Molnár Dávid: Vízerőmű

A víz felhasználása, mint energiaforrás az ókor idejére nyúlik vissza, ugyanis akkor kezdték használni az első vízikerekeket. A mai modern vízerőművek alapjai a XIX. században kezdtek kibontakozni. A vízerőművek a természetes vizek mozgási (folyóvizeknél), helyzeti és nyomási (állóvizeknél) energiáját használják fel a villamosenergia-termeléshez.

A vízerőműveket csoportosítani lehet az alapján, hogy milyen vizekre épültek, ez alapján megkülönböztetünk folyami-, szivattyús-tározós-, ár-apály- és hullámerőműveket. Villamos teljesítményük alapján léteznek kis vízerőművek 100kW-25 MW teljesítményig, az ettől kisebbeket törpeerőműveknek hívják, az ettől nagyobb villamos teljesítménnyel bírók nagy erőműnek számítanak. Egyes szakirodalmak még egy közepes teljesítményű sávot is megneveznek, melyek teljesítménye 25-100 MW. Létezik csoportosítás a vízesés szempontjából, ami alapján megkülönböztetünk kis esésű (<15 m), közepes esésű (15-50 m) és nagy esésű (>50 m) erőműveket. A vízesés mértéke dönti el, hogy milyen vízturbina típust alkalmaznak.

A folyami vízerőművek a legelterjedtebbek. Az átfolyós rendszerű erőművek a vizet folyamatosan használják, a kis esésű, nagy vízhozamú folyami vízerőművek leginkább ilyenek. Duzzasztás ennél a típusnál is van, de minimális, és csak a kiépített gát méretétől függ. Oka abban keresendő, hogy a vízesést állandó szinten tartsa, illetve így „részt vehet a villamosenergia-rendszer primer szabályozásában”[1]. Folyami erőművek épülhetnek közvetlenül a folyóra vagy a mellette létesített üzemivíz-csatornára. Ilyet akkor alkalmaznak, ha a folyómeder nem kedvez az erőműnek.

A tározós erőművek szezonálisan gyűjtik össze a vizet a tárolóba, melyet magasabb gáttal látnak el. Így növelhető a víz esése. Ezen típusúak üzemeltethetők csúcserőműként, azaz csak a napi csúcsigény jelentkezésekor működnek, így gazdaságosabbak, hiszen a termelt energia ára ilyenkor magasabb. Mindkét fajtánál fontos szempont a hajózás megfelelő biztosítása, ezt zsilipezéssel oldják meg. A felduzzasztott folyók, akár tározósak, akár nem, megemelik a vízszintet, ami kedvez a hajózásnak.

A vízerőmű aktív része a turbógenerátor, amely a víz mozgása által mozgatja meg a mechanikai munkából villamos energiát előállító generátort. A vízturbináknak több fajtája ismert és használt, melyeket elsősorban az adott víz esése és vízhozama alapján alkalmaznak. A Bánki-turbinát Bánki Donát találta fel 1918-ban. Elsősorban olcsósága és egyszerűsége miatt nyert teret, felváltva a régi vízkerekeket. Kis- és közepes esésű vizekre készült akciós turbina. A turbinához vizet vezető csatorna összeszűkül, mielőtt elérné azt és hegyesszögben érkezik a víz a járókerekek lapátjaira.

A Pelton-turbina az elterjedtebb akciós turbina, melyet különösen nagy esésű folyók esetében használnak. A nagy sebességgel érkező vízsugarat a fúvóka juttatja a lapátokra, ezt használja ki a Pelton-turbina.

6. ábra Bánki-turbina[2]

   7. ábra Pelton-turbina[3]

A Francis-turbinák már reakciós típusúak, közepes esésű, egyenletes vízjárású folyókon alkalmazható, mivel nem lehet állítani lapátjainak hajlásszögét. Létezik lassú, közepes és gyors futású Francis-turbina. A Kaplan- turbina a propellerturbinák egy különleges fajtája. Míg a propellerturbinák lapátjai nem állíthatóak, addig a Kaplan-turbina vezető- és járólapátjai is változtathatók, így nagyobb hatásfokot lehet vele elérni. A tiszalöki vízlépcsőben ilyen turbinákat használnak.

A vizet vezetőlapátokon keresztül viszik a turbina járólapátjai felé. Ez a fajta turbinát függőlegesen szerelik, ellentétben a csőturbinákkal, amelyeket a kiskörei vízlépcsőnél használnak. Ezek vízszintes elrendezésűek, másban csak alig különbözik a Kaplan-turbináktól[4]. Ezeket a turbinákat kisesésű, változó vízjárású folyókon használják. A Tiszalöki Vízerőmű hatásfoka 34,9%, a Kiskörei Vízerőmű hatásfoka 34,7%[5].

8. ábra Francis-turbina[6] 

9. ábra Kaplan-turbina[7]

A kiskörei víztározó duzzasztógátja (link)

[1] Büki Gergely: Erőművek, Műegyetemi Kiadó, Budapest, 2004, 471. oldal

[2] Forrás: http://www.ttk.pte.hu/ami/phare/energ/energ6.htm Elérhető: 2010. november 10.

[3] Forrás: http://www.ttk.pte.hu/ami/phare/energ/energ6.htm Elérhető: 2010. november 10.

[4] Dr. Sembrey Péter, Dr. Tóth László (szerk.): Hagyományos és megújuló energiák, Szaktudás Kiadó Ház, Budapest, 2004; 452. oldal

[5] Fazekas András István: Villamosenergia-rendszerek rendszerszintű tervezése I., Akadémiai Kiadó, Budapest, 2006, 567-569. oldal

[6] Forrás: http://www.ttk.pte.hu/ami/phare/energ/energ6.htm Elérhető: 2010. november 10.

[7] Forrás: http://www.ttk.pte.hu/ami/phare/energ/energ6.htm Elérhető: 2010. november 10.