Slide 1

Iskljuite telefonehvala

UNIVERZITET U TUZLIMAINSKI FAKULTETENERGETSKO MAINSTVO DIPLOMSKI RADProjektovanje i izgradnja velikih hidroelektrana u skladu sazahtjevima savremenih elektroenergetskih sistemamentor:Dr. sc Indira Buljubai, doc.Kandidat: Armis HaliloviTuzla, mart 2013. godine1. UVODPojam Energije je prestavljen fizikalnom veliinom kojom se opisuje meudjelovanje i stanje estica nekog tijela, te njegovo meudjelovanje s drugim esticama ili tijelima, odnosno sposobnost obavljanja rada.

Energija ne moe ni nastati ni nestati ve samo prelaziti iz jednoga u drugi oblik pa stoga izrazi kao to su "proizvodnja", "dobijanje", "gubici", "potronja", "pohrana" ili "tednja" energije u fizikalnom smislu nisu posve tani, iako su u svakodnevnom govoru nezaobilazni.

Oblici energije obuhvataju izvore i vrste energije, zavisno od njihovog mjesta u procesima transformacije:- primarna energija- sekundarna energija- finalna energija- korisna energija.

2. ENERGETSKA SITUACIJA U SVIJETUOpskrba dovoljnim koliinama energije jedan je od kljunih uvjeta za opstanak i razvoj nae civilizacije, stoga nije neobino da se u prognozama gospodarskog razvoja bilo koje zemlje problemima opskrbe energijom poklanja najvea panja.. Energetski resursi su svi na Zemlji dostupni izvori energije koji mogu biti:- neobnovljivi ili iscrpivi- obnovljivi ili neiscrpivi.Energetske rezerve obuhvataju postojee, do sada otkrivene i veim dijelom ve iskoritavane izvore (obnovljive i neobnovljive), dok resursi obuhvataju sveukupne, na Zemlji raspoloive izvore.Izvori energije ili energenti su sredstva koje slue za pretvorbu energije, odnosno koja su sama neki oblik energije (npr. ugalj, prirodni plin, uran, elektrina energija, Sunce, vjetar itd). Goriva su izvori energije u fizikom, stvarnom smislu (npr. ugalj, nafta, prirodni plin, vodik, drvo i sl), a s obzirom na njihovu pojavnost u prirodi (agregatno stanje), mogu biti:- kruta (npr. mrki ugljen) - tena (npr. loivo ulje) i - plinovita .

2. 1 Procjene potreba za energijom u svijetuPrema procjenama potreba za primarnom energijom u svijetu (posljednji zvanini podaci IEA publikacija iz 2007., podaci za 2005. godinu) sa 11435 Mtoe potroene primarne energije u 2005. god. oekuje se porast potreba na 17100 Mtoe (Ref. scenario) do 2030. god. ili cca 2,0 % godinje u periodu 2005. 2030. godine.

2. 2 Potronja energije u svijetu

Osnovna karakteristika potronje energije u svijetu, kao i u Evropi (pa i regiji), je jo uvijek dominantna zastupljenost fosilnih goriva, koja su 1973. godine u primarnom obliku koritena u iznosu od 86% (nafta ak 46% prije naftne krize, a nuklearno gorivo samo 0.9%), a u 2005. godini fosilna goriva kao nosioci primarne energije su koritena u iznosu od oko 80%, uz smanjenje upotrebe nafte (35%) i znaajan porast primjene nuklearnog goriva za proizvodnju elektrine energije.Sl. 2.1. Udio goriva u ukupnoj primarnoj potronji u svijetuSl. 2.2. Udio goriva u ukupnoj finalnoj potronji u svijetu

3. POTREBA ZNAAJNIJEG KORITENJA OBNOVLJIVIH IZVORA ENERGIJEUticaj na okoli jedan je od znaajnih faktora u razmatranju prikljuenja novih proizvodnih objekata na mreu.

Obnovljivost pojedinog izvora energije najlake pojmimo ako kaemo da je obnovljiv izvor onaj iji se prosjeni dotok svake godine ponavlja, bez smanjenja barem za ljudsko poimanje vremena.

Na temelju Kyoto Protokola mnoge zemlje trebaju smanjiti kombinovanu emisiju staklenikih plinova razvijenih zemalja za otprilike 5 % u odnosu na vrijednost iz 1990. godine, u razdoblju od 2008. do 2012. godine. Zemlje Europske unije preuzele su obvezu smanjenja emisije staklenikih plinova za 8%. Stvaraju se programi iskoritavanja obnovljivih izvora koji ukljuuju vjetroelektrane, male hidroelektrane, fotonaponske izvore, zemni plin, energiju iz otpada te iz biomase.

Sl. 3.1. Tri vala fosilnih godina i potreba za obnovljivim izvorima energije4. HIDROENERGIJA 4.1 Energija vodotoka

Suneva enegija koja dopire do Zemljine povrine izaziva isparavanje vode na povrinama okena, rijeka i jezera, ali i sa povrine tla i iz biljaka. Ta se voda podie u obliku vodene pare na neku visinu i stvaraju se oblaci. Oborine padaju na zemlju, pa ta voda ima potencijalnu energiju prema nivou mora.

Koliina vode koja protie vodotokom u jedinici vremena (m3/s) ili protok nije konstantna veliina, ve ovisi o oborinama, topljenju snijega, koliini vode koja podzemnim putem dotie do vodotoka.

Aritmetika sredina dnevnih protoka u jednoj godini je srednji godinji protok, a u nizu godina (25-40 godina) srednji viegodinji protok.

Radi to slikovitijeg prikaza tabelarno su dati podaci o iskoristivim vodenim snagama i ostvarenoj proizvodnji u 2000. godini u HE, te grafikom je dan prikaz iskoritenosti vodene snage u svijetu:

Tehniki iskoristive vodne snage (TWh/god)Ostvarena proizvodnja (TWh/god)Iskoritenje vodnih snaga (%)Amerika68751210,517,6Europa1330620,946,7Bivi SSSR2190227,910,4Afrika314075,62,4Azija i Pacifik5755544,29,5Svijet192902679,113,9Tabela. 4.1. Podaci o iskoristivim vodenim snagama

Krive vodnih koliina pokazuju promjenu protoka neke rijeke tokom mjeseci u godini sa zimskim i ljetnim minimumom, te proljetnim i jesenskim maksimumom;

Sl. 4.2. Kriva vodnih koliinaKriva na (sl. 4.2) je osnova za dobijanje promjene trajanja vodnih koliina iz koje se vidi tokom koliko vremena se moe osigurati odreeni protok vode (Slika 4.3).

Sl. 4.3. Kriva trajanja vodnih koliinaSrednju godinju koliinu raunamo ako se povrina ispod krive podijeli s vremenom:

Poznavajui ovisnost vodnog protoka i raspoloivog pada rijeke, odnosno vodostaja, takoer mjerenjem, moe se ucrtati kriva promjene pada (slika 4.4) tokom godine.

(4.1)

Sl. 4.4. Ovisnost trajanja vodnih koliina, pada i snageIz krive trajanja koliina i pripadnih visina moe se odrediti kriva raspoloive snage P tokom godine pomou sljedeeg izraza: P = g Q H [W] (4.2)

gustina vode (uzima se priblina vrijednost 1000) [kg/m3] g gravitaciono ubrzanje 9,81 [m/s2]Q volumni protok [m3/s]H raspoloivi vodeni pad [m]

Povrina ispod krivulje snage ini raspoloivu energiju u toku srednje godine:

Razlika izmeu gornjeg, dotonog nivoa vode i donje odvodne vode naziva se statikim padom Hst. Ukupni pad HE naziva se bruto pad Hb, koji se dobija ako se statiki pad uvea za kinetiku energiju ulazne mase vode kojoj treba oduzeti kinetiku energiju vode na izlaznom presjeku;

(4.3)Neto pad Hn, hidreoelektrane se dobija ako se od bruto pada oduzmu gubici strujanja vode u privodnom dijelu sistema do ulaza u turbine;

Hst - statiki pad

- Kinetika energija ulazne mase vode

- Kinetika energija vode na izlaznom presjeku

hw suma gubitaka

(4.4)

(4.5)

4.2 HidroelektraneHidroelektranailihidroelektrina centralaje postrojenje u kojem se potencijalna energija vodenajprije pretvara u kinetiku energijunjenog strujanja, a potom u mehanikuenergijuvrtnje vratila turbine te, konano uelektrinu energijuu elektrinom generatoru.Energija koju HE proizvodi pretvorbom vodne energije pomou turbine i elektrogeneratora u elektrinu energiju prema jednadbi je:

EHE = g H V A [J] (4.6) i snaga PHE = = g Q H A [W] (4.7)V zapremina vode koja protie kroz turbinu [m3],Q protok turbine [m3/s]A stepen korisnog djelovanja agregata koji je jednak produktu T (turbine) i G (elektrogeneratora) prema :

A = T G (4.8)

Stepen korisnog djelovanja turbine i generatora ovisi o tipu i veliini stroja u projektnoj taki mogu iznositi: T = 0,85 do 0,96 i G = 0,96 do 0,98.Zbir svih nominalnih snaga agregata instalisanih u HE daju nazivnu snagu (PN) hidroelektrane, to obino odgovara maksimalnoj snazi HE: PN = Pg + Pd + Pr (4.9) Pg garantovana snaga (dobija se analizom grafova optereenja potroaa) Pd dodatna snaga (odreuje bez garancije, posebno za HE s ogranienom mogunou regulacije vodnog toka) Pr rezervna snaga: Pr = PA + Ppr + Prm + Pdr (4.10)

PA rezerva u sluaju iznenadnih kvarova (havarija), Ppr snaga koja se koristi pri neplaniranim oscilacijama preoptereenja zbog odravanja ravnotee. Prm rezerva za potrebe kratkih neplaniranih remontnih radova neke HE ili TE u sistemu radi zamjene manjih dijelova, Pdr rezerva za prekoplanska optereenja.

Najvea energija koja se moe dobiti u vremenu T iz HE jednaka je:

Emax = PN T (4.11)

U nekom razdoblju rada (T) hidroelektrane, kada e se mjenjati potronja struje i protok vode, proizvedena e energija biti:

PHE transformirana snaga vode u elektrinu struju u vremenu T. Omjer energije prema jednaini (4.11) i (4.12) jest koeficijent nazivne snage:

K moe iznositi od 0,29 do 0,45 za neke elektrane prema literaturi (za vrijeme rada elektrane od 3 950 sati kroz godinu dana jest K = 0,45).

(4.12)

(4.13)

Sl. 4.5. Shema Hidroelektrane5. KLASIFIKACIJA HIDROELEKTRANA 5.1 Podjela HE prema nainu koritenja

akumulacijske, kod kojih se dio vode prikuplja (akumulira) kako bi se mogao koristiti kada je potrebnijeprotone, kod kojih se snaga vode iskoritava kako ona dotiereverzibilne ili crpno-akumulacijske, kod kojih se dio vode koji nije potreban pomou vika struje u sustavu crpi na veu visinu, odakle se puta kada je potrebnije.

Sl. 5.1. Akumulacijska hidroelektranaSl. 5.2 . Protona hidroelektranasl. 5.3. Reverzibilna hidroelektrana5.2 Podjela HE prema smjetaju samih postrojenja

Prema smjetaju samih postrojenja, odnosno prema vodenom toku iju energiju iskoritavaju, hidroelektrane mogu biti:

"klasine", na kopnenim vodotokovima: rijekama, potocima, kanalima i sl.na morske valove,na morske mijene: plimu i oseku.

Sl. 5.4. Hidroelektrana na valove

Sl. 5.5. Hidroelektrana na morske mijene5.3 Podjela HE prema padu vodotoka

Prema padu vodotoka, odnosno visinskoj razlici izmeu zahvata i ispusta vode (klasine) hidroelektrane se mogu podijeliti na:

niskotlane, s padom do 25 m (Kaplanove turbine)srednjotlane, s padom izmeu 25 i 200 m (Francisove turbine)visokotlane, s padom veim od 200 m (Peltonove turbine)

Sl. 5.6. Kaplanova (propelerna) turbinaSl. 5.7. Francisova turbinaSl. 5.8. Peltonova turbina5.4 Podjela HE prema udaljenosti strojarnice od branePrema udaljenosti strojarnice od brane hidroektrane se dijele na:pribranske, ija je strojarnica smjetena neposredno uz branu, najee po dnu njederivacijske, ija je strojarnica smjetena podalje od brane.

5.5 Podjela HE prema smjetaju strojarnicePrema smjetaju strojarnice hidroektrane se dijele na:nadzemne, kod kojih je strojarnica smjetena iznad nivoa tlapodzemne, kod kojih je strojarnica smjetena ispod nivoa tla.

5.6 Podjela HE prema instalisanoj snaziPrema instaliranoj snazi (uinku) hidroelektrane mogu biti:velike (nekoliko stotina MW do preko 20 GW),male (od 2 MW do 10 MW),mikro (do 100 KW),piko (ispod 5 kW).

5.6.1 Velike HE

Velike hidroelektrane su megagraevine i obino imaju snagu od nekoliko stotina MW do preko 20 GW. Trenutno najvee hidroelektrane u pogonu su:HE Tri klanca (Kina) 22,5 GW,HE Itaipu (Brazil/Paragvaj) 14 GW, He Guri (Venecuela) 10,2 GW. U nastavku slijedi kratak opis dvije najvee hidroelektrane na svijetu.

5.6.1.1 Velika hidroelektrana Tri klanca u Kini

Brana Tri klanca je najvea hidroelektrana na svijetu, nalazi se na rijeci Jangce.2009. godine putena u pogon.Posjeduje 26 divovskih turbina proizvodi 85 milijardi kWh struje godinje (22 500MW 22,5 GW) (priblino 18 srednjih nuklearki), te e time biti zadovoljeno 10% kineskih potreba.

Sl. 5.9. HE Tri klanca Kina5.6.1.2 HE Itaipu ( Brazil / Paragvaj )To je zajedniki poduhvat Brazila i Paragvaja na rijeci Parana. Instalirana snaga hidroelektrane je 14 GW, sa 20 generatora od po 700 MW. Rekord u proizvodnji struje je postignut 2000. kada je proizvedeno 93,4 milijarde kWh energije (93% ukupne potronje u Paragvaju i 20% ukupne potronje u Brazilu).

Sl. 5.10. HE Itaipu5.7.1 Izbor osnovnih elemenata hidroelektraneU izbor osnovnih elemenata HE spadaju:Izbor tipa HEIzbor broja agregataIzbor tipa turbineIzbor generatora5.7.1.1 Izbor tipa hidroelektranepribranske emederivacijske emekombinovane eme5.7.1.2 Izbor broja agregataNajpovoljniji broj agregata se odreuje na osnovu energetsko-ekonomskeanalize razmatranog postrojenja. Proraun specifine brzohodnosti zausvojenu brzinu obrtaja (n) agregata e se vriti prema jednaini:

(5.1)Q protok (m3/s)H napor (m)n brzina obrtaja (ob/min)

5.7.1.3 Izbor tipa turbina

Izbor tipa turbina obavlja se simultano sa izborom broja agregata, jer je za izbor broja agregata potrebno poznavanje radnih karakteristika turbina, osnovnih gabarita, mase i kotanja agregata pojedinih veliina. Usvajanjem brzine obrtanja generatora, odnosno agregata slijedi specifina brzohodnost :

Iz nq bira se tip turbine i njezine glavne dimenzije.

(5.2)sporohodnanormalnabrzohodnaPeltonFrancisPropelerna (Kaplan)2 1040 18010 20130 25020 50250 550400 - 1200Tabela. 5.1 specifina brzohodnost turbine5.7.1.4 Izbor generatoraOsnovni parametri koji definiu jedan hidrogenerator mogu se podeliti u dvije grupe: a) parametri koji proistiu iz parametara turbine: nominalni broj obrtaja, aktivna snaga, zamajni momenat i b) parametri specifini za sam generator: faktor snage, prividna snaga, nazivni napon i opseg regulacije napona.

Sl. 5.12. Generator HE5.9 Uslovi ukljuenja hidroelektrana u EESProizvedena elektrina energija mora da zadovolji vie uslova, od kojih poseban znaaj imaju uslovi dovoljnosti, kvaliteta, sigurnosti i ekonominosti.

EkonominostIznos investicijskog ulaganja u HE bitno utie na cijeli proraun kao i cijena kapitala (godinje otplate kamata). Investicijski ulog u HE stvara se iz cijene HE postrojenja (glavnog i pomonih) po kW instalisane snage, cijene graevinskih objekata akumulacije, privoda i odvoda vode te zgrada HE.Specifina investicija:

J ukupna investicijska sredstva (KM)Pn nominalna snaga HE (kW).Cijena energije:

(5.4)

(5.5)E srednja godinja proizvodnja proizvodnja energije (kWh/god)

Iznos trokova za amortizaciju objekta i postrojenja koji ovisi o investicijskomulogu: Io = A + J (5.6) koeficijent amortizacijeUkupna se cijena energije dobije ako se sa Io oznai kompleks trokova kojiukljuuje trokove za voenje i odravanje:

Dohodak HE ovisi o njenizoj instaliranoj snazi, te srednjoj godinjoj proizvodnji energije. D = ce E (KM) (5.8)S dobivenom cijenom D izraunava se vrijeme angaovanja kapitala:

(5.7)

(5.9)Reciprona vrijednost daje koeficijent rentabilnosti:

Ako je, primjerice, T = 5 godina, tada je r = 0,2, odnosno 20%.

(5.10)6. MOGUI SCENARIJ ZA BUDUI RAZVOJ VELIKIH HE U BiH

Osnovni domai izvori energije u BiH su ugalj i hidroenergija, dok se zemni gas i nafta uvoze. Struktura primarne energije je: ugalj: 56%, hidroenergija 10%, tena goriva 28% i gas 6%. U proizvodnji elektrine energije instalisani kapaciteti termoelektrana i hidroelektrana su u odnosu 49:51, dok je proizvodnja elektrine energije iz ova dva izvora u odnosu 75:25.

to se tie hidroenergije u BiH, tehniki potencijal (mHE i vHE) je oko 6800 MW i oko 24000 GWh/godinje (sa malim HE 700 MW i 2600 GWh/g). Iskoriteni potencijal (1991 god) je oko 38% po energiji i 35% po instalisanoj snazi to je najnie u Europi.

Nakon obnove postojeih objekata, EPBiH je pred novim izazovom izgradnje novih EEO koji e osigurati:Sigurnost snabdijevanja i energetsku neovisnostRast obima prodajePoveanje energetske efikasnostiSmanjenje emisije staklenikih plinovaKoritenje domaih resursa

Sl. 6.1. Zastupljenost pojedinih energenata u energetskimpotrebama BiH

Planirani HE projekti EPBiH:

Prioritetni projekti do 2014 god:

1. HE Vranduk2. HE Janjii3. MHE na slivu Neretvice4. HE Una Kostela Aneks

Ostali projekti u pripremi:

1. HE Ustikolina (60 MW, 247 GWh) 2015 2018 god,2. HE aplje (12 MW, 56,8 GWh) 2015 2018 god,3. HE Kruevo sa HE Zeleni vir (11 + 2,4 MW, 30,7 + 9,6 GWh) 2015 2018 god4. HE Kovanii (13 MW, 68 GWh) 2017 2020 god.5. HE Kabli, 52 MW6. HE Han Skela, 12 MW7. HE Ugar ue, 12 MW8. HE Ivik, 11,2 MW9. HE Vrletna Kosa, 11,2 MW 10. HE Glavatievo, (3x9,5 MW) 11. HE Bjelimii, (2x50 MW)Ukupna snaga iz planiranih HE je P = 1170 MW6.1 HE VrandukElektroprivreda Bosne i Hercegovine treba da pone sa izgradnjom nove hidroelektrane na rijeci Bosni nizvodno od Zenice, koja bi godinje trebala proizvoditi neto vie od 96 GWh elektrine energije. Nova hidroelektrana snage neto manje od 20 MW gradit e se na temelju ugovora o tridesetogodinjoj koncesiji za koritenje vodnog dobra.

Sl. 6.2. Vodotok rijeke Bosne u mjestu Vranduk6.2 HE JanjiiCiljevi izgradnje HE Janjii snage 13,3 MW, kao dio veeg programa razvoja energetskog potencijala rijeke Bosne, jesu godinja proizvodnja oko 68 GWh elektrine energije, proirenje baze za proizvodnju energije u EPBiH i BiH, poveanje bezbjednosti u snabdijevanju elektrinom energijom, doprinos zatiti ivotne sredine i razvoju ekonomije BiH.

Sl. 6.3. Mjesto izgradnje HE Janjii6.3 HE Una Kostela AneksIzgradnja ove hidroelektrane snage 6,5 MW se planira neposredno uz postojeu elektranu. Investicija je oko 23,5 miliona KM a njena godinja proizvodnja bi trebala biti oko 21,5 GWh. Poetak izgradnje se predvia 2014 godine, a proizvodnja 2017 godine.

Sl. 6.4. Planirano mjesto izgradnje HE Una Kostela AneksNa osnovu dobivenih podataka o planiranim hidroenergetskim objektima u BiH tehniki iskoristiv hidroenergetski potencijal na podruju FBiH i RS prikazan je u sljedeoj tabeli:

Slivno podrujeVodotok HEOekivana snagaMWProsjena godinjaproizvodnjaGWhLiticaHE Mostarsko blato(u izgradnji)61167Ukupno Litica61167VrbasUgar/HE Vrletna kosa25,563Ugar/ HE Jajce II15,6760Vrbas-glavni tok/HE Han skela8,536Ukupno Vrbas49,67159Cetinauica/CHE Vrilo5592Cetina glavni tok/HE Kabli5573Ukupno Cetina110165BosnaBosna-glavni tok/HE Vranduk21104Ukupno Bosna21104Drina Drina-glavni tok/HE Ustikolina3x22255Drina-glavni tok/HE aplje7,756,8Ukupno Drina73,7311,8NeretvaNeretva-glavni tok/HE Bjelimii2x50219CHE Bjelimii2x3001029 (-1388)Neretva-glavni tok/ HE Glavatievo3x9,5108Ukupno Neretva728,51356Una i SanaUna-glavni tok/HE Unac2x36250Sana/HE Gorade60234Sana/HE Klju49211Sana/HE Vrpolje68157Ukupno Una249852Ukupno Federacija BiH1292,87314,5 (-1388)Slivno podrujeVodotok HEOekivana snagaMWProsjena godinjaproizvodnjaGWhDrinaSutjeska 37,74169,96Bistrica40,90158,54Praa20,90124,60Ostali manji vodotoci51,13231,76Drina-glavni tok1675,103619,02Ukupno Drina1825,774303,88Vrbas Janj 36,52142,90Vrbanja59,90203,60Ostali manji vodotoci11,0349,86Vrbas-glavni tok287,681182,92Ukupno Vrbas395,131579,28Trebinjica Gornji horizonti256488,20Trebinjica-glavni tok482,081949,88Ukupno Trebinjica738,082438,08Una i SanaUna1055,20Sana 45,96214,04Ukupno Una i Sana55,96269,24Neretva Neretva 3085Ukupno Neretva3085BosnaBiotica28,20112Ostali manji vodotoci23,35108,20Bosna-glavni tok55,80343,80Ukupno Bosna107,35564Ukupno Republika Srpska3152,299329,487. ZAKLJUAK

Obnovljivi izvori energije predstavljaju veliku ansu da se umanji ovisnost od fosilnih goriva. Do trenutka kada cijena eksploatacije fosilnih goriva postane neprihvatljivo visoka mora da postoji jasna alternativa njegove zamjene. Jasno je da trenutno ne postoji jedinstveni izvor obnovljive energije koji bi u budunosti mogao da zadovolji sve nae energetske potrebe. Prednosti koritenja hidroenergije u elektranama na rijekama su poznate: nema potronje kisika, emisije CO2 i drugih polutanata, niska je proizvodna cijena elektrine energije. Procjenjuje se da e do 2020. godinja potronja elektrine energije u svijetu iznostiti 22 000 TWh. Dio te potronje u budunosti e pokriti i hidroelektrane, koje su od svih obnovljivih izvora energije najrazvijenije i koji trenutno ine uvjerljivo najei udio u proizvodnji iz svih obnovljivih izvora energije.Hidroelektrane kao takve jo uvjek imaju svijetlu budunost u svijetu ali i kod nas, pri emu treba obratiti posebnu panju na uslove zatite okolia (pogotovo kod izgradnje velikih brana gdje nastaje problem preraspodjele stanovnitva ija naselja budu potopljenja primjer Tri klanca).

Hvala na panji