Göőz Lajos - Kovács
Tamás
Fogalma
Vízerőmű: A vízfolyások, tavak, tengerek, mechanikai energiakészletét villamos energiává (régebben közvetlenül mechanikai energiávál alakító műszaki létesítmény. Gyűjtőfogalomként magában foglalja mindazokat a műtárgyakat és berendezéseket, amelyek a villamosenergia-termeléshez szükségesek. A hasznosítható energia növelése érdekében a vizet duzzasztják, esetleg tárolják, és a vízerőtelepen a turbinákra ejtik, amelyek generátort hajtva termelnek villamos áramot. A hasznosítható esés (vízlépcsőmagasság nagysága szerint megkülönböztetnek kisesésű, közepes esésű és nagyesésű ~vet. Törpe erőműnek a 100 kW-os teljesítmény alattiakat tekintik. A világ vízerőműveiről és gátjairól rendszeres statiszti- kát közöl a Water Power c. angol nyelvű nemzetközi szaklap. Hazánk elméleti víz- erőkészlete 7478 . 106 kWh/a, a hasznosítható vízerőkészlet-teljesítményt 1060 MW-ra becsülik, amely átlagos évben 4500 GWh energiatermelésnek felel meg. A hazánkban működő ~vek száma 37, összes teljesítménye 50 MW, energiatermelésük 177 GWh. Ebből 90% a Tiszára és mellékf.-ira jut. Az egymáshoz csatla- kozó ~vek sorozata a ~lánc. Az energiagazdaságilag egymással együttműködő ~vek neve ~rendszer. - A vízerőművek szerteágazó környezeti hatásai miatt mindenek előtt a kis esésű folyókon létesített erőművek csak igen gondos környezeti hatástanulmányok után létesíthetők.
Környezetvédelmi lexikon
Története
Egyes szakemberek szerint víz a Föld történetében mintegy 4 milliárd éve van jelen, az Archaicum elejétől. Az ősföldet egy vízgőzben gazdag légkör vette körül, amelynek lehűléséből származik a jelenleg bolygónkon található víz minden formája. A Föld különleges helyet foglal el a naprendszerben e tekintetben, mivel a Föld-Nap távolság következtében - amely átlagosan 150 millió km - a víz mindhárom formájának (gőz, víz, jég) megjelenése lehetővé válik. Ez csak a naprendszer sugarának mintegy 2%-át kitevő keskeny sávban állhat elő. A Vénusz ennek nagyon keskeny sávnak, a potenciális vízzónának a szegélyén helyezkedik el. A víz jelenléte tette lehetővé mintegy 3,5 milliárd esztendővel ezelőtt a szerves élet kialakulását is.
A víz teljes tömegét 1,4 milliárd km3-re becsüljük és ennek 97,3 %-a az óceánokban található. Ezen vízmennyiség tekintélyes része részt vesz egy nagy körforgásban, amelynek átlagos időtartama 9 napnak vehető. Amikor felhajtunk egy pohár vizet, sohasem tudhatjuk, hogy egy-egy benne lévő vízrészecskét hanyadszor öntünk le a torkunkon. Egy adott molekula bejárhatta Európa egy részét, áramolhatott a Fekete-tenger, vagy esetleg az Atlanti-óceán medencéjében, majd megszámlálhatatlan társával együtt újra végigszárnyalt a szárazföld felett, valahol a hegyekben lehullott, beszívódott a föld mélyére, majd kibukkant egy forrás tövében, ahol éppen kimerünk maguknak egy pohár vizet. Azonban nem minden vízrészecske vesz részt ebben a körforgásban, gondoljunk csak az óceánok mélyén lévő vízre, amelyeket sokkal kisebb mértékben fenyeget az elpárolgás veszélye. E hatalmas körfolyamat éltető motorja a Nap, amelynek a Földre sugárzott energiájának egy jelentős részét a felszíni vizek párologtatása emészti fel. E szüntelen körforgásnak alapvető szerepe van az időjárás alakításában is.
A víz óriási
pusztító és építő munkát is végez, tartós nyomokat hagy maga után. A tengerek
hullámzása a szárazföldek partjait alakítja, a vízfolyások völgyeket vájnak a
szállított hordalékkal, amelyekből majd máshol zátonyokat, szigeteket építenek.
Ahol a vízfolyás sebessége a felszín erős lejtése miatt igen nagy, mély szinte
függőleges falakkal rendelkező ún. szurdokvölgyeket alakítanak ki a vízfolyások.
Például Észak-Amerikában a Colorado-folyó 1000 m-nél is mélyebb völgyet
alakított ki: a Grand-kanyont.
A felszíni folyások nemcsak mechanikai
munkájukkal pusztítanak, hanem a benne oldott szén-dioxid megtámadja a kőzeteket
is. A mészköves dolomitos területeken ezen hatás eredményeként víznyelők,
töbrök, nagyobb uvaláka és barlangok jöhetnek létre. A sziklák repedésein beszivárgó víz megfagyva
mállasztja, aprózza a kőzeteket. Ez különösen az USA, Utah állambeli földkapuk
mutatják.
A számítások szerint évente a folyók 3000 millió tonna
anyagot hordanak a világtengerekbe. A kőzetréteg lehordásával a
szárazföldek tengerszint feletti magasságát pl. 100 ezer év alatt 1 méterrel
csökkentik. Nemcsak pusztítanak a folyók, hanem deltákat építenek a tengerbe,
tavakat töltenek fel, pl. a Missisipi deltája 25 hektárral a Dunáé pedig egy fél
hektárral növekszik évente. Ott ahol a folyó a
tengerbe ömlik, a tengertől hódít el területeket.
Hozzávetőleges
számítások alapján a Napból Földre jutó energiamennyiségnek kb. 23 %-a a víz
körforgásának fenntartására fordítódik. Ennek az energiának mintegy 99 %-a
a párolgás-lecsapódás átalakulására fordítódik, amely számunkra
kihasználhatatlan. A megmaradó töredék a földfelszínen mozgó víz helyzeti és
mozgási energiája. Az állóvizek csak helyzeti és nyomási energiával
rendelkeznek, de az áramló vizeknél ezek mellett a mozgási (kinetikai) energia
is megjelenik. Vízenergián ezen energiák összességét értjük. Becslések szerint a
világ hasznosítható vízenergia kapacitása kb. 20.000 TWh körül lehet. Az egész
világon termelt összes vízenergia termelés kb. 2000 TWh. Ez a műszakilag hasznosítható energia 10 %-át
jelenti.
|
|
Twh |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A víz volt az
a legrégebbi erőforrás, amit arra használtak, hogy csökkentsék az emberi és
állati terhet.Nem lehet tudni biztosan mikor is találták fel a vízikereket, de
az biztos, hogy a legrégebbi öntözőrendszerek kb. 5000 évesek. A vízikereket már
az ókori Kelet országaiban: Egyiptomban, Kínában és Indiában is használták,
vízimalmok pedig az ókori Görögországban és Rómában is működtek. A legkorábbi
vízimalmok talán a függőleges tengelyű
kukoricaőrlő malmok voltak, melyeket norvég ill. görög típusú malom névvel
illettek.
Ezek valószínűleg Kr. e. az I.- illetve a II. században
jelentek meg Közép Keleten, néhány századdal később pedig Skandináviában.
Ismereteink szerint Angliában már használtak
mind vízszintes tengelyű, mind függőleges tengelyű vízimalmokat az angolszászok.
A XI. század végén Anglia 3000 felmért településén 5624 vízimalom működött,
Franciaország egyetlen megyéjében (Aube) pedig kétszáz. Magyarországi
vízimalmokra utaló adat legkorábban a XI. századból ismert. "1061-ben
egy nagybirtokon 320 mansio (kb. 1600 lélek) számára 6, 1124-ben egy másik
nagybirtokon 120 mansio (1150 lélek) számára 7, 1141-ben egy harmadik
nagybirtokon 120 mansio (600 lélek) számára 3, azaz 266, 165, ill.200 lélekre
esett egy malom."
Magyarországon
is fontos volt a termények nagyobb hatékonyságú feldolgozása érdekében a
korábban használt kézi malmok helyett a vízimalmok használata. Két ember
kézimalommal 4,5-7 kg lisztet tudott őrölni óránként, míg egy átlagos
teljesítményű vízimalom 150 kg-ot.
|
|
|
|
függőleges kerék |
|
|
|
|
|
|
(m/sec) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(mkg/sec) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(mkg-ban) |
|
|
|
|
|
|
|
|
Természetesen a vízimalmok nagy beruházást igényeltek, ezért rendszerint a földesúr vagy a kolostor tulajdonában voltak. A földesurak sokszor kötelezővé tették ezek használatát, megfelelő díj ellenében, és hogy ezt ki ne játszhassák a kézi malmokat összetörették. A víz energiáját azonban nemcsak gabonaőrlésre használták, hanem különböző célokra: így a textiliparban, a bányászatban, bányavíz-kiemelésre is és később a kohók légfúvóit is vízierő hajtotta.
1568-ban a kincstári kezelés alá vont körmönci, úrvölgyi bányákban megépítettek egy 10258 öl hosszúságú vízvezetéket. Ez a több mint 20 kilométeres vezetékrendszer látta el vízi energiával télen-nyáron körmöci aknákat és zúzóműveket oly módon, hogy a segítségével vízikereket hajtottak. A vízkereket pedig közlőművek beiktatásával munkagépek meghajtására használták.
A XVIII. század végére három vízikeréktípus volt használatban, amelyek a víz nyomómagasságában térnek el:
felülcsapott vízikerék
itt a zárt
lappátokra felülről érkezik a víz, ezért maga a kerék sokkal masszívabb mivel el
kell bírnia a víz súlyát. Az áradások nem befolyásolják a működését, mivel a víz
egy csatornán keresztül érkezik a kerékre, amelyen egy zsilipkapuval
szabályozható a víz mennyisége.
középen csapott vízikerék
A csövön érkező víz nyomást gyakorol egy dugattyúra. Mivel a víz nyomása nagyobb volt a levegő nyomásánál, ezért a dugattyú felfelé haladt, és eközben terhet emelt. Ahhoz, hogy a dugattyú ismét alsó helyzetbe térjen, a vizet egy csapon át vissza kellett vezetni az alsó csatornába. Tehát egy csap átkapcsolásával sikerült egyszer a dugattyú egyik, majd a másik oldalára nyomást gyakorolni, s ezáltal hasznos munkát végeztetni.Egy bizonyos Reichenbach Ilsak nevű helyen állította üzembe 1817-ben vízoszlopos gépét, amelyet 1927-ig szinte megállás nélkül üzemeltettek. Ez naponta 230 m3 vizet emelt 356 méter magasra. Dugattyúja percenként 2 és fél mozgást végzett. Ezt a század elején feljavították, így percenként 6 lökettel napi 600 m3 vizet szivattyúzott ki a tárnákból.
Azonban megjelentek a gőzgépek, és így a vízenergia felhasználása az 1800-as évek végére háttérbe szorult. Mint sok más találmánynál a vízikeréknél is kiszámíthatatlan volt a jövőbeli felhasználási lehetőség. Ezt bizonyítja, hogy amikor Faraday felfedezte az elektromágneses indukciót újabb távlatok nyíltak a vízenergia hasznosítására, így a róla alkotott kép ismét megváltozott.
Elméleti háttere
A víz
energiájának hasznosítása a kezdeti időben azért volt korlátozott, mivel azt
csak helyben tudták felhasználni. A fejlődésnek óriási lendületet adott a
villamos energia termelésének lehetősége - amely az energia nagyobb távolságra
való szállítását is biztosította - ill. amikor egy francia mérnök feltalált egy
új és sokkal hatékonyabb vízikereket, amely az első sikeres
vízturbina volt. A feltaláló Benoit
Fourneyron volt. Fourneyron turbinája magában foglalt több, addig nem
alkalmazott újítást is. Az egyik legfontosabb, hogy a vízbe merülő turbina
vezetőlapátokkal rendelkezett, amely a vizet pontosan a lapátokra irányította.
Ez biztosította a víz egyenletes eloszlását
ezáltal megnövelte a hatékonyságot (a víz energiájának 80 %-át alakítja hasznos
mechanikai energiává). Az első ilyen turbinát a Badeni Nagyhercegség egyik
kisvárosában St. Blasien-ben használták. A fejlődés azonban nem állt meg. Újabb turbina típusok jelentek meg. Ilyen volt
a magyar Bánki Donát által kifejlesztett és róla elnevezett Bánki-turbina.
További típusok a Francis-, Pelton-, Kaplan-tirbinák. Az eltérő típusú turbinák
kifejlesztésével megpróbálták a különböző vízhozamú és esésmagasságú vizek energiáját a lehető
legnagyobb hatásfokkal hasznosítani.
De mit is nevezünk
turbinának? Vízturbina minden olyan erőgép, amely a folyadék
munkavégzőképességét járókerék forgatásával mechanikai munkává alakítja. Mielőtt
az egyes turbina típusok paramétereit megvizsgálnánk nézzük meg egy nagyon
egyszerű vízerőmű felépítését amely az ábrán látható. A víz a felvízből egy
nyomócsövön keresztül lép be a turbinába annak nyomócsonkján keresztül. A
turbina járókerekén, energiáját átadva mechanikai energiát közöl a
járókerékkel, majd a szívócsövön keresztül az alvízbe ömlik.
A vízhozam (víznyelés) (Q) a vízturbina nyomócsonkján időegység alatt beáramló folyadéktérfogat. Mértékegysége: [m3/s].Az esésmagasság (H) a vízturbinán átáramló, egységnyi súlyú folyadék munkaképességének (energiájának) csökkenése. Mértékegysége (m].
Az ún. geodetikus esés(Hg) a felvíz és az alvíz vízszintjének különbsége. Mértékegysége: [m]. Az esésmagasság mindig kisebb, mint a geodetikus esés. Az eltérés a felvíztőI a turbináig (alvízig) épített csővezetékek veszteségének és a turbinából kilépő víz sebességi energiájának (amennyiben van) az összege. Képlettel:
H=Hg -
hny
(Ahol hny a nyomóvezeték áramlási ellenállása.)
A vízturbina fordulatszáma (n) a forgórész időegységre eső körülfordulásainak száma. Mértékegysége: [l/min].A vízturbina bevezetett teljesítménye (N) a folyadék által a turbinának átadott teljesítmény:
A vízturbinai hasznos teljesítménye (Nh) a hajtott gépnek a tengelykapcsolónál átadott teljesítmény]. A vízturbina hatásfoka ():
Ebből a
képletből, hasznos teljesítmény:
Egy-egy konkrét esetben - ismerve a helyszín adottságait - a fenti jellemzők alapján választható ki a megfelelő vízturbina mind a típusát, mind a teljesítményét illetően.
Mint előzőekben említettük a különböző típusú turbinákat azért kísérletezték ki, hogy az eltérő esésmagasság és vízhozam mellett is gazdaságosan üzemeltethető legyen egy vízerőmű. A turbinák járókerekén átáramló folyadék iránya szerint lehetnek:
Napjainkban az
erőműveknél leggyakrabban a Francis turbinát
alkalmazzák (1849). Itt a víz nyomócsonkon keresztül a támlapátokkal
merevített csigaházban körbehalad a turbina
kerületén, majd a
szabályozás céljából állítható vezető-lapátkoszorún keresztül áramlik a
járókerékre. A járókerék hajtja a vele közös tengelyre szerelt villamos
generátort. A víz a szívósövön keresztül áramlik a szabadba. A víz a
járókerékre radiális irányban lép be és
axiális irányba lép ki. A Francis-turbina a közepes
esésű és közepes vízhozamú vízerőművek turbinája. Fordulatszáma 60-450
(1/min) lehet. A turbina járókerekének az alakja függ a fordulatszámtól (12.15.
ábra). Megkülönböztetünk lassú járású
(n = 60-125), normál járású (n = 125-225) és gyors
járású (n = 225-450) járókereket.
A Bánki-turbinaegy kétszeres átömlésű szabadsugár turbina. Dob
alakú járókerekében két tárcsa között köríves (hengerfelületű)
lapátok vannak. A vízsugár a szabályozó nyelvel ellátott vezetőcsatornából, vagy
vízszintesen, vagy függőlegesen a járókerék külső palástján lép be a lapátok
közé, majd a lapátokon túljutva belülről újból átömlik a lapátkoszorún.
Elsősorban törpe vízerőművekben alkalmazzák.
A Pelton turbinát1880-ban szabadalmaztatta Lester Pelton. A turbinát a californiai gyorsfolyású hegyi folyókra tervezte, így a nagyesésű, kis vízhozamú vízerőművekben alkalmazzák. A nyomócsövön érkező víz a szabályozótűvel ellátott sugárcsőből nagynyomáson lép ki a járókerék kettős kanalaiba. Fordulatszáma egy sugárcsővel 4-30 [1/min], több sugárcsővel 30-70 [1/min] is lehet. A vízhozamot a szabályozótű ellőre vagy hátra mozgatásával ill. a sugárlevágóval lehet szabályozni. E kettős szabályozással elkerülhetők a hosszú nyomóvezetékben kialakult nyomáslengések.
Az ún. szárnylapátos vízturbinákra jellemző a nagy fordulatszám és az axiális átömlés. Elnevezésük onnan ered, hogy a járókerék lapátok a szárnyelmélet alapján méretezett profilokból vannak kialakítva. Három típusát különböztetjük meg:
A Kaplan-turbinának mind a járókerék, mind a vezetőkerék-lapátjai állíthatóak. Összehangolt állításukkal elérhető, hogy a turbina nagy eséstartományokban jó hatásfokkal tudjon dolgozni. A víz a beton csigaházon a támlapátokon és a vezetőkerék állítható lapátjain keresztül - 90° -os irány elérést követően - tengelyirányban érkezik a szintén állítható lapátú járókerékre, majd egy könyökszerű szívócsövön át jut az alvízbe.
A propeller-turbinánakcsak a vezetőkereke állítható, a járókerekei fixen vannak az agyba erősítve. Jó hatásfokkal csak állandó esés és vízhozam esetén üzemeltethető.
A Thomann-turbinának csak a járókerék lapátjai állíthatóak. Hatásfokgörbéje laposabb, mint a propeller turbináé, de a Kaplan-turbináénál kedvezőtlenebb.
A csőturbinát kis vízierőművekben alkalmazzák. A víz itt szinte irányváloztatás nélkül halad át a turbinán, ezért a hidraulikai hatásfoka jobb, mint a Kaplan turbináé. Előnyei a Kaplan-turbinával szemben: azonos járókerékátmérő mellett nagyobb vízhozam és fordulatszám. Azonos vízhozamnál kisebb főméretek kisebb hidraolikus veszteségek. Hátrányai: nehézkes ellenőrzés, korlátozott egységteljesítmény.
Láthatjuk tehát, hogy a Pelton kereket nagy esésnél, a Bánki- és a Francis-turbinát közepes esésnél, alacsony esésnél pedig a Kaplan-, Propeller-, Thomman-turbinákat ill. a csőturbinát alkalmazzák. Azonban az esés nem az egyetlen tényező amely meghatározza, hogy mikor melyik típus a legmegfelelőbb. A különböző turbináknál fontos paraméter a specifikus sebesség (Ns), amely összefüggésben van a (P[kw]). Ami számunkra elsődleges, hogy adott paraméterek mellett midig olyan turbinát alkalmazzunk, amely a leghatékonyabban dolgozik és így a legtöbb energiát termeli.
H: esés [m] ; n: percenkénti fordulat
[1/min]; Ns : specifikus sebesség ; P: termelt energia
Ez az egyenlet alkalmas arra, hogy mindig meghatározhassák a feltételeknek megfelelő turbinát. A turbina fordulatszámát (n) alapvetően meghatározza az áramhálózat, amelyhez a generátor kapcsolódik (Magyarországon a hálózati frekvencia 50 Hz). Az esést (H) maga a hely határozza, meg ahová az erőmű épül. Az Ns értéket a turbina paraméterei határozzák meg. Így:
- a lapát és a víz sebesség aránya (VB/VW)
Ezek alapján minden turbinatípusnak - függetlenül a mérettől - saját Ns értéke van. Ezen érték alapján a táblázatból kikereshető a megfelelő turbinatípus. Az energia követelmény pedig természetesen meghatározza a turbina méretét is.
Felhasználási lehetőségek
A műszaki kihasználtság lehetősége tehát szoros kapcsolatban van a természetföldrajzi környezettel. A folyókon általában szakaszjellegeket szoktunk megkülönböztetni, ahol az esésnek megfelelően a felső, középső vagy alsó szakasz jelleg dönti el a vízierő nagyságát. Ahol nagy esésmagasságok vannak, azok a helyek kiválóan alkalmasak vízerőmű építésére: pl. Skandináv félszigeten, az Alpokban, a Pireneusokban, a Sziklás-hegységben. Az energia hatékonyságot lehet növelni a felszíni adottságoknak megfelelően, ha például egy könnyen lezárható völgyben, vagy völgykatlanban, kanyonban völgyzárógátak segítségével megnöveljük a szintkülönbséget, és ugyanakkor egyenletessé tudjuk tenni a vízhozamot. A vízenergia nagysága mindig szorosan összefügg a folyóvizek vízjárásával is. A vízierőművek építése szempontjából a kétperiódusú esős övezet a legkedvezőbb, ahol egyenletes a folyók vízjárása, pl. a Kongóé, az Amazonasnak a vízjárása rendkívül egyenletes. Az egyperiódusú esőzónában és a trópusi monszunéghajlat alatt már igen nagy eltérésekkel találkozunk, félévenként a vízhozam szakaszosságával kell számolni, pl. a Nílus, az Orinoco, a Gangesz is ebbe a kategóriába tartozik. A mérsékelt övben, az óceáni klímában a legegyenletesebb a csapadék és ebből a szempontból az itt építendő erőművek igen kedvező helyzetben vannak, így Skóciában, Új-Zélandon. A vízhozamban a legnagyobb egyenetlenség a kontinentális és mediterrán klímájú területek folyóin mutatkozik. Például a Tiszánál, Szolnoknál a legkisebb és a legnagyobb vízszint aránya, több mint százszoros különbséget mutat. Nyilvánvaló, hogy az erőmű kapacitásának meghatározásánál mindig a legnagyobb vízhozamra kellene építeni, de ha az év bizonyos részében csak csökkentett kapacitással tudjuk üzemeltetni – mivel a vízhozam nem elegendő - így ez rendkívül gazdaságtalanná teszi az erőművet. Ilyen esetben az a vízmennyiség számítható, ami az év nagy részében egyenletes hozamot biztosít.
Korszerű
erőműveknél figyelembe kell venni az eljegesedést, a téli fagyást, a jégzajlást
és még sok egyéb tényezőt is. Alacsony hőmérsékletnél a folyók nem kapnak
elegendő vizet még akkor sem, ha a tél egyébként csapadékos. A hosszú tél nagy
problémát jelent a szibériai és a kanadai
vízierőművek kihasználásában. De Európában is előfordul, hogy komoly ellátási
zavarok léptek fel, pl. 1962-63 telén éppen a hideg miatt.
A völgyzáró
gátak igen jelentős kultúrmérnöki teljesítmények, de nagy veszélyeket is
hordanak magukban, ha a geológiai viszonyok, adottságok nem megfelelően voltak
vizsgálva, nem elég körültekintő volt a tervezés, előkészítés. Pl. 1963-ban
Észak-Olaszországban Vaiont-gát esete. A gát mögött felgyülemlett víz a hatalmas
esőzések hatására földcsuszamlást eredményezett és 240 millió
m3 földtömeget zúdított le a víztározóba az óriási földtömeg
nyomására a víz átbukott a gáton és a települések egész sorát öntötte,
pusztította el, háromezer ember halálát okozva. Eddig a világ ötödik legmagasabb
gátjával, tehát ezzel a gáttal -ami 266 m magas-
történt a legsúlyosabb gátszerencsétlenség. A vizsgálatok azt igazolták, hogy a
geológiai adottságokat nem vették kellőképpen figyelembe.
Az alacsony
esésű erőműveket többnyire beépítik a folyómederbe, pl. ilyen a tiszalöki
erőmű. A középesésű erőműveknél szintén gyakori ez a megoldás, de az energia
jobb kihasználása érdekében a folyóvizet nem egyszer elzárják gáttal
és az erőművek külön épített mederbe, terelik. Az ilyen erőműveket üzemi
víz csatornás erőműveknek nevezik. A nagyesésű erőművek építésénél
különleges megoldásokat alkalmaznak, a víz esését többnyire duzzasztógátakkal
növelik, amellyel a hasznosítható energia is növekszik. Ilyenek épültek az
USA-ban a Colorado-folyónáltöbb
is(pl. a Hoover
gát). Nagyon gyakran a vizet nyomóalagúton vagy nyomócsőrendszeren juttatják el a turbinákhoz. Ilyenekkel
találkozunk Norvégiában is, de pl. Bulgáriában a Battak erőmű is ilyen
rendszerű. De itt a szomszédban, Kárpátalján meg is lehet tekinteni szintén
ilyen típusú erőművet építettek, amelyet annak idején még a II. világháború előtt magyar tervezőmérnökök is papírra
vetettek, de megvalósítani már csak a szovjet időszakban tudták. Ezekkel a
módszerekkel pl. a hegy másik oldalán egy völgybe kivezetve a vizet egy
csőrendszerrel, igen nagy esést lehet elérni, csak rendkívül
megnöveli az építési, beruházási költségeket.
forrás:http://www.hooverdam.com/
A legnagyobb vízenergia felhasználók a világon Svájc, Olaszország, Norvégia, Svédország és Finnország. Majd az utóbbi évtizedekben Oroszország, Németország, USA és Dél-Amerikában, Brazíliában, valamint Afrikában is létesítettek hatalmas erőműveket. A világ legnagyobb vízienergia-készletével Afrika rendelkezik. Itt is elsősorban a Kongó áll első helyen. Ezek a felmérések, amelyek a vízi energia hasznosítására vonatkoztak nem mindig voltak reálisak. Tudniillik számításba kell venni a beruházási költségeket, amelyek rendkívül nagyok a vízierőműveknél, az amortizáció hosszát, távlatait, az áramtermelésnek a költségeit, a szállítást és még sok egyéb tényezőt.
Az erőművek
környezeti hatása külön vizsgálatot érdemel. A vízierőművek gyakran egy-egy
állam életében igen nagy szerepet játszanak az energiatermelésben, de ugyanakkor
az ökológiai hatásuk rendkívül negatív, különösen hosszú távon számolva. Ha csak
a brazíliai Parána folyót vesszük - Argentína és Paragvay területén - itt egy egész tórendszert, tavak láncolatát
alakította ki a kiépült vízerőmű, és így rendkívül mélyrehatóan befolyásolta a
környezetet és élővilágot. Ha például nem megfelelő az erőmű kiépítése, egyes halak
nem tudnak eljutni a felső szakaszokra, hogy
ott ikráikat lerakják, így veszélybe kerülhet a faj fennmaradása. A lebegő
vízinövények a lelassult folyókon és a víztárolóban rendkívül elszaporodhatnak,
ezzel akadályozzák a víz áramlását. Megállapítható, hogy a térségben kialakított
vízrendszer, ami főleg a hajózást szolgálja
(pl. ilyen a hidrovia terv, amely Paragvay vízrendszerét kötné össze) egy teljes
mocsárvilágot fog majd kialakítani, vagy már részben
kialakított.
Ilyen és ehhez hasonló ökológiai hatást tapasztalunk Kelet-Afrikában, Nyugat-Afrikában és számos helyen, ahol ezek a gátak leblokkolják az üledéket és a tápanyagok áramlását. A folyótorkolatok, delták, amelyeken eddig mindig mangrove-erdők díszlettek, folyamatosan gyorsított erózióval pusztulnak el. Az üledék ellátottság csökkenése, ami helyenként viszont a tápanyag ellátást biztosította a part menti övezetekben élő földművelési kultúrák fennmaradását veszélyezteti, ill. a tengeri élővilágot is, hiszen a beáramló üledék sok állat számára jelent táplálékot, valamint a rák és kagylófélék - a meghatározott növekedési ciklusban - ivására igen távol a parttól kerülhet sor.
A világ 10 legmagasabb gátja
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A világ 10 legnagyobb teljesítményű erőműve
|
|
|
|
|
|
(KW) |
|
|
| ||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
forrás: http://is1.eng.ku.ac.th/~irre/E10HYDRO.HTM forrás: http://www.abb.se/pow/11342.htm
A vilád 10 legnagyobb szivattyús-tározós erőműve
|
|
|
|
(millió m3) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
forrás: http://www.geocities.com/TheTropics/1951/kariba.htm
forrás: http://www.tourintel.ru/cities/BRATSK.HTM
Magyarországi energiahasznosítás és egyéb lehetőségek
A vízrendszer jellegéből adódóan Magyarországon hihetetlenül alacsony a folyók esése - nagy alföldi térségbe futnak ki a hegyvidéki területekről - és világ legalacsonyabb esésű folyói kategóriájába sorolhatóak. A Tiszának például 1 km-en csak 2-3 cm az esése. Ilyen viszonyok mellett - gazdaságossági szempontból - az energetikai kihasználásra nem sok remény van, ezért pl. a tervezett erőműveket, amelyeket még évtizedekkel ezelőtt tulajdonképpen az I. világháború után már megterveztek, nem nagyon tudták kivitelezni. Megépült ugyan a tiszalöki erőmű, ami már háború előtti tervezés, majd később a kiskörei erőmű, de pl. Csongrádnál már elkezdték a duzzasztógát építését, de erőművet már nem terveztek be. Azért is merült fel a csongrádi duzzasztónak a megépítése, hogy így egy hosszú szakaszon a hajózást lehetne biztosítani a megemelt szinttel. Mivel a jugoszláviai részen a jugoszláv állam már Nagykikindánál megépítettek egy duzzasztót, így tulajdonképpen a kiskörei erőmű és a jugoszláviai határszakasz között vált szükségessé, hogy még egy magyar duzzasztómű épüljön, de erre mint említettem, energetikai felhasználás tekintetében még terv sem készült el.
Említettük a Tisza energetikai lehetőségeit, amelyek elég korlátozottak, de nem beszéltünk még a Dunáról és esetleg más folyókról. A Bős-Nagymarosi probléma megítélésénél már tulajdonképpen kész helyzet elé vagyunk állítva, és jelenleg olyan utat kellene követni, ami nem jelentsen az ország számára sok százmilliárd forint kiadást, de ha lehetőség van rá, ne hagyjuk veszni a már beruházott összegeket. Ezen kívül pedig a lehető legkisebbre tudjuk csökkenteni a szigetközi degradációs jelenségeket és a tározóból megfelelő vízmennyiséget tudnánk biztosítani.
Magyarország műszakilag hasznosítható vízerő-potenciálja kb. 1000 MW, amely természetesen több mint az optimálisan hasznosítható energia. A megoszlás a következő:
A teljes hasznosítás esetén kinyerhető energia 7,0-7,5 TWh/év, azaz 7000-7500 millió kWh évente. A valóságban viszont:Duna 72%Tisza 10%
Dráva 9%
Rába, Hernád 5%
Egyéb 4%
A hazai kis-és
törpe vízerőművek nagy része a kedvezőbb adottságokkal rendelkező
Nyugat-Dunántúlon, a Rába baloldali vízgyűjtő területének kisvízfolyásain
található. Az itt található négy vízerőmű együttes teljesítménye 2085 kW,
évi átlagos energiatermelésük 10 millió kWh. A négy erőmú közül a legnagyobb és
egyben a legrégebbi az Ikervári Vízerőmű, amelyet 1896-ban alakítottak át egy
régi malomból. Az erőműben 5 db vízszintes tengelyű iker Francis-turbina üzemel,
összesen 1,4 MW beépített teljesítménnyel, amelyek átlagosan évi 7,6 millió kWh
energiát termelnek. Az ún. kiépítési vízhozam 28 m3/s, az esésmagasság 8,4 méter. A Kőrmendi
Vízerőművet ugyancsak egy régi vízimalomból alakították át 1930-ban. Az eröműben
2 db Francis-turbina üzemel, összesen 0,24 MW, azaz 240 kW teljesítménnyel,
amelyek éves szinten 1,3 millió kWh energiát tudnak termelni. A kiépítési
vízhozam 8,6 m3 /s, az
esésmagasság 4,1 méter. Érdekessége az erőműnek, hogy a duzzasztást egy -
manapság már ritkaságszámba menő - rőzsegát biztosítja.
A Csőrőlneki Vízerőműben 3 db Francis-turbina üzemel
ugyancsak 240 kW beépített teljesítménnyel már 1909 óta. Az évenként termelt
villamosenergia 1,2 millió kWh, amelyet 13 m3/s kiépítési vízhozam és 3,5 méteres
esésmagasság mellett produkál az erőmű. A duzzasztást itt is rőzsegát
biztosítja. Az Alsószólnöki Vízerőműben 4 db Francis-turbína 200 kW beépített
teljesítményű 12 m3/s
vízhozammal és 3 méteres esésmagassággal.
Észak-Magyarország területén a Hernádból kiágazó Bársonyos csatornán öt törpe
vízerőmű üzemel. Mindegyik a század elején létesült, helyi energiaforrásként,
egy-egy 40 kW-os Francis-turbinával. Összteljesítményük 200 kW, éves átlagos
energiatermelésük 0,5 millió kWh lenne, de kettő már üzemképtelen közülük.
Rajtuk kívül három közepes teljesítményű vízerőmü hasznosítja még a Hemád
vízerökészletét.
A Kesznyéteni Vízerőmű 1943 óta
üzemel. Két, egyenként 2,2 MW teljesítményű Kaplan-turbinával az évi átlagos
energiatermelés 23,5 millió kWh. A kiépítési vízhozam 40 m3/s, az esésmagasság 13,5
méter.
A Felsődobszai vízerőműben 2 db
Francis- és két db Kaplan-túrbina üzemel. Együttes teljesítményük 0,52 MW, éves
termelésük 3 millió kWh. A kiépítési vízhozam 20,8 m3/s, az esésmagasság 3,5 méter. Az erómű
1906-ban létesült.
A Gibárti Vízerőmű 1903-ban
létesült két db Francis-turbinával. Összteljesítménye 0,5 MW, éves termelése 3
millió kWh. A kiépítési vízhozam 18 m3/s, az esésmagasság 4,4
méter.
Mindkét területen az erőművek rekonstrukciójával
növelni lehetne a teljesítményt.
Felhasznált irodalom
Energia felhasználói kézikönyv Szerkesztő: Dr. Barótfi István
Horváth Árpád: Korok, Gépek, Feltalálók Gondolat 1964.
Dr. Rosta István: Fejezetek magyarország technikatörténetéból Nemzeti Tankönyvkiadó 1995.
A. A. Zvorikin - N. I. Oszmova - V. I. Csenisev - Zs. V. Suhargyin: A technika története Kossuth 1964.
Rosemary Burton-Richard Cavendish: A világ száz csodája
Környezetvédelmi Lexikon
AMPIR Natural
Energy: Equipment Catalogue
