![Page 1: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/1.jpg)
Povijest vodnih snaga
![Page 2: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/2.jpg)
2
Vodeno kolo za navodnjavanje-prvi oblici
Boyle, Renewable Energy, 2nd edition, Oxford University Press, 2003
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 3: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/3.jpg)
3
Early Roman Water Mill
Boyle, Renewable Energy, 2nd edition, Oxford University Press, 2003
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 4: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/4.jpg)
4
Early Norse Water Mill
Boyle, Renewable Energy, 2nd edition, Oxford University Press, 2003
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 5: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/5.jpg)
5
Fourneyron’s Turbine
Boyle, Renewable Energy, 2nd edition, Oxford University Press, 2003
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 6: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/6.jpg)
Osnovi Energije
![Page 7: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/7.jpg)
Osnovne definicije
7
� Energija je sposobnost da se izvrši rad
� Rad
W = F ⋅ DSila na tijelo u pokretu ili sila na putu
Sila F=ma (drugi Newton-ov zakon)
Newton (N), [ML/T2], – sila koja djeluje na tijelo mase 1 kg te mu daje ubzanje 1 m/s2
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 8: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/8.jpg)
Osnovne definicije (nastavak)
8
� Osnovna jedinica za rad – Joul (J) [ML2/T2]
Rad učinjen silom od 1N na putu od 1m
Ostale jedinice u literaturi:
• 1 (erg) = 10-7 (J)• 1 (KWh) = 3.6 10-6 (J)• 1 (kalorija) = 4,185 (J) (enrgija potrebna da se 1g vode ugrije 10C)• 1(British Thermal Unit, BTU) = 1.055 103 (J)
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 9: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/9.jpg)
Jednadžba energije
9
� Potencijalna energija
pe = γh = ρgh ⇒ h = pe
γ= pe
ρg
Hidraulička visina je potencijalna energija sadržana u jediničnoj masi vode u obliku pritiska (kolona vode potrebna da proizvede ekvivalentni pritisak u bazi)
Rad po jediničnoj masi vode
Sila ⋅ put(L)
jedinicna masa vode= p
γL[ ]
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 10: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/10.jpg)
Jednadžba energije (nastavak)
10
� Pozicijska energija (dio potencijalne)
γ(dV )y
γ(dV )= (tezina)(visina dizanja)
tezina= y
Energija jediničnog volumena koji se nalazi iznad referentne ravnine;dakle jednaka je radu potrebnom da se jedinični volumen vode digne na tu visinu
� Jednadžba hidrostatike:
p1
γ+ y1 = p2
γ+ y2 = konst
Potencijalna energija je suma visine pritiska i pozicijske visine
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 11: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/11.jpg)
Održanje energije
11
� Voda u kretanju ima dodatnu kinetičku energiju u obliku visine (brzinska visina, hv)
Ukupna kinetička energija po jedinici vremena
Ukupna težina po jedinici vremenahv =
=
1
2∫ v 2 dm
t
gdm
t∫
=
1
2v 2ρvdA∫
g ρvdA∫= 1
2g
v 3∫ dA
vdA∫≅ v 2
2g
Pretpostavka da sve strujnice imaju istu brzinu,ako ne, onda je v osrednjena brzina kroz neki presjek korigirana za Coriolisov coeficijent, α(nešto veći od 1)
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 12: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/12.jpg)
Održanje energije (nastavak)
12
� Ukupna energetska visina
H = p
γ+ y + α v 2
2g
� Unutar jednog strujnog toka (Bernoulli jed.)
p1
γ+ h1 + α1
v12
2g= p2
γ+ h2 + α2
v22
2g+ h f
hf = gubitak energije, usljed dinamičkih napona otporu toka, koji se uz trenje pretvara u toplinu (2. zakon termodinamike)
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 13: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/13.jpg)
Održanje energije (nastavak)
13
� Fizikalno objašnjenje:
Energija je rad koji može izvršiti vodena masa na ukupnoj visini H
E = ρgH ⋅V = HV γ ML2
T2
Joule( )
Volumen vode je količina u nekom vremenu
V = Qdt∫odnosno Qt ako je Q=konst ili neka srednja vrijednost
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 14: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/14.jpg)
Zakon održanja mase
14
� svaka materija je jedan oblik energije, dakle mora se ponašati prema zakonu održanja energije. Masa vode koja ulazi u strujni tok u vremenu dt mora biti ista na izlazu iz strujnog toka:
ρ1Q1 = ρ2Q2
� množenjem s konstantnom silom gravitacije
γ1Q1 = γ 2Q2
(ρQ je protok mase vode)
(težina vode po jedinici vremena)
� pri nestišljivoj tekučini ρ=konst i γ=konst
Q1 = Q2 ⇒ vdAA1
∫ = vdAA2
∫Jednadžbakontinuiteta
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 15: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/15.jpg)
Jednadžba Snage
15
� Snaga je definirana kao energija po jedinici vremena (P=E/t).Kombinirajući jednadžbu kontinuiteta s jednadžbom energije, dobije se jednadžba snage.� Dakle, pri tečenju vode s protokom Q; ovo tečenje se može pisati kao težina vode po jedinici vremena:
gravitaciona sila w=m (masa) x g (gravitacija)=[ML/T2]w/T =[ML/T3]
γQ = ρgQ ML2T 2( )L3
T( )= MLT 3[ ]
� Množenje (γQ) s energijom po jediničnoj težini, npr.,hidraulička visina h, dobije se:
P(snaga) =Energija
vrijeme=
tezina
jed.vrijeme⋅
energija
jed.tezina= γQh
Qγ hprof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 16: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/16.jpg)
Jednadžba Snage (nastavak)
16
� Ako se hidraulička visina h izrazi preko ukupne energetske visine dobiva se izraz za snagu:
P = γQh = γQ ⋅p
γ+ y + α v 2
2g
W[ ]
� Osnovne jedinice za snagu:
Watt (W)=1 J/s [ML2/T3]1KW, 1MW, 1GW, 1TW=103 W, 106 W, 109 W, 1012 WKonjska snaga (KS)=736 WErg/s = 10-7WBTU/s =1,055 �103 W
P =γQh
736KS[ ]
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 17: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/17.jpg)
Jednadžba Snage (nastavak)
17
� Ako uzmemo da voda ima gustoću 1000 kg/m3 i g=9.81 m/s2
tada se dobije izraz za hidrauličku snagu:
P = 1000 kgm3
⋅9.81 m
s2( )⋅ H m( )⋅Q m3
s( ) W[ ]P = 9.81QH KW[ ]
� Kako se u koritu rijeke protok mijenja tako je i snaga rijeke funkcija vremena i za neku sekciju vodotoka možemo izraziti snagu kao:
P(t) = 9.811
TQHdt
0
T
∫ KW[ ]� Dakle, što je veći protok na dijelu vodotoka to je veća snaga tog poteza rijeke.� Konacno se odabirom visine pregrade (brane) i lokacije osi turbine moze povećati neto pad H i time takoñer povećati snaga hidroelektrane
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 18: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/18.jpg)
Voda – nosilac energije
18
� Vodne snage odreñene su hidrološkim karakteristikama voda na slivovima i u rijekama� Protok, njegova varijabilnost i vjerojatnost pojave daju osnovne karakteristika vodostaja (režim voda odnosno hidrološke fluktuacije)� Umjetna jezera i rezervoari imaju zadatak smanjiti i izravnati jake hidrološke fluktuacije
Razlikujemo:
a) Energiju oborinab) Energiju voda koje se slijevajuc) Energiju vodotoka (koncentriranih
tokova)
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 19: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/19.jpg)
POTENCIJALNE MOGUĆNOSTI RAZVOJA RIJE ČNOG SLIVA
![Page 20: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/20.jpg)
Definicija potencijala vodnih resursa
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split 20
� Vodni potencijal je granica do koje se može razviti jedno rešenje u okviru riječnog sliva ne vodeći računa o ograničenjima koja su posljedica usaglašavanja sa drugim rješenjima.
Potencijal vodnih resursa dijelimo na:
1. Tehnički- maksimalna granica
tehničkih mogućnosti razvoja rješenja
2. Teorijski- maksimalna granica
do koje se može razviti jedno rješenje
3. Ekonomski- maksimalna granica
razvoja koja je ekonomski opravdana
![Page 21: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/21.jpg)
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split 21
Definicija potencijala vodnih resursa (2)
Potencijali vodnih resursa koji se analiziraju:1. Vodoprivredni potencijal2. Potencijal različitih korisnika
a. Vodoopskrbab. Hidroenergetikac. Navodnjavanjed. Navigacija
3. Potencijal zaštite od poplava4. Potencijal kvalitete vode (ODV)
a. Biologijab. Kemijac. Morfologija
5. Potencijal za prihvat efluenta
![Page 22: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/22.jpg)
Vodoprivredni potencijal
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split 22
Vodoprivredni potencijal odnosi se na
izgradnju:
Akumulacija
Derivacija
Morfološki
Tehnički
Ekonomski
Analiza zapremine koja se može realizirati neovisno o drugim ograničenjima
Hidrološki uvjeti koji mogu npuniti akumulaciju
Analiza da ekonomska efikasnost ne prelazi granicu isplativosti
Tehnički
Ekonomski
Predstavlja mogući potencijal realizacije derivacija radi proširenja riječnog sliva
Predstavlja koštanje kubika vode isporučenog korisniku
![Page 23: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/23.jpg)
Potencijal različitih korisnika
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split 23
� Potencijal različitih korisnika je ograničen kapacitetom vodnih resursa
� Kapacitet vodnih resursa definira:
� Potencijal snabdjevanja vodom – vodoopskrba� Hidroenergetski potencijal� Potencijal navodnjavanja
� Morfologija vodnih resursa definira:
- Potencijal za navigaciju
1. Vodoopskrba kao potencijal snabdjevanja vodom predstavlja tehnički raspoloživu količinu vode koja se pregradom može akumulirati na odreñenom presjeku rijeke
![Page 24: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/24.jpg)
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split 24
� Teorijski- Potencijal prema padavinama
Predstavlja idealnu snagu i energiju padavina koja se može dobiti na jednom riječnom slivu
- Specifični potencijal padavinaPredstavlja potencijal snage i energije padavina po km2 sliva
- Potencijal specifičnog proticajaPredstavlja potencijal snage i energije protoke po km2 sliva
- Linearni potencijalPredstavlja potencijal snage i energije protoke rijeke prema
dužini riječnog toka (uzdužnom profilu rijeke)
� Realni- Dobije se kada se teorijski potencijal pomnoži koeficijentima korisnog rada
2. Hidroenergetski potencijal
![Page 25: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/25.jpg)
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split 25
� Teorijski- Predstavlja ukupnu površinu koja nije pokrivena dovoljnim
padavinama
� Tehni čki- Predstavlja sustav navodnjavanja koji je tehnički izvodljiv s obzirom na morfologiju rijeke i topografiju sliva
� Ekonomski- Predstavlja sustav navodnjavanja koji je ekonomski opravdan iznad neke granice opravdanosti (point of marginal return)
3. Potencijal navodnjavanja
![Page 26: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/26.jpg)
Izračun hidroenergetskog potencijala
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split 26
1. Pad (H)� Da bi se koristila energija rijeke
potrebno je da na odabranom profilu postoji pad ili ga se pregradom uspostavi
� razlika izmeñu gornjeg i donjeg nivoa vode naziva se bruto pad postrojenja2. Rad elementarnog volumena vode
� Definiran je izrazom
� dW je Elementarni rad� H je pad� γ je specifična težina vode
dW = ρ ⋅ g ⋅ dV ⋅ H = γ ⋅ dV ⋅ HML2
T 2
![Page 27: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/27.jpg)
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split 27
Izračun hidroenergetskog potencijala (2)
3. Snaga
dP =dW
dt=
dV
dt⋅γ ⋅ H = dQ ⋅γ ⋅ H
P = 9.81⋅Q ⋅ H KW[ ]= 13.33 ⋅Q ⋅ H KS[ ]3. Energija
dE = dP ⋅ dt = dV ⋅γ ⋅ H
![Page 28: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/28.jpg)
Energije vode
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split 28
Pretvorbe energije vode
� Sunčeva energija kao toplinska dopire do Zemljine površine izaziva isparavanje vode, tla i bilja, što uzrokuje podizanje vode: posljedica je energija položaja vode (potencijalna) i energija kretanja vode (kinetička)! Energija položaja vode je po četni oblik energije vode u prirodi koji se može iskoristiti u tehničkim pretvorbenim sustavima.
�Oblici energije položaja vode: vodotoci, plima i oseka, morski valovi.
![Page 29: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/29.jpg)
Pretvorba energije vode
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split 29
Osnovni način uporabe:
�pretvorba energije položaja vode (potencijalna u akumulacijama)
�kinetičke energije vode (protočne) u mehaničku energiju protjecanjem kroz vodne turbine
�potom najčešće u električnu u generatorima
![Page 30: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/30.jpg)
Projektiranje hidroelektrana
![Page 31: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/31.jpg)
31
Terminologija
� Pad vode� Voda mora padati s veće visine na nižu da bi se
potencijalna energija pretvorila iz potencijalne u kinetičku
� Razlika izmeñu ta dva nivoa generirana pregradom ili branom zove se pad vodnog lica
� Brane:� visoke (200 ili više metara)
� srednje (30 do 200 m)
� male (ispod 30 m)
� Snaga je proporcijonalna umnoškupad x protok
http://www.wapa.gov/crsp/info/harhydro.htm
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 32: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/32.jpg)
32
Hidraulička snaga
Ph = ρQ ⋅ gH W[ ]
ρQ = protok mase vode [kg/s]ρ = specifična gustoća vode [kg/m3]Q = protok [m3/s] gH = specifična hidraulička energija [J/kg]g = akceleracija [m/s2]H = neto pad [m]
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 33: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/33.jpg)
33
Mehanička snaga
Pmeh = Ph ⋅ηtot W[ ]ηtot =
Ako se hidraulička snaga izrazi bez specifične gustoće vode onda je konačna snaga turbine u kilovatima:
Pmeh = 9.81QHηtot kW[ ]
Ukupni koeficijent iskorištenja = ηturbine x η generatora x η trafostanice
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 34: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/34.jpg)
34
Rangiranje hidroelektrana po snazi� Velike HE
� Preko 100 MW spojene direktno na mrežu� Srednja HE
� 15 - 100 MW uglavnom spojene na mrežu� Male HE
� 1 - 15 MW uglavnom spojene na mrežu � Mini HE
� Iznad 100 kW ali ispod 1 MW� Priključene direktno na potrošaća ili na mrežu
� Micro-hydro � Od 5kW do 100 kW � Često se koriste za izolirana naselja ili industriju daleko od mreže.
� Pico-hydro � Od nekoliko stotina W do 5kW� Izolirana područja daleko od mreže
www.itdg.org/docs/technical_information_service/micro_hydro_power.pdf
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 35: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/35.jpg)
35
Načini instalacije hidroelektrana
Boyle, Renewable Energy, 2nd edition, Oxford University Press, 2003
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 36: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/36.jpg)
36
� HIDROELEKTRANE:
� Pokreću se jednostavno i brzo te mjenjaju izlaznu snagu promptno
� Komplementarne su termo elektranama (ugljen ili plin) i nuklearkama koje su najefikasnije za pokrivanje temeljne snage
� Pokrivaju vršnu potrebu za snagom
� Uštede milijune tona nafte
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
Osnovne karakteristike
![Page 37: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/37.jpg)
37
Podjela po načinu zapremanja vode
� Akumulacijske� Hoover Dam, Grand Coulee ...
� Derivacijske� Niagara Falls
� Reverzibilne� Protok u oba smjera
� Voda se pumpa u girnji rezervoar i vraća se na nižu kotu generirajući energiju
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 38: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/38.jpg)
38
Tipične akumulacijske
http://www1.eere.energy.gov/windandhydro/hydro_plant_types.html
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 39: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/39.jpg)
39
Primjer:
Hoover Dam (US)
http://las-vegas.travelnice.com/dbi/hooverdam-225x300.jpg
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 40: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/40.jpg)
40
Derivacijske
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 41: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/41.jpg)
41
Primjer:
Derivacijska HE (Tazimina, Alaska)
http://www1.eere.energy.gov/windandhydro/hydro_plant_types.html
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 42: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/42.jpg)
42
Micro derivacijska HE
http://www1.eere.energy.gov/windandhydro/hydro_plant_types.html
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 43: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/43.jpg)
43
Micro Hydro Example
http://www.electrovent.com/#hydrofr
Used in remote locations in northern Canadaprof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 44: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/44.jpg)
44
Koncept Reverzibilne HE
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 45: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/45.jpg)
45
Pumped Storage System (reverzibilne)
Boyle, Renewable Energy, 2nd edition, Oxford University Press, 2003
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 46: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/46.jpg)
46
Primjer:
Cabin Creek Pumped Hydro (Colorado)
� Completed 1967
� Capacity – 324 MW� Two 162 MW units
� Purpose – energy storage� Water pumped uphill at night
� Low usage – excess base load capacity
� Water flows downhill during day/peak periods
� Helps Xcel to meet surge demand� E.g., air conditioning demand on hot summer days
� Typical efficiency of 70 – 85%
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 47: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/47.jpg)
47
Pumped Storage Power Spectrum
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 48: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/48.jpg)
Turbine Design
Francis TurbineKaplan TurbinePelton TurbineTurgo TurbineNew Designs
![Page 49: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/49.jpg)
49
Types of Hydropower Turbines
Boyle, Renewable Energy, 2nd edition, Oxford University Press, 2003
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 50: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/50.jpg)
50
Classification of Hydro Turbines
� Reaction Turbines� Derive power from pressure drop across turbine
� Totally immersed in water
� Angular & linear motion converted to shaft power
� Propeller, Francis, and Kaplan turbines
� Impulse Turbines� Convert kinetic energy of water jet hitting buckets
� No pressure drop across turbines
� Pelton, Turgo, and crossflow turbines
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 51: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/51.jpg)
51
Schematic of Francis Turbine
Boyle, Renewable Energy, 2nd edition, Oxford University Press, 2003
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 52: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/52.jpg)
52
Francis Turbine Cross-Section
Boyle, Renewable Energy, 2nd edition, Oxford University Press, 2003
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 53: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/53.jpg)
53
Small Francis Turbine & Generator
"Water Turbine," Wikipedia.com
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 54: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/54.jpg)
54
Francis Turbine – Grand Coulee Dam
"Water Turbine," Wikipedia.com
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 55: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/55.jpg)
55
Fixed-Pitch Propeller Turbine
"Water Turbine," Wikipedia.com
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 56: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/56.jpg)
56
Kaplan Turbine Schematic
"Water Turbine," Wikipedia.com
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 57: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/57.jpg)
57
Kaplan Turbine Cross Section
"Water Turbine," Wikipedia.com
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 58: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/58.jpg)
58
Suspended Power, Sheeler, 1939
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 59: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/59.jpg)
59
Vertical Kaplan Turbine Setup
Boyle, Renewable Energy, 2nd edition, Oxford University Press, 2003
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 60: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/60.jpg)
60
Horizontal Kaplan Turbine
Boyle, Renewable Energy, 2nd edition, Oxford University Press, 2003
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 61: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/61.jpg)
61
Pelton Wheel Turbine
Boyle, Renewable Energy, 2nd edition, Oxford University Press, 2003
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 62: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/62.jpg)
62
Turgo Turbine
Boyle, Renewable Energy, 2nd edition, Oxford University Press, 2003
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 63: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/63.jpg)
63
Turbine Design Ranges
�Kaplan
� Francis
�Pelton
�Turgo
2 < H < 40
10 < H < 350
50 < H < 1300
50 < H < 250
(H = head in meters)
Boyle, Renewable Energy, 2nd edition, Oxford University Press, 2003
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 64: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/64.jpg)
64
Turbine Ranges of Application
Boyle, Renewable Energy, 2nd edition, Oxford University Press, 2003
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 65: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/65.jpg)
65
Turbine Design Recommendations
Head Pressure
High Medium Low
Impulse PeltonTurgo
Multi-jet Pelton
CrossflowTurgo
Multi-jet Pelton
Crossflow
Reaction FrancisPump-as-Turbine
PropellerKaplan
Boyle, Renewable Energy, 2nd edition, Oxford University Press, 2003
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split
![Page 66: Povijest vodnih snaga - gradst.unist.hrgradst.unist.hr/Portals/9/docs/katedre/Privredna hidrotehnika/DSG Iskoristenje VS... · hf = gubitak energije, usljed dinami čkih napona otporu](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022020206/5e0807fa62025c603b6a5a77/html5/thumbnails/66.jpg)
66
Fish Friendly Turbine Design
www.eere.energy.gov/windandhydro/hydro_rd.html
prof.dr.sc. Roko Andričević Grañevinsko-arhitektonski fakultet Split