Vízerőmű

A vízerőmű olyan erőmű, mely a vízenergiát hasznosítja. A világ vízerőműveinek összteljesítménye mintegy 715 000 MW, a Föld elektromos összteljesítményének 19%-a (2003-ban 16%-a), a megújuló energiahasznosításnak 2005-ben a 63%-a.^[1]

Bár a nagy vízerőművek dolgozzák fel a legtöbb vízienergiát, a kis vízerőművek (5 MW teljesítményig) jelentősége is nagy, ezek különösen népszerűek Kínában, ahol a világ kisvízerőmű-kapacitásának több mint 50%-a üzemel.^[1]

A vízerőművek fajtái

Duzzasztós vízerőmű

A vízi energiát leggyakrabban egy gáttal elrekesztett folyó vagy patak a gát mögötti tározóban felgyűlt vizének felhasználásával vízturbinák és elektromos generátorok nyerik ki és villamos energia formájában szállítják el. Ebben az esetben a hasznosított energia mennyisége az átömlő víz mennyiségétől és a víz forrása és a víz kilépése helyének magasságkülönbségétől függ. Ezt a magasságkülönbséget esésnek nevezik. A potenciális energia egyenesen arányos az eséssel. A rendelkezésre álló esés jó kihasználása különleges csővezetékekkel és turbinakonstrukciókkal oldható meg.

Az ilyen erőmű használható egyenletes üzemmódban, ilyenkor a teljesítménye megegyezik az említett paraméterei által meghatározott átlagteljesítménnyel. De használható csúcserőműként is, amikor a felmerülő napi-napszaki energiaigénynek megfelelő mennyiségű vizet engednek át rajta és így szabályozzák a pillanatnyi teljesítményét.

Szivattyús-tározós erőmű

A szivattyús energiatározó vízerőművek csupán energia tárolására szolgálnak. Az energiafogyasztási csúcsok folyamán használják energiatermelésre, úgy, hogy két különböző szintmagasságú víztározó között a magasabban fekvőből az alacsonyabban fekvőbe engedik át a vizet egy vízturbinán keresztül. Amikor kevés a villamosenergia-fogyasztás, a vizet visszaszivattyúzzák a generátort villanymotorként, a turbinát pedig szivattyúként használva a felső víztározóba. A rendszer összenergia-mérlege önmagában természetesen veszteséges, haszon abból származik, hogy csúcsüzemben a hálózatnak eladott villamos energia ára többszöröse a csúcsidőn kívüli energia árának, az egész energiarendszer összhatásfoka szempontjából pedig kedvező, hogy a fosszilis tüzelőanyagot elégető alaperőművek és az atomerőművek jó hatásfokkal, közel állandó terheléssel üzemelhetnek.

Folyóvizes erőmű

A vízerőmű legrégebbi típusa a folyóra, vagy patakra telepített vízkerék. A víz energiáját az emberiség régóta használja. Kínában, Egyiptomban és Mezopotámiában vízkerekeket alkalmaztak a víz mechanikus energiájának közvetlen alkalmazására. Vízemelő szerkezetet vagy malmot hajtottak vele. Az ipari forradalom kezdetén, a gőzgép elterjedése előtt vagy azzal párhuzamosan fonógépeket, szövőgépeket hajtottak velük az ekkor először épített gyárakban.

A harmadik világban ma is alkalmaznak kisteljesítményű áramfejlesztő erőműveket, amelyek ehhez a típushoz tartoznak.

Föld alatti vízerőmű

Természetes vízfolyások nagy szintkülönbsége, például vízesések, hegyi tavak esetén alagutat építhetnek a két szint összekötésére, és ebben vezetik a vizet a benne elhelyezett turbinákon keresztül. Ezt a megoldást alkalmazni lehet nagy szintkülönbségű hegyi duzzasztásnál is, mint például a Hoover-gát.

Árapályerőmű

Bővebben: Árapályerőmű

Az árapályerőművek a tenger napi rendszerességgel bekövetkező áradásának-apadásának szintkülönbségét hasznosítják, ha lehetőség van bizonyos vízmennyiség tározására is, akkor szintén kihasználható a napi fogyasztási csúcsok enyhítésére.

Hullámerőmű

A tenger hullámzásának energiáját hasznosító erőmű.

Tengeráramlat-erőmű

Kísérleti jelleggel épített erőmű erős tengeráramlatok kinetikus energiájának hasznosítására.

A hasznosítható esés szerinti osztályozás

Kis esésű vízerőmű

Esés: <15 m
Vízhozam: nagy
Felhasználás: alaperőmű (teljesítmény kihasználás >50%)
Beépített turbinák: Kaplan-turbina, keresztáramú turbina, mint például a Bánki-turbina

Közepes esésű vízerőmű

Esés: 15–50 m
Vízhozam: közepes-nagy
Felhasználás: alaperőmű, közepes kihasználás (30-50%)
Beépített turbinák: Francis-turbina, Kaplan-turbina, keresztáramú turbina

Nagy esésű vízerőmű

Esés: 50–2000 m
Vízhozam: kicsi
Felhasználás: csúcserőmű
Beépített turbinák: Francis-turbina, Pelton-turbina

Teljesítmény

Egy vízerőmű P teljesítményét egyszerű számítani a h esés, a Q másodpercenkénti vízhozam és az $\eta$ hatásfok segítségével, mely utóbbiban a vízbevezető csatornák, a vízturbina, az esetleges hajtómű, a generátor és a transzformátor veszteségeit is figyelembe lehet venni:

P\left[kW\right]=Q\left[m^{3}/s\right]\cdot h\left[m\right]\cdot a\left[kN/m^{3}\right]

Az a tényező értéke gyakorlatilag minden esetben állandó:

a=g\cdot \rho \cdot \eta =7500\left[N/m^{3}\right]

,

ahol

g a nehézségi gyorsulás (9,81 m/s²),

$\rho$ a víz sűrűsége (1000 kg/m³) és

$\eta$ az erőmű összhatásfoka, feltételezzük, hogy ennek értéke 76,5%

A hatásfok korszerű, nagy vízerőműveknél ennél nagyobb lehet, kisebb, illetve régi erőművek esetében viszont rosszabb hatásfokkal kell számolni. Az évi kitermelhető villamosenergia erősen függ a vízhozamtól, egyes esetekben a vízhozam legkisebb értéke a legnagyobb vízhozam 10%-a is lehet.

Épülőfélben lévő nagy vízerőművek

Lásd még: A legnagyobb vízerőművek listája

Név	Legnagyobb teljesítmény	Ország	Építés kezdete	Tervezett befejezés	Megjegyzés
Három-szurdok-gát	22 500 MW	Kína	1994. december 14.	2009.	A világ legnagyobb erőműve. Az első áramot 2003 júliusában adta, 2007 októbere óta 12 600 MW kapacitással üzemel
Xiluodu-gát	12 600 MW	Kína	2005. december 26.	2015.	Az építkezést egyszer szüneteltették a környezetvédelmi tanulmányok hiánya miatt.
Baihetan-gát	12 000 MW	Kína	2009.	2015.	Építés előkészítés alatt
Wudongde-gát	7000 MW	Kína	2009.	2015.	Építés előkészítés alatt
Longtan-gát	6300 MW	Kína	2001. július 1.	2009. december
Xiangjiaba-gát	6000 MW	Kína	2006. november 26.	2009.
Jinping 2 vízerőmű	4800 MW	Kína	2007. január 30.	2014.	A gát felépítéséhez csak 23 családot és 129 helyi lakost kellett elköltöztetni. A Jinping 1 erőművel összhangban üzemel.
Laxiwa-gát	4200 MW	Kína	2006, április 18.	2010.
Xiaowan-gát	4200 MW	Kína	2002. január 1.	2012. december
Jinping 1 vízerőmű	3600 MW	Kína	2005. november 11.	2014.
Jirau-gát	3300 MW	Brazília	2007.	2012.
Pubugou-gát	3300 MW	Kína	2004. március 30.	2010.
Pati-gát	3300 MW	Argentína
Santo Antônio-gát	3150 MW	Brazília	2007.	2012.
Goupitan-gát	3000 MW	Kína	2003. november 8.	2011.
Boguchan-gát	3000 MW	Oroszország	1980.	2012.
Chapetón	3000 MW	Argentína
Guandi-gát	2400 MW	Kína	2007.	2012.
Son la-gát	2400 MW	Vietnám	2005.
Tocoma (Manuel Piar)	2160 MW	Venezuela	2004.	2014.	Ez az új erőmű az utolsó a Caroni medencébe telepített hat vízerőmű közül, melyek közé tartozik a 10 000 MW-os Guri erőmű is.
Bureya-gát	2010 MW	Oroszország	1978.	2009.
Alsó Subansiri-gát	2000 MW	India	2005.	2009.

Ez a 12 kínai erőmű 89 400 MW (89,4 GW) összteljesítményű lesz, ha elkészül. Összehasonlításképpen Brazília vízerőműveinek összteljesítménye 2006-ban 69 080 MW (69,08 GW) volt (harmadikként a világranglistán).

Vízerőművek Magyarországon

Bővebben: Vízenergia Magyarországon

Magyarországon a Bős–nagymarosi vízlépcső lett volna a legnagyobb ilyen jellegű építmény, bár környezet- és ivóvízvédelmi okokból nem az eredeti tervek szerint épült meg.

A századfordulón néhány vízimalmot törpe vízerőműre alakítottak át, amelyek csak elektromos energiát termeltek (a Gyöngyös-patakon, a Pinkán, a Kis-Rábán, a Répcén, a Lajtán és a Séden). Hazai vízerőművek: az ikervári vízerőmű (1896), a gibárti vízerőmű (1903), a felsődobszai vízerőmű (1906), a csörötneki vízerőmű (1909), a pornóapáti vízerőmű (1920),^[2] a körmendi vízerőmű (1930), a kesznyéteni vízerőmű (1943), a tiszalöki vízerőmű (1959), az alsószölnöki vízerőmű (1960), a Kvassay szivattyútelep és vízerőmű (1962), a kiskörei vízerőmű (1974), a kenyeri vízerőmű^[3] (2008), a békésszentandrási duzzasztó^[4] (2013).

A második legnagyobb, a tiszalöki vízerőmű építési terve 1863-ban fogalmazódott meg. A vízlépcső 1954-ben, a hajózsilip 1958-ban készült el. A vízerőművet 1959-ben helyezték üzembe. A legnagyobb, a kiskörei vízerőmű építése 1967-ben kezdődött, a vízerőmű technológiai berendezései 1974-ben készültek el.