UNIVERSITATEA POLITEHNIC BUCURETI FACULTATEA ENERGETIC

Utilizarea potenialului hidro la realizarea unei microhidrocentrale de putere 10 kW

Energia verde, un viitor concret

Realizat de: Grigorie Bogdan-George 2210-C

2008

Cuprins1. Resurse hidroenergetice 2. Caracteristicile energiei hidraulice i ale instalaiilor hidroenergetice 3. Schema microhidrocentralei i echipamentele hidraulice aferente 4. Echipamentele hidromecanice anexe 5. Microhidrocentrala desen de ansamblu 6. Posibilitatea de racordare de sistemul naional de transport si distribuie al energiei electrice 7. Studii de fezabilitate, consultanta, proiectare 8. Concluzii

1. Resurse hidroenergetice Puterea apei e cea mai important surs energetic care nu are n compoziia sa dioxid de carbon, dioxid de sulf, protoxizi de azot sau orice alt tip de emisie poluant i nu produce nici un fel de reziduri solide sau lichide. Centrala hidroelectric se folosete pe o cdere natural sau artificial a unui ru i nglobeaz principalele avantaje n comparaie cu alte surse de energie, economisind la capitolul consum de crbune, combustibil sau lemn de foc, fiind de sine stttoare.

Cum va arta consumul mondial de energie in viitor? Putem fi siguri c nevoia de electricitate va crete la nivel mondial. Agenia Internaional pentru Energie prevede o cretere la aproape 5.8 milioane de MW pn n anul 2020 de la 3.3 milioane n 2000. Totui, rezervele mondiale de combustibili fosili - sursa principal pentru producerea energiei electrice - se vor epuiza ncepnd cu 2020 pn n 2060, conform celor mai bune previziuni ale industriei petroliere. Cum vom suplini cererea de energie electric? Cel mai bun rspuns ar fi energia verde, regenerabil. Creterea preului petrolului, asociat cu estimri potrivit crora rezervele cunoscute de iei se vor reduce n urmtorii 15 ani la jumtate, oblig statele dezvoltate s-i intoarc faa ctre sursele regenerabile de energie (SRE). In cadrul SRE, energia hidro deine cea mai mare pondere i este considerat energie furnizat de uniti hidroenergetice cu puterea instalat inferioar sau cel mult egal cu 10 MW (hidroenergie mic), microhidrocentrale MHC. Acestea valorific micropotenialul hidroenergetic, parte integrant a potenialului hidroenergetic i dac, pn n prezent s-a pus accent n special pe realizarea de centrale hidroelectrice cu puteri mai mari ca 10 MW, n vederea integrrii n Uniunea European, Romnia va face demersuri pentru valorificarea n continuare a micropotenialului pentru a rspunde cerinelor Directivei UE privind SRE. Potenialul hidroenergetic amenajabil din Romnia prin MHC echivaleaz cu aproape 80% din energia produs de Porile de Fier I, cu deosebirea c MHC sunt distribuite pe ntreaga suprafa a rii, deci construcia lor ar determina creteri economice in toate zonele. Pe de alt parte, apa acumulat pe un anumit sector de ru sau adus ntr-un anumit punct reprezint o utilitate pentru toate

domeniile de activitate, determinnd direct sau indirect, satisfacerea multor folosine. Astfel, construciile i instalaiile energetice de mic putere ar asigura, pe lng energia electric i alte folosine, cum ar fi: alimentri cu ap potabil; alimentri cu ap industrial; irigarea unor suprafee agricole; controlul nivelurilor apei freatice pe terenurile riverane; protecia mediului prin scoaterea de sub ameninarea inundaiilor a terenurilor riverane; imbuntairea condiiilor climatice locale; susinerea unor activiti turistice; dezvoltarea unor fonduri piscicole i multe altele. De asemenea, o investiie ntr-o microhidrocentral reprezint, pentru localitile izolate, n general montane, o economie de combustibil pentru alimentarea cu energie electric i de ce nu, energie termic. Se pot da numeroase exemple, din alte ri, unde s-a aplicat alimentarea cu energie electric prin intermediul unei microhidrocentrale.

2. Caracteristicile energiei hidraulice i ale instalaiilor hidroenergetice Energia hidraulic i centrale hidroelectrice au cteva caracteristici tehnice i economice remarcabile: 1.Energia hidraulic este inepuizabil, deoarece sub aciunea cldurii provenit de la soare este asigurat continuitatea circuitului apei n natur. 2.Utilizarea energiei hidraulice pentru producerea de energie electric d posibilitatea s se economiseasc o anumit cantitate de combustibil (crbune, gaz metan, produse petroliere). 3.Energia electric produs n CHE este de 2-4 ori mai ieftin (uneori de 4...8 ori) fa de cea obinut n CTE. Astfel se creeaz condiii care stimuleaz dezvoltarea industriilor ce consum mari cantiti de energie electric: industria metalurgic (aluminiu), chimic (azot), agricultura etc. 4.CHE au o mare manevrabilitate, elasticitate i siguran n exploatare. Un hidroagregat (turbin hidraulic-generator electric) poate fi pus n funciune n 1-2 minute. Astfel, CHE pot acoperi puterile din orele de vrf, asigurnd pentru CTE un regim optim de funcionare. Avariile hidroagregatelor sunt mult mai rare fa de cele ale termoagregatelor. 5.Consumul de putere pentru necesiti proprii ale unei CHE este mai mic dect la o CTE de aceeai putere. 6.Hidroagregatele au un randament mult mai mare dect termoagregatele. Turbinele hidraulice moderne, de putere mare, au max=94%, iar hidroagregatele respective au max=90%. 7.Construcia de CHE creeaz condiii de rezolvare i a problemei utilizrii complexe a apelor pentru navigaie, irigaie, alimentri cu ap etc., care, n majoritatea cazurilor, nu este economic a fi soluionate separat. 8.Servitutea principal a CHE const n faptul c implic investiii, timp de amortizare i durat de execuie mai mare dect CTE.

3. Schema microhidrocentralei i echipamentele hidraulice aferente Microhidro turbinele electrice sunt cele mai eficiente si ieftine generatoare de energie electric. Dac avei un mic pru, sau un rau, in apropiere cabanei sau casei, care poate furniza cel putin 5 litri/sec de la o diferenta de nivel de cel putin 3m, sau 0,5litri/sec de la o diferenta de nivel de cel putin 10m , nu ezitati sa folositi un generator hidro electric. Veti avea energie ecologica, gratuita si nelimitata. (fig. 1)

Fig.1 Microhidrocentrala desen de ansamblu Principalele componente ale unei hidrocentrale de mic putere sunt urmtoarele: Acumularea: constituie o form de stocare a energiei poteniale disponibile; Sistemul de transfer, care include dispozitivul de captare (priz de ap echipat cu grtar) si circuitul de transfer (canalul, van, stavilarul, galeriile, canalul de fug sau evacuarea) unde o parte din energia disponibil este convertit in energie cinetic; Turbina hidraulic: este o parte a centralei unde energia apei este convertit n energie mecanic; Generatorul: energia mecanic transmis la turbin menine viteza rotorului generatorului producnd energie electric n concordan cu legile electromagnetice; Staia de transformare i linia de transport: energia electric este condus i transformat pentru a putea fi conectat la reea pentru a putea furniza energie electric consumatorilor. Cantitatea de energie produs depinde de doi factori:

1. nlimea de cdere a apei pe vertical: cu ct este mai mare, cu att este mai mare puterea generat. 2. Debitul de ap ce trece prin turbin: puterea produs este proportional cu volumul de ap ce trece prin turbin in unitatea de timp (secund, minut). Sistemele de microhidrocentrale se impart in dou categorii importante de turbine: Turbine pentru inlimi mari de ap i debite mici, turbinele de impuls. Turbinele pentru inlimi mici de ap i debite mari, turbinele de reaciune.

Turbine pentru inalimi mari de ap i debite mici, turbinele de impuls: (fig. 2) Puterea produs ntr-o turbin de impuls este dat integral de momentul de lovire a apei n paletele turbinei. Aceast ap creeaz o impingere direct sau de impuls a paletelor, de aici i denumirea.

Fig. 2

Turbinele pentru inlimi mici de ap i debite mari, turbinele de reaciune: Turbinele de reaciune sunt rotite de fora de reaciune a apei lovind paletele rotorului. Pot funciona la inlimi de ap foarte mici de pn la 0,6 m, dar au nevoie de o mult mai mare cantitate de ap comparativ cu turbinele de impuls. (fig. 3)

Fig. 3

Construcia unei microhidrocentrale poate cuprinde dou categorii de lucrri: lucrrile civile i lucrrile privind echipamentele mecanice i electrice. Lucrri civile Principalele lucrri civile la microhidrocentral sunt barajul de derivaie sau stavilarul, conductele pentru transportul apei i centrala electrica. Traseul apei ntr-o micro-hidrocentral cuprinde: - O priz de ap care include grtarul pentru plutitori, o poart i o intrare ntr-un canal, ntr-o conduct forat sau direct n turbin, n funcie de tipul amenajrii. Priza de ap este in general, construit din beton armat, grtarul din oel, iar poarta din lemn sau oel. - Un canal i/sau conducta de aduciune i/sau conducta forat care conduce apa la centrala electric la amenajrile la care aceasta este situat la o distan oarecare n aval de priza de ap. Canalele sunt, n general, excavate i urmresc conturul terenului. Conductele de aduciune i conductele forate care transport apa sub presiune pot fi din oel, fier, fibr de sticl, polimer, beton sau lemn. - Intrarea i ieirea din turbin includ vanele i porile necesare opririi accesul apei ctre turbin pentru oprirea centralei i revizii tehnice. Aceste componente sunt, n general, fabricate din oel sau fier. Porile din aval de turbin pot fi fabricate din lemn, dac intreinerea i reviziile necesit aa ceva. - Canalul de fug care transport apa evacuata de la turbin napoi n ru. Acesta, asemenea canalului de aduciune, e realizat prin excavare.

4. Echipamente mecanice i electrice Principalele componente mecanice i electrice ale unei microhidrocentrale sunt turbina (turbinele) i generatorul (generatoarele). O turbin transform energia hidraulic n energie mecanic. Exist diferite tipuri de turbine care pot fi clasificate n mai multe feluri. Alegerea turbinei va depinde n principal de cderea disponibil i debitul instalat n microhidrocentral. Turbinele sunt n general mprite n trei categorii: de nalt, medie i de cdere mic. Turbinele folosite pentru cderi mici sau medii sunt cel mai des cu reaciune i includ turbine Francis(fig. 4) i Kaplan(fig. 5) cu pale fixe sau variabile.Turbinele folosite pentru instalaii mari sunt cele cu aciune. Acestea includ turbinele Pelton, Turgo i Banki (fig. 6 curgere transversal). Turbina care are curgere transversal, e numit uneori Banki. E folosit pentru o gam larg de cderi, acoperind domeniile turbinelor Kaplan, Francis i Pelton. E potrivit pentru curgeri cu debite mari i cderi mici. Tipul seleciei, geometria i dimensiunile turbinei depind n principal de cdere, de debit i de viteza rotorului. Cu privire la generatoare, exist dou tipuri de baz folosite n general n microhidrocentrale i anume cele sincrone i cele de inducie (asincrone). Un generator sincron poate fi folosit izolat n timp ce unul de inductie trebuie folosit legat cu alte generatoare.

Fig. 4

Fig. 6

Fig. 5

5. Echipamentele hidromecanice anexe n centrala hidroelectric, la baraje, prize de ap, canalizri, conducte, castele i camere de echilibru i pe turbine sunt instalate numeroase echipamente hidromecanice de tipuri foarte variate, care ndeplinesc diferite funciuni de reglare, comand, stocare etc. n cele ce urmeaz se prezint o clasificare sumar a acestora.cu aciune direct simplu Regulatoare automate de turaie i putere neizodrom cu aciune indirect izodrom dublu -Regulatoare de nivel sau debite. -Regulatoare pentru nchiderea rapid. -Regulatoare de presiune. simple stavile plane duble clapete automate sau semiautomate Stavile stavile segment stavile sector stavile cilindrice stavile diverse vane plane pentru mic presiune (p6 at) vane plane speciale acionate electromagnetic (p