Vízturbina

Manapság a vízgenerátorok alkalmazása a káros anyag kibocsátása nélküli energia előállításának egyik legmegbízhatóbb módja. Nemcsak a legmegbízhatóbb, hanem egyben az egyik leggyorsabban szabályozható energiaforrás is: csak el kell zárni a víz útját. Ez gyorsan, néhány perc alatt kivitelezhető, míg például az atomreaktoroknak legalább negyed órás a szabályozási késleltetésük. A hagyományos erőműveknek pedig több órára van szükségük a teljesítmény megváltoztatására.

A vízgenerátorral történő elektromos áram termelés az egyik legegyenletesebb energia ellátást biztosítja a megújuló energiaforrások közül. Éjjel-nappal azonos teljesítményre képes napsütéstől, széltől függetlenül. A megtermelt energia mennyisége csak a vízhozamtól függ. Az éven belüli vízhozam nagymértékben változik, az évszakok változásával hol áradás, hol szárazság tör a vidékre. Ha a vízgenerátor teljesítménye a legkisebb vízhozamra van méretezve, akkor az egész éves termelés egyenletes. Viszont ha kihasználjuk az év egy részében rendelkezésre álló sokkal bővebb vízfolyást, akkor a szárazabb évszakban mérsékeltebb elektromos energia termeléssel kell megelégednünk.
Ezt az egyenletes termelést használják ki a bővizű folyókra telepített gigászi méretű vízerőművek is.

A képen a turisták millióit vonzó Niagara vízesés közelében 2012-ben átadott vízerőmű látható.
A víz egy részét kanadai oldalon föld alatti üzemvízcsatornán vezették el a híres vízeséstől.
A látványhoz így is maradt elegendő mennyiségű víz.

Például az USA-ban 2010-ben a megújuló energiaforrások felhasználásával termelt energia 81%-át vízerőművek szolgáltatták, a teljes elektromos energia felhasználásuknak pedig 10 százaléka származott a víz erejéből. Hazánkban több mint 50 vízturbina 50MW névleges teljesítménnyel évente körülbelül 210 MWh energiát szolgáltat. Ez a mennyiség a magyarországi éves fogyasztást (kb. 35 TWh) tekintve kevesebb mint egy százalék. Nálunk nincsenek magas hegyek, vannak viszont bővizű folyóink. Nálunk nem sok helyen lehetne nagyesésű vízturbinát telepíteni, kisesésű vízturbinához viszont annál több helyen van meg az adottság. Nem biztos, hogy a környezet átalakításával járó vízerőművek létesítése annyira káros a környezetre, mint ahogy azt sok környezetvédő gondolja. Ha összehasonlítjuk az energiatermelő berendezések gyártásakor keletkező károsanyag-kibocsátást is, nemcsak az üzem közbeni hasznot, a vízgenerátorok az egyik legkörnyezetkímélőbb beruházásnak bizonyulnak. A mikrokörnyezetben óriási változást okoz egy vízerőmű létrehozása, de a szélesebb társadalom számára sokkal több előnyt nyújt a hasznosságával, az olcsó termelésével.
 

Egy erőmű a Duna osztrák szakaszán

Ausztriában a Dunán 20-30 km-enként vízlépcsőt találunk. A környezetet egyáltalán nem csúfítják el ezek az építmények. A vizi élőlényeknek elkerülő csatornát is kialakítottak. A hajóforgalmat nem lassítják lényegesen: a zsiliprendszer úgy lett kialakítva, hogy gyorsan át tudjanak rajta jutni a vizi járművek. A létesítmények többsége a gyalogos és kerékpáros forgalom számára hídként funkcionálnak. A sportturizmus növekedését elősegítette a vízlépcsők megléte. A Duna mindkét oldalán vezet kerékpárút, mindenki saját ízlése szerint választ, melyik parton szeretne kerekezni.
De hisz az épületekkel, amikben lakunk, is átalakítjuk, 'elcsúfítjuk' a környezetünket. Akkor Magyarországon egy ilyen vízlépcső miért nem fér bele a környezet-átalakításba?

A vízgenerátorok az egyik legmegbízhatóbb elektromos energia előállító berendezések, relatíve ezeknek a legkisebb a karbantartási igényük. A 10kW-30MW névleges teljesítményű vízgenerátorokat mini vízturbináknak nevezik. Minden ilyen kis vízturbinához is üzemvíz-csatornát kell létesíteni, melyen keresztül áramoltatott víz mennyisége állandó, független az időjárás-változás okozta egyenetlenségektől. Már egy 10kW-os generátor képes egy nagy család teljes elektromos energia ellátásának a biztosítására. Ha van a területünkön átfolyó megfelelő vízhozamú, megfelelő eséssel rendelkező vízfolyás (táblázatunkból kiolvashatja, milyen vízhozammal és eséssel rendelkező vízfolyásra mekkora generátor tervezhető), akkor a helyileg illetékes vízügyi hatóságnál érdemes kezdeni az érdeklődést, engedélyezik-e a területen vízturbina felállítását, és ha igen, milyen feltételekkel. Ezt a lépést semmiképpen ne hagyjuk ki, egy vízgenerátor telepítéséről / működtetéséről a hatóságok előbb-utóbb biztosan tudomást szereznek! Ha a hatóság hozzáállása terveinkhez pozitív, akkor kezdődhet az érdemi munka. A vízügyi hatóság előírásainak megfelelő tervek és dokumentumok elkészítése / beszerzése után lehet elkezdeni az üzemvíz-csatorna kialakítását. Ezt a műtárgyat időtálló módon kell kivitelezni, nem szabad megadni az esélyt a természetnek arra, hogy az első vihar elmossa terveinket.

Nagyesésű vízturbina üzemvíz-csatornáját a képen látható módon kell kialakítani:

Az elzáró szelep (zsilip) célszerűen az átmeneti tározó kimeneténél a nyomócsövön helyezhető el:

A nagyesésű vízturbinák jellemzően hegyvidéki területeken telepíthetőek. A víz turbinához vezetése történhet merev falú csővel, vagy tűzoltó tömlővel is. A generátort rugalmas kötéssel kell az alapzathoz rögzíteni. A rugalmas kötés lehet gumi, vagy mint esetünkben: fa.

Kis esésű vízturbina üzemvíz-csatornájának a nyomvonala nem tér el annyira az eredeti medertől, mint a nagyesésűnél. Kisesésű vízturbina telepítésekor nincs szükség olyan nagy területre. Ellenben a kis esésű vízturbinákhoz sokkal nagyobb víztömeg átfolyását kell biztosítani, így összehasonlítva a nagyesésűvel egy sokkal nagyobb keresztmetszetű csatornát kell kialakítanunk. Az üzemvíz-csatorna propellerhez vezető és onnan elvezető szakasza is kritikus a generátor hatásfokának a szempontjából.

Ahogy a képen is látható, a két vízszint magasságkülönbsége adja az esést. A generátor a felső vízszinthez kapcsolódik. Az alatta levő - feltétlenül táguló - csőszakasz hivatott a szívóhatás kialakítására.

Az üzemvíz-csatorna propellerlapátokhoz vezető részét úgy kell kialakítani, hogy a vízrészecskék minél hosszabb úton egymással párhuzamosan haladó mozgást végezzenek, és a fej egységnél úgy kell megterelni őket, hogy ne oltsák ki egymás energiáját:

A képen egy olyan üzemvíz-csatorna kialakítást láthatunk, melyből több egymás mellé telepített kisesésű vízturbina táplálkozik: