© Ministerstwo Zasobów Naturalnych Kanady 2001–2006.

1. 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.

2. Zagadnienia • Podstawy systemówMałych Elektrowni Wodnych (MEW) • Prezentacja kluczowych kwestiiw analizie projektów MEW • Wprowadzenie do modułu MEWprogramu RETScreen® © Ministerstwo Zasobów Naturalnych Kanady 2001–2006.

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

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

5. „Małe” Elektrownie Wodne • „Małe” nie jest określeniem jednoznacznym • Wielkość elektrowni nie zależy jedynie od mocy elektrycznej ale również od wielkości przepływu i spadku wody TypowaMoc RETScreen®Przepływ RETScreen®Średnica wirnika Micro < 100 kW < 0,4 m3/s < 0,3 m Mini 100 to 1000kW 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.

6. Typy MEW • Typ sieci • 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.

7. 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.

8. Elementy MEW: Turbina • Mniejsze wersje modeli dużych turbin wodnych • Osiągalna sprawność na poziomie 90% • W elektrowniach przepływowychprzepływ 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 wodyi 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.

9. 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.

10. 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 1150 3 Południowa Azja i Bliski Wschód 2280 8 Chiny 1920 6 Kraje byłego Związku Radzieckiego 3830 6 Ameryka Północna 970 55 Ameryka Południowa 3190 11 Ameryka Centralna 350 9 Europa 1070 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.

11. 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 przepływuw 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 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Procent czasu występowania przepływu wymaganego lub wyższego (%) © Ministerstwo Zasobów Naturalnych Kanady 2001–2006.

12. 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.

13. 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.

14. MEWUwarunkowania 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.

15. Przykłady: Słowacja, Kanada i USAMEW 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.

16. Przykłady: USA i ChinyMEW 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.

17. 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 uwzględniającejsezonowe zmiany obciążenia • Zmiany spadku w systemach zbiornikowych(wartość średnia zdefiniowana przez użytkownika) © Ministerstwo Zasobów Naturalnych Kanady 2001–2006.

18. RETScreen®MEWObliczenia 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)

19. 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.

20. 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.

21. Pytania? 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.