Prezentacija

Универзитет у Крагујевцу

Факултет инжењерских наука

Пројекат мале хидроелектране са Пелтоновом турбином

за производњу електричне енергије коришћењем

водотока реке Бјелице у Србији

Студенти:

Ивана Терзић 322/2013

Александар Радовановић 326/2013

Никола Петровић 327/2013

Никола Стојановић 362/2013

Професор:

Др Милун Бабић

мастер рад

Увод

,,Енергија, то је кључни проблем будућности – питање живота или смрти.

Садашњи извори енергије су непоуздани и трују наш планет. Можда преживимо

то тровање, али доћи ће дан када ће ти извори енергије пресушити.”

Обновљиви извори енергије:

1. хидроенергија

2. соларна енергија

3. енергија ветра

4. биомаса

5. геотермална енергија

6. енергија плиме и осеке

7. океанска термална енергија

8. енергија таласа и океана

Енергија ветра, хидроенергија, енергија биомасе и Сунчева енергија су

економски конкурентне.

Прва права хидроелектрана која је производила наизменичну струју, по

замислима Николе Тесле, изграђена је на Нијагариним водопадима, између

САД - а и Канаде. Пуштена је у рад 1895. године.

Увод

Прва хидроелектрана у Србији са Теслиним

системом трофазних струја пуштена је у рад

2. августа 1900. године у Ужицу на Ђетињи

,,Под градом”.

Укупни хидропотенцијал Србије процењен

је на око 31.000 GWh годишње.

Мале хидроелектране – 2.400 GWh/god.

Хидроелектране

Хидроелектране су енергетска постројења у којима се потенцијална

енергија воде помоћу турбине претвара у механичку (кинетичку) енергију, а

затим у генератору користи за производњу електричне енергије.

Основна подела хидроелектрана:

1. велике хидроелектране

2. мале хидроелектране

Разлика између великих и малих хидроелектрана је у инсталисаној снази. У

Србији према законској регулативи граница је 10 МW.

Према начину извођења мале хидроелектране се могу поделити на три

основне групе:

1. проточне мале хидроелектране

2. акумулационе мале хидроелектране

3. деривацијске мале хидроелектране

Предности МХЕ

Смањена или у потпуности елиминисана емисија гасова стаклене баште.

Имају предвиђен дужи животни век него електране на фосилна горива.

Захтевају мали број запослених.

Период отплате инвестиције МХЕ до 10 година.

Нема плављења широких подручја како би се обезбедио простор за акумулацију воде.

Животни век МХЕ је веома дуг, око 30 година и више.

Велика зависност од константности протока.

Компликована процедура изградње.

Потреба за еколошки прихватљивим протоком (биолошки минимум).

Потреба уградње пролаза за рибе.

Бука, вибрације, визуелно нарушавање околине.

Неприступачност локација.

Недостаци МХЕ

Правни оквир

Највећи проблем са којим се сусреће сваки потенцијални инвеститор који

покушава да своју идеју о изградњи мале хидроелектране спроведе у дело

јесте набавка и прикупљање дозвола и сагласности.

Кључна ствар је креирање и доношење коначних поступака и постављање

оптималних рокова за процес издавања дозвола у области обновљивих извора

енергије. Подразумева се да постављени рокови морају бити коначни, кратки и

извршиви (,,28 дана”).

Прописи за изградњу мале хидроелектране могу се поделити у две основне

групе:

1. прописи којима је уређена област планирања и изградње објеката

2. прописи којима је уређена област енергетике

У групу прописа којима је уређена област планирања и изградње спадају:

1. Закон о планирању и изградњи, подзаконски акти донети на основу Закона

којим је уређена област планирања и изградње

2. Закон о просторном плану Републике Србије

3. пратећи плански документи и други прописи

У групу прописа којима је уређена област енергетике спадају:

1. Закон о енергетици и пратећи прописи овог закона

2. Стратегија развоја енергетике Републике Србије

3. програм остваривања Стратегије развоја енергетике Републике Србије

4. други прописи који се односе на енергетску дозволу, лиценцу за обављање

енергетске делатности и прикључење објекта на мрежу

Прописи

За изградњу и пуштање у рад објекта МХЕ неопходно је да се испуне следећи

услови:

1. изради идејни пројекат са идејним решењем

2. прибави енергетска дозвола

3. прибави локацијска дозвола

4. прибави грађевинска дозвола

5. изгради објекат и обезбеди стручни надзор у току грађења објекта

6. обави технички преглед објекта и прибави употребна дозвола

Услови за изградњу МХЕ

Измене Закона о планирању и изградњи

рокови ,,28 дана” Изменама Закона о планирању и изградњи које су ступиле на снагу 1. марта

2015. године предвиђена је обједињена процедура у поступцима за издавање

аката у остваривању права на изградњу и коришћење објеката.

Министарство надлежно за послове грађевинарства, надлежни орган аутономне

покрајине, односно надлежни орган јединице локалне самоуправе, дужни су

да одреде посебну организациону целину у свом саставу, која спроводи

обједињену процедуру за:

1. издавање локацијских услова

2. издавање грађевинске дозволе

3. пријаву радова

4. издавање употребне дозволе

5. прибављање услова за пројектовање, односно прикључење објеката на

инфраструктурну мрежу

6. прибављање исправа и других докумената које издају имаоци јавних

овлашћења

Изменама Закона о планирању и изградњи рок за добијање дозвола за

изградњу износи 28 дана.

Одлучујући фактор убрзања поступка

Током спровођења обједињене процедуре, надлежни орган искључиво врши

проверу испуњености формалних услова за изградњу и не упушта се у оцену

техничке документације, нити испитује веродостојност докумената које

прибавља у тој процедури, већ локацијске услове, грађевинску и употребну

дозволу издаје, а пријаву радова потврђује, у складу са актима и другим

документима из Закона о планирању и изградњи.

Одредбе других закона којима се на другачији начин уређују питања која су

предмет уређивања овог закона, неће се примењивати, осим закона и прописа

којима се уређује заштита животне средине.

Прoблеми при изградњи МХЕ

Препреке на које инвеститори наилазе и због којих одустају од изградње МХЕ

и поред доношења измена Закона су:

1. Прва препрека на коју инвеститор наилази је недостатак планова детаљне

регулације којима се одређује где се и шта може градити.

2. Друга препрека је конверзија права коришћења у право својине на

грађевинском земљишту, јер Закон о конверзији који уређује ово питање

никако да уђе у скупштинску процедуру.

3. Трећа препрека су проблеми унутар једношалтерског система предвиђеног

обједињеном процедуром која је уведена изменама Закона о планирању и

изградњи 1. марта 2015. године тако да се не поштују задати рокови од 28

дана за издавање дозвола. Катастар и јавна предузећа и даље искачу из

система, при чему сам проблем не представљају толико јавна комунална

локална предузећа, већ републичка (Србијаводе, Путеви Србије и ЕПС).

Водоток

Реку (водоток) чине корито и водена маса која се у њему креће од места

настанка (извора) до ушћа у другу реку, језеро или море.

Река Бјелица

Бјелица је десна притока Западне Мораве.

Река Бјелица је уврштена у катастар малих хидроелектрана због свог

хидроенергетског потенцијала.

Подаци који су преузети из катастара малих хидроелектрана су проток водотока

(проток износи 0,47 m3/s) и расположиви бруто пад водотока (бруто пад износи

61,5 m) реке Бјелице.

Назив локације Горњи Дубац

Општина Лучани

Водоток Бјелица

Слив Западна Морава

Површина слива 376 km²

Проток водотока 0,47 m3/s

Бруто пад водотока 61,5 m

Одређивање параметара водотока

Мерење протока

Директне методе су:

запремински метод

метод коришћења мерних објеката – прелива

методи раствора

Мерење протока

Индиректни метод се састоји из:

мерења проточне површине

мерења брзине кроз попречни пресек:

1. пловак

2. хидрометријска кола

3. електромагнетни мерачи

Мерење нивоа – водостаја

Континуално мерење нивоа (водостаја) водног тока је једноставније и јефтиније,

у односу на мерење брзине струјања воде дуж речног тока и одређивања протока

у кратким временским интервалима.

Место на коме се поставља мерни инструмент (водомерна летва или лимниграф)

мора бити без великих турбуленција речног тока и релативно равно.

Мерење бруто напора

Бруто напор представља вертикално растојање које вода пређе приликом

генерисања снаге, односно растојање између горњег и доњег нивоа воде.

Тачнија мерења се добијају коришћењем алтиметра или клинометра.

Помоћу дигиталних мерача углова, електронских дигиталних нивелатора и

електронских компактних станица процес мерења напора је веома

једноставнији.

Модерни електронски нивелатори омогућују аутоматско представљање података

о висини и удаљености. Интерна меморија омогућава складиштење око 2400

података. ГПС рисивер је идеалан за теренско позиционирање и грубу израду

мапа.

Дијаграми водостаја и протицаја реке

Бјелице

На ординатној оси дијаграма дате су вредности средњих водостаја и протока,

док су на апсцисној оси представљени различити временски периоди.

Пелтонова турбина

Спада у акцијске водне турбине.

Област примене креће се за јединичне радове 500 – 4000 J/kg и протоке 0,2 ‒ 3 m3/s.

Постоје хоризонталне и вертикалне Пелтонове турбине.

Основни елементи Пелтонове турбине су:

1. лопатице

2. основа радног кола са вратилом и лежајима

3. кућиште

4. спроводни апарат ‒ млазница

5. уређаји за регулацију

6. замајац и хидраулична кочница

Пелтонова турбина

Основни делови хидроелектране

Oсновни делови хидроелектране су:

1. брана или преграда

2. захват воде

3. довод воде

4. прекидна комора (водостан)

5. цевовод под притиском

6. водене турбине (хидротурбине)

7. систем заштите од хидрауличног удара

8. генератор

9. машинска зграда

10. трансформаторска станица

11. одвод воде

Бране

Основни делови бране су:

1. тело бране

2. темељ

3. слапиште

4. веза са обалом

Доводни органи

Начини довођења воде код МХЕ су:

1. довођење каналом са слободном површином воде (отворени или затворени канали)

2. довођење кроз цев под притиском или кроз тунел

3. довођење без канала и без цеви, непосредно из реке у турбину

Машинска зграда

Елементи унутар машинске зграде су:

1. улазни затварач или вентили

2. турбина

3. мултипликатор

4. генератор

5. системи контроле

6. кондензатор

7. прекидач

8. заштитни систем

9. трансформатор

10. управљачко – регулациони систем

11. механички преносни систем

Технички услови за прикључење МХЕ на

електродистрибутивну мрежу

Критеријуме које је неопходно задовољити су:

1. критеријум дозвољене снаге мале хидроелектране

2. критеријум фликера

3. критеријум дозвољених струја виших хармоника

4. критеријум снаге кратког споја

Опремљеност одговарајућом релејном заштитом.

Испуњавање захтева прописа о заштити животне средине.

𝑆𝑁𝐺𝑀 ≤𝑆𝑘𝑠50 ∙ 𝑘

Прикључивање МХЕ на мрежу потрошача

МХЕ снаге до 100 kW – на нисконапонску мрежу, ако је постојећа мрежа

квалитетна и ако је њена расположивост велика.

МХЕ снаге 100 kW – 1 MW – на нисконапонску или средњенапонску мрежу.

МХЕ 1 MW – 10 MW – на средњенапонску мрежу.

Димензионисање Пелтонове турбине и

3D модели Параметри Вредност

Расположиви бруто пад водотока [m] 61,5

Проток воде кроз турбину [m3/s] 0,47

Улазна снага турбине [W] 2,56x105

Излазна снага турбине [W] 2,447x105

Ефикасност турбине 0,903


3D модели


3D модели

Параметри Вредност

Ширина лопатице [m] 61,5

Дужина лопатице [m3/s] 0,47

Дубина лопатице [W] 2,56x105

Дужина руке лопатице [W] 2,447x105


3D модели


Пречник радног кола [m] 0,653

Број лопатица 20


3D модели


Пречник врха млазнице [m] 0,067

Број млазница турбине 2

Eкономска анализа МХЕ са Пелтоновом

турбином

Изградња МХЕ са Пелтоновом турбином

Опис позиције Количина Јединична

цена [€]

Вредност

радова [€]

Машинска зграда 1 25.000 25.000

Пелтонова турбина са генератором 1 82.000 82.000

Хидромашинска опрема 1 30.000 30.000

Електро мрежа у машинској згради 1 15.000 15.000

Спроводна електрична

опрема до јавне мреже 1 140.000 140.000

Пројектовање и испитивање 1 30.000 30.000

Трошкови за накнаду

проласка кроз земљиште 20.000 20.000

Надзор на извођењу 10.000 10.000

Непредвиђени трошкови (10%) 35.200 35.200

Укупно за машинску и електро изградњу 387.200


турбином

Назив Цена [€]

Грађевински и хидрограђевински радови 295.285

Машинска, хидромашинска и електро опрема 387.200

Укупно 682.485

Укупни инвестициони трошкови


турбином

Откупна цена електричне енергије произведене из обновљивих извора енергије

за произведен 1 kWh је 7,8 – 9,7 c€/kWh, односно 11,76 RSD/kWh.

Капацитет МХЕ

Улазна

енергија [kW]

Произведена

енергија [kWh] Годишња зарада

Снага [kW] Дан Годишње РСД EURO

239,8 5.755,2 2.100.648 24.451.542 203.762


турбином

Укупна инвестиција 731.645

Бруто годишњи приход 203.762,9

Укупни трошкови 49.160

Нето приход без пореза 154.602,9

Порез од 16% на нето добит 24.736,5

Укупни нето приход са порезом 129.867,4

Време повраћаја инвестиције 5,63 година

Појам биодиверзитета

Биодиверзитет је појам који се односи на разноликост живота и реакције живог

света на услове средине.

Oсновна подела биодиверзитета:

1. генетски биодиверзитет

2. специјски биодиверзитет

3. екосистемски биодиверзитет

Утицај МХЕ на животну средину

Изградњом хидроенергетских објеката настају позитивни и негативни утицаји

на животну средину.

Сви утицаји МХЕ на животну средину се могу поделити у две групе:

1. Утицаји који се јављају у току изградње МХЕ

2. Утицаји који се јављају током функционисања МХЕ

Еколошки прихватљив проток

Еколошки прихватљив проток представља минимални проток који осигурава

очување природне равнотеже и екосистема везаних за воду.

Методологија одређивањa еколошки прихватљивог протока је законом

дефинисана и садржи:

1. I ниво процене − општа процена

2. II ниво процене − посебна процена

Општа процена ЕПП садржи:

1. oпште географске податке

2. хидрогеолошке и геолошке карактеристике слива

3. податке о потенцијалном месту и начину коришћења вода

4. додељивање концесије и издавање водних аката

5. хидролошки прорачун ЕПП за одабрани профил водотока

6. стручно мишљење биолога о потреби посебне процене ЕПП

7. попис коришћене литературе

Методе одређивања еколошки

прихватљивог протока

Четири главне методе за одређивање ЕПП су:

1

• Метода базирана на хидролошким или статичким вредностима

2

• Метода базирана на физиографским принципима

3 • Метода базирана на брзини и дубини воде

4

• Метода базирана на планирању више циљева са еколошким параметрима

Пролаз за рибе – рибље стазе

Рибље стазе су хидротехничке конструкције, које заобилазе бране или преливе

и уједно омогућавају рибама да стигну до мрестилишта.

Рибље стазе се могу поделити на:

1. стазе са базенима

2. стазе са вертикалним отворима

3. денилове стазе

4. пролаз са уметнутим праговима


5. рибљи лифтови

6. природне рибље стазе


Израда лабораторијског модела

Конструкција лабораторијског модела садржи следеће елементе:

1. радно коло

2. две млазнице

3. доводни цевовод у виду гипког црева

4. радни сто на коме је модел монтиран

5. генератор електричне енергије (динама) и сијалица

6. држаче за лежаје у виду навојне шипке

7. два куглична лежаја

8. вратило

9. кућиште



Пречник радног кола турбине [mm] 200

Ширина лопатице [mm] 40

Дужина лопатице [mm] 40

Дубина лопатице [mm] 10

Број лопатица радног кола [/] 15

Дужина руке лопатице [mm] 20


Mлазница

Куглични лежај


Генератор електричне енергије (динама) и сијалица


Држаче за лежаје у виду навојне шипке


Кућиште лабораторијског модела


Сто на коме је модел монтиран



Лабораторијски модел МХЕ са Пелтоновом турбином

Хвала

на

пажњи

Documents

Prezentacija