pregled moŽnih vrst hidroelektrarn na reki muri · 2018-08-24 · prostorov. glavni vir energije v...

I

PREGLED MOŽNIH VRST HIDROELEKTRARN NA REKI MURI

Diplomsko delo

Študent: Jaka GRILANC

Študijski program: Univerzitetni študijski program Gospodarsko inženirstvo

Smer: Strojništvo

Mentor: red. prof. dr. Andrej PREDIN

Somentor: red. prof. dr. Duško URŠIČ

Maribor, junij 2010

II

Vložen original sklepa o potrjeni temi diplomskega dela

III

I Z J A V A Podpisani Jaka Grilanc izjavljam, da:

je bilo predloženo diplomsko delo opravljeno samostojno pod mentorstvom red. prof. dr.

Andrej Predin in somentorstvom red. prof. dr. Duško Uršič;

predloženo diplomsko delo v celoti ali v delih ni bilo predloženo za pridobitev kakršnekoli

izobrazbe na drugi fakulteti ali univerzi;

soglašam z javno dostopnostjo diplomskega dela v Knjižnici tehniških fakultet Univerze v

Mariboru.

Maribor, __________________ Podpis: ___________________________

IV

ZAHVALA Zahvaljujem se mentorju dr. Andreju Predinu in somentorju dr. Dušku Uršiču za pomoč in vodenje pri opravljanju diplomskega dela. Zahvaljujem se tudi vsem, ki so mi kakorkoli pomagali pri izdelavi diplomskega dela. Posebna zahvala velja staršem, ki so mi omogočili študij.

V

PREGLED MOŽNIH VRST HIDROELEKTRARN NA REKI MURI Ključne besede: hidroelektrarna, kaplanova turbina, turbina, ribiška stava, rečni režim, matrične turbine UDK: 621.311.2:62-824(043.2) POVZETEK

V diplomski nalogi smo proučevali možne vrste elektrarn na reki Muri. Na njej se nahaja 31

hidroelektrarn, 30 jih je v Avstriji in ena, Ceršak, v Sloveniji. Reka Mura predstavlja veliko

neizkoriščenega potenciala. V diplomski nalogi so predstavljene štiri vrste elektrarn, njihovi

stroški, prihodki ter vpliv na okolje. Poskušali smo tudi najti najboljšo kombinacijo

predstavljenih vodnih turbin za izkoriščanje vodnega potenciala na reki, ker je velik del reke

Mure pod zaščito Nature 2000 in to omejuje gradnjo velikih hidroelektrarn.

VI

HYDRO POWER PLANTS OVERVIEW AT MURA RIVER

Key words: Plant, Kaplan turbine, turbine, fishing bet, ruver regime, matrix turbine UDK: 621.311.2:62-824(043.2) ABSTRACT In our thesis, we studied the possible types of power plants on the Mura River. On the river Mur is located 31 hydroelectric plants, 30 in Austria and one, Ceršak in Slovenia. So Mura represents considerable untapped potential. The thesis presents four types of power plants, their costs, revenues, and impact on the environment. We also tried to find the best solution for the exploitation of hydropower on the river because a large part of the Mura river under the protection of Natura 2000, restricts the construction of large hydroelectric plants.

VII

KAZALO 1. UVOD ....................................................................................................................................... - 1 -

1.1 Opredelitev problema ........................................................................................................... - 2 -

1.2 Cilji diplomske naloge .......................................................................................................... - 3 -

1.3 Metode dela ......................................................................................................................... - 3 -

2. PORABA ENERGIJE V SLOVENIJI...................................................................................... - 4 -

2.1 Primerjava letne proizvodnje in porabe električne energije v Sloveniji in Avstriji leta 2005. ......................................................................................................................................... - 5 -

2.2 Reka Mura ......................................................................................................................... - 7 -

2.2 Natura 2000 ....................................................................................................................... - 8 -

2.3 Dravske elektrarne Maribor ................................................................................................ - 11 -

3 ELEKTRARNE OD SLADKEGA VRHA DO VERŽEJA ..................................................... - 15 -

3.1 Območje izvajanja koncesije in predvidena proizvodnja električne energije na delu vodnega telesa reke Mure od Sladkega Vrha do Veržeja ......................................................................... - 15 -

3.2 Ocena postavitve v okolje ................................................................................................... - 16 -

3.3 Stroški gradnje ................................................................................................................... - 18 -

4. MATRIČNE TURBINE PO CELOTNI ŠIRINI REKE MURE .............................................. - 19 -

4.1 Matrix tehnologija .............................................................................................................. - 19 -

4.2 Prva Matrix turbina ............................................................................................................ - 20 -

4.3 Napredne Matrix turbine..................................................................................................... - 21 -

4.4 Prihodnji razvoj hidro tehnologije ....................................................................................... - 22 -

4.5 Izračun moči ..................................................................................................................... - 22 -


5 MATRIČNA KAPLANOVA TURBINA V RIBIŠKI STAVI..................................................... - 25 -

5.1 Kaj je ribiška stava? ........................................................................................................... - 25 -

5.2 Oblikovanje ribiške stave in vgraditev matrične turbine ...................................................... - 26 -

5.4 Izračun moči ...................................................................................................................... - 31 -

5.5 Stroški materiala ................................................................................................................ - 34 -


6. TURBINA Z ZELO NIZKIM PADCEM (VERY LOW HEAD TURBINE GENERATOR) ... - 36 -

6.1 Predstavitev ........................................................................................................................ - 36 -

6.2 Koncept turbine VLH ......................................................................................................... - 37 -

6.3 Opis Turbine VLH ............................................................................................................. - 38 -

VIII

6.4 Prototip v Millau, Francija .................................................................................................. - 40 -

6.5 Prijaznost do rib ................................................................................................................. - 42 -

7. EKONOMSKA ANALIZA TURBIN ....................................................................................... - 44 -

7.1 Zakonodaja ........................................................................................................................ - 44 -

Sistem fiksnih zagotovljenih odkupnih cen (FIT) .................................................................. - 44 -

7.2 Višina investicije ................................................................................................................ - 45 -

7.3 Prihodki ............................................................................................................................. - 46 -

7.4 Stroški ................................................................................................................................ - 48 -

7.5 Ekonomska doba investicije ............................................................................................... - 49 -

7.6 Interna stopnja donosnosti .................................................................................................. - 49 -

7.7 Doba povračila investicije .................................................................................................. - 49 -

7.8 Kazalniki učinkovitosti in uspešnosti .................................................................................. - 51 -

8. REZULTATI ANALIZE .......................................................................................................... - 53 -

9. IZBIRA NAJBOLJŠE REŠITVE ........................................................................................... - 55 -

9.1 Izbira glede na stroške gradnje ............................................................................................ - 56 -

9.2 Izbira glede ocene postavitve v okolje ................................................................................ - 57 -

10. KOMENTAR K IZBIRI......................................................................................................... - 58 -

11. ZAKLJUČEK ........................................................................................................................ - 59 -

VIRI IN LITERATURA ............................................................................................................... - 60 -

IX

UPORABLJENI SIMBOLI

W – energija izražena v [GWh]

Qi – instaliran pretok v [m³/s]

Q – pretok v [m³/s]

Pi – moč v [MW]

v – hitrost v [m/s]

d- premer [m]

A – površina [m²]

Pv – moč vode [W]

H – neto padec v metrih [m]

g – težnostni pospešek, v [m/s²]

ρ – gostota vode v [kg/m³]

η – izkoristek

V – volumen v [m³]

SD – skupni dohodki v [€]

SO – skupni odhodki v [€]

i – število let

r – interna stopnja donosnosti v [%]

E – koeficient gospodarnosti

D – kazalnik donosnosti

X

UPORABLJENE KRATICE HE – hidroelektrarne DEM – Dravske Elektrarne Maribor RECS – Reneweble Energy Certificates System (sistem certifikatov o obnovljivi energiji) VLH turbine – very low head turbine ( turbina z zelo majhnim padcem)

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

- 1 -

1 UVOD

Slovenija razpolaga z napravami za izkoriščanje energetskih virov, kot so premog, hidro

energija, nuklearna energija in biomasa, ostalo energijo pa zagotavlja z uvozom fosilnih goriv

(zemeljski plin, tekoča goriva, del trdnih goriv – koks in rjavi premog). Domači premog je

neprimeren za rabo v malih kuriščih v urbanih okoljih, ekološko je primeren le za velike

termoelektrarne s čistilnimi napravami. V celotni proizvodnji energije v letu 2005 je delež

obnovljivih virov znašal 10 %, 20 % je bilo nuklearne energije, 70 % pa smo jo proizvedli iz

fosilnih goriv, kot sta premog in nafta. Raba obnovljivih virov v Sloveniji upada, saj se

skupna poraba energije hitreje povečuje kot nove instalacije za izkoriščanje obnovljivih virov

energije. Cilj Slovenije je do leta 2010 doseči 12 % delež, do leta 2020 pa 20 %. Te cilje bo

težko doseči, če bo skupni delež solarne, geotermalne in vetrne energije ostal le 1 %.

Prostorsko so v Sloveniji najbolj razširjene hidroelektrarne. Poleg mnogo manjših so

največje na treh rekah – Soči na zahodu, Dravi na severu in Savi v osrednji in jugovzhodni

Sloveniji. Najbolj vodnata reka je Drava, kjer je tudi največ hidroelektrarn. V letu 2006 je bil

njihov delež preko 73 %. Po količini proizvedene elektrike jim sledijo elektrarne na Soči (13

%) in Savi (11 %), ostale male hidroelektrarne (v Sloveniji jih obratuje preko 500) pa ne

prispevajo več kot 3 % k skupnemu deležu proizvedene elektrike v hidroelektrarnah.

V diplomski nalogi želimo proučiti možne vrste hidroelektrarn na reki Muri. Cilj je

predstaviti konvencionalne elektrarne, njihov izkoristek ter stroške izgradnje. Predstavili

bomo tudi alternativne rešitve, ki bi bile primerne za reko Muro, njihov izkoristek ter njihove

stroške izgradnje. Prikazali bomo, posebej za reko Muro, oblikovano matrično kaplanovo

turbino, jo opisali in izračunali njeno moč.

Področje obravnave, ki ga v naši diplomski nalogi želimo podrobneje obdelati je

pregled konvencionalnih elektrarn, matričnih turbin, posebna izvedba matrične turbine za

reko Muro in turbine z zelo nizkim padcem. Predlagali bomo najboljše rešitve glede na

energetski izkoristek reke Mure oziroma sestavili kombinacijo za najboljšo rešitev.


- 2 -

1.1 Opredelitev problema

V Sloveniji se električna energija pridobiva iz treh večjih virov, in sicer iz nuklearne

elektrarne, termo elektrarne in hidroelektrarne. Hidroelektrarne so obnovljivi vir energije, so

okolju prijazne, vendar predstavljajo velik poseg v okolje.

Menimo, da bi reka Mura lahko bila bolje energetsko izkoriščena in ker je tudi v načrtu

gradnja elektrarn, bomo zato v diplomski nalogi primerjali konvencionalne in alternativne

vrste elektrarn, ki bi bile primerne za izkoriščanje reke Mure.

Slika 1.1: Pogled iz ptičje perspektive na hidroelektrarno Fala na reki Dravi [11]

Slika 1.2: Turbine pod gladino vode so prijazne do živali [16]


- 3 -

1.2 Cilji diplomske naloge

Osnovni cilj naloge je primerjati možne elektrarne na reki Muri. Pri tem želim doseči

naslednje cilje:

predstaviti konvencionalne elektrarne, njihov izkoristek ter stroške izgradnje,

predstaviti alternativne rešitve, ki bi bile primerne za reko Muro, njihov izkoristek ter

njihove stroške izgradnje,

posebej za reko Muro oblikovati matrično kaplanovo turbino,

predlagati najboljše rešitve glede na energetski izkoristek reke Mure oziroma sestaviti

kombinacijo za najboljšo rešitev.

1.3 Metode dela

Uporabil bom sledeče metode raziskovanja:

študij knjižnih virov,

študij elektronskih virov,

pregled strokovne literature,

hidrološki in energetski izračun rečnega potenciala,

preračun možne pridobljene električne energije na alternativni in konvencionalni

način,

konstruiranje nove oblike posebne matrične turbine,

ekonomska ocena investicije,

pregled optimalne izbire glede na okolje.


- 4 -

2 PORABA ENERGIJE V SLOVENIJI

Energija je delo, je gibanje, je toplota, je življenje. S tem preprostim stavkom lahko

poudarimo, da je energija izredno pomembna v našem vsakodnevnem življenju. Potrebujemo

jo za ohranjanje življenja, za pripravo in shranjevanje hrane, za toplo vodo, za vzdrževanje

primernih bivalnih pogojev (ogrevanje, hlajenje), za pogon prevoznih sredstev in za

proizvodnjo najrazličnejših izdelkov.

V Sloveniji smo v letu 2006 porabili 306.200.000 MJ primarne energije. Od tega so

domači viri energije zadostovali za 47 % vseh slovenskih potreb, 53 % energetskih potreb pa

pokrivamo z uvoženimi viri, ki se večinoma uporabljajo v transportu in za ogrevanje

prostorov. Glavni vir energije v Sloveniji so surova nafta in njeni derivati, ki predstavljajo več

kot 34% delež. Sledita nuklearna energija in trdna goriva s po okoli 20%, zemeljski plin s

13%, obnovljivi viri energije pa 10 %. Najpomembnejša vira domače energije še naprej

ostajata nuklearna energija (NE Krško) in premog (Premogovnik Velenje in Rudnik Trbovlje

– Hrastnik).

Slovenija razpolaga z napravami za izkoriščanje energetskih virov, kot so premog, hidro

energija, nuklearna energija in biomasa, ostalo energijo pa zagotavlja z uvozom fosilnih goriv

(zemeljski plin, tekoča goriva, del trdnih goriv – koks in rjavi premog). Domači premog je

neprimeren za rabo v malih kuriščih v urbanih okoljih, ekološko primeren je le za velike

termoelektrarne s čistilnimi napravami. V celotni proizvodnji energije v letu 2005 je delež

obnovljivih virov znašal 10 %, 20 % je bilo nuklearne energije, 70 % pa smo je proizvedli iz

fosilnih goriv, kot sta premog in nafta. Raba obnovljivih virov v Sloveniji upada, saj se

skupna poraba energije povečuje hitreje kot nove instalacije za izkoriščanje obnovljivih virov

energije. Cilj Slovenije je do leta 2010 doseči 12% delež, do leta 2020 pa 20%. Te cilje bo

težko doseči, če bo skupni delež solarne, geotermalne in vetrne energije ostal le 1 %.

Geografsko so tako glavni viri energije kot tudi največji porabniki locirani na severu in

vzhodu Slovenije. Vir nuklearne energije je en sam – v Krškem. Premog (lignit) kopljejo v

Premogovniku Velenje in ga pokurijo v Termoelektrarni Šoštanj. Rjavi premog kopljejo v

Rudniku Trbovlje-Hrastnik in ga večino pokurijo v Termoelektrarni Trbovlje.

Prostorsko so v Sloveniji najbolj razširjene hidroelektrarne. Poleg mnogo manjših so

največje na treh rekah – Soči na zahodu, Dravi na severu in Savi v osrednji in JV Sloveniji.

Najbolj vodnata reka je Drava, kjer je tudi največ hidroelektrarn. V letu 2006 je bil njihov

delež preko 73 %. Po količini proizvedene elektrike jim sledijo elektrarne na Soči (13 %) in


- 5 -

Savi (11 %), ostale male HE (v Sloveniji jih obratuje preko 500) pa ne prispevajo več kot 3 %

k skupnemu deležu proizvedene elektrike v hidroelektrarnah.

Za najširšo oskrbo z energijo je najbolj primerna električna energija. Raba električne

energije sama po sebi ne obremenjuje okolja. Zato pa močno obremenjuje okolje proizvodnja

električne energije, pri čemer je stopnja obremenjevanja odvisna od načina proizvodnje

oziroma goriva, uporabljenega pri proizvodnji električne energije. Slovenija skoraj vso

elektriko, ki jo potrebuje, pridobi sama, vendar se to razmerje veča v prid nabave energije.

2.1 Primerjava letne proizvodnje in porabe električne energije v Sloveniji in Avstriji leta 2005

V tabeli spodaj so podatki o letni proizvodnji električne energije v Sloveniji in Avstriji iz

različnih energentov. Zraven je tudi podatek o porabi električne energije in primerjavi o

proizvodnji električne energije na avstrijskem delu reke Mure ter slovenskem delu reke

Drave. Rezultate primerjave bomo grafično prikazali in analizirali.

Preglednica 2.1: Proizvodnja in poraba električne energije v Sloveniji in Avstriji leta 2005.

Država: Proizvodnja iz: (TWh) Slovenija

Hidroelektrarne 3,04 Termoelektrarne 4,64 Nuklearne elektrarne 2,55 Skupaj proizvodnja 10,23 Skupna poraba električne energije 12,79

Avstrija

Hidroelektrarne 35,5 Termoelektrarne 24,1 Drugi viri 4,2 Skupaj proizvodnja 63,8 Skupna poraba električne energije 63,2


- 6 -

Slika 2.1: Proizvodnja električne energije v Sloveniji in Avstriji

Iz grafov je razvidno, da sosednja država Avstrija veliko bolj izkorišča obnovljive vire

pridobivanja energije in manj iz postopkov, s katerimi onesnažujejo okolje. Vidimo lahko

tudi, da Avstrija proizvede več energije, kot jo porabi.

Preglednica 2.2: Proizvodnja električne energije na avstrijski Muri in slovenski Dravi leta

2005

Reka Proizvodnja električne energije (TWh)

Mura (Avstrija) 1,5* Drava

(Slovenija) 2,45

30%

45%

25%

Proizvodnja električne energije v Sloveniji

Hidroelektrarne

Termoelektrarne

Nuklearne elelktrarne

56%38%

6%

Proizvodnja električne energije v Avstriji

Hidroelektrarne

Termoelektrarne

Drugi viri


- 7 -

2.2 Reka Mura

Reka Mura je dolga 444 km. Izvira v Avstriji in se kot mejna reka med Hrvaško in Madžarsko

izliva v reko Dravo. Velikost njenega porečja je 14304 km2. Več kot polovica površin leži v

Avstriji. Slovenski del porečja je velik 1393 km2, hrvaški 987 km2 in madžarski 1911 km2.

Povprečni padec reke je 0,21 %. Povprečni padec v Sloveniji je 0,1 % in manj kot 0,06 % na

mejnem odseku med Hrvaško in Madžarsko (Halcrow in Vodnogospodarski inštitut, 2000).

Odtočni režim (povprečna razporeditev pretokov preko leta) pa je odvisen predvsem od

snežnih padavin in dolžine trajanja snežne odeje v Avstriji (Ilešić, 1947; Kolbezen, 1998;

Hrvatin, 1998; Frantar in Hrvatin, 2005).

Nadpovprečni pretoki se pojavljajo spomladi (marec-maj), medtem ko imajo pozno

jesenski in zimski meseci nizke pretoke. Povprečni pretok Mure pri vtoku v Slovenijo

(Cmurek) je 153 m3/s, najvišji zabeleženi pretok 1293 m3/s, srednji nizki pretok pa 59 m3/s.

Razmerje med najvišjimi in najnižjimi povprečnimi dnevnimi pretoki je 30 (Halcrow in

Vodnogospodarski inštitut, 2000).

Zaradi potreb varstva pred poplavami in izkoriščanja energetskega potenciala reke, je

bila Mura v Avstriji (315 km) večinoma regulirana, zgrajeni so bili visoko vodni nasipi, na

njej pa je postavljenih 16 hidroelektrarn (SLO-A komisija za Muro, 2000).

Zadnja hidroelektrarna leži pred mejo s Slovenijo. Srednji in spodnji del reke Mure, ki

se začne na meji med Slovenijo in Avstrijo, je še ohranil nekatere naravne morfološke in

ekološke lastnosti rečnega prostora. Regulacije na območju Slovenije so bile izvedene

postopoma in manj sistematično kot v Avstriji, hidroelektrarn pa na tem odseku ni. Glavna

struga je sicer izravnana in poglobljena, vendar so znotraj visoko vodnih nasipov ohranjeni

številni stari stranski rokavi in mrtvice. Glavna izravnalna dela na strugi reke Mure v

Sloveniji so potekala v 1970-ih in 1980-ih letih. Prostor med visoko vodnimi nasipi, ki se

ponekod navezujejo na naravne rečne terase, je širok do 1,2 km. Ob večjih pretokih reke je

območje znotraj njih poplavljeno. Od Petanjcev proti Murskem Središču se povečuje

raznolikost strukture rečnega prostora, ki jo omogoča hidrološka in morfološka dinamika v

poplavnem območju. Tu rastejo nižinski poplavni gozdovi (lirsko hrastovo-belogabrovi

gozdovi in obrečna vrbovja, jelševja in jesenovja) (Čarni s sodelavci, 1998; Leskovar, 2000),

v starih rečnih rokavih, mrtvicah, rečnih otokih in na prodiščih ter erozijskih stenah pa živijo

tudi v evropskem merilu redke vrste dvoživk, kačjih pastirjev, metuljev, ptic, sesalcev in rib.


- 8 -

2.3 Natura 2000

Natura 2000 je evropsko omrežje posebnih varstvenih območij, ki so jih določile države

članice Evropske unije. Njen glavni cilj je ohraniti biotsko raznovrstnost za prihodnje rodove.

Na varstvenih območjih želimo ohraniti živalske in rastlinske vrste ter habitate, ki so redki ali

pa so v Evropi že ogroženi.

Evropska unija je omrežje Natura 2000 uvedla kot enega od pomembnih delov izvajanja

habitatne direktive in direktive o pticah. Slovenija je ob pridružitvi Evropski uniji določila

seznam naravnih območij, ki ustrezajo merilom obeh direktiv.

Direktivi podpirata trajnostni razvoj, ki lahko zadovoljuje potrebe sedanjih rodov, hkrati

pa ne škoduje potrebam prihodnjih. Na varstvenih območjih Natura 2000 direktivi ne

izključujeta človeške dejavnosti. Vendar pa moramo zagotoviti, da te dejavnosti ne bodo

ogrozile narave, temveč bodo – kadar bo to mogoče – njeno ohranjanje podpirale.

Evropska unija že več kot desetletje oblikuje mrežo posebej varovanih območij Natura

2000. Njen namen je ohranjanje biotske raznovrstnosti, in sicer tako, da varuje naravne

habitate ogroženih rastlinskih in živalskih vrst, pomembnih za Evropsko unijo. Slovenija je,

tako kot vse države članice, dolžna določiti območja Natura 2000 in jih tudi ustrezno

ohranjati. Pravno podlago za vzpostavljanje območij Natura 2000 predstavljata Direktiva o

ohranjanju naravnih habitatov ter prosto živečih živalskih in rastlinskih vrst in Direktiva o

ohranjanju prostoživečih ptic.

Izbira načina varovanja območij Natura 2000 je prepuščena presoji vsake države

članice. V evropskih državah za biotsko raznovrstnost najpogosteje skrbijo s pogodbenim

varstvom ali skrbništvom, na habitatnih tipih s kmetijsko rabo so to pogodbe v okviru

kmetijsko-okoljskega programa.

Za območja NATURA 2000 so na razpolago finančni programi Evropske unije za

sofinanciranje naravovarstvenih projektov (LIFE +), naravi prijaznih oblik kmetovanja

(sredstva za razvoj podeželja in iz strukturnih skladov) in drugih dejavnosti trajnostnega

razvoja (sredstva iz strukturnih skladov).

Mreža območij Natura 2000 je ključni steber varstva narave v Evropski uniji. Do

decembra 2006 je bilo v Evropski uniji razglašenih 4.617 območij po direktivi o pticah, s

skupno površino več kot 254.000 km2. Površine na kopnem so presegale velikost Nemčije.

Opredeljenih je bilo tudi 20.862 območij po Habitatni direktivi, skupne površine 560.445

km2. Različne države so opredelile različno število območij, odvisno od ohranjenosti narave.


- 9 -

V sosednji Avstriji so razglasili 210 območij Natura 2000. Po Habitatni direktivi jih je

zavarovanih 160 in 95 po Direktivi o pticah. Vsa pa predstavljajo 16 % celotne površine

Avstrije. V Italiji so do konca 2006 določili 2543 območij, obsegala so 19 % površine države.

Po velikosti so ta območja skoraj trikrat večja od površine Slovenije. Februarja 2007 so dodali

še nova območja, med drugim tudi na Tržaškem Krasu. Na Madžarskem so po direktivi o

pticah določili 55 območij, ki obsegajo 14 % površine države, po habitatni direktivi pa 467

območij (15 % površine države).

Zakonsko osnovo Nature 2000 predstavljata evropska [14]:

Direktiva o pticah in

Direktiva o habitatih.

Evropska Direktiva o pticah govori o tem, da morajo države članice ohraniti populacije prosto

živečih ptičev na ravni, ki ustreza ekološkim, znanstvenim in kulturnim zahtevam,

upoštevajoč ekonomske in rekreacijske potrebe. To direktivo je sprejel ministrski svet

Evropske skupnosti 2. Aprila 1979. Varstvo ima prednost pred ekonomskim izkoriščanjem

oziroma rekreacijo. Države morajo tudi zavarovati, vzdrževati ali ponovno vzpostaviti

zadostno pestrost in velikost življenjskih prostorov za vse prosto živeče ptiče. To še posebej

velja za selitvene vrste.

Direktiva o habitatih govori, da države najprej opredelijo sezname evropsko

pomembnih območij na državni ravni, sledi vrednotenje na ravni Evropske unije, odbrane

lokalitete so potencialni SAC, ki jih nato vsaka država članica določi s predpisom kot SAC in

s tem postanejo del omrežja Natura. Sestavni del tega ekološkega omrežja so tudi območja

SPA iz Direktive o ptičih, ki pa jih določi vsaka država in se ne preverjajo in potrjujejo v

Bruslju. Habitatna direktiva spodbuja države, da ohranjajo in/ali po potrebi vzpostavljajo

povezave med SPA-ji oziroma SAC-i. Roki, opredeljeni v habitatni direktivi, so bili v državah

članicah močno prekoračeni, kar kaže na zapletenost priprave in postopkov.

Ključne obveznosti glede območij omrežja NATURA 2000 so opredeljene v 6. členu

direktive:

ustrezni načrti upravljanja (po potrebi) ter zakonski, upravni ali pogodbeni ukrepi,

preprečevanje slabšanja razmer,


- 10 -

preverjanje vseh načrtov ali projektov (tudi če je načrtovan zunaj območja in lahko

vpliva na vrste/ht v območju),

prevlada javnega interesa, izravnalni ukrepi,

ugodnosti pri financiranju.

Zakonsko osnovo v Sloveniji predstavljajo:

Zakon o ohranjanju narave (ZON),

Uredba o posebnih varstvenih območjih (območjih Natura 2000),

Načrt ugotavljanja posledic vpliva območij Nature 2000 in določitev razvojnih

ukrepov,

Uredba o zavarovanih prosto živečih rastlinskih vrstah,

Uredba o zavarovanih prosto živečih živalskih vrstah,

Uredba o habitatnih tipih.

Z Uredbo o posebnih varstvenih območjih - območjih Natura 2000 je Vlada Republike

Slovenije aprila 2004 na ozemlju Slovenije določila posebna varstvena območja, in sicer 26

območij za 41 vrst ptic. Na osnovi Direktive o habitatih je določila tudi potencialna posebna

ohranitvena območja, in sicer 260 za 56 habitatnih tipov in 111 rastlinskih in živalskih vrst.


- 11 -

Slika 2.2: Območja Natura 2000 in zaščitene živali [14]

Zaščitene živali na območju reke Mure

Zaščitene živali območja Nature 2000 so bela štorklja, belovrati muhar, bičja trstnica,

breguljka, čapljica, čebelar, črna štorklja, duplar, grahasta tukalica, kobiličar, mala tukalica,

mali deževnik, mali martinec, mokož, pisana penica, pivka, plašica, pogorelček, prepelica,

rakar, rečni cvrčalec, rjava penica, rjavi srakoper, slavec, srednji detel, srpična trstnica,

sršenar, trstni cvrčalec, vijeglavka, vodomec.

Naloge Nature 2000 na območju reke Mure:

- ohranitev vsaj obstoječega obsega in obstoječih

ekoloških značilnosti gozdov, trstišč, mrtvic, ekstenzivno

obdelovanih travišč,

- zagotovitev ustrezne rečne dinamike,

- zagotovitev miru okoli gnezdišč, zlasti na vznemirjanje

občutljivih vrst,

- zagotovitev ustreznih gnezdilnih mest za belo štorkljo.


- 12 -

2.4 Dravske elektrarne Maribor

Dravske elektrarne Maribor so največji proizvajalec električne energije iz obnovljivih virov v

Sloveniji. Z 8 hidroelektrarnami na reki Dravi in z dvema malima hidroelektrarnama DEM

proizvedejo kar 80 odstotkov slovenske električne energije, ki ustreza kriterijem obnovljivih

virov in standardom mednarodno priznanega certifikata RECS (Reneweble Energy

Certificates System). Kakovostno hidroenergijo zagotavljajo na okolju prijazen način in s

spoštovanjem načel trajnostnega razvoja.

Družba, ki je v lasti Holdinga Slovenske elektrarne in Republike Slovenije, je v skladu s

svojimi razvojnimi načrti tudi med najpomembnejšimi naložbeniki izgradnje spodnjesavskih

elektrarn – največjega razvojnega projekta slovenskega elektrogospodarstva.

Kako torej zagotoviti oskrbo električne energije potrošnikom? Poraba električne

energije v Sloveniji v zadnjih letih nezadržno narašča. S stopnjami rasti porabe je Slovenija

uvrščena v sam vrh evropskih držav. Rast porabe električne energije se zaradi pričakovane

gospodarske rasti in trendov porabe obeta tudi v prihodnje. V Resoluciji o nacionalnem

energetskem programu je predvidena dolgoročna 1,5 % letna rast porabe električne energije.

Sloveniji že sedaj primanjkuje več kot 400 MW novih proizvodnih zmogljivosti. Zaradi

dotrajanosti bo treba kmalu zapreti za 300 MW proizvodnih moči.

Trenutna uvozna odvisnost Slovenije je skoraj 20 % in naj bi se v prihodnji letih še

povečevala. Močna interkonekcijska povezanost slovenskega elektroenergetskega sistema za

zdaj še omogoča pokritje primanjkljaja z uvozom iz sosednjih držav. Težave z oskrbo v

sosednjih državah, predvsem Italiji, pa so v preteklosti pokazale, da ima lahko povečana

odvisnost od uvoza negativne posledice za zanesljivost oskrbe. V prihodnjih letih zanesljiva

oskrba potrošnikov z električno energijo ni več tako samoumevna, kot smo bili doslej vajeni.

Tudi kakšen električni mrk, kakršne so v preteklih letih doživljali v Evropi, ni povsem

nemogoč.

Slovenija nima bogatih energetskih virov. Premoga je vedno manj, nahajališč plina in

nafte nimamo, možnosti za alternativne energetske vire (sončna in vetrna energija) so

skromne. Največjo domačo rezervo energetskih virov tako predstavlja hidroenergija. V

Sloveniji je delež hidroenergije v celotni proizvodnji električne energije 28 %. Hkrati

ugotavljamo, da je hidropotencial v Sloveniji izkoriščen manj kot 50 %. In prav v večji izrabi

hidroenergetskega potenciala vidijo v DEM največjo razvojno možnost. Kot največji in


- 13 -

najpomembnejši proizvajalec hidroelektrične energije v Sloveniji želijo v DEM svojo vlogo

ohraniti, zato so se razvojno angažirali predvsem na naslednjih področjih:

pri obnovi starejših proizvodnih agregatov, pri katerih so povečali moč in

proizvodnjo,

pri pripravi za gradnjo hidroelektrarn na reki Muri,

s finančnim in kadrovskim angažiranjem pri gradnji hidroelektrarn na reki Savi,

pri pripravah na gradnjo črpalne hidroelektrarne Kozjak.

Z realizacijo tako ambicioznega razvojnega načrta bi v 15 letih v DEM podvojili sedanjo moč

proizvodnih agregatov, proizvodnjo pa povečali za polovico. S tem bi Sloveniji zagotovili

pomembne količine zanesljive, varne in cenovno konkurenčne električne energije iz

obnovljivih in ekološko najbolj čistih virov [12].

Hidroelektrarne na reki Muri

Reka Mura je neizkoriščen hidroenergetski potencial severovzhodne Slovenije, čeprav ima

zelo dobre hidrološke danosti - za Dravo najugodnejše v Sloveniji. Možnost energetske izrabe

Mure je postala pri nas aktualna, potem ko je bila reka Drava bolj ali manj izkoriščena.

Na Muri obratuje vrsta hidroelektrarn, a reka je energetsko izrabljena le na območju Avstrije.

Zadnja hidroelektrarna Spielfeld je zgrajena tik pred odsekom, v katerem postane struga

Mure državna meja med Republiko Avstrijo in Republiko Slovenijo.

V sosednji Avstriji, samo nizvodno od Gradca do meje s Slovenijo v Šentilju, obratuje

šest hidroelektrarn v podobnih topografskih, geografskih in geoloških razmerah, kot so tudi

pri nas. Vse te hidroelektrarne so pretočnega tipa, obratujejo torej tako, da voda z istim

pretokom kot priteka tudi odteka. Rečna gladina v akumulacijskih bazenih je zato (praktično)

stalna.

Projekt hidroelektrarn na reki Muri ima multidisciplinarni značaj in povezuje več področij:

kmetijstvo in gozdarstvo (namakalni sistemi, črpališča, vpliv na gozdarstvo), okolje

(podtalnica, novi biotopi, naravni parki, kakovost vode), gospodarstvo (lovstvo in ribištvo,

turizem in rekreacija, infrastruktura, industrija in gospodarski učinki).

Politika kakovosti, ravnanje z okoljem ter varnost in zdravja pri delu

Dravske elektrarne Maribor imajo vzpostavljen sistem vodenja vključno s sistemom ravnanja

z okoljem ter varnostjo in zdravjem pri delu, z namenom vzpostaviti zaupanje in zadovoljstvo


- 14 -

odjemalcev. Pri tem razumemo kakovost kot zadovoljitev pričakovanj odjemalcev. Zavedajo

se velikega pomena ravnanja z okoljem in zagotavljanja varnega in zdravega delovnega

okolja. Pri svojem delovanju zato spoštujejo veljavno zakonodajo RS, lokalno zakonodajo ter

najvišje standarde na področju delovanja družbe.

V družbi se dobro zavedamo vplivov elektrarn na okolje. Vplivi so vidni v spremenjeni

pokrajini, spremenjenih značilnostih vodotoka in spremembi življenjskega prostora v reki in

ob njej. Največja intenzivnost vplivov je v času izgradnje elektrarne, v času obratovanja pa so

njeni negativni vplivi močno zmanjšani. Z ustreznimi tehnološkimi rešitvami je njihov

negativni vpliv na okolje dodatno zmanjšan in nadzorovan. Vsi posegi v okolje so skrbno

načrtovani, pri tem pa spodbujamo trajnostno rabo naravnih virov in skrbimo za kulturno

dediščino.

S stalnim nadzorom sistema vodenja zagotavljamo preprečevanje izrednih dogodkov. S

preverjanji, presojami in stalnim izboljševanjem sistema vodenja zmanjšujemo možnost ter

preprečujemo nastanek okoljskih nezgod.

Posebno pozornost v družbi posvečamo varnosti in zdravju pri delu, saj je skrb za

vzpostavljanje zdravega in varnega delovnega okolja, glede na specifične delovne procese v

družbi, sestavni del kulture družbe, ki se odraža v skrbi za zaposlene in za okolje v katerem

delujejo in živijo. Zahteve veljavne zakonodaje zato družbi predstavljajo le minimum, ki ga z

izpolnjevanjem zahtev standarda 18001 OHSAS ustrezno nadgrajujemo. Zavezujemo se za

preprečevanje in zmanjševanje tveganj za poškodbe in zdravstvene okvare zaposlenih, kar

bomo dosegli s preventivnim delovanjem. Zagotavljali bomo obveščenost in osveščenost

zaposlenih z dajanjem navodil, usposabljanjem, ustrezno organiziranostjo dela in

zagotavljanjem materialnih virov za zagotovitev varnega in zdravega dela.

Primernost politike kakovosti, ravnanja z okoljem ter varnosti in zdravja pri delu se

nenehno usklajuje. Vodstvo preverja rezultate celovitega sistema vodenja in vzpodbuja

zaposlene in poslovne partnerje pri uresničevanju te politike. Zaposleni v Dravskih

elektrarnah Maribor smo s politiko seznanjeni v ustni in/ali pisni obliki, na sestankih,

dostopna je na spletni strani. Vodstvo z doslednim izvajanjem politike in s sprejemom

korektivnih in preventivnih ukrepov zagotavlja nenehno izboljšanje učinkovitosti in

uspešnosti delovanja sistema vodenja in s tem poslovanja družbe Dravske elektrarne Maribor.


- 15 -

3 ELEKTRARNE OD SLADKEGA VRHA DO VERŽEJA

3.1 Območje izvajanja koncesije in predvidena proizvodnja električne energije na delu vodnega telesa reke Mure od Sladkega Vrha do Veržeja

Območje koncesije predstavlja odsek reke Mure, ki ga dolvodno omejuje lokacija bodoče HE

Veržej s stacionažo 85,000 in koto 182 m.n.m. oziroma območje prečkanja mostu avtoceste

Murska Sobota – Maribor – v okolici kraja Melinci ter gorvodno območje mejnega predela s

stacionažo 129,650 (oziroma 131,000 km Špilje) in koto 246,80 m.n.m.

Energetska izraba Mure

Bruto energetski potencial Mure na odseku Špilje do spodnje vode HE Veržej je izračunan iz

povprečnih letnih pretokov reke Mure na profilih elektrarn v hidrološkem obdobju 1960 -

1990 iz vodomerne postaje Gornja Radgona:

- za odsek 1 znaša skupni bruto potencial Republike Slovenije in Republike

Avstrije W = 476,7 GWh/leto in

- za odsek 2 znaša bruto potencial W = 201,5 GWh/leto.

Instalirani pretok verige hidroelektrarn na obeh odsekih reke Mure mora biti izbran glede na

njihovo predvideno vlogo v elektroenergetskem sistemu Slovenije. Morebitna proizvodnja

variabilne energije in sodelovanje v regulaciji sistema terja večjo instalirano moč in

sposobnost prilagajanja EES. Na tej osnovi je bil določen instaliran pretok HE:

Qi = 250 do 270 m³/s za oba odseka

Pri snovanju vrste in tipa agregata je potrebno izbrati naprave in stroje, ki ustrezajo

obratovalnim zahtevam EES Slovenije in da njihovo obratovanje ne povzroča ekoloških

posledic vodotoku. Predvidena sta dva agregata s kaplanovim gonilnikom.

Predvidena proizvodnja električne energije

Možna proizvodnja električne energije verige HE na Muri je ocenjena s simulacijo

obratovanja elektrarn ob upoštevanju dejanskih razmer, t.j. ob upoštevanju ocenjenih in danes


- 16 -

dostopnih podatkov o izkoristkih pri pretvorbi vodne energije v električno energijo

(hidravlične izgube, tehnični izkoristki naprav in postrojev) in dejanskih (neto) padcev za

posamezno HE.

Tehnični in energetski parametri za izračun neto energetskega potenciala verige

hidroelektrarn na odseku Sladki Vrh – Veržej so prikazani v tabeli:

Preglednica 3.1: Hidroelektrarne na reki Muri od Sladkega Vrha do Veržeja

Objekti Neto padec (m) Oi (m³/s) Pi (MW) W (GWh)

HE Sladki

Vrh

8 250 16,1 77,2

HE Cmurek 8 250 16,1 77,8

HE Konjišče 8 250 16,1 77,4

HE Apače 8 250 16,1 79,0

HE Radgona 8 260 16,7 81,6

HE Radenci 8 260 16,7 83,7

HE Hrastje 8 270 17,2 96,5

HE Veržej 8 270 17,2 105,0

SKUPAJ 64,0 132,2 678,2

Dolgoletno povprečje letne proizvodnje energije (povprečni neto potencial) verige desetih

načrtovanih hidroelektrarn na Muri je določeno z vsoto mesečnih proizvodenj, izračunanih iz

povprečja dejansko doseženih srednjih mesečnih pretokov reke Mure na profilih elektrarn v

obdobju 1961 – 1990 in znaša W = 651, 4 GWh/leto

3.2 Ocena postavitve v okolje

Gradnja vodnih elektrarn vpliva na okolje na več načinov. Vplivi so vidni v spremenjeni

pokrajini in spremenjeni gladini talne vode, odražajo pa se tudi na značilnostih vodotoka ter

življenjskega prostora v reki in ob njej.

Vodne elektrarne so gospodarski objekti, ki so zgrajeni neposredno ob vodni površini in na

njej. Nekateri strojni deli vsebujejo tudi za okolje nevarne snovi. Nevarnost za okolje


- 17 -

povzročajo predvsem velike količine turbinskih in transformatorskih olj. Izlive v reko in v

podtalnico ob primerih okvar preprečujemo z ustreznimi lovilci olj, ki onemogočajo

nekontrolirano onesnaženje. Najbolj viden vpliv izgradnje in obratovanja vodnih elektrarn je

postopno zmanjševanje akumulacij, kar je še posebej očitno v širokih akumulacijskih jezerih.

Posledice zamejenosti so predvsem spremenjen življenjski prostor ob reki in ovirana izraba

vodne površine za rekreacijske namene. Toda analize rečnega sedimenta so pokazale, da

vsebuje mulj visoke koncentracije toksičnih snovi, kot so spojine žvepla in toksičnih kovin

(svinec, kadmij,) ter visoke koncentracije evtrofikacijskih snovi, kot so spojine fosforja in

dušika. Zaradi navedenih lastnosti se odloženi mulj šteje za odpadek s povečano vsebnostjo

škodljivih snovi. Če je elektrarna skrbno načrtovana, je možno vodno energijo označiti kot

"obnovljivo" in "trajno". Zaradi naplavin v nekaterih zajezitvah so kritiki označili

hidroelektrarne kot "začasne". Nekatere organizacije obravnavajo samo male hidroelektrarne

kot obnovljive. Male hidroelektrarne kot takšne ne predstavljajo nove tehnologije. Običajne

srednje in velike hidroelektrarne, ki so veliko pomembnejše v svetovni proizvodnji električne

energije, pogosto spregledajo. Problem nastane pri zajezevanju, ker je nevarnost, da voda

poruši jez. Hidroelektrarne ogrožajo tudi obstoj življenja, saj zmanjšujejo količino kisika (O2)

v vodi in zaradi tega pride do zadušitve rib.

Prednosti izkoriščanja hidroenergije v malih hidroelektrarnah:

- ne onesnažuje okolja,

- dolga življenjska doba in relativno nizki obratovalni stroški,

- zanesljiva tehnologija,

- zmanjševanje odvisnosti od fosilnih goriv,

- stabilnost priklopa na omrežje itd.

Slabosti izkoriščanja hidroenergije:

- izgradnja hidrocentral predstavlja velik poseg v okolje,

- nihanje proizvodnje glede na razpoložljivost vode po različnih mesecih leta,

- visoka investicijska vrednost.


- 18 -

3.3 Stroški gradnje

Preglednica 3.2: Predvideni stroški gradnje hidroelektrarn na reki Muri

Objekti Moč Pi

(MW)

Cena za

strojna del

(eur/kW)

Cena za

strojni

del (v

1.000.000

eur)

Cena za

gradbena

dela

(eur/kW)

Cena za

gradbena

dela (v

1.000.000

eur)

Skupna

cena (v

1.000.000

eur)

HE Sladki

Vrh

16,1

1000

16,1

2400

38,64 54,74

HE Cmurek 16,1 16,1 38,64 54,74

HE Konjišče 16,1 16,1 38,64 54,74

HE Apače 16,1 16,1 38,64 54,74

HE Radgona 16,7 16,7 40,08 56,78

HE Radenci 16,7 16,7 40,08 56,78

HE Hrastje 17,2 17,2 41,28 58,48

HE Veržej 17,2 17,2 41,28 58,48

SKUPAJ 132,2 132,2 317,28 449,48

Za izgradnjo osmih hidroelektrarn na reki Muri bi potrebovali nekaj manj kot 450 milijonov

evrov, večji delež 317 milijonov pade na gradbena dela, 132 milijonov pa na strojno opremo.


- 19 -

4 MATRIČNE TURBINE PO CELOTNI ŠIRINI REKE MURE

4.1 Matrix tehnologija

Matrix turbine predstavljajo inovativno tehnologijo, zlasti za uporabo pri malih

hidroelektrarnah. Izraz matrika že vključuje najpomembnejšo značilnost; majhne, enake enote

turbin postavljene v okvir v obliki matrike.

Slika 4.1: Osnovni koncept Matrix turbine [13]

Vsaka strojna enota je sestavljena iz motorčka z asinhronskim generatorjem, ki ga poganja

turbina s fiksnim tekačem, ki je pritrjen neposredno na generator. Oba dela sta obkrožena s

tekočo vodo. Vsako enoto v matriki je možno ločeno opravljati, neodvisno od ostalih enot

lahko zapiramo in odpiramo lopute, če je to potrebno. Velikost vsake enote je približno

1x1x3m. Vsa potrebna energija in kabli za nadzor, kot tudi hidravlične linije, se nahajajo v

okviru matrice vse do posebnega vmesnika. Matrix turbine spreminjajo mehansko energijo

vode v električno energijo nizke napetosti. Generatorji so povezani vzporedno in neposredno

oskrbujejo območje nizke napetosti ali pa oskrbujejo transformator, ki pretvori v višjo raven

napetosti.


- 20 -

4.2 Prva Matrix turbina

Prva Matrix turbina je bila postavljena v ladijskem kanalu Freudenau na Dunaju in je bila

delno sofinancirana iz Evropske komisije pod programom Thermie. Ta sistem je bil zelo

zapleten, ker je turbina morala proizvajati energijo med polnjenjem in praznjenjem kanala. To

je zahtevalo, da turbinski generator deluje v obe smeri z različnimi padci (od maksimalnih do

ničelnih ob praznjenju) in več kot dvajsetkratnim vključitev in izključitev na dan. Za ladje v

kanalu so morale biti razmere nespremenjene kot pred vgraditvijo turbine, v primeru okvare je

morala biti turbina odstranljiva v roku ene ure.

Karakteristike turbine Freudenau:

Število enot: 25

Moč na enoto: 200kW

Hitrost: 500 obratov/min

Padec: 0 – 10m

Kapaciteta celotne turbine: 5 MW

Povprečna proizvodnja v letu: 3,7GWh

Slika 4.2: Matrix 5x5 turbina med gradnjo [13]


- 21 -

4.3 Napredne Matrix turbine

Turbino HYDROMATRIX je razvilo podjetje VA TECH HYDRO, je rešitev za izkoristek

vodne energije pri malih padcih pri že obstoječih jezovih in vratnih strukturah in z zelo

malimi stroški. Področja, kjer ne moremo postaviti konvencionalne elektrarne, lahko

izkoristimo s Hydromatrix turbino. Koristno je uporabiti mrežo malih propelerskih turbinskih

enot. Hydromatrix turbino je možno oblikovati za vsako področje posebej ter jo prilagoditi

vodnemu toku in je vsak čas odstranljiva iz sistema, tako da prehod deluje kot nekakšna vrata.

Da bi dosegli tehnično in ekonomsko zadovoljivost, moremo upoštevati nekatere pogoje:

- pretok od 100m³/s,

- padec od 3 do 30m,

- minimalno 1,5 m pod gladino,

- moč na enoto 200 do 700 kW,

- bližino priključitve na omrežje,

- struktura navoljo in primerno za tehnologijo Matrix.

Glavne prednosti turbine Hidromatrix:

- čista in okolje prijazna energija ( KYOTO protokol),

- uporaba že obstoječih struktur, manjši gradbeni posegi, brez geološkega

tveganja in dodatne uporabe zemljišča,

- standardni modelni koncept,

- kratek projektni urnik (1 – 1,5 leta),

- hidromatrix turbine so odstranljive v primeru poplav,

- reka ne spremeni svojega režima,

- visoka razpoložljivost,

- inovativna uporaba razpoložljive tehnologije.


- 22 -

4.4 Prihodnji razvoj hidro tehnologije

Matrix tehnologija je nov koncept hidravlične energije, ki ga je razvil ameriški inženir v letu

1983 in jo še stalno izboljšuje VA TECH HYDRO, ki združuje prednosti napredne

tehnologije in nizkih vgradnih stroškov v že obstoječe strukture in jezove. Hidromatrix

tehnologija omogoča strankam izkoristiti neizkoriščen potencial hidroelektrarn številnih rek z

uporabo že obstoječih struktur za razvoj dragocene energije iz obnovljivih virov.

VA TECH HYDRO je pred kratkim zaključil razvojni proces za nadgradnjo

Hidromatriy sistema, ki se imenuje Straflo – Matrix. Edinstvena značilnost tega sistema je

inovativeno integrirana turbina, kjer zunanji rob turbinskuh lopatic podpira generator, oboje

se vrti kot ena enota pod gladino.

Ta konfiguracija je bistveno zmanjšala telesne mere v smeri toka, kar omogoča

vgradnjo sistema, kjer je prostor omejen. Straflo – Matrix turbina je primerna za razvoj vodne

energije, brez vmešavanja v naravo in okolje.

4.5 Izračun moči

Znani podatki:

푣 = 1,5 푚/푠

푑 = 0,9푚

Pretok vode skozi turbino:

푄 = 퐴푣 (4.1)

Izračun:

푄 = 0,63585 ∙ 1,5 = 0,953775 푚³/푠 (4.2)

Površina odprtine turbine

퐴 = ² (4.3)


- 23 -

Izračun:

퐴 = , ²∙ (4.4)

Q – pretok v kubičnih metrih na sekundo (m³/s)

A – površina turbine v kvadratnih metrih (m²)

v – hitrost vodnega toka v metrih na sekundo (m/s)

d – premer turbine v metrih (m)

Izračun moči vode (Pv):

Z znanima dejavnikoma moči, to je neto padec in pretokom zelo enostavno izračunamo moč

vode po obrazcu:

푃 = 푄퐻푔휌 (4.5)

Določitev višine H:

Za višino H smo vzeli srednico štirih vrst matričnih turbin, ki znaša 2,4 metra.

Izračun:

푃 = 0,953775 ∙ 2,4 ∙ 9,81 ∙ 1000 = 22.455,7 푊 (4.6)

Pv – moč vode, izražena v vatih (W)


H – neto padec v metrih (m)

g – težnostni pospešek, v metrih na sekundo kvadrat (푔 = 9,81푚/푠 )

ρ – gostota vode, izražena v kilogramih na kubični meter (휌 = 1000 푘푔/푚 )

Izkoristek:

휂 = 0.885


- 24 -

Izkoristek celotne turbine znaša 88,5%, ki ga jamči proizvajalec turbin.

Z vrednostjo izkoristka agregata pomnožimo moč vode in dobimo moč na sponkah

generatorja. Izračunamo jo torej po obrazcu:

푃 = 푃 휂 (4.7)

푃 = 22.455,7 ∙ 0,885 = 19.873,3 푊 (4.8)

Po tem izračunu bi dobili 19.873,3 W moči na enoto.

Širina reke Mure znaša 40 m, na njo bi postavili 3 vrste turbin, tako da bi imela ena elektrarna

120 enot. Naša elektrarna bi torej imela moč:

푃 = 120 ∙ . ,.

= 2.384,8 푘푊 (4.9)


Čeprav bi na nek način zajezili reko Muro, ne predstavlja tako velikega posega v okolje.

Postavili bi 3 vrste turbin, ki bi bile 1m pod gladino vode, tako da bi bila reka Mura še vedno

prevozna in tudi ribe in druge živali bi lahko brez težav premostile oviro. Pred vstopom v

turbino bi morala biti varnostna mreža, saj bi pot skozi turbino lahko bila usodna za živali.


- 25 -

5 MATRIČNA KAPLANOVA TURBINA V RIBIŠKI STAVI

5.1 Kaj je ribiška stava?

Ribiška stava je ovira v reki narejena iz kamnov in lesa. Uporablja se za umiritev tekoče vode,

saj se s tem olajša ribolov v reki. Ribiške stave so značilne zlasti za reko Muro, saj jo

uporablja veliko ribičev tako na slovenski kot na avstrijski strani ter nižje proti sosednji državi

Hrvaški. Stave so velike od 4 do 8 metrov in široke od 1 do 4 metre.

Slika 5.1: Stava na reki Muri narejena iz kamnov in lesa, nahaja se v zgornjem toku v Apačah


- 26 -

Slika 5.2: Stava na reki Muri na avstrijski strani

Ker te ovire na reki Muri že obstajajo, bi lahko te ovire zamenjali z betonskimi ali nerjavečimi

stavami z vgrajenimi prostori za namestitev turbine, kaplanovega tipa.

5.2 Oblikovanje ribiške stave in vgraditev matrične turbine

Pri oblikovanju stave smo upoštevali nekaj omejitev, kot so velikost, oblika in postavitev v

okolje. Stava se naj ne bi bistveno razlikovala od sedanjih in mora imeti enak namen, kar

pomeni, da mora delno umiriti deročo vodo.

Odločili smo se, da bomo oblikovali tako betonsko kot železno stavo s šestimi ali

devetimi turbinami, odvisno od globine vode. Stavo bomo oblikovali tako, da bodo imele

oblikovane 1 x 1 x 3 m velike prostore za vgraditev turbine, ki jo bomo kupili pri zgoraj

navedenem proizvajalcu.


- 27 -

Betonska stava

Betonska stava s šestimi turbinami bo visoka 2,3 metra dolga 8 metrov ter v predelu s

turbinami široka 3 metre, na predelu stave pa 1meter.

Slika 5.3: Betonska stava s 6 turbinami (2x3)

Teža betonske stave s šestimi turbinami:

Volumen stave

푉 = 11 푚³

Specifična gostota betona

휌 = 2,4푡/푚³

Teža stave

푚 = 11푚³ ∙ 2,4푡/푚³ = 26,4 푡 (5.1)

Po zgornjem izračunu smo dobili težo stave, in sicer 26,4 tone, kar pomeni, da je ne bi

potrebovali dodatno pritrditi v dno struge, ker je sama dovolj težka, da bi stabilno stala v

strugi. Stava je v notranjosti votla, kot je prikazano na spodnji sliki, saj smo tako reducirali

težo, ki bi bila drugače prevelika.


- 28 -

Slika 5.4: Prerez betonske stave s 6 turbinami

Slika 5.5: Betonska stava z 9 turbinami (3x3)

Teža betonske stave s devetimi turbinami:

Volumen stave

푉 = 15,4 푚³

Specifična gostota betona

휌 = 2,4푡/푚³

Teža stave

푚 = 15,4푚³ ∙ 2,4푡/푚³ = 36,9 푡 (5.2)


- 29 -

Železna stava

Železna stava bo enakih dimenzij kot betonska stava. Predel, v katerega bodo vgrajene

turbine, bo zgrajen iz cevi dimenzij 100 x60 x 3 mm, predel stave pa iz cevi dimenzij 60 x60

x3 mm. Celotna stava bo oblečena v pločevino debeline 2 mm. Ves material bo iz nerjavečega

materiala, in sicer iz nerjavečega jekla ali iz pocinkanega jekla.

Slika 5.6: Ogrodje kovinske stave s 6 turbinami

Teža celotne stave bo okoli 2,6 tone, kar pomeni, da je potrebno stavo še dodatno pritrditi v

dno struge, saj bi bil ob višjih vodostajih tok reke premočan in bi lahko premaknilo celotno

stavo.


- 30 -

Slika 5.7: Sestavljena kovinska stava s 6 turbinami

Montaža turbin v stavo

Turbine se bodo v vseh izvedbah montirale na enak način. Prostor za turbine bo po meri narejen in se bo točno prilegal turbini. Turbine se bodo montirale pred postavitvijo v reko, popravila pa bi se lahko vršila v pozno jesenskih in zimskih mesecih ter ob sušnih obdobjih, saj je takrat vodo dovolj nizka, da bi opravljali popravila in vzdrževalna dela.

Slika 5.8: Prikaz montaže turbine v ribiško stavo


- 31 -

5.3 Izračun moči

Določitev neto padca:

Moč, ki jo lahko odvzamemo vodi s turbino, je med drugim odvisna od neto padca. Pravimo,

da je neto padec dejavnik moči. Zato je pri postavljanju male hidroelektrarne dobro poznati

njegovo vrednost[3].

H = 0,5 m

Izračun pretoka (Q):

Hitrost reke Mure smo izmerili v Apačah pri pohodniškem mostu in znaša 1,5 m/s. Določili

smo tudi premer turbine, ki znaša 0,9 m. To je maksimalna velikost turbine, lahko je tudi

manjša, s tem pa se zmanjša tudi moč turbine[3].

푣 = 1,5 푚/푠

푑 = 0,9푚

Pretok vode skozi turbino

푄 = 퐴푣 (5.3)

Izračun:

푄 = 0,63585 × 1,5 = 0,953775 푚³/푠 (5.4)

Površina odprtine turbine

퐴 = ² (5.5)

Izračun:

퐴 = , ²∙ (5.6)


A – površina turbine v kvadratnih metrih (m²)

v – hitrost vodnega toka v metrih na sekundo (m/s)

d – premer turbine v metrih (m)


- 32 -

Izračun moči vode (Pv):

Z znanima dejavnikoma moči, to je neto padec in pretokom, zelo enostavno izračunamo moč

vode po obrazcu:

푃 = 푄퐻푔휌 (5.7)

Izračun:

푃 = 0,953775 ∙ 0,5 ∙ 9,81 ∙ 1000 = 4678,3푊 (5.8)

Pv – moč vode, izražena v vatih (W)


H – neto padec v metrih (m)

g – težnostni pospešek, v metrih na sekundo kvadrat (푔 = 9,81푚/푠 )

ρ – gostota vode, izražena v kilogramih na kubični meter (휌 = 1000 푘푔/푚 )

Izkoristek in moč agregata

Bolj kot moč vode zanima graditelja male hidroelektrarne, kolikšen del moči bo mogoče

spremeniti v električno moč. Do električne moči pridemo posredno preko mehanske moči:

turbina spreminja moč vode v mehansko moč, generator s pomočjo mehanske moči razvija

električno moč. V tem postopku se nekaj moči izgubi.

Najprej imamo izgube moči v turbini, ker nam nekaj vode uide skozi špranje med

gonilnikom in mirujočimi deli, ne da bi oddala svojo moč turbini; poleg tega pa se nekaj moči

vode izgublja za premagovanje trenja, ki se upira njenemu pretoku skozi turbino, in treba je

premagovati tudi trenje vrteče se gredi v ležajih. Strokovnjaki govorijo o izkoristku turbine,

to je število, ki je manjše kot ena in pove, kolikšen del moči spreminja turbina v mehansko

moč. Izkoristek turbine označujemo z grško eta (η), ki ji dodamo indeks t. ta nas opozarja, da

gre za izkoristek turbine: ηt. Njegova vrednost se pri polni obremenitvi malih vodnih turbin

giblje v mejah:

휂 = 0,95


- 33 -

kar je odvisno od vrste, velikosti in skrbnosti izdelave turbine.

Moč izgubljamo tudi v generatorju, v glavnem zaradi nezaželenega gretja njegovih navitij in

premagovanje trenja v ležajih. Tudi generator ima svoj izkoristek. Označujemo ga z ηg. Za

naše potrebe postavimo njegovo vrednost z

휂 = 0,93

Ta vrednost pravi, da generator 93 % pogonske moči spreminja v električno energijo.

Vodno turbino in nanjo priključen generator imenujemo z eno besedo agregat. Ker ima

turbina svoj izkoristek in prav tako tudi generator, ima svoj izkoristek tudi agregat. Izkoristek

agregata označujemo z ηa. Njegovo vrednost dobimo, če izkoristek turbine pomnožimo z

izkoristkom generatorja

휂 = 휂 휂 (5.9)

휂 = 0,95 ∙ 0,93 = 0,88 (5.10)

Izkoristek celotne turbine znaša 88%.

Z vrednostjo izkoristka agregata pomnožimo moč vode in dobimo moč na sponkah

generatorja. Izračunamo jo torej po obrazcu:

푃 = 푃 휂 (5.11)

푃 = 4678,3 ∙ 0,88 = 4140,3 푊 (5.12)

Po tem izračunu bi naša turbina dala od 4.140,3 W moči.


- 34 -

5.4 Stroški materiala

Preglednica 5.1: Stroški materiala

Vrsta stave Skupna teža (t) Cena na enoto Cena celotnega

materiala (eur)

Betonska (6 turbin)

26,4 60 eur/m³ 660

Betonska (9 turbin)

36,9 60 eur/m³ 936

Nerjaveča (6

turbin)

2,6 5,5 eur/kg 14.300

Nerjaveča (9

turbin)

3,9 5,5 eur/kg 21.450

Pocinkana ( 6

turbin)

2,6 1,1 eur/kg 2.860

Pocinkana (9

turbin)

3,9 1,1 eur/kg 4.290

Cene v preglednici so zgolj informativne in lahko pride do manjših odstopanj.


- 35 -

Stroški celotne stave:

Preglednica 5.2: Stroški celotne stave s turbinami

Vrsta stave Cena celotnega

materiala (eur)

Ostali stroški

(eur)

Cena strojnih

delov (eur)

Celotna cena

(eur)

Betonska (6

turbin)

660 500 50.400 51.560

Betonska (9

turbin)

936 710 75.600 77.246

Nerjaveča (6

turbin)

14.300 7.200 50.400 74.900

Nerjaveča (9

turbin)

21.450 10.700 75.600 107.750

Pocinkana ( 6

turbin)

2.860 1.720 50.400 54.980

Pocinkana (9

turbin)

4.290 2.570 75.600 82.460

Iz preračuna stroškov v tabelah zgoraj je razvidno, da največji kos stroškov pade na strojno

opremo, med tem ko bi se stavo najbolj splačalo izdelati iz betona ali iz pocinkanega jekla.

Izdelava stave iz nerjavečega jekla bi bila predraga, saj je to jeklo in proizvodnja kar petkrat

dražja od drugega železa.

Največji problem pri izdelavi stave iz betona je teža, saj presega 25 ton in obratno pri stavi iz

železa, katero bi morali dodatno pritrditi.


Postavitev teh turbin bi bila najprimernejša v zaščitenih območjih, saj ne bi veliko spreminjali

okolja, saj te ovire na reki Muri že obstajajo. Celotna stava je nekoliko večja, ker poleg

ribiške stave vsebuje še prostor za turbine, vendar se režim reke ne bi veliko spremenil. Tako

bi lahko energijo reke Mure izkoriščali tudi v najbolj zaščitenih območjih, kot je Natura 2000.


- 36 -

6 TURBINA Z ZELO NIZKIM PADCEM (VERY LOW HEAD TURBINE GENERATOR), povzeto po [17]

6.1 Predstavitev

Turbina z zelo nizkim padcem ima potencial za ustvarjanje zelene energije z minimalnim

vplivom na okolje in je ena izmed najboljših možnosti za decentralizirano proizvodnjo

električne energije. Medtem ko je po svetu veliko vodnega potenciala (tisoče primernih

jezov), je razvoj teh potencialov zelo nizek, saj so razvojni stroški zelo visoki, zlasti za

gradbena dela, ki predstavljajo 40-50 % celotnih stroškov kateregakoli projekta.

Turbina z zelo nizkim padcem (Very low head, v nadaljevanju VLH) je zasnovana

posebej za reke z zelo nizkim padcem ( 1,4 do 3 m). Cilj oblikovalca turbine VLH je bil

razviti enoto, ki bo zahtevala zelo malo gradbenih posegov, bo enostavna za namestitev in bo

ponudila zelo visoko zanesljivost pri spremenljivih stroških na nameščen kW. Za doseganje

teh ciljev turbina VLH uporablja čisto drugačen pristop od tradicionalnih turbinskih

oblikovanj, ki uporabljajo velike lopatice in praktično odpravi gradbene strukture

tradicionalnega koncepta. Ta revolucionarni nov koncept vključuje najbolj napredno

tehnologijo, ki je na voljo v sektorju elektrike, kot so direktno poganjanje magneta

generatorja, integrirani računalniški sistem nadzora in možnost upravljanja samo enega

človeka. Turbina je skoraj nevidna, saj ne proizvaja zvoka, vibracij in je prijazna ribam.

Prvi industrijski prototip je bil uspešno nameščen in naročen v letu 2007 v

predstavitvenem prostori v Millau (center južne Francije), v nadaljevanju bomo podali nekaj

rezultatov obratovanja z ribam prijazne znanstvene raziskave.


- 37 -

6.2 Koncept turbine VLH

Za razvoj turbin VLH so uporabili klasičen pristop z vertikalno Kaplanovo turbino, Bulb

turbino in klasično strukturo. Ko gre za zelo nizke padce reke (pod 3,2 m), kompleksne

gradbene strukture zahtevajo direktni tok vode na lopatice, da bi zajele čim več kinetične

energije vode, kar pa je predrago in se ekonomsko ne bi izplačalo razvijati takšne zgradbe.

Turbina VLH koncept je inovativen. Pristop je takšen, da integriran generatorjev niz, ki je

zgrajen okoli kaplanove turbine, direktno povežejo z generatorjem. Lopatice se vrtijo počasi,

hitrost vode je zmanjšana na obeh koncih turbine in potreba po kompleksnih gradbenih

strukturah je tako odstranjena. Razlika med velikimi gradbenimi strukturami pri klasičnem

pristopu in VLH pristopu je lepo vidna na slikah spodaj.

Slika 6.1:Vertikalna Kaplanova turbina [17]

Slika 6.2:Bulb turbina [17]


- 38 -

Slika 6.3:Turbina VLH [17]

6.3 Opis Turbine VLH

Turbina VLH je sestavljena iz 8 lopatic, ki so pritrjena na Kaplanov gonilnik, 18 vratc, ki so

fiksno pritrjena na tanke palice, trajni magnetni generator s spremenljivo hitrostjo, ki je

direktno povezan z gonilnikom in avtomatskim čistilcem smeti, pritrjenim na distributor.

Če je gonilnik VLH velik in hitrost vode skozi njo majhna, ni potrebe za velike

gradbene strukture na vstopu in izstopu iz gonilnika. Nizka hitrost vrtenja gonilnika in nizka

hitrost vode naredi turbino VLH ribam prijazno turbino.

Integriran generatorjev niz je vedno popolnoma pod vodo, kar omogoča zelo tiho

delovanje in je skoraj popolnoma nevidno. Nameščena je ob strani in je lahko odstranljiva,

celotna enota je dvigljiva in tako lahko brez večjega truda namestimo ali popravljamo

generator. Celotna zadeva se lahko dvigne tudi ob visokem vodostaju.

Lopatice na gonilniku so nastavljive in omogoča samodejno zapiranje ob spremembi

smeri toka ali pri regulaciji toka. Enota lahko deluje tudi takrat, ko ne proizvaja toka in lahko

deluje izolirana od distribucijskega omrežja.

Poleg tega so njegove izredno nizke hitrosti vrtenja (manj kot 40 vrt/min), velik premer

(od 3,55 do 5,6 m), zelo nizka hitrost vode (manj kot 2m/s), skupaj z drugimi patentiranimi

tehničnimi funkcijami omogoča ribam prijazno delovanje turbine, saj lahko ribe plavajo skozi

turbino v smeri toka in mogoče tudi proti toku. Turbine VLH bodo proizvajane v 5

standardnih velikostih, ki bodo imele razpon med 100 in 500 kW pri padcu od 1,4 do 3 metre

in pretoku 10 do 30 kubičnih metrov na sekundo.


- 39 -

Slika 6.4: Shema turbine [17]

Generatorjev niz turbine VLH je dvojno nastavljiv (nastavljive lopatice in spremenljiva

hitrost). Te karakteristike omogočajo normalno delovanje turbine, kjer se padec spreminja s

tokom in kjer se hitrost spreminja s padcem. Turbina je sposobna delovati tudi pod 1/3

nazivnega padca z nominalno učinkovitostjo.

Slika 6.5: 8 lopatic Kaplanovega gonilnika [17]


- 40 -

Slika 6.6: Simulacija toka na gonilnik [17]

6.4 Prototip v Millau, Francija

Prototip turbine VLH je bil vgrajen v Millau v Franciji. Turbina ima premer 4,5 m in 6 m dolg

vodni kanal, postavljena je smeri toka na stari glavni zgradbi. Začetek testiranj je bil 19 marca

2007.

Slika 6.7: Postavitev turbine v Millau, Francija [17]


- 41 -

Rezultati testiranj v Franciji so bili s popolnim odprtjem (75 vrt/min/ in najvišjo hitrostjo

90vrt/min) točno takšni, kot so pričakovali. Največjo moč 438 kW so dosegli pri nominalni

hitrosti 37 vrt/min pri padcu 2,5 m in pretoku 22,5 m³/s. Kljub temu pa bo elektrarna zaradi

administrativnih razlogov delovala z močjo 410kW, ki jo bo oddala v omrežje. Celotno

testiranje in vse do zdaj se je turbina VLH izkazala za gladko obratovanje brez vibracij. Če

želimo preveriti, ali turbina deluje, se je moramo dotakniti. Industrijsko delovanje turbine je

bilo popolnoma zadovoljivo, proizvedena količina energije pa je bila izpolnjena in presežena.

Slika 6.8: Kanal na severovzhodu Francije blizu meje z Nemčijo in Švico pred in po

vgraditvi turbine VLH [17]

Glede na teste, ki so jih naredili v Franciji, lahko predpostavimo, da bi podobna elektrarna

delovala tudi na reki Muri, in sicer z nazivno močjo okoli 350 kW. Na reki Muri bi lahko v

sklopu ene elektrarne postavili 8 turbin, tako da bi imela moč okoli 2,8 MW. Reka ima manjši

padec, tako da bi pridobljena energija bila tudi nekoliko manjša, okoli 13.440 MWh na leto.


- 42 -

Slika 6.9: Turbina v delujoči in nedelujoči poziciji [17]

Turbino VLH so izdelali hidro strokovnjaki, da bi rešili problem v posebnem segmentu

hidroelektrarn na trgu, reke z zelo majhnim padcem. To je segment, ki ni bil zajet med

proizvajalci turbin vse do nedavnega. Z naraščajočo skrbjo za okolje in zanimanjem za

distribucijo energije, naraščajo zahteve za sisteme z nizkim padcem, to vrzel bo zapolnila

turbina VLH. Prvi industrijski prototip je bil popoln uspeh, vsa tehnična pričakovanja

izpolnjena, iz okoljskega vidika je nad standardom ter z edinstvenim programom narejena

analiza vpliva na ribe. Narejena je bila prodajna mreža v zahodni Evropi in Severni Ameriki

ter opravljeni prvi kontakti za nove trge v Aziji in Južni Ameriki.

6.5 Prijaznost do rib

Zelo posebna značilnost turbine VLH je, da je prva ribam prijazna turbina na svetu. Naredili

so tudi 3 teste z živimi ribami (jeguljo in lososom) in prišli do zaključka, da je vsaj 95% rib

preživelo pot skozi turbino.


- 43 -

Slika 6.10: Spuščanje rib skozi turbino [17]

Slika 6.11: Naprava za ponovni ulov rib [17]


- 44 -

7 EKONOMSKA ANALIZA TURBIN

V tem poglavju bomo analizirali preučene turbine iz ekonomskega vidika. Ocenili bomo

začetno investicijo, izračunali stroške in prihodke ter izračunali, kdaj se nam bo investicija

povrnila.

7.1 Zakonodaja

Zakonske podlage…:

Energetski zakon (EZ)Ur.l. RS, št. 79/1999 (8/2000 popr.),

Zakon o spremembah in dopolnitvah Energetskega zakona

Ur.l. RS, št. 70/2008,

Uredba o podporah električni energiji, proizvedeni iz obnovljivih virov energije

Ur.l. RS, št. 37/2009,

Metodologija določanja referenčnih stroškov električne energije proizvedene

izobnovljivih virov energije.

7.1.1 Sistem fiksnih zagotovljenih odkupnih cen (FIT)

Država predpiše odkupne cene elektrike za posamezen obnovljiv vir in v večini primerov

zagotavlja proizvajalcem celoten odkup proizvedene »zelene« elektrike v določenem

pogodbenem obdobju. To obdobje traja 15 let, preostala leta, dokler obratuje vetrna

elektrarna, pa se je potrebno pogajati za odkupno ceno z odjemalcem. Tabela 5.1 prikazuje

zajamčene odkupne cene električne energije v letu 2009.

Preglednica 7.1: Odkupna cena za električno energijo v letu 2009

Velikostni razred proizvodne naprave Cena zagotovljenega odkupa (€/MWh)

do 50 kW 105,47

do 1 MW 92,61

do 10 MW 82,34

do 125MW 76,57


- 45 -

Višina odkupnih cen je odvisna predvsem od proizvodnih stroškov elektrike iz različnih virov

energije. Količina elektrike se določa na trgu in je odvisna od možnosti zniževanja

proizvodnih stroškov elektrike pod določeno višino fiksne odkupne cene.

Ta sistem naj bi proizvajalcem, ki delujejo učinkovito, omogočal, da poslujejo z

dobičkom in uspešno konkurirajo velikim javnim podjetjem in proizvajalcem elektrike iz

konvencionalnih virov, pod pogojem, da so višine fiksnih odkupnih cen postavljene na

razumen nivo, prilagojen posameznim tehnologijam. Trenutni sistem zajamčenih fiksnih cen

naj bi zagotavljal varnost pri investicijah, kar naj bi spodbudilo domačo industrijo k

izkoriščanju obnovljivih virov energije, povečalo kapacitete obnovljive energije in spodbudilo

pritok kapitala v nastajajoči sektor.

7.2 Višina investicije

Višina investicije v hidroelektrarne na rekah in v teh velikostih znaša 1000 EUR na instaliran

kW moči za strojno opremo in 2400 EUR na instaliran kW moči za gradbena dela. Ta

predpostavka velja za konvencionalne elektrarne in turbine z zelo nizkim padcem. V

investiciji so praviloma zajeti popolnoma vsi stroški zajeti z gradnjo elektrarne:

projektna dokumentacija,

po potrebi pridobitev gradbenih dovoljenj,

transport.


- 46 -

Preglednica 7.2: Stroški investicije za posamezni tip elektrarne

Konvencionalne

elektrarne

Matrične

turbine po celi

širini reke

Mure

Matrične

turbine v

ribiški stavi

Turbine VLH

Strojna oprema

16.700.000 € 4.769.592 € 50.400 € 2.800.000 €

Izgradnja

kablovoda

10.000 € 10.000 € 10.000 € 10.000 €

Gradbena dela

39.660.000 € 1.000.000 € 2.160 € 6.720.000 €

Začetna

investicija

56.370.000 € 5.779.592 € 62.560 € 9.530.000 €

V preglednici smo prikazali višino investicije za eno elektrarno. Najugodnejše so matrične

turbine v ribiški stavi, vendar je potrebno poudariti, da gre v tem primeru za samo eno stavo,

v kateri je šest turbin. Med tem ko gre pri matričnih turbinah po celi širini reke Mure za 120

turbin. Pri VLH turbinah smo predvidevali, da bi ena elektrarna vsebovala osem tri do štiri

metre velike turbine.

7.3 Prihodki

Vsi prihodki nastanejo iz obratovanja hidroelektrarne s prodajo proizvedene električne

energije elektrodistribucijskemu podjetju.

Cena proizvedene električne energije je sestavljena iz tržne cene električne energije in

obratovalne podpore. Cena je v nespremenljivem znesku določena ob zagonu hidroelektrarne

in zagotovljena za 15 let. Po 15-ih letih podpora ugasne in od takrat naprej je cena

proizvedene električne energije enaka tržni ceni električne energije.


- 47 -

Preglednica 7.3: Cene zagotovljenega odkupa in obratovalne za hidroelektrarne

Tržna cena v

€/MWh

Obratovalna podpora

v €/MWh

Cena

zagotovljenega

odkupa v €/MWh

do 50 kW 55,9 49,57 105,47

do 1 MW 55,9 36,71 92,61

do 10 MW 58,5 23,84 82,34

do 125 MW 58,5 18,07 76,57

Prihodki so odvisni od količine proizvedene energije, ki pa je odvisna od letnega pretoka reke

Mure in jih lahko dokaj natančno napovemo. Presežki so v spomladanskih mesecih, medtem

ko so pozno jesenski pretoki nizki pretoki. Tako smo ocenili, da bodo elektrarne normalno

delovale vsaj 4800 ur na leto. Prihodek bomo izračunali po naslednji enačbah:

Za prvih 15 let:

푝푟푖ℎ표푑푒푘 = 푐푒푛푎 푧푎푔표푡표푣푙푗푒푛푒푔푎 표푑푘푢푝푎 ∙ 푝푟푖푧푣푒푑푒푛푎 푒푛푒푟푔푖푗푎 (7.1)

Za drugih 15 let:

푝푟푖ℎ표푑푒푘 = 푡푟ž푛푎 푐푒푛푎 ∙ 푝푟표푖푧푣푒푑푒푛푎 푒푛푒푟푔푖푗푎 (7.2)


- 48 -

Preglednica 7.4: Proizvedena energija in prihodek v enem letu

Št.

obratovalnih

ur

Proizvedena

energija v

MWh/leto

Prihodek (1-

15let) v €/leto

Prihodek

(15-30 let)

v €/leto

Konvencionalne

elektrarne

4800 90.000 6.891.300 5.265.000

Matrične turbine po

celi širini reke Mure

4800 11.447 1.060.110 639.889

Matrične turbine v

stavi

4800 121 12.760 6.760

Turbine VLH

4800 13.440 1.244.678 751.296

V preglednici je prikazana proizvodnja električne energije v enem letu in prihodek v prvih in

drugih petnajstih letih za eno elektrarno. Največ energije proizvede konvencionalna

hidroelektrarna, najmanj turbine v ribiški stavi, medtem ko matrične turbine po celotni širini

reke Mure nekje okoli 11.500 MWh na leto, VLH turbine pa 13.500 MWh na leto.

7.4 Stroški

Stroški, ki nastanejo pri obratovanju hidroelektrarn, so:

stroški vzdrževanja ocenjeni na 0d 0,9% do 1,5 % investicije,

minimalni ocenjeni stroški zavarovanja,

stroški najemnin zemljišča na katerem obratuje vetrna elektrarna,

obratovalni stroški 0,6 %,

ostali stroški.


- 49 -

Preglednica 7.5: Letni odhodki elektrarn

Letno vzdrževanje

Stroški zavarovanje

Stroški najemnin

Obratovalni stroški

Ostali stroški

Odhodki

Konvencionalne elektrarne

36.750 45.000 10.000 20.000 110.000 221.750

Matrične turbine po celi

širini reke Mure

4.500 10.800 10.000 1.800 6.000 33.100

Matrične turbine v stavi

100 540 0 60 350 1.050

Turbine VLH

4.770 5.400 10.000 2.000 7.000 19.170

Iz tabele je razvidno, da imajo največje letno stroške konvencionalne elektrarne, kar precej

manj stroškov imajo matrične turbine po celi širini reke Mure ter turbine VLH. Najmanj letnih

stroškov imamo z matričnimi turbinami v ribiški stavi, vendar ne proizvedejo toliko energije

kot ostale tri hidroelektrarne. Iz preglednice je tudi razvidno, da bi pri postavitvi velikih

objektov porabili tudi nekaj denarja za najem zemljišča.

7.5 Ekonomska doba investicije

Življenjska doba hidroelektrarne je od 40 do 60 let, strojne opreme pa okoli 30 let, pri čemer

je amortizacijska doba strojne opreme okoli 10 let Zaradi tega tržna vrednost strojne opreme

po 10-ih letih znaša 0 EUR, čeprav od takrat še vsaj 30 let proizvaja električno energijo, ki se

jo prodaja po tržnih cenah.

7.6 Interna stopnja donosnosti

Interna stopnja donosnosti investicije za proizvodnjo električne energije se giblje med 8,17 %

in 16,10 %. V povprečju znaša 11,70 %. V našem primeru bomo za interno stopnjo

donosnosti upoštevali 10 % donosnost, kar je nekoliko manj kot povprečna. Prav tako bomo

vse kazalnike izračunali z interno stopnjo donosnosti 10 %.

7.7 Doba povračila investicije

Doba povračila investicije v hidroelektrarno znaša okoli 10 let pri 100 % lastnih vloženih

sredstev ter nekoliko dlje v primeru, ko se za investicijo najame kredit. V našem primeru

bomo vsa sredstva zagotovili sami. Pri izračunu dobe povračila investicije se upoštevajo:


- 50 -

začetna investicija (1000 €/kW za strojno opremo, 2400 €/kW za gradbene posege),

prihodki (prvih 15 let in preostala leta)

stroški (sestavljeni iz stroškov vzdrževanja, zavarovanja, najemnine, obratovanja in

ostalih stroškov),

diskontna stopnja 10 %.

Ko imamo določene predvidene stroške in prihodke ter ko določimo interno diskontno stopnjo

investicije, lahko izračunamo neto sedanjo vrednost projekta za vsako leto posebej po enačbi:

푁푆푉 = ∑ ( )( )

(7.3)

SD [€] skupni dohodki

SO [€] skupni odhodki

i število let

r [%] interna stopnja donosnosti

Neto sedanjo vrednost smo izračunali z upoštevanjem 10 % diskontne stopnje, kar je bolje,

kot pa če bi denar vezali na banki, ki nam nudi obresti do 6 %. Pri izračunu nismo upoštevali

večjih vzdrževalnih del na sami turbini, smo pa vsakih 10 let predvideli za 5 % višje stroške

na letni ravni.


- 51 -

Preglednica 7.6: Interna stopnja donosnosti, št. let do pokritja in neto sedanja vrednost

po 30. letih

Interna

stopnja

donosnosti (r)

v %

Število let do

pokritja

investicije

Leto pokritja

investicije

Neto sedanja

vrednost (NSV)

po 30 letih v €

Konvencionalne

elektrarne

8 15 2025 14.323.430

Matrične turbine

po celi širini reke

Mure

10 9 2019 3.134.902

Matrične turbine v

stavi

10 9 2019 34.997

Turbine VLH

7 12 2022 4.045.475

7.8 Kazalniki učinkovitosti in uspešnosti

Naslednji pomembni kazalniki učinkovitosti projekta so tudi kazalniki ekonomičnosti,

rentabilnosti, investicijskih naložb in rentabilnost vlaganj, kateri se priporočajo za oceno

projektov.

Koeficient gospodarnosti ali ekonomičnosti izračunamo, če želimo izvedeti, koliko bomo

imeli dobička na enoto stroškov.

퐸 =

(7.4)

Ker za natančnejše analize nikoli ne zadostuje en kazalnik, bomo v nadaljevanju izračunali še

kazalnik donosnosti lastnega kapitala, in sicer:

퐷 = ∙ 100(%) (7.5)


- 52 -

Preglednica 7.7: Koeficient ekonomičnost, donosnost naložb in dohodkov

Interna

stopnja

donosnosti (r)

v %

Koeficient

ekonomičnosti

E

Donosnost

kapitala v %

Donosnost

dohodkov v %

Konvencionalne

elektrarne

8 1,24 25,4 24,3

Matrične turbine

po celi širini reke

Mure

10 1,51 54,2 51,4

Matrične turbine v

stavi

10 1,47 55,9 47,1

Turbine VLH

7 1,41 42,4 41,4

Koeficient ekonomičnosti nam pove, da bomo pri konvencionalnih elektrarnah imeli pri 1 eur

stroškov 0,27 eur dobička, pri matričnih turbinah po celi širini reke Mure 0,51 eur dobička,

pri matričnih turbinah v stavi 0,28 eur dobička in pri VLH turbinah 41eur dobička. Donosnost

kapitala nam pove, da bo donos kapitala pri konvencionalnih elektrarnah v 30-ih letih 28,4 %,

pri matričnih turbinah po celi širini reke Mure 54,2 %, pri matričnih turbinah v stavi 38,2 % in

pri VLH turbinah 42,4 %.


- 53 -

8 REZULTATI ANALIZE

V naslednji tabeli bomo predstavili podatke, če bi na reki Muri gradili samo eno vrsto

elektrarne.

Preglednica 8.1: Primerjava elektrarn primerne za reko Muro

Konvencionalne elektrarne

Matrične turbine po celi

širini reke Mure

Matrične turbine v stavi

Turbine VLH

Št. Elektrarn na reki Muri

8

8

2000

8

Investicija v 1.000 €

450.940

46.236,8

125.120

76.240

Letni stroški v €

1.546.248

246.800

2.100.000

153.360

Let do pokritja

15

9

9

12

Količina proizvedene energije v MWh/leto

680.000

91.576

242.000

107.520

Prihodek na leto (prvih 15 let) v 1000 €

55.130

8.480

25.520

9.957

Prihodek na leto (drugih 15 let) v 1000 €

42.120

5.119

13.520

6.010

Vpliv na okolje

Velik

Srednji

Zelo majhen

Srednji, posebnost -

prijaznost do rib


- 54 -

V primerjavi s konvencionalnimi elektrarnami bi z matričnimi turbinami po celotni širini reke

Mure proizvedli le 13,5 % energije, s VLH turbinami 15,8 %, in s turbinami v ribiški stavi

35,6 % energije. Iz podatkov v preglednici lahko tudi vidimo, da bi imeli največji strošek

investicije pri izgradnji konvencionalnih elektrarn, najmanjši pa pri izgradnji VLH turbin.

Vendar je pri izgradnji matričnih turbin v ribiški stavi vpliv na okolje najmanjši, saj bi samo

zamenjali že obstoječe ovire. Tako da bi bila najboljša rešitev kombinacija teh rešitev, saj bi

tako imeli visok izkoristek reke in ne bi vplivali na okolje, vsaj ne na tisto, ki je pod zaščito

Nature 2000.


- 55 -

9 IZBIRA NAJBOLJŠE REŠITVE

Ker je velik del reke Mure, ki teče po Slovenskem ozemlju pod zaščito Nature 2000, smo se

odločili, da bi bila najboljša rešitev za izkoristek reke Mure kombinacija vseh štirih vrst

elektrarn. V Sladkem Vrhu, Cmureku, Zg. Konjišču in Apačah bi zgradili konvencionalne

hidroelektrarne, kot je predvideno v koncesiji, v Gornji Radgoni in Radencih VLH turbine ali

matrične turbine po celi širini reke Mure, v predelu Nature 2000 pa turbine v ribiških stavah.

Tako smo naredili preglednico, kjer smo analizirali posamezno vrsto elektrarn.

Preglednica 9.1: Informativna preglednica za izkoriščanje reke Mure

Konvencionalne

elektrarne

Matrične turbine po celi širini

reke Mure (1)

Matrične turbine v

stavi

Turbine VLH

(2)

Skupaj

Št. Elektrarn na reki Muri

4

2

1900

2

1908

Investicija v 1.000 €

225.480

11.559

118.864

19.060

(1)355.903 ali

(2)363.404

Letni stroški v €

887.000

66.200

1.995.000

38.340

(1)2.948.200 ali

(2)2.920.340

Količina proizvedene energije v MWh/leto

339.100

22.894

229.824

26.880

(1) 591.818 ali

(2)595.804

Prihodek na leto (prvih 15 let) v 1000 €

25.964,887

2.120,213

24.239,537

2.489,356

(1)52.324,637 ali

(2)52.693,780

Prihodek na leto (drugih 15 let) v 1000 €

19.837,350

1.279,774

12.847,161

1.502,592

(1)33.964,285 ali

(2)34.187,103


- 56 -

Slika 9.1: Pogled na zemljevid reke Mure ter mesta, kjer bi postavili elektrarne

9.1 Izbira glede na stroške gradnje

Gleda na stroške gradnje bi izbrali naslednjo rešitev, 4 konvencionalne elektrarne od

Sladkega Vrha do Apač, nato dve elektrarni s VLH turbinami, nato v območju Nature 2000 pa

turbine v ribiških stavah. Za takšno rešitev bi potrebovali okoli 363 milijonov evrov, kar je za

100 milijonov manj, kot pa če bi zgradili 8 konvencionalnih elektrarn. Proizvedli bi za okoli

100.000 MWh manj energije, vendar je odkupna cena električne energije prvih 15 let večja,

tako da bi bili prihodki v prvih 15-ih letih le za 3 milijone manjši, naslednjih 15 let pa 10

milijonov.

Preglednica 9.2:Primerjava elektrarn po koncesiji in naše rešitve

Elektrarne po

koncesiji

Naša rešitev

Začetna investicija v 1000 eur 450.940 363.404

Letni stroški v eur 1.546.248 2.920.340

Količina proizvedene energije v MWh/leto 680.000 595.804

Prihodek na leto (prvih 15 let) v 1000 eur 55.130 52.693,780

Prihodek na leto (drugih 15 let) v 1000 eur 42.120 34.187,103


- 57 -

9.2 Izbira gleda ocene postavitve v okolje

V območju Nature 2000 bi postavili le turbine v ribiških stavah, saj tako ne bi imeli velikih

posegov v okolje. Na rečni režim ne bi imeli vpliva, saj te ovire na reki Muri že obstajajo, le

za primerno zaščito pred vhodom v turbino bi morali poskrbeti. V Gornji Radgoni in

Radencih bi postavili dve elektrarni s VLH turbinami, saj proizvedejo veliko količino

energije in za njihovo postavitev so posegi veliko manjši v primerjavi s konvencionalnimi

elektrarnami. Te turbine so prijazne ribam in živalim v reki, saj ribe brez večjih težav plavajo

skozi turbino. V gornjem delu reke Mure med Sladkim Vrhom in Apačami bi postavili

pretočne konvencionalne elektrarne, tako bi na tem področju dvignili vodostaj reke, saj je zelo

nizek ter preprečili poglabljanje, z upočasnitvijo njenega toka. Vse to pa bi imelo vpliv na

podtalnico, ki bi se tudi dvignila, kar pa je pozitivno tudi za kmetijstvo, ki je na tem področju

zelo razširjeno.


- 58 -

10 KOMENTAR K IZBIRI

Vsekakor je predlagana rešitev za izkoriščanje reke Mure zelo dobra. Proizvedli bi sicer nekaj

manj energije kot v primeru konvencionalne izrabe, vendar bi jo prodali po višji ceni. Tako da

bi v prvih 15-ih letih imeli za 45 milijonov evrov manjši prihodek. Investicijski stroški so za

kar 100 milijonov manjši, kot če bi zgradili osem konvencionalnih elektrarn. Ker bi gradili

okolju prijazne elektrarne, bi pridobili tudi veliko več sredstev iz Evropskega sklada. Zaradi

subvencioniranega odkupa proizvedene energije, bi po tej oceni poslovali brez izgub skoraj 20

let v kolikor se odkupne cene ne bi spreminjale. Po 20-ih letih bi imeli nekaj izgub, vendar

moramo vzeti to v zakup, saj bi naravo pustili nedotaknjeno. Najpomembnejše je, da bi v

skoraj 90 kilometrov reke Mure postavili okolju in živalim prijazne elektrarne. V Gornji

Radgoni in Radencih bi postavili VLH turbine, v celotnem predelu Nature 2000 pa turbine v

ribiških stavah, kar ne predstavlja nobenega vpliva na rečni režim.


- 59 -

11 ZAKLJUČEK

Reka Mura je neizkoriščen hidroenergetski potencial severovzhodne Slovenije, čeprav ima

zelo dobre hidrološke danosti - za Dravo najugodnejše v Sloveniji. Možnost energetske izrabe

Mure je postala pri nas aktualna, potem ko je bila reka Drava skoraj v celoti izkoriščena.

Na Muri obratuje vrsta hidroelektrarn, a reka je energetsko izrabljena le na območju

Avstrije. Zadnja hidroelektrarna Spielfeld je zgrajena tik pred odsekom, v katerem postane

struga Mure državna meja med Republiko Avstrijo in Republiko Slovenijo. Edina slovenska

hidroelektrarna na reki Muri je Ceršak.

Študije so pokazale, da naj bi na gospodarskem področju gradnja elektrarn pomenila

nove poslovne priložnosti za lokalno gospodarstvo in prebivalstvo. Izdelovalci turistične

študije so ocenili, da bi se z izgradnjo elektrarn povečalo število turistov na območju, število

nočitev in število zaposlenih v turizmu. Kot pozitivno so morebitno gradnjo elektrarn ocenili

tudi izdelovalci kmetijske študije, ki pričakujejo izboljšan vodni režim, možnost uvajanja

novih kultur, zmanjšanje nevarnosti poplav, možnost namakanja polj ter zvišanje podtalnice,

prepričani pa so, da bi vse te učinke bilo mogoče doseči tudi z drugimi ukrepi brez gradnje

hidroelektrarn. Posebna študija je pokazala, da bi se razmere za avtohtone ribje vrste z

izgradnjo elektrarn zelo poslabšale, tudi ob izvedenih vseh potrebnih ukrepih bi bilo stanje za

ribe nekoliko slabše kot brez elektrarn. Zato je naša rešitev kombinacija konvencionalnih in

alternativnih elektrarn zelo dobra, saj bi Apaškemu polju izboljšali vodni režim s

konvencionalnimi elektrarnami. V predelu Nature 2000 pa bi postavili alternativne

elektrarne, ki imajo zelo majhen vpliv na okolje.

Menimo, da smo v naši diplomski nalogo dosegli cilje, ki smo si jih zastavili.

Predstavili smo konvencionalne elektrarne, njihov izkoristek ter stroške izgradnje. Predstavili

smo tudi alternativne rešitve, ki bi bile primerne za reko Muro, njihov izkoristek ter njihove

stroške izgradnje. Nato smo posebej za reko Muro oblikovali matrično kaplanovo turbino ter

predstavili najboljšo rešitev, tako da bi v zgornjem toku zgradili štiri konvencionalne

elektrarne, nato dve elektrarni z VLH turbinami ter nato v področju Nature 2000 turbine v

ribiških stavah. Tako bi izkoristili reko in zmanjšali posege v okolje v primerjavi s

koncesijsko gradnjo.


- 60 -

12 VIRI IN LITERATURA

[1] D. Horvat: Vodene turbine, Univerza v Zagrebu, 1965

[2] I.E.Idelchik: HandBook of Hydraulic Resistance,

[3] L. Šolc: Zgradimo majno hidroelektrarno, Ljubljana, Zveza organizacij za tehnično

kulturo Slovenije, 1981-1987

[4] K. Bojan. Krautov strojniški priročnik, 14.slovenska izdaja / izdajo pripravila Jože

Puhar, Jože Stropnik. Ljubljana: Littera picta, 2003

[5] M. Tuma: Energetski stroji in naprave, Ljubljana : Fakulteta za strojništvo, 1989

[6] M. Schobeiri: Turbomachinery Flow Physics and Dynamic Performance, založba Springer

2005

[7] R. K. Turton: Principles of Turbomachinery

[8] R. Povše: Energetski stroji in naprave,Ljubljana, Fakulteta za strojništvo, 1990

[9] R. Povše: Energetski stroji Ljubljana, Univerzitetna založba, 1973

[10] R. Povše: Izvedbe energetskih strojev, Univerzitetna založba, 1972

[11] Dravske elektrarne Maribor [svetovni splet]. Dostopno na http://www.dem.si/slo/

[16.4.2010]

[12] Lastnosti reke Mure [svetovni splet]. Dostopno na http://www.fgg.uni-lj.si [16.4.2010]

[13] Matrix tehnologija [svetovni splet]. Dostopno na http://www.hydromatrix.com

[16.4.2010]


- 61 -

[14] Natura 2000 [svetovni splet]. Dostopno na http://www.natura2000.gov.si [16.4.2010]

[15] Okoljski portal [svetovni splet]. Dostopno na http://www.ekorg.si [16.4.2010]

[16] Podvodna turbina [svetovni splet]. Dostopno na http://images.businessweek.com

[16.4.2010]

[17]VLH turbine [svetovni splet]. Dostopno na http://www.vlh-turbine.com [16.4.2010]

pregled moŽnih vrst hidroelektrarn na reki muri · 2018-08-24 · prostorov. glavni vir energije v...

Documents