HÜDROELEKTRIJAAMAD (0)

Nimi
HÜDROELEKTRIJAAMAD
RÜHMATÖÖ
Õppeaines: Ökoloogia ja keskkonnakaitse
Mehaanikateaduskond
Õpperühm: ET-11
Juhendaja : lektor Sirle Künnapas
Tallinn 2012

SISUKORD

SISUKORD 2
SISSEJUHATUS 3
1.MIS ON HÜDROENERGIA 4
2.ENERGIA TOOTMISE PÕHIMÕTE 5
3.HÜDROELEKTRIJAAMADE ERINEVAD TÜÜBID 6
3.1.Voolava veel hüdroelektrijaamad 6
3.2. Paisu hüdroelektrijaamad 7
3.3.Pumppaisu hüdroelektrijaamad 8
4. TURBIINID 9
4.1.Francis turbiinid 9
4.2.Kaplan turbiinid 10
4.3.Petlon turbiinid 11
5.MÕJU INIMKONNALE 12
6.MÕJU KESKKONNALE 13
KOKKUVÕTE 15
VIIDATUD ALLIKAD 16

SISSEJUHATUS

Viimasel ajal on CO2 emissioon ning sellest tulenevalt kliimasoojenemine aktuaalseks teemaks saanud. On olemas neid, kes arvavad , et see on propaganda , neid kes leiavad, et kliima on alati muutunud ning neid kes usuvad sellesse, et tegemist on meie elutegevusest tingitud kõrvalnähuga. Teadlased analüüsisid pooluste jääst leiduvaid gaase ning kinnitasid, et tõepoolet on meie planeet läbinud 8 jääaega, kuid iialgi ei ole CO2 tase nii kõrgel olnud kui nüüd. Heitgaaside vähendamiseks ning ressursside lõppemise tõttu üritatakse üha enam panustada taastuvatesse energiaallikatesse nagu näiteks hüdroenergia.

MIS ON HÜDROENERGIA

„Hüdroenergia on kõige rohkem väljakujunenud võrreldes teiste taastuvate energiatega. Väikeseid veejõujaamu on maailmas rajatud juba sajandeid . Alguses kasutati vesirattaid mehaaniliste tööde tegemiseks, näiteks vilja jahvatamiseks. Esimene veeturbiin leiutati Prantsusmaal 1827. aastal. 19. sajandi lõpuks olid Euroopas peaaegu kõikide looduslike koskede asemel hüdrojõujaamad. Tänapäevaks on kõik suuremad veejõujaamad juba valminud ja looduslikke tingimusi uute jaoks maailmas ei leidu, kuid nüüd on huvi koondatud väikeste veejõujaamade arendamisele. Kõige rohkem veeenergiat toodeti 2000. aastal Euroopas, seejärel Hiinas ja Põhja- Ameerikas.“ [2: 9]
„Hüdroenergia on energia liik, kus energia vabaneb raskusjõu toimel- vabal langemisel. Hüdroenergiat saab muuta otse mehhaaniliseks energiaks (näiteks vesiveskites) ja elektrienergiaks (hüdroelektrijaamas). Maailma teoreetiline hüdroenergiabaas on neli korda suurem kui praegu kasutusel olevad ressursid. Enamik reaalsest hüdroenergia potentsiaalist asub Aasia ja Aafrika arengumaades, samas on selle arendamine võimalik vaid väga suure välisabi toel. Põhja-Ameerika ja Lääne-Euroopa hüdroenergia varud on juba suuresti kasutuses. Täiendavate hüdroskeemide areng põrkuks elanikkonna vastuseisu tõttu (põhjuseks on hirm üleujutuste eest, tammid jms.). Hüdroenergia tootmise kasv tuleb olemasolevate seadmete täiustamisest ja energiakadude vähendamisest.“ [1]

ENERGIA TOOTMISE PÕHIMÕTE

„Hüdroelektrijaamasid liigitatakse vastavalt tööpõhimõttele: voolava vee, paisu- või pumppaisuelektrijaamaks. Kõikide seadmetüüpide puhul paneb veeenergia voolamise ning kukkumiskõrgusega turbiinid liikuma. Turbiinidega ühendatud generaatorid toodavad elektrit.“ [1]

HÜDROELEKTRIJAAMADE ERINEVAD TÜÜBID

Voolava veel hüdroelektrijaamad

„Hüdroelektrijaamade seas kõige levinum variant on voolava vee hüdroelektrijaam, mis on ehitatud jõgedele või kanalitele. Need kasutavad elektri tootmiseks kõrguste vahet ülemvee ning alamvee vahel nn. kalle. Sellistel elektrijaamadel on tavaliselt väiksem kalle ning suurem vee läbilaskevõime. Need hüdroelektrijaamad pakuvad ööpäevaringselt baaskoormusenergiat. Selleks, et üks kilovatt -tund energiat toota, peab u. 400 000 liitrit vett ühe meetri sügavuselt langema . Lühidalt öeldes on veeenergia füüsikaline põhimõte järgnev: Vee läbivoolukogus korda kõrgus annab võimsuse.“ (Joonis 1) [1]
Joonis 1. Voolava vee hüdroelektrijaam

Paisu hüdroelektrijaamad

„Paisu hüdroelektrijaamad kasutavad kõrgemal asuva paisu ja selle loomuliku juurdevoolu ning madalamal asuva veejõujaama vahelist kõrguste erinevust. Vesi jookseb paisust läbi veeluku kõrgsurvetorustiku või tunneli kaudu orus asuva jõujaama turbiinidele. Neid kasutatakse tippkoormuse ajal, mil energiavajadus lühikeseks ajaks tõuseb. Kuna elektrienergiat alati sellel hetkel tootma peab, kui seda vajatakse, ühtlustatakse erinevat nõudlust erinevate jõujaamade juurde-, välja- ning sisselülitamisega. (Joonis 2.)
Joonis 2. Paisu hüdroelektrijaam

Pumppaisu hüdroelektrijaamad

Pumppaisu hüdroelektrijaamad toimetavad vee esmalt kõrgemal asuvasse, enamasti kunstlikku, paisjärve. Seda teostatakse peamiselt öösel, et kasutamata võimsust üles pumpamiseks kasutada.“ [1]
„Niipea, kui päeval elektritarbimine tõuseb, lastakse veel paisust jõujaama turbiinidele voolata. Generaatorid hakkavad sekundikiirusel elektrit tootma. See meetod on ainus võimalus elektritootmiseks mõeldud energiat suures mahus hoiustada.“ (Joonis 3.) [1]
Joonis 3. Pumpaisu hüdroelektrijaam

TURBIINID

Francis turbiinid

„Francis tüüpi turbiin on enamasti püstvõlliga ja turbiini tööratta labad on ühendatud võlliga jäigalt. Väiksemaid turbiine valmistatakse ka horisontaalvõlliga. Vesi siseneb turbiini spiraalkanali kaudu, mis tagab vee ühtlase sissevoolu kogu tööratta ümbermõõdul, läbides seejuures pööratavaid juhtlabasid. Juhtlabadega juhtaparaat reguleerib vooluhulka ja suunab vee turbiini töölabadele. Vesi väljub turbiinist telje suunas imitorusse. (Joonis 1Joonis 4)
Joonis 4. Francis turbiini ehituspõhimõte
Turbiin on väga lihtsa ning töökindla ehitusega ja kasutakse tavaliselt vee töökõrgustel 30…700 m, üksikutel juhtudel ka ~1000 m. Selliseid turbiine valmistatakse tavaliselt võimsusega 10-400 MW. Turbiini pöörlemissagedus oleneb rõhukõrgusest ja on tavaliselt vahemikus 80-200 p/min
Francis turbiine ehitakse ka pump -turbiinina. Korrektselt arvutatud ja disainitud kaasaaegse Francis pump-turbiini töötsükli kasutegur vee pumpamisel ja elektri tootmisel ei anna alla eraldi valitud koostöös olevate pumba ja turbiini kasuteguritele. Francis tüüpi pump turbiinid on kasutatud enamiketes maailma HAJ-des ja tänapäeval osutuvad parimaks lahenduseks töökõrgustel 30-800 m.“ [3: 18]

Kaplan turbiinid

„Kaplan turbiin on sarnaselt Francise turbiiniga lihtsa ja töökindla ehitusega ja seda kasutatakse töökõrgusel 10-50 m. Selliseid turbiine saab valmistada väga mitmesuguse nimivõimsusega, tavaliselt 1-150 MW. (Joonis 5)
Suuremate turbiinide telg on püstne, väiksemad turbiinid võivad olla ka rõht- või kaldteljega. Töölabasid on tavaliselt 4 või 6, suurte turbiinide tööratta läbimõõt võib olla kuni 10 m. Turbiinide pöörlemissagedus on üldiselt väiksem kui sama võimsusega Francise turbiinidel ja jääb tavaliselt alla 100 p/min.
Joonis 5. Kaplan turbiin
Eesti väikehüdroelektrijaamades on peaaegu eranditult kasutusel Kaplani turbiinid. Seda liiki turbiinid võimsusega 40 MW on paigaldatud ka Narva hüdroelektrijaama. Kaplani turbiiniga on väga sarnane Deriaz tüüpi turbiin, mida ehitakse ka pump-turbiin konstruktsioonina. Deriaz turbiini erinevus Kaplan turbiinist seisneb töölabade konstruktsioonis ja nende kallutuse muutmise võimaluses. Deriaz pump-turbiinide kasutamist on otstarbekas kaaluda väiksematel, alla 80 m töökõrgustel, kus selle töönäitajad on sarnased Francis pump-turbiinidega. [3: 19]

Petlon turbiinid

Peltoni turbiin kujutab endast vesiratta edasiarendust, mis seisneb selles, et tööratta lamedad labad on asendatud kaheosaliste koppadega, millele suunatakse vaba veejuga. Juga jaguneb kaheks (kopa mõlemale poolele) ja paneb tööratta pöörlema. (Joonis 6)
Pelton turbiin on enamasti horisontaalvõlliga, kuid valmistatakse ka püstvõlliga turbiine. Töörattale toimivaid veejugasid on enamasti üle üht. Sellised turbiinid sobivad kasutamiseks kõrgustel 200…2000 m ja nende nimivõimsuste piir on tavaliselt 10-300 MW.
Vee suurema suhtelise energiasisalduse tõttu on nende mõõtmed väiksemad, pöörlemissagedus aga suurem kui Francise ja Kaplani turbiinidel (tavaliselt 500-1500 p/min).
Joonis 6. Petlon turbiin
Võrreldes Francise turbiinidega on Pelton turbiinide puuduseks vajadus paigaldada eraldi veepump , mis suurendab investeeringuid. Pelton turbiin tuleb paigutada kõrgemale alumise veehoidla vee tasemest, mis omakorda vähendab turbiini võimsust (töökõrgust, survet). Pelton tüüpi turbiinide kasutamist HAJ-des koos eraldi paigaldatud pumpadega võib kaaluda töökõrgustel üle 800-900 m.“ [3]

MÕJU INIMKONNALE

„Hüdroenergia on kõige usaldusväärseim taastuvenergia allikas. Hüdroenergial on kõrge kasuteguriga, mis on üle 90%, tohutu eelis võrreldes teiste jõujaamade tüüpidega.“ [1]
„ Positiivseks on veel Eesti majanduse vähem sõltuvaks muutmine välisriikidest, sest elektrienergiat ei ole vaja siis riiki sisse importida. Regionaalareng paraneb , kuna majanduslikult mahajäänud piirkondade elanikel suurenevad võimalused uuteks töökohtadeks. Taastuvaid energiatootjaid kasutades, ei pea arvestama pideva elektrihinna tõusuga, sest kasvavad keskkonnatasud ei mõjuta neid.“ [2: 20]

MÕJU KESKKONNALE

„Paljude hüdroelektrijaamade juures on olemas ka ülestõusuabid või möödapõike võimalused kaladele. Meie keskkond saab kasu ka puhastussüsteemidest, mis turbiinide kaitseks sisse voolavat vett puhastavad.“ [1]
„Taastuvenergiaallikad on keskkonnasõbralikud energiatootmise vahendid. Mida rohkem kasutatakse energia saamiseks taastuvaid ressursse, seda enam väheneb fossiilsete kütuste kasutamise maht, ning seeläbi paranevad keskkonnatingimused : väheneb kasvuhoonegaaside ja muu saaste hulk õhus, puhta vee ja taastumatute maavarade kasutamine ning maastiku ja elupaikade reostamine ning hävitamine. Tähelepanu pööratakse energiatootmise hajutamisele, seda nõuet täidavad taastuvenergiajaamad, mis asuvad tarbija vahetusläheduses, ning hoiavad ära energiakaod , mis on hetkel Eestis 15- 18%.
Veeenergia kasutamine soodustab energeetiliste varude hajutamist. Väikesed hüdroelektrijaamad parandavad veevahetust ning ühtlustavad jõe vooluhulka, nii ei põhjusta aeglane veevool kallastel suurt erosiooni. Ülavoolu saab tõsta veetaset, kus kalad saavad kuival perioodil elada. Hüdrojaama tehnoloogia abil on võimalik reguleerida suurvett, mis aitab ära hoida üleujutustest tulenevaid kahjustusi teatud aladele .
Vee-energiajaamade keskkonnamõjude negatiivsus sõltub suuresti asukoha valikust. Nii võivad ühe hüdrojaama poolt põhjustatavad negatiivsed mõjud ümbritsevale osutuda teise jaama ümbruse puhul positiivseteks. Hüdroelektrijaama ehitusel kahjustatakse jões ja selle ümbruses elavaid taimi ja loomi põhjustades müra, tolmu, masinatest tulenevat saastet ja pinnase kahjustusi. Veejõujaama seadmetest võib eralduda saasteaineid , näiteks pumpate ebakvaliteetsel puhastamisel.“ [2: 26]
„Veekogule ehitatav tamm või pais takistab endisi regulaarseid üleujutusi, mis andsid toitaineid veekogu ümbritsevale alale . Tammist põhjustatud ebakorrapärased üleujutused mõjutavad põllumajandust ja bioloogilist mitmekesisust. Paisud ja tammid mõjutavad nii pinnavee kui ka põhjavee taset. Allavoolu avaldavad ökosüsteemidele mõju vee kvaliteedi muutus ja ainete muutuvus, sest pais võib takistada ainete transporti, esineb hapnikuhulga kõikumist erinevates veekogu osades. Allavoolu võib tekkida veepuudus. Lisaks eelnevale on risk, et tamm võib puruneda ja väljapääsev veemass hävitada ümbrust.“
„Hüdroelektrijaamad eraldavad erinevaid jõelõike ja sellega takistavad kalade rändeteid. Suuri tammisid peetakse liikide migratsiooni barjäärideks, sest need ohustavad kalade elu- ja sigimispaiku. Mõju on madalam väikestes jõgedes elavatele kaladele, kes on paiksema eluviisiga. Paisude taga kogunevad setted, mis muudavad looduslikku tasakaalu, selle tagajärjel kahaneb veekogus põhjaloomastiku ja taimestiku mitmekesisus . Taimestikule on kahjulik ka vooluhulga ja ringluskiiruse vähenemine. Jõgedelt kaovad kaunid looduslikud kärestikud, kosed ja joad .“ [2: 26]

KOKKUVÕTE

hüdroelektrijaamade eluiga on võrdlemisi pikk, turbiinide kaitseks ehitatud filtreerimisseadmed puhastavad vett nii olmeprügist kui ka lammist. Hüdroenergia taastuva energiaallikana on soodsam ning hinna poolest stabiilne. Samas ei saa kõrvale jätta ka negatiivseid mõjusid inimesele ja keskkonnale. Hüdroelektrijaamade ehitamine on keeruline- kuna tegemist on veeehitisega peab selle puhul võimalike keskkonna saastete tõttu eriti ettevaatlik olema. Võttes aga arvesse „tavalisi“ energia tootmisviise siis on hüdroelektrijaamad siiski väga hea lahendus.

VIIDATUD ALLIKAD

E.ON. Hüdroenergia. Kuidas veest elekter saab. [WWW]
http://www.eon-wasserkraft.com/pages/ewk_de/Engagement/Bildung/Lehrerinformationen/_documents/ABC-Wasserkraft.pdf (04.10 2012.)

Lahtvee, T., Taastuvatest allikatest elektritootmise keskkonnamõju ja selle hindamine. [WWW] http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:j8zZxpPLddQJ:www.tuuleenergia.ee/uploads/File/Taast%2520En%2520KMH_TLahtvee.doc+&hl=et&gl=ee (07.10 2012.)

OÜ Energiasalv, Maardu hüdroakumulatsioonijaama ehitamise eeluuring. [WWW] http://energiasalv.ee/wp-content/uploads/2010/04/ESTIVO-Eeluuringu-aruanne-15-05-09.pdf (08.10 2012.)