Tehnologije i primene

Većina konstrukcijskih rešenja za gotovo sve elektrane koje koriste obnovljive izvore energije podrazumeva relativno laku ponovljivost dizajna, nezavisno od mesta gde se elektrana nalazi. Primera je dosta, recimo fotonaponske elektrane, vetroelektrane, biogasne elektrane, sve one imaju standardno rešenu konstrukciju koja se postavlja na odgovarajuću lokaciju, bez mnogo potrebe da se osnovno rešenje menja i prilagođava uslovima različitog terena. U praksi se često mogu sresti gotovo identične elektrane po navedenim tehnologijama. Potpuno suprotan slučaj su male hidroelektrane. Zavisno od prirodnih karakteristika samog vodotoka i okolnog terena, kao i tehničkih uslova za izgradnju na samoj lokaciji, određuje se i optimalno rešenje konstrukcije svake hidroelektrane ponaosob. Standardni elementi postoje, poput segmenata cevovoda, osnovnog izgleda vodozahvata ili brane, generatora i generatorske zgrade, priključne opreme i slično. Međutim kombinacija tih standardnih elemenata u praksi gotovo nikada ne daje dva identična rešenja. Svaka hidroelektrana je drukčija od ostalih - jedinstvena.

Prema načinu zahvatanja vode iz vodotoka, hidroelektrane se dele na:

1) Pribranske - konfiguracija terena omogućava postavljanje brane, što podrazumeva plavljenje određenog dela toka uzvodno od brane i formiranje akumulacionog jezera. Voda iz akumulacije se pored skladištenja energije može koristiti i za vodosnabdevanje, navodnjavanje turističke svrhe i slično.

2) Derivacione - podrazumeva se postavljanje derivacionog kanala ili cevovoda pod pritiskom, od mesta vodozahvata na koti gornje vode do mašinske zgrade i povrata vode u vodotok. Obično se primenjuju u planinskim predelima, gde su visoki padovi vode duž derivacije i gde nije moguće izvršiti postavljanje brane. Ovo rešenje se najčešće sreće kod malih hidroelektrana. Veliki nedostatak ovakvog rešenja je što se povlači značajan deo vode iz vodotoka na delu koji premošćuje elektrana svojom instalacijom, a to može biti i po nekoliko kilometara po elektrani. Praktično, jedino u bujičnom delu godine nivo vode u vodotoku prevazilazi minimalni održivi protok propisan vodnim aktima, dok se u ostalim periodima godine režim rada hidroelektrane podešava tako da obezbedi maksimalnu proizvodnju, odnoso ostavi u vodotoku samo onu količinu vode koja propisana kao obaveza.

Moguće su različite kombinacije pribranskih i derivacionih rešenja. Recimo, čest slučaj je izgradnja male brane sa minimalno mogućom akumulacijom na mestu vodozahvata, uz postavljanje standardnog derivacionog kanala ili cevovoda. Takođe, moguće je i postavljanje male brane bez velike akumulacije, ali tako da elektrana proizvodi onoliko energije koliko dopušta trenutni, prirodni dotok vode. Ovakve elektrane se nazivaju protočne hidroelektrane.

Postoji čitava paleta različitih konstruktivnih rešenja za turbine hidroelektrana. Osnovni parametri koji određuju tip turbine su visina pada vode (od vodozahvata do turbinskog kola) i protok vode kroz turbinu. Na slici 2 je data podela turbina na 3 osnovna tipa:

1) Peltonova turbina - koristi se za visoke padove vode i relativno male protoke.

2) Fransisova turbina - koristi se za osrednje padove i osrednje protoke.

3) Kaplanova turbina - koristi se kod malih padova i velikih protoka.

Slika 2. Mogućnost primene različitih tipova turbina u funkciji vodenog pada i protoka.

Ne postoje oštre granice između oblasti gde se primenjuje jedan a gde drugi tip turbine. Zavisno od konstrukcije i proizvođača postoje značajna preklapanja opsega efikasnog delovanja različitih modela. Razvojem tehnike, dobijene su odgovarajuće podgrupe turbina, kao prelazni oblici u konstrukciji, a koji dobro rade u određenim prelaznim fazama između dva tipa standardne podele turbina. Jedno od zanimljivijih rešenja, pogodno za male padove i male protoke (male snage), jeste arhimedova turbina (slika 3).

Slika 3. Arhimedova turbina.

S obzirom da sve turbine, u sprezi sa elektorgeneratorom, imaju propisani minimalni protok na kome mogu stabilno da rade, često se ugrađuje više turbina u sklopu jedne hidroelektrane. Standardna rešenja su da se postavlja dve, tri ili više turbina iste snage, ili se pravi takva kombinacija instalisanih snaga da se različitim kombinovanjem, turbine međusobno dopunjuju od nivoa najnižih voda do bujičnih uslova.