)
és az adott folyószakasz kezdő- és végmagassága közötti vízszintkülönbség(D
H) alapján számítható a Bernoulli egyenlettel, szorozva —az aktuális— időtartammal(D
t).
Vízenergián (2.3.4.3.) a nagy esésű és/vagy vízhozamú folyók vizének mechanikai energiáját értjük. (A vízenergiával kapcsolatos apály-dagály- és hullámenergia hasznosításáról még szó lesz.)
Az ún. bruttópotenciált (WPP= Water Power Potential) egy adott
keresztmetszetre a sokévi átlagos térfogatáram()
és az adott folyószakasz kezdő- és végmagassága közötti vízszintkülönbség(D
H) alapján számítható a Bernoulli egyenlettel, szorozva —az aktuális— időtartammal(D
t).
D
Hr D t6.1. Vízerőművek
A vízerőmű passzív részrendszere a duzzasztómű, melynek több más feladata is van (víztárolás-öntözés, vízszintszabályozás, hajózási útvonal biztosítása stb.).
A duzzasztómű vázlatát az (19. ábra) mutatja.
Rendszerint betonból készül, a felső vízszintet és az átfolyó vízmennyiséget gyakran mozgatható idomokkal vagy zsilipekkel szabályozzák.
A kétféle új gátépítési mód: a terméskővel töltött betonburkolatú és a hengerelt beton.
A vízerőmű aktív egysége a turbógenerátor (hidrogenerátor). A vízturbina a víz mechanikai energiájának felhasználásával forgatja a mechanikusan hozzákapcsolt generátort.
A vízturbinák szerkezetének két fő része van: az álló- és a forgórész. Kialakításuk típusonként különbözik.
A vízturbinák két fő típusa az akciós és a reakciós rendszerű gép.
Az akciós vízturbinában az energiaátalakulás lényegében az állórészben megy végbe, az állórészből kilépő sugár nyomása a forgórészben való áthaladás közben már nem változik. Ezzel szemben a reakciós vízturbinában vízsugárnak még jelentős túlnyomása van az álló lapátozás és a járókerék között.
A vízturbinák alaptípusai még a múlt század első felében alakultak ki.
A jelenleg használatos típusú akciós turbinák: a Pelton- és a Bánki-turbina. A reakciós turbinák közül pedig a Francis-turbina különféle változatait és a Kaplan-turbinát használják.
A Pelton-turbina házába a víz sugárcsövön
jut be, a vízmennyiség a sugárcső áteresztőképességével szabályozható (20.
ábra). A Pelton-turbinát nagy vízszintkülönbség esetén használják, ahol
a magasan fekvő víztárolóból csővezetéken keresztül vezetik a vizet a mélyebben
fekvő turbinaállomásra.
A kis vízszintkülönbségek, de nagy víztömegek energiájának hasznosításakor célszerű a Kaplan-turbina (21. ábra) használata, mely lényegében egy fordított hajócsavarnak tekinthető, lapátjai a teljesítménynek megfelelően állíthatók. (A Kaplan-turbina axiális gép, mivel benne a munkaközeg áramlása tengelyirányú.)
A Bánki-turbinát (23. ábra) feltalálójáról Bánki Donátról nevezték el. A turbina vezetőcsatornájának feladata, hogy a vízsugarat hegyesszögben a járókerék lapátjaira vezesse. A kétszeres átömlés azt jelenti, hogy a vízsugár először a járókerék belsejébe kerül és innen —egy második átömléssel— a szabadba.
A legújabban gyártott vízturbinák hatásfoka igen jó (90-95 %). Ez —többek között— annak köszönhető, hogy a számítógépes tervezésel készült lapátok (szinte) teljesen egyformák és így egyenletes a kapásuk és a terhelésük is.
A generátorok működési elve minden erőműben azonos. (A vízerőművek generátorai sokpólusúak, míg a hőerőműveké rendszerint 2 pólusú.)
A vízerőművek feladata a villamos energia termelés mellett igen sokrétű, hiszen a hozzájuk kapcsolódó komplex rendszer közlekedési, mezőgazdasági, öntözési stb. feladatokat is megold.
A környezet ökológiai egyensúlyának megbontása —a vízfolyást a duzzasztással lelassítjuk, mert az áramlási veszteségek a sebesség négyzetével arányosak, a súrlódás csökkentését eredményezi a természetes medertől eltérő üzemvízcsatorna, s még folytathatnánk a sort— káros hatásúak is lehetnek. Gondoljuk csak az Asszuánnal kapcsolatos problémákra. (A Bős-Nagymarosi vitában "igazságot tenni" pedig elve meghaladja e rövid jegyzet kompetenciáját.)
Egy vízerőmű megépítéséről hozott döntést, tehát igen alapos műszaki, ökológiai, gazdasági, szociológiai megfontolásoknak kell megelőznie.
A világ legnagyobb vízerőművei (Bratszk, Krasznojarszk, Quebeck) 5-6 GW nagyságrendűek.
6.2. Tározós vízerőmű
A villamos energia nagyipari méretekben nem tárolható. A csúcsterhelések időszakában előnyös —a gyorsan indítható tározós vízerőművi egységek— használata.
A tározós vízerőmű turbógenerátorai két irányban működnek. Éjszaka munkagépként a hálózatból felvett villamos energia felhasználásával vizet szivattyúznak egy magaslaton elhelyezett víztározóba. Nappal a csúcsterhelés időszakában a tározóból lefolyó víz hajtja meg a hidrogenerátort és termel áramot. (Magyarországon a Dömsöd és Dobogó között tervezett tározós erőművet nem építették meg.)
6.3. Árapály-erőmű
Az árapály változását a Hold vonzása okozza, s a tengervíz szintjének periodikus ingadozását hasznosítják az árapály-erőművek.
Megépítésük egyik feltétele, hogy az árapály amplitúdója megfelelően nagy legyen (8-20 méter), s legyen olyan öbölszakasz, melynek torkolatát viszonylag rövid gáttal el lehet zárni. Az árapály erőművek turbináinak értelemszerűen mindkét irányban kell működniük.
(Érdekességként megemlítjük a hullámerőműveket is. Erőműről talán még túlzás ebben az esetben beszélni, a hullámzás energiáját bóják és világítótornyok áramtermelésére használják.)
Kötelező irodalom
| 1 | PATTANTYÚS Á. GÉZA: | A gépek üzemtana
Műszaki Könyvkiadó Budapest 1983. |
| Bernoulli egyenlet 234-238. o.
Pelton-turbina, Bánki-turbina, Francis--turbina, Kaplan-turbina 315-325. o. |
| 1 | lásd IV/ ajánlott irodalom /1. | |
| A vízerőművek üzemeltetésének sajátosságai 360-367. o. |