Vízerőmű

Vízerőmű vázlata
A-víztározó, B-gépház, C-vízturbina, D-generátor, E-vízbevezetés, F-frissvíz csatorna, G-villamos távvezeték, H-folyó

A vízerőmű (duzzasztómű) olyan erőmű, mely a vízienergiát hasznosítja. A vízienergia megújuló energia, nem szennyezi a környezetet és nem termel sem szén-dioxidot, sem más, üvegházhatást kiváltó gázt. A világ vízerőműveinek összteljesítménye mintegy 715 000 MW, a Föld elektromos összteljesítményének 19%-a (2003-ban 16%-a), a megújuló energiahasznosításnak 2005-ben a 63%-a.

Bár a nagy vízerőművek dolgozzák fel a legtöbb vízienergiát, a kis vízerőművek (5 MW teljesítményig) jelentősége is nagy, ezek különösen népszerűek Kínában, ahol a világ kis vízerőmű kapacitásának több mint 50%-a üzemel.

A vízienergiát leggyakrabban egy gáttal elrekesztett folyó vagy patak vizének felhasználásával vízturbinák és elektromos generátorok nyerik ki és villamosenergia formájában szállítják el. Ebben az esetben a hasznosított energia mennyisége az átömlő víz mennyiségétől és a víz forrása és a víz kilépése helyének magasságkülönbségétől függ. Ezt a magasságkülönbséget esésnek nevezik. A potenciális energia egyenesen arányos az eséssel. A rendelkezésre álló esés jó kihasználása különleges csővezetékekkel és turbinakonstrukciókkal oldható meg.

A szivattyús energiatározó vízerőművek tulajdonképpen csupán energia tárolására szolgálnak. Az energiafogyasztási csúcsok folyamán használják energiatermelésre, úgy hogy két különböző szintmagasságú víztározó között a magasabban fekvőből az alacsonyabban fekvőbe engedik át a vizet egy vízturbinán keresztül. Amikor kevés a villamosenergia-fogyasztás, a vizet visszaszivattyúzzák a generátort villanymotorként, a turbinát pedig szivattyúként használva a felső víztározóba. A rendszer összenergiamérlege önmagában természetesen veszteséges, haszon abból származik, hogy csúcsüzemben a hálózatnak eladott villamosenergia ára többszöröse a csúcsidőn kívüli energia árának, az egész energiarendszer összhatásfoka szempontjából pedig kedvező, hogy a fosszilis tüzelőanyagot elégető alaperőművek és az atomerőművek jó hatásfokkal, közel állandó terheléssel üzemelhetnek.

Vannak olyan vízerőművek, melyek nem csatlakoznak tározókhoz. Az árapályerőművek a tenger napi rendszerességgel bekövetkező áradásának-apadásának szintkülönbségét hasznosítja, ha lehetőség van bizonyos vízmennyiség tározására is, akkor szintén kihasználható a napi fogyasztási csúcsok enyhítésére.

A víz energiáját az emberiség régóta használja. Kínában, Egyiptomban és Mezopotámiában vízkerekeket alkalmaztak az energia előállítására. Az újkor elejéig használt vízkerekeknek ma már nincs jelentősége.

Teljesítmény

Kisesésű vízerőmű

Közepes esésű vízerőmű

Nagyesésű vízerőmű

Egy vízerőmű P teljesítményét egyszerű számítani a h esés, a Q másodpercenkénti vízhozam és az $\eta$ hatásfok segítségével, mely utóbbiban a vízbevezető csatornák, a vízturbina, az esetleges hajtómű, a generátor és a transzformátor veszteségeit is figyelembe lehet venni:

$P\left[kW\right] = Q\left[m^3 /s \right] \cdot h\left[ m\right] \cdot a\left[kN /m^3\right]$

Az a tényező értéke gyakorlatilag minden esetben állandó:

$a = g \cdot \rho \cdot \eta = 7500\left[N /m^3\right]$,

ahol

g a nehézségi gyorsulás (9,81 m/sec²),

$\rho$ a víz sűrűsége (1000 kg/m³) és

$\eta$ az erőmű összhatásfoka, feltételezzük, hogy ennek értéke 76,5%

A hatásfok korszerű, nagy vízerőműveknél ennél nagyobb lehet, kisebb, illetve régi erőművek esetében viszont rosszabb hatásfokkal kell számolni. Az évi kitermelhető villamosenergia erősen függ a vízhozamtól, egyes esetekben a vízhozam legkisebb értéke a legnagyobb vízhozam 10%-a is lehet.

Vízerőművek osztályozása

A hasznosítható esés szerint

• Kis esésű vízerőmű

Esés: <15m

Vízhozam: nagy

Felhasználás: alaperőmű (teljesítmény kihasználás >50%)

Beépített turbinák: Kaplan-turbina, keresztáramú turbina, mint például a Bánki-turbina

• Közepes esésű vízerőmű

Esés: 15-50m

Vízhozam: közepes-nagy

Felhasználás: alaperőmű, közepes kihasználás (30-50%)

Beépített turbinák: Francis-turbina, Kaplan-turbina, keresztáramú turbina

• Nagy esésű vízerőmű

Esés: 50-2000m

Vízhozam: kicsi

Felhasználás: csúcserőmű (kihasználás <30%)

Beépített turbinák: Francis-turbina, Pelton-turbina

Beépítés szerint

• Folyóvizes erőmű Folyóra vagy patakra telepített elektromos energiát előállító vízerőmű
• Tározós erőmű (csúcserőmű) Magasan fekvő víztározóba kis vízhozamú folyó vizét felduzzasztják és csak a villamosenergia fogyasztási csúcsokon helyezik üzembe a vízturbinát.
• Szivattyús-tározós erőmű Az alacsonyabb szinten lévő folyóból (tározóból) egy magasabban fekvő tározóba szivattyúzzák fel a vizet olcsó elektromos energia felhasználásával (csúcsidőn kívül), és csúcsidőben magas áron értékesíthető elektromos energiát termelnek a felső tározóból az alsóba vízturbinán keresztül áramoltatott tárolt vízzel.
• Földalatti erőmű Nagy esésű vízerőműveket, melyek üzemvíz csatornáját is alagutakban vezetik, az egész gépházat föld alá telepítik.
• Árapály erőmű A tenger árapályjelenségéből adódó vízszintkülönbségek hasznosítására telepített speciális vízerőmű.
• Hullámerőmű A tenger hullámzásának energiáját hasznosító erőmű.
• Tengeráramlat erőmű Kísérleti jelleggel épített erőmű erős tengeráramlatok kinetikus energiájának hasznosítására.

Épülőfélben lévő nagy vízerőművek

Név	Legnagyobb teljesítmény	Ország	Építés kezdete	Tervezett befejezés	Megjegyzés
Három-szurdok gát	22 500 MW	Kína	1994. december 14.	2009.	A világ legnagyobb erőműve. Az első áramot 2003 júliusában adta, 2007 októbere óta 12 600 MW kapacitással üzemel
Xiluodu gát	12 600 MW	Kína	2005. december 26.	2015.	Az építkezést egyszer szüneteltették a környezetvédelmi tanulmányok hiánya miatt.
Baihetan gát	12 000 MW	Kína	2009.	2015.	Építés előkészítés alatt
Wudongde gát	7000 MW	Kína	2009.	2015.	Építés előkészítés alatt
Longtan gát	6300 MW	Kína	2001. július 1.	2009. december
Xiangjiaba gát	6000 MW	Kína	2006. november 26.	2009.
Jinping 2 vízerőmű	4800 MW	Kína	30 2007. január 30.	2014.	A gát felépítéséhez csak 23 családot és 129 helyi lakost kellett elköltöztetni. A Jinping 1 erőművel összhangban üzemel.
Laxiwa gát	4200 MW	Kína	2006, április 18.	2010.
Xiaowan gát	4200 MW	Kína	2002. január 1.	2012. december
Jinping 1 vízerőmű	3600 MW	Kína	2005. november 11.	2014.
Jirau gát	3300 MW	Brazília	2007.	2012.
Pubugou gát	3300 MW	Kína	2004. március 30.	2010.
Pati gát	3300 MW	Argentína
Santo Antônio gát	3150 MW	Brazília	2007.	2012.
Goupitan gát	3000 MW	Kína	2003. november 8.	2011.
Boguchan gát	3000 MW	Oroszország	1980.	2012.
Chapetón	3000 MW	Argentína
Guandi gát	2400 MW	Kína	2007.	2012.
Son la gát	2400 MW	Vietnam	2005.
Tocoma (Manuel Piar)	2160 MW	Venezuela	2004.	2014.	Ez az új erőmű az utolsó a Caroni medencébe telepített hat Vízerőmű közül, melyek közé tartozik a 10 000 MW-os Guri erőmű is.
Bureya gát	2010 MW	Oroszország	1978.	2009.
Alsó Subansiri gát	2000 MW	India	2005.	2009.

Ez a 12 kínai erőmű 89 400 MW (89,4 GW) összteljesítményű lesz, ha elkészül. Összehasonlításképpen Brazília vízerőműveinek összteljesítménye 2006-ban 69 080 MW (69,08 GW) volt (harmadikként a világranglistán).

Vízerőművek Magyarországon

Magyarországon a Bős–nagymarosi vízlépcső lett volna a legnagyobb ilyen jellegű építmény, bár környezet- és ivóvízvédelmi okokból nem az eredeti tervek szerint épült meg.

A századfordulón néhány vízimalmot törpe vízerőműre alakítottak át, amelyek csak elektromos energiát termeltek (Gyöngyösön, Pilinkán, a Kis-Rábán, Répcén, a Lajtán és a Sédén). Hazai vízerőművek: a Kiskörei Vízerőmű, a Tiszai Vízerőmű (Tiszalök), az Ikervári Vízerőmű (1896), a Kenyeri Vízerőmű (2008), a Körmendi Vízerőmű (1930), a Csörötneki Vízerőmű (1909), a Kesznyéteni Vízerőmű (1943), a Felsődobszai Vízerőmű (1906), a Gibárti Vízerőmű (1903), az Alsószölnöki Vízerőmű és a Kvassay Vízerőmű.

A Tiszalöki Vízerőmű építési terve 1863-ban fogalmazódott meg. A vízlépcső 1954-ben, a hajózsilip 1958-ban készült el. A vízerőművet 1959-ben helyezték üzembe. A Kiskörei Vízerőmű építése 1967-ben kezdődött, a vízerőmű technológiai berendezései 1974-ben készültek el. A Békésszentandrási Vízerőmű építése 2011. óta zajlik .

Turbinák

1820-tól beszélhetünk a vízturbinák fejlődéséről. Különböző turbinákat ismerünk, például: Bánki-turbina, Bulb-turbina, Francis-turbina, Kaplan-turbina, Pelton-turbina, Propeller-turbina, Szivattyú-turbina.

Kapcsolódó szócikkek

• Legnagyobb vízerőművek listája

Források

• Pattantyús. Gépész- és Villamosmérnökök Kézikönyve 3. kötet. Műszaki Könyvkiadó, Budapest. ISBN (1961)