhu a v neposlední řadě by provozovatel měl mít z MVE užitek.

Při koncepčním řešení energetického využití je potřeba zvážit, zda bude výhodnější vyrobenou energii spotřebovat zejména pro vlastní spotřebu (a prodat pouze přebytky), nebo prodat veškerou vyrobenou elektrickou energii - kritériem by měla být ekonomie.

Turbínová soustrojí

Hlavním a pro efektivnost MVE rozhodujícím, jsou turbínová soustrojí. Turbínové soustrojí je obvykle tvořeno turbínou a generátorem, někdy je potřeba mezi turbínu a generátor vložit zařízení pro změnu otáček, jsou-li rozdílné otáčky turbíny a generátoru.

Jako turbín v těchto typech MVE se obvykle používá standardních, sériově vyráběných odstředivých čerpadel provozovaných v turbínovém režimu, nebo turbíny Banki. Možné jsou i jiné typy turbín - např. Francis, Pelton, jejich oblast nasazení jsou však specifické, jsou též podstatně dražší, mají samozřejmě i své přednosti.

Generátory jsou prakticky vždy asynchronní - asynchronní generátory spolu s frekvencí elektrické sítě velmi zjednodušují automatiku provozu MVE.

Při koncepčním řešení MVE na gravitačních přivaděčích je nutno řešit i další hydraulické a technické „problémy". Je na příklad potřeba vyřešit regulaci výkonu MVE (pokud možno „bezztrátovou"), provoz přivaděče je nutno zajistit, bude-li MVE z jakéhokoliv důvodu mimo provoz, specifickým problémem je hydraulický ráz.

Uvedené gravitační systémy jsou pro energetické využívání výhodné i z hlediska investičních nákladů. Převážně se totiž využívají systémy již vybudované, jsou tak k dispozici horní a spodní nádrže systému, vlastní přivaděč a pak stačí vybudovat „pouze" vlastní MVE - ekonomická návratnost pak je velmi výhodná.

Při budování nových gravitačních systémů by se mělo posoudit, zda budovaný systém je pro energetické využívání vhodný a za jakých podmínek a jeho parametry (zejména průměr přivaděče) pro energetické využívání přizpůsobit. Pro každý přivaděče je možno stanovit jeho „energetické maximum", u nově budovaných přivaděčů je příležitost správnou volbou některých parametrů přivaděče „energetické maximum" ovlivnit, přizpůsobit potřebě.

Samostatnou kapitolou je optimalizace již provozovaných MVE. Je v provozu řada MVE, jejichž provoz má nízkou účinnost. Je též v provozu řada MVE, které nebyly do systému navrženy příliš šťastně a výsledný efekt - celková výroba elektrické energie - je špatný, účinnost je velmi nízká. Na příklad v systému (viz obr. č. 3) dvě stávající, navíc v sérií pracující MVE (což je vždy technický problém) budou nahrazeny MVE jedinou s vysokou účinností.

voda4

Obr. 3 Optimalizace stávajícího využití

Návratnost

Podle vybudovaných a provozovaných MVE tohoto typu se návratnost obvykle pohybuje v rozmezí 2 - 6 roků. Na návratnost má vliv řada věcí, na příklad typ a počet turbínových soustrojí, technické provedení trubních tras MVE (obyčejná ocel x nerez), stupeň automatizace MVE, zda je nutno pro MVE budovat nový stavební objekt a řada dalších okolností a podmínek. Jedním z nejdůležitějším parametrem pro návratnost je však výkupní cena energie. Ta v poslední době roste rychleji, než je růst investičních nákladů, což návratnost těchto MVE nadále zlepšuje.

Závěrem je možno konstatovat, že „zelená" energie získána při provozu gravitačních přivaděčů má své místo a energie doposud mařena škrcením se efektivně využije. Navíc MVE na gravitačních přivaděčích i při současných výkupních cenách energie má velmi dobrou návratnost investičních nákladů.

Text: Ing. Karel Kadula

Späť

Témy:

Bioplynové stanice v EcoTechnike