Pienvesivoimala koskessa, Kanada Pienvesivoima projektianalyysi Clean Energy (CE) Projektianalyysi kurssi Pienvesivoimala koskessa, Kanada Kuva: SNC-Lavalin © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2006.

Tavoitteet Tarkastella pienvesivoiman perusteita Kuvata pienvesivoimaprojektin avainkohtia Esitellä RETScreen® Pienvesivoiman projektimalli © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2006.

Mitä pienvesivoima tarjoaa Sähköä keskusverkkoihin erillisverkkoihin syrjäseutujen voiman tarpeeseen …mutta myös… luotettavuutta alhaiset käyttökustannukset vähentyneen riippuvuuden energian hinnanvaihteluista Kuva: Robin Hughes/ PNS © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2006.

Pienvesivoimajärjestelmän kuvaus Putouskorkeus (m) Ylävesiallas Pato ja ohivirtaus-aukko Voimala Välppä Ohjaus/ automatiikka Paineputki Liitäntä sähköverkkoon Kytkentä- kenttä Virtaama (m3/s) Generaattori Imuputki Turbiini Sähkö kW ≈ 7 x Putouskorkeus x Virtaama Alakanava

“Pien” vesivoima projektit “Pienvesivoimaa” ei ole yleisesti määritelty Projektin koko liittyy niin tuotettavan sähkön määrään vaan myös veden putouskorkeuteen Tyypillinen teho RETScreen® Virtaama RETScreen® Putken halkaisija Mikro < 100 kW < 0,4 m3/s < 0,3 m Mini 100 – 1 000 kW 0,4 to 12,8 m3/s 0,3 – 0,8 m Pieni 1 - 50 MW > 12,8 m3/s > 0,8 m © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2006.

Pienvesivoiman toteutusmalleja Verkon tyyppi Keskusverkko Erillisverkko tai verkon ulkopuolinen laitos Maa- ja vesirakennustyöt Jokivoimala Ei säännöstelyaltaita Teho vaihtelee virtaaman mukaan: voimantuotannon taso vaihtelee Säännöstelyallas/tekojärvi Voimantuotannon taso vakaampi vuoden ympäri Tarvitaan merkittäviä patotöitä 17,6 MW jokivoimala, Massachusetts, USA Kuva: PG&E National Energy Group/ Low Impact Hydropower Institute 4,3 MW jokivoimala, Oregon, USA Kuva: Frontier Technology/ Low Impact Hydropower Institute © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2006.

Komponentit: Maa- ja vesirakennustyöt Vastaavat tavallisesti 60 % laitoksen perustamiskustannuksista Pato tai penkere Jokivoimaloissa matala ja yksinkertainen pato Betoni, puu tai tiili Padon rakennuskustannukset voivat estää hankkeen toteutumisen Vesikanavat Tuloputki välpällä; alavirrassa imuputki Louhittu kanava, maanalainen tunneli ja/tai tuloputki Luukut ennen ja jälkeen turbiineja, huoltoa varten Voimalarakennus Rakennuksessa on turbiini, mekaniikka sekä sähkölaitteet Photo Credit: Ottawa Engineering © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2006.

Komponentit: Turbiini Pienennetyt versiot suurista vesiturbiineista 90 % hyötysuhde mahdollinen Koskivoimalassa virtaamanopeus vaihtelee Turbiinin pitää toimia hyvin eri virtaamanopeuksilla, tai tulee käyttää useita turbiineita Ylipaine: Francis, kiinteän pyörimisnopeuden potkuriturbiini, Kaplan Kohteisiin joissa putouskorkeus on matala tai keskikorkea Vedenalainen turbiini käyttää vedenpainetta ja liike-energiaa Suihku: Pelton, Turgo, ristivirtaus Kohteisiin joissa putouskorkeus on suuri Käyttää korkeapaineisen vesisuihkun liike-energiaa Pelton-turbiini Kuva: PO Sjöman Hydrotech Consulting Francis-turbiini Kuva: PO Sjöman Hydrotech Consulting © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2006.

Komponentit: Sähkö- ja muut laitteet Generaattori Epätahtigeneraattori Pitää liittää muihin generaattoreihin Käytetään tuotettaessa sähköä laajoihin verkkoihin Tahtigeneraattori Voi toimia erillään muista generaattoreista Soveltuu verkon ulkopuolisiin tai erillisverkkokohteisiin Muut laitteet Kiihdytin jolla turbiini sovitetaan generaattoriin Venttiilit, ohjausautomatiikka, suojauslaitteet Muuntamo © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2006.

Tekninen potentiaali (TWh/vuosi) Maailman vesivarat Mantereille sataa enemmän vettä kuin niistä haihtuu Tasapainon vuoksi sateen tulee virrata jokiuomista meriin Tekninen potentiaali (TWh/vuosi) % Hyödynnetty Afrikka 1 150 3 Etelä-Aasia ja Lähi-Itä 2 280 8 Kiina 1 920 6 Entisen Neuvostoliiton alue 3 830 6 Pohjois-Amerikka 970 55 Etelä-Amerikka 3 190 11 Väli-Amerikka 350 9 Eurooppa 1 070 45 Australia ja Tyynenmeren alue 200 19 Lähde: Renewable Energy: Sources for Fuels and Electricity, 1993, Island Press. © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2006.

Paikalliset vesivarat Paikkaan sidottuja: tarvitaan joki, jota voidaan hyödyntää! Korkeusero suhteellisen lyhyellä matkalla (putouskorkeus) Hyväksyttävä vaihtelu virtaamanopeuksissa tietyllä ajalla: virtaamakäyrä Ohivirtaama vähentää voimantuotantoon käytettävää virtaamaa Virtaamapysyvyys käyrän arviointiperusteet Virtaamamittaukset tietyllä ajanjaksolla Kohteen yläpuolinen juoksutus, valuma, ja virtaamakäyrän muoto Virtaaman pysyvyyskäyrä Virtaama (m3/s) Prosenttia ajasta virtaama sama tai ylitetty (%) © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2006.

Pienvesivoiman kustannukset 75 % kustannuksista ovat paikkaan sidottuja Korkeat perustamiskustannukset Maa- ja vesirakennustyöt sekä laitteet voivat kestää > 50 vuotta Hyvin alhaiset käyttö- ja huoltokustannukset Yksi osa-aikainen huoltaja riittää Laitteistojen kausittaiseen huoltoon tarvitaan ulkopuolinen urakoitsija Korkean putouskorkeuden hankkeet ovat yleensä halvempia Kustannusjakauma: 1 200$ - 6 000$ per tuotettu kW Kuva: Ottawa Engineering © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2006.

Pienvesivoimaprojektin näkökohtia Kustannukset pidetään alhaisina yksinkertaisilla suunnitelmilla ja käytännöllisillä, helposti toteutettavilla maa- ja vesirakenteilla Voidaan hyödyntää olemassa olevia patoja Hankkeen kesto 2-5 vuotta Tuottavuus- ja ympäristöselvitykset: hyväksynnät Suunnittelutyössä neljä vaihetta: Kartoitukset ja hydrauliset testit Esiselvitys Kannattavuustutkimus Järjestelmän suunnittelu ja toteutus Kuva: Ottawa Engineering © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2006.

Pienvesivoiman ympäristölliset näköhtia Pienvesivoimalaitos voi vaikuttaa Kalojen elinolosuhteisiin Kohteen esteettisiin arvoihin Ulkoilu/veneily käyttöön Vaikutukset ja niiden arviointivaatimukset riippuvat kohteen sijainnista ja projektin tyypistä: Jokivoimala ja olemassa oleva pato: suhteellisen pienet vaiktukset Jokivoimala uudessa kohteessa: padon rakennus Säännöstelyaltaiden toteutus: suuret vaikutukset jotka kasvavat kohteen laajentuessa © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2006.

Jokivoimalat tuottavat sähköä verkkoon kun virtaama on riittävä Esimerkit: Slovakia, Kanada ja USA Pienvesivoimala keskusverkkoon liitettynä Pienvesivoimala, Southeastern, USA Jokivoimalat tuottavat sähköä verkkoon kun virtaama on riittävä Voimayhtiön tai yksityisen omistama, pitkäaikainen sopimus Kuva: CHI Energy 2,3 MW, 2 turbiinia, Jasenie, Slovakia Pienvesivoimala, Newfoundland, Kanada Kuva: Emil Bedi (Foundation for Alternative Energy)/ Inforse Kuva: CHI Energy © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2006.

Esimerkit: USA ja Kiina Pienvesivoimala erillisverkkoon liitettynä Pienvesivoima generaattoreita, Kiina Syrjäseuduille, taajamien ulkopuolelle Taajamien ulkopuoliset rakennukset ja teollisuus Kuva: International Network on Small Hydro Power Sähköstä maksetaan korkeampi hinta Koskivoimalat tarvitsevat joko lisäkapasiteettia tai virtaamat ovat yli oman tuotantotarpeen King Cove 800 kW pienvesivoimala, Kylässä 700 asukasta Kuva: Duane Hippe/ NREL Pix © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2006.

RETScreen® Pienvesivoima projektimalli Maailmanlaajuinen energiantuotannon, elinkaarikustannusten ja kasvihuonekaasujen päästövähenemien analyysi Keskusverkko, erillisverkko tai verkon ulkopuolinen Yhden turbiinin mikrovesivoimasta monen turbiinin pienvesivoimaan Kustannuslaskenta laskukaavalla Malli ei vielä sovellu seuraaviin: Erillisverkon tehontarpeessa on kausittaisia vaihteluita Muutokset putouskorkeudessa säännöstelyallas hankkeissa (käyttäjän tulee syöttää keskimääräinen arvo) © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2006.

RETScreen® Pienvesivoima energialaskenta Kuorman pysyvyys- käyrästö Virtaaman pysyvyyskäyrä Turbiinin tehokäyrän laskenta Voimalan kapasiteetin laskenta Kapasiteetin pysyvyyskäyrän laskenta Saatavilla olevan uusiutuvan energian laskenta Katso e-Käsikirja Clean Energy (CE) Projektianalyysi: RETScreen® Suunnittelu ja esimerkit Pienvesivoiman projektianalyysi osio Tuotetun uusiutuvan energian laskenta (keskusverkko) Tuotetun uusiutuvan energian laskenta (erillisverkko tai yksittäinen laitos)

Esimerkki RETScreen® Pienvesivoiman projektimallin varmentamisesta Turbiini hyötysuhde Verrataan valmistajan tietoihin asennetusta 7 MW GEC Alsthom Francis turbiinista Laitoskapasiteetti ja tuotanto Verrattuna skotlantilaiseen laitokseen sijoitettuun HydrA:han Tulosten virhemarginaali 6,5 % Valmistaja Hyötysuhde (%) Turbiinin hyötysuhdekäyrä: RETScreen vs. valmistaja Prosenttia mitatusta virtaamasta Kustannuslaskennan laskentakaava RETScreen®’in virhemarginaali on alle 11 % verrattuna Newfoundlandissa toteutettuun 6 MW:n projektin yksityskohtaiseen kustannusarvioon © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2006.

Johtopäätökset Pienvesivoimalla (> 50 MW) voidaan tuottaa sähköä keskus- tai erillisverkkoihin ja verkon ulkopuoliseen tarpeeseen Jokivoimalahankkeet: Alemmat kustannukset & vähäiset ympäristövaikutukset Erillisverkot tarvitsevat varavoimaa Perustamiskustannukset korkeat ja niistä 75 % paikkaan sidottuja RETScreen® arvioi kapasiteetin, pysyvän kapasiteetin, tuotannon ja kustannukset perustuen paikallisiin tekijöihin kuten virtaaman kestokäyrään ja putouskorkeuteen RETScreen® tarjoaa merkittäviä säästöjä esiselvitys- ja kannattavuustutkimusvaiheissa © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2006.

Kysymyksiä? www.retscreen.net Pievesivoiman projektianalyysiosio RETScreen® International Clean Energy Projektianalyysi kurssi Lisätietoja RETScreen www-sivustolta: www.retscreen.net © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2006.