Vloga in pomen črpalne elektrarne v EES

Odpiranje trga z električno energijo v Sloveniji prinaša pomembne tako organizacijske kot ekonomsko-finančne spremembe, ki se bodo odražale v novem načinu delovanja proizvodnih podjetij EES Slovenije, ki se povezujejo v Holding slovenskih elektrarn (HSE).

Odpiranje trga z električno energijo najbolj vpliva na proizvodna podjetja, ki se morajo prilagajati, reorganizirati, vse v cilju ohranjanja konkurenčnosti pretvarjanja primarnih energij v električno energijo.

Usposobitev za konkurenčni boj na širšem trgu z električno energijo v EU pa ne zajema leorganizacijskih, marketinških in ostalih aktivnosti, ampak zahteva tudi vidik zagotavljanja kakovostne in zanesljive dobave električne energije. Ta cilj se lahko uresničuje le ob strokovno podkovanih in tehtnih rešitvah strateškega razvoja proizvodnega parka elektrarn .

Smisel strokovnega načrtovanja tako v dereguliranem okolju dobiva pomembnejšo in odgovornejšo nalogo.

1.      Kaj je črpalna hidroelektrarna (ČHE)

Osnovna ideja o izgradnji črpalnih elektrarn izhaja iz dejstva, da električno energijo ni mogoče proizvajati »na zalogo«, ampak morata biti potrošnja in poraba v vsakem trenutku izenačeni. Potrošnja električne energije je v posameznih delih dneva ali v posameznih obdobjih zelo različna. Elektroenergetski sistem ima na razpolago elektrarne, ki proizvajajo električno energijo po različnih cenah. V času največje porabe morajo proizvajati tudi najdražje elektrarne.

Za proizvodnjo električne energije ČHE izkorišča potencionalno energijo vode (turbinski pogon), ki je akumulirana v zgornjem akumulacijskem bazenu. Zgornji akumulacijski bazen polnimo s pomočjo črpalne naprave (črpalni pogon) iz spodnjega akumulacijskega bazena. Energijo za črpanje se jemljemo iz električnega omrežja. Smisel ČHE je v tem, da v času nizke potrošnje porablja cenejšo energijo za črpanje in proizvaja električno energijo v času največje potrošnje po višji ceni. Razen tega zagotavlja potrebno rezervo sistemu, kar zmanjšuje nevarnosti razpada elektroenergetskega sistema, kar se zgodi sicer redko ima pa izredne finančne posledice. 

2.      Ideja o izgradnji ČHE v Dravski dolini

Ideja o izgradnji črpalnih hidroelektrarn na področju Drave je stara že več kot 50 let. Prvotne ideje so bile zasnovane tako, da bi z ogromnim akumulacijskim bazenom zagotavljali praktično konstanten pretok reke Drave. Ideja je bila preveč futuristična, zato so naslednji idejni projekti sloneli na tem, da bi ponoči, ob sobotah in nedeljah, ko je poraba električne energije manjša črpali, v času najvišje porabe, pa bi proizvajali električno energijo. Preverjali so več možnih lokacij. V končno oceno sta prišli le dve: ena na Šošnarjevem potoku (nad HE Vuhred) in druga v območju Kolarjevega vrha (Zg. Boč).

Med obema variantama je bila nato leta 1979 na revizijski komisiji, ki je obravnavala primerjalno študijo za izbor definitivne lokacije, osvojena varianta na Kolarjevem vrhu. Preimenovala se je  v »ČHE Kozjak«. S tem je bila izbrana optimalna lokacija za ČHE v območju dravske doline.

V času odprtega trga z električno energijo način obratovanja črpalne elektrarne ni več tako preprost, kot je bilo opisano, saj na čas črpanja in proizvajanja vpliva le trg z električno energijo. Če izhajamo iz starega reka, da je najdražja električna energija takrat, ko je nimamo in do tega, da je najcenejša takrat ko  vse naprave v elektroenegetskem sistemu normalno obratujejo, vidimo, da je vmesnih stanj nešteto in je povsem nemogoče natančno predvideti kako in kdaj bo ČHE obratovala.

Črpalne elektrarne niso v pravem pomenu besede "elektrarne" - proizvajalke električne energije, temveč le neke posebne vrste transformatorji oz. v končnem učinku celo porabniki. Kljub temu je njihova izgradnja s podjetniškega vidika (energetsko-ekonomskega stališča) pogosto upravičena. Vzrok temu so predvsem velika nihanja potreb po električni energiji tekom dneva in tudi preko tedna in posledično zagotavljanja proizvodnje električne energije za trg ob minimalnih skupnih stroških.

Cilj in naloge Dravskih elektrarn Maribor so, da na osnovi študij podajo tehnične, ekonomske, finančne in ekološke vidike vključevanja črpalne elektrarne v EES Slovenije.

Dravske elektrarne Maribor bodo na osnovi ugodnih rezultatov navedenih študij lahko prispevale k :

•  boljšemu izkoriščanju potencialov in znanja svojih in strokovnjakov v regiji,
•  boljši ureditvi okolja in kakovostnejšemu življenju prebivalcev regije,
• ohranjanju konkurenčnosti slovenskih ponudnikov električne energije na območju Evropske unije.

Izgradnja ČHE Kozjak bi vsekakor pomenila velik prispevek h kvaliteti in zanesljivosti dobave električne energije, pri čemer pa Dravske elektrarne Maribor ne bodo zanemarjale priložnosti, ki se z izgradnjo elektrarne kažejo pri razvoju turizma v danem lokalnem okolju, predvsem pa dolgoročno pri oskrbi s pitno vodo tudi za širšo regijo.

3.      Zakaj je bila izbrana lokacija Kolarjev vrh

Za izbor navedene lokacije so  bili odločujoči naslednji razlogi:

• zgornji akumulacijski bazen je možno locirati na kopastem vrhu (območje Kolarjevega vrha in Kranjčeve ravne)
• od gornjega bazena se teren zelo strmo spušča proti Dravi in se na relativno kratki razdalji doseže velik padec
• odločilni so bili geološki razlogi.

Opravljene so bile obširne geološke raziskave s poskusnimi vrtanji na območju strojnice, tunela tlačnega cevovoda in zgornjega akumulacijskega bazena. Te raziskave kažejo na izjemno dobre pogoje gradnje v smislu temeljenja, tesnjenja in potresne varnosti.

Leta 1981 je bil izdelan idejni projekt ČHE Kozjak, ki je bil na revizijski komisiji pozitivno ocenjen. Na osnovi tega projekta je bila izvedena že predlokacijska razprava.

Zaradi pomanjkanja sredstev in takratnih razmer v jugoslovanskem elektroenergetskem sistemu, ta projekt ni šel v realizacijo.

4.      Razlogi za ponovno oživitev projekta izgradnje ČHE Kozjak

S sprejetjem energetskega zakona in približevanjem EU se tudi na področju elektrogospodarstva uveljavijo tržne zakonitosti. Slovenski elektroenergetski sitem je močno povezan s Srednjeevropskim sistemom (UCTE), s katerim je možno izmenjavati električno energijo na tržnih osnovah. Tržne analize kažejo, da bo  razlika v ceni, ki jo bo ČHE plačevala za črpalno energijo in v ceni, ki jo bo dobila za proizvedeno energijo, omogočala ustrezno donosnost investicije. Razen tega bo slovenskemu elektroenergetskemu sistemu nudila tako imenovane sistemske storitve (rezervna moč, regulacija frekvence), ki zagotavljajo stabilno oskrbo potrošnikov v Sloveniji.

5.      Opis ČHE Kozjak

Ključni objekti v okviru ČHE Kozjak so:

Zgornji bazen: prostornine 3 milj.m³ in površine 20 ha bo vkopan v hribino. Izkopan material pa bo vgrajen v nasipe po obodu bazena. Bazen nima naravnega  dotoka vode in se polni z vodo iz doline. Po končani gradnji se bodo zunanje brežine zatravile in posadile, da se bo čim bolje vključil v okolje.

Tlačni cevovod: dolžine 2400 m, ki premaguje skupni padec 710 m bo v celoti potekal pod površino (tunel) in bo premera 3,6 - 4 m.

Strojnica: bo locirana na levem bregu Drave na dravski terasi pri Šturmu.

Strojnico elektrarne sestavljajo podzemni  jašek za vgradnjo agregatov in nadzemni del z montažno dvorano, ki obsega le eno etažo. Do strojnice je pravokotno na reko Dravo speljan vtočno iztočni kanal, preko katerega bo speljana  magistralna cesta Maribor - Dravograd. Ob strojnici bo stikališče 400 kV z dvema transformatorjema.

Spodnji akumulacijski bazen: ČHE  Kozjak bo uporabljala za spodnji akumulacijski bazen zajezbo HE Fala, kjer je v okviru dovoljene denivelacije na razpolago 850.000 m³ vode za črpanje.

Elektro strojna oprema: V strojnici bosta zgrajena dva reverzibilna agregata moči 2 x 210 MW. Reverzibilni agregat sestavljata turbina in generator. V turbinskem režimu obratovanja voda iz zgornjega bazena  poganja turbino, ki žene generator, ki pošilja v omrežje električno energijo. V črpalnem režimu se generator vrti v nasprotni smeri in deluje kot motor, ki porablja električno energijo iz omrežja ter žene turbino v nasprotni smeri.Turbina sedaj deluje kot črpalka in potiska vodo v zgornji bazen. Pri polnem obratovanju ČHE v črpalnem režimu bi se zgornji bazen napolnil v 17 urah, kar bi omogočalo 13 urno polno obratovanje v turbinskem režimu.

Povezava ČHE z električnim omrežjem: Predvidena je povezava na 400 kV-tnem nivoju. Zaradi tega bo potrebno zgraditi 400 kV daljnovod od elektrarne do RTP Maribor. Daljnovod bo potekal visoko po južni strani Kozjaka preko Mediča do D.Počehove, nato preko Dragučove, kjer se trasa usmeri proti Hrenci. Tu se priključi trasi obstoječega 400 kV DV Maribor (Dogoše) - Avstrija.

6.      Preleminarni tehnični podatki ČHE Kozjak

• Akumulacijski bazen s koristno vsebino 3,0 x 10⁶ m³
• Tlačni cevovod dolžine 2400m
• Bruto padec 713,2 m
• Moč elektrarne 2 x 220 = 440 MW
• Instalirani pretok turbin 2x32/24=64/48 m³/s
• Nazivno št. vrtljajev n_n=600 min^-1
• Letna proizvodnja 860 GWh (odvisno od razmer na trgu)
• Vključitev ČHE na 400 kV DV -Avstrija- RTP Maribor

7.      Vrednost  investicije

Na podlagi sedanje stopnje obdelave projekta ČHE Kozjak ocenjujemo, da bo investicijska vrednost ČHE cca 400 milj. EU R.

mag. Dušan Kosec, univ.dipl.inž.el.