PAVEL JANKO VARIANTNA ANALIZA MOŽNOSTI IZRABE ENERGETSKEGA POTENCIALA NA MEJNI MURI

Transcription

1 Univerza v Ljubljani Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo PAVEL JANKO VARIANTNA ANALIZA MOŽNOSTI IZRABE ENERGETSKEGA POTENCIALA NA MEJNI MURI MAGISTRSKO DELO MAGISTRSKI ŠTUDIJSKI PROGRAM DRUGE STOPNJE VODARSTVO IN OKOLJSKO INŽENIRSTVO Ljubljana, 2018 Hrbtna stran: JANKO PAVEL 2018

2 Univerza v Ljubljani Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo Jamova cesta Ljubljana,Slovenija telefon (01) faks (01) fgg@fgg.uni-lj.si MAGISTRSKI ŠTUDIJSKI PROGRAM DRUGE STOPNJE VODARSTVO IN OKOLJSKO INŽENIRSTVO Kandidat/-ka: PAVEL JANKO VARIANTNA ANALIZA MOŽNOSTI IZRABE ENERGETSKEGA POTENCIALA NA MEJNI MURI VARIANT ANALYSIS OF THE HYDRO POTENTIAL USE ON THE BORDER MURA RIVER Mentor/-ica: Predsednik komisije: doc. dr. Andrej Kryžanowski Somentor/-ica: mag. Igor Čuš Član komisije: 2018

3 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. I POPRAVKI Stran z napako Vrstica z napako Namesto Naj bo

4 II Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo.»ta stran je namenoma prazna«

5 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. III BIBLIOGRAFSKO - DOKUMENTACIJSKA STRAN IN IZVLEČEK UDK: (282.24)(043.3) Avtor: Mentor: Somentor: Naslov: Tip dokumenta: Obseg in oprema: Ključne besede: Pavel Janko doc. dr. Andrej Kryžanowski mag. Igor Čuš Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na mejni Muri Magistrsko delo univerzitetni študij 86 str., 41 pregl., 25 graf, 53 sl. hidroelektrarna na Muri, Mura, hidrotehnika, energetski potencial, nasipi Izvleček: Magistrsko delo obravnava področje hidroenergetike. Izdelana je variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri, in sicer med hidroelektrarno Špilje in Sladkim vrhom. V magistrskem delu se primerja tri najperspektivnejše lokacije za izgradnjo hidroelektrarne. Prva je na lokaciji že obstoječe male hidroelektrarne Ceršak. Druga je na sotočju Mure in odvodnega kanala male hidroelektrarne Ceršak. Tretja lokacija je pred naseljem Sladki vrh. Vse tri lokacije zaradi preglednosti poimenujem varianta 1, 2 in 3. Vse tri elektrarne so si po zasnovi podobne, razlikujejo se po izkoristljivem padcu in potrebni izgradnji energetskih nasipov. V zaključku je izbrana tista elektrarna, katere ekonomski kazalci so najboljši.

6 IV Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. BIBLIOGRAPHIC - DOCUMENTALISTIC INFORMATION AND ABSTRACT UDC: (282.24)(043.3) Autor: Supervisor: Co-advisor: Title: Document type: Scope and tools: Keywords: Pavel Janko assist. prof. Andrej Kryžanowski, D.Sc. Igor Čuš, M.Sc. Variant analysis of the hydro potential use on the border Mura river Master thesis University studies 86 p., 41 tab., 53 fig., 25 graph. Hydro power plant, hydrotechnical, hydropower, dam Abstract This thesis addresses the field of hydro energetics. A variant analysis of possibilities of the hydro potential use on the Mura river between the area Špilje and the area Sladki vrh hydroelectric power plant is carried out. Three of the most promising locations are compared in the thesis. The first one is the location of the existing little Ceršak hydroelectric power plant. The second one is at the confluence of the Mura river and the drain canal of the little Ceršak hydroelectric power plant. The third location is before the Sladki vrh settlement. The hydroelectric power plant whose economic indicators are the best is chosen in the conclusion.

7 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. V ZAHVALA Zahvaljujem se mentorju doc. dr. Andreju Kryžanowskem za strokovno pomoč, potrpežljivost in vodenje pri izdelavi magistrskega dela. Rad bi se zahvalil Ani Dvoraček za lektoriranje dela in spodbudo. Na koncu pa se zahvaljujem bližnjim za spodbudo. Predvsem bi se pa rad zahvalil staršema, ki sta mi omogočila izobraževanje. Iskrena hvala vsem! Magistrsko delo bi rad posvetil staremu očetu, ki pa nas je zapustil končano izdelavo dela.

8 VI Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. KAZALO VSEBINE 1 UVOD REKA MURA Karakteristike porečja Izkoriščenost energetskega potenciala Mure v avstrijskem odseku Izkoriščenost energetskega potencial slovenskega odseka reke Mure Študija o vodnogospodarski in energetski ureditvi mejne Mure Idejna študija Možnost energetske izrabe Mure, predprojekt za strokovne podlage prostorskih planskih in izvedbenih aktov Republike Slovenije za območje Pomurja, Študija možnosti energetske izrabe reke Mure, idejne tehnične rešitve, februar Izbira in opredelitev problematike lokacije MHE Ceršak obstoječe stanje na terenu Izbira potencialnih lokacij za postavitev hidroelektrarn na obravnavanem odseku med Ceršakom in Sladkim Vrhom PROSTORSKA ANALIZA ODSEKA REKE MURE MED ŠPILJEM IN SLADKIM VRHOM Geomorfologija območja med Špiljem in Sladkim Vrhom Geološki podatki Hidrološki podatki Varstvo okolja Vzdolžni profili in karakteristični prerezi med Špiljem/Spielfeldom in Sladkim Vrhom Hidravlika in energetski potencial IDEJNA ZASNOVA HIDROELEKTRARNE Pregradna zgradba Odvzemna zgradba s strojnico Akumulacija in nasipi za elektrarno Umestitev prehoda za vodne organizme v prostor PROJEKTIRANO STANJE Dimenzioniranje prelivnih polj in podslapja Odvzemna zgradba in strojnica Nasipi EKONOMSKI IZRAČUN Proizvodnja energije Določitev stroškov Gradbena dela Strošek izgradnje jezove zgradbe Strošek izgradnje akumulacijskega bazena in nasipov... 76

9 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. VII Rekapitulacija investicijskih stroškov po glavnih postavkah Ekonomska bilanca ZAKLJUČEK VIRI... 83

10 VIII Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. KAZALO PREGLEDNIC Preglednica 1: Energetski potencial slovenskih rek [2]... 2 Preglednica 2: Obstoječe HE na Avstrijskem delu Mure... 7 Preglednica 3: Prikaz predvidene izvedbe elektrarn po študiji Možnosti energetske izrabe reke Mure [7] Preglednica 4: Hidroelektrarne, ki jim je bila podeljena koncesija za izrabo Mure v namen proizvodnje električne energije [8] Preglednica 5: Predstavitev variant z izpuščanjem vmesnih odsekov Preglednica 6: Prikaz pričakovanih visokovodnih pretokov Q100 in Q1000, glede na različen dolžino opazovalnega obdobja Preglednica 7: Izračunani referenčni pretoki Preglednica 8: Osnovne karakteristike hidroelektrarn po variantah Preglednica 9: Izračunana kota dna struge glede na varianto Preglednica 10: Karakteristike prelivnih polj Preglednica 11: Ocenjene dolžine nasipov in potreben volumen nasipnega materiala Preglednica 12: Osnovni višinski podatki lokacije Variante Preglednica 13: Osnovni višinski podatki lokacije Variante Preglednica 14: Osnovni višinski podatki lokacije Variante Preglednica 15: Konsumpcijska krivulja zaklopke HE, Varianta Preglednica 16: Konsumpcijska krivulja prelivnih polj HE, Varianta Preglednica 17: Konsumpcijska krivulja zaklopke HE, Varianta Preglednica 18: Konsumpcijska krivulja prelivnih polj HE, Varianta Preglednica 19: Konsumpcijska krivulja zaklopke, Varianta Preglednica 20: Konsumpcijska krivulja prelivnih polj HE, Varianta Preglednica 21: Predviden potreben volumen nasipnega materiala, varianta Preglednica 22: Predviden potreben volumen nasipnega materiala, varianta Preglednica 23: Predviden potreben volumen nasipnega materiala, Varianta Preglednica 24: Okvirne vrednosti predvidenih postavk, po katerih bom v nadaljevanju računal stroške izgradnje nasipov Preglednica 25: Karakteristične kote dolvodnega prečnega profila, HE Varianta Preglednica 26: Karakteristične kote dolvodnega prečnega profila, HE Varianta Preglednica 27: Karakteristične kote dolvodnega prečnega profila, HE Varianta Preglednica 28: Največja predvidena moč na pragu v MW Preglednica 29: Informativen predviden prihodek od prodaje /leto Preglednica 30: Stroški gradbenih del jezovne zgradbe po postavkah, Varianta Preglednica 31: Predvideni stroški izgradnje jezovne zgradbe, Varianta Preglednica 32: Stroški gradbenih del jezovne zgradbe po postavkah, Varianta Preglednica 33: Predvideni stroški izgradnje jezovne zgradbe, Varianta Preglednica 34: Stroški gradbenih del jezovne zgradbe po postavkah, Varianta Preglednica 35: Predvideni stroški izgradnje jezovne zgradbe, Varianta Preglednica 36: Cena postavk na enoto Preglednica 37: Strošek izgradnje akumulacijskega bazena, Varianta Preglednica 38: Strošek izgradnje akumulacijskega bazena, Varianta Preglednica 39: Strošek izgradnje akumulacijskega bazena, Varianta Preglednica 40: Predvidena cena izgradnje hidroelektrarne Preglednica 41: Strošek izgradnje posamezne variante glede na izbrane ekonomske kazalce... 80

11 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. IX KAZALO GRAFIKONOV Graf 1: Srednji mesečni pretoki za opazovano obdobje in , pridobljeni na vodomerni postaji Gornja Radgona Graf 2: Modul srednjega mesečnega in letnega pretoka za obdobje Graf 3: Profil 1 - Murski Dvor, prikaz poglabljanja korita reke Mure [11] Graf 4: Trendna črta za izračun pretokov s 100 in 1000 letno povratno dobo (81-letni niz podatkov) Graf 5: Trendna črta za izračun pretokov s 100 in 1000-letno povratno dobo (30-letni niz podatkov) Graf 6: Trendna črta za izračun pretokov s 100 in 1000-letno povratno dobo (40-letni niz podatkov) Graf 7: Trendna črta za izračun pretokov s 100 in 1000-letno povratno dobo (50-letni niz podatkov) Graf 8: Trendna črta za izračun pretokov s 100 in 1000-letno povratno dobo (60-letni niz podatkov) Graf 9: Trendna črta za izračun pretokov s 100 in 1000-letno povratno dobo (70-letni niz podatkov) Graf 10: Prikaz povprečnih letnih pretokov Graf 11: Konsumpcijska krivulja zaklopk na zapornicah HE, Varianta Graf 12: Konsumpcijska krivulja prelivnih polj HE, Varianta Graf 13: Konsumpcijska krivulja zaklopk na zapornicah HE, Varianta Graf 14: Konsumpcijska krivulja prelivnih polj HE, Varianta Graf 15: Konsumpcijska krivulja zaklopk na zapornicah HE, Varianta Graf 16: Konsumpcijska krivulja prelivnih polj HE, Varianta Graf 17: Prikaz pasa obratovanja elektrarne Graf 18: Konsumpcijska krivulja dolvodni prečni profil, HE Varianta Graf 19: Konsumpcijska krivulja dolvodni prečni profil, HE Varianta Graf 20: Konsumpcijska krivulja dolvodni prečni profil, HE Varianta Graf 21: Predvidena povprečna letna proizvodnja elektrarn Graf 22: Skupni predvideni stroški izgradnje hidroelektrarne Graf 23: Prikaz investicijskih deležev po glavnih postavkah Graf 24: Strošek izgradnje elektrarne na KWh Graf 25: Strošek izgradnje elektrarne na KW... 81

12 X Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. KAZALO SLIK Slika 1: porečje reke Mure (vir:[3])... 4 Slika 2: Vzdolžni prikaz HE na avstrijskem odseku reke Mure [5]... 7 Slika 3: Slika pregledne karte postavitve predvidenih HE v prostor [7] Slika 4: Situacija variantne Možnosti energetske izrabe reke Mure prekinjena veriga elektrarn [9] Slika 5: Stanje odvzemnega objekta na MHE Ceršak Slika 6: Podroben prikaz obravnavane lokacije Variante 1 v prostoru Slika 7: Podroben prikaz obravnavane lokacije Variante 2 v prostoru Slika 8: Podroben prikaz obravnavane lokacije Variante 3 v prostoru Slika 9: Podroben prikaz obravnavanih lokacij v prostoru izsek iz priloge A Slika 10: Podroben prikaz obravnavanih lokacij s pomočjo zemljevidov Google Slika 11: Vzdolžni prerez obravnavanega območja med Ceršakom in Sladkim Vrhom Slika 12: Izsek iz hidrogeološke karte porečja Mure na odseku med Šentiljem in Radenci [12] Slika 13: Legenda izseka iz hidrogeološke karte porečja Mure na odseku med Šentiljem in Radenci [12] Slika 14: Izsek iz podolžneg profila Ceršak-Radenci s prikazom vrtin in geološke zgradbe [12] Slika 15: Digitalni model reliefa obravnavanega območja Slika 16: Primer blokovne sheme rečne hidroelektrarne [16] Slika 17: Tloris HE Varianta Slika 18: Vzdolžni prerez prelivnega polja varianta Slika 19: HE Blanca, prikaz prelivnih polj [17] Slika 20: Primer dvignjenih tlačnih zapornic, HE Krško [18] Slika 21: Vzdolžni prerez, idejna zasnova strojnice, Varianta Slika 22: Primer cevne turbine [19] Slika 23: Prečni prerez strojnice, Varianta Slika 24: HE Brežice [21] Slika 25: Karakterističen prečni prerez nasipa na območju Ceršaka Slika 26: Karakteristični prerez nasipa na območju Sladkega Vrha Slika 27: Umestitev ribje steze v prostor, Varianta 1 (levo), Varianta 2 (desno) Slika 28: Umestitev ribje steze v prostor, Varianta Slika 29: Prikaz urejene struge in postavitve skal za vzpostavitev ribje steze [23] Slika 30: Prikaz postavitve skal in ureditve struge za vzpostavitev ribje steze [23] Slika 31: Predvidena lega objekta v prostoru HE Varianta Slika 32: Vzdolžni prerez obravnavane lokacije za HE, Varianta 1 s predvidenim nasipom.. 46 Slika 33: Predvidena lega objekta v prostoru HE, Varianta Slika 34: Vzdolžni prerez obravnavane lokacije za HE, Varianta 2 s predvidenim nasipom.. 47 Slika 35: Predvidena lega objekta v prostoru HE, Varianta Slika 36: Vzdolžni prerez obravnavane lokacije za HE, Varianta 3 s predvidenim nasipom.. 48 Slika 37: Tloris HE, Varianta Slika 38: Karakteristični vzdolžni prerez prelivnega polja HE, Varianta Slika 39: Tloris HE, Varianta Slika 40: Karakteristični vzdolžni prerez prelivnega polja HE, Varianta Slika 41: Tloris HE, Varianta Slika 42: Karakteristični vzdolžni prerez prelivnega polja HE, Varianta Slika 43: Karakteristični vzdolžni prerez strojnice, HE Varianta

13 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. XI Slika 44: Karakteristični prečni prerez strojnice, HE Varianta Slika 45: Karakteristični vzdolžni prerez strojnice, HE Varianta Slika 46: Karakteristični prečni prerez strojnice, HE Varianta Slika 47: Karakteristični vzdolžni prerez strojnice, HE varianta Slika 48: Karakteristični prečni prerez strojnice, HE varianta Slika 49: Lokacija karakterističnih prerezov nasipov Slika 50: Karakterističen prerez nasipov za območje Ceršak Slika 51: Karakterističen prerez nasipov za območje Kozjak pri Ceršaku Slika 52: Karakterističen prerez nasipov območje Sladki Vrh Slika 53: Vzdolžni prerez višinskega poteka predvidenih nasipov z prikazom lokacij obravnavanih hidroelektrarn... 67

14 XII Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. LIST OF TABLES Table 1: Energetic potential of slovenian rivers [2]... 2 Table 2: Existing HPP on the austrian part of the Mura river... 7 Table 3: Intendend HPP structures after the study Možnosti energetske izrabe reke Mure [7] Table 4: Hydroelectric power plants which were granted concession for the Mura river use [8] Table 5: Presentation of the variants with the abandonment of some intermediate sections. 12 Table 6: Display of the expected high-water Q 100 and Q 1000 flows based on the years of observation data Table 7: Calculated reference flows Table 8: Basic characteristics of the HPP by variants Table 9: Calculated altitude of the riverbed Table 10: Characteristics of the overflow fields Table 11: Estimated length and required volume of embankment material Table 12: Basic altitude data of the Variant 1 site location Table 13: Basic altitude data of the Variant 2 site location Table 14: Basic altitude data of the Variant 3 site location Table 15: Consumption curve of the valve on the HPP locks, Variant Table 16: Consumption curve of the HPP overflow fields, Variant Table 17: Consumption curve of the valve on the HPP locks, Variant Table 18: Consumption curve of the HPP overflow fields, Variant Table 19: Consumption curve of the valve on the HPP locks, Variant Table 20: Consumption curve of the HPP overflow fields, Variant Table 21: Estimated required volume of bulk material, Variant Table 22: Estimated required volume of bulk material, Variant Table 23: Estimated required volume of bulk material, Variant Table 24: Estimated indicative values of the material needed which will be used to calculate costs of the dykes Table 25: Characteristic water altitude of the downstream cross section, HPP Variant Table 26: Characteristic water altitude of the downstream cross section, HPP Variant Table 27: Characteristic water altitude of the downstream cross section, HPP Variant Table 28: Rredicted maximum power HPP in MW Table 29: Predicted income from the electicity sale /year Table 30: Predicted construction work costs for the dam, Variant Table 31: Predicted total costs for the dam, Variant Table 32: Predicted construction work costs for the dam, Variant Table 33: Predicted total costs for the dam, Variant Table 34: Predicted construction work costs for the dam, Variant Table 35: Predicted total costs for the dam, Variant Table 36: Price of the items per unit Table 37: Predicted total costs for the dam reservoir, Variant Table 38: Predicted total costs for the dam reservoir, Variant Table 39: Predicted total costs for the dam reservoir, Variant Table 40: Predicted total costs for the HPP Table 41: Total costs of building individual variants according to economic indicators... 80

15 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. XIII LIST OF GRAPHS Graph 1: Average monthly flow for the observed period between and , obtained on the gauging station Gornja Radgona Graph 2: Module of the average monthly and yearly flow fort he period between Graph 3: Profile 1 Murski Dvor, display of the deepening of the Mura riverbed [11] Graph 4: Trend line for the calculation of the flow with a 100 and 1000 year return period (81 years of observation data) Graph 5: Trend line for the calculation of the flow with a 100 and 1000 year return period (30 years of observation data) Graph 6: Trend line for the calculation of the flow with a 100 and 1000 year return period (40 years of observation data) Graph 7: Trend line for the calculation of the flow with a 100 and 1000 year return period (50 years of observation data) Graph 8: Trend line for the calculation of the flow with a 100 and 1000 year return period (60 years of observation data) Graph 9: Trend line for the calculation of the flow with a 100 and 1000 year return period (70 years of observation data) Graph 10: Display of the annual yearly flows Graph 11: Consumption curve of the valve on the HPP locks, Variant Graph 12: Consumption curve of the HPP overflow fields, Variant Graph 13: Consumption curve of the valve on the HPP locks, Variant Graph 14: Consumption curve of the HPP overflow fields, Variant Graph 15: Consumption curve of the valve on the HPP locks, Variant Graph 16: Consumption curve of the HPP overflow fields, Variant Graph 17: Display of the HPP operational zone Graph 18: Consumption curve of the downstream crosssection, HPP Variant Graph 19: Consumption curve of the downstream crosssection, HPP Variant Graph 20: Consumption curve of the downstream crosssection, HPP Variant Graph 21: Avearge yearly electricity production of the HPP Graph 22: Total costs of the HPP Graph 23: The main fields of investment costs share in percent Graph 24: Cost of building the power plant on KWh Graph 25: Cost of building the power plant on KW... 81

16 XIV Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. LIST OF FIGURES Figure 1: The Mura river basin (source:[3])... 4 Figure 2: Longitudinal view HPP on the austrian section of the Mura river [5]... 7 Figure 3: Image of the geographical location of the intended HPP on the transparent map [7] Figure 4: Transparent map of the variant interrupted HPP chain after the study Možnosti energetske izrabe reke Mure [9] Figure 5: Current condition of the objects on the SHPP Ceršak Figure 6: Detailed display of the Variant 1 palcment the Mura river Figure 7: Detailed display of the Variant 2 palcment on the Mura river Figure 8: Detailed display of the Variant 3 palcment on the Mura river Figure 9: Detailed display of all three discussed locations on the Mura river, part of the attachment A Figure 10: Detailed display of all three discussed locations on the Mura river with Google maps Figure 11: longitudinal cross section of the discussed location between Ceršak and Sladki Vrh Figure 12: Section from the hydrogeological map of the Mura river basin between Šentilj and Radenci [12] Figure 13: Legend from the hydrogeological map of the Mura river basin between Šentilj and Radenci [12] Figure 14: Section from the longitudinal cross section hydrogeological map of the Mura river basin between Ceršak and Radenci, with a borehole location and soil structure display [12] 22 Figure 15: digital terrain model of the area Figure 16: Example block schemes HPP [16] Figure 17: Ground plan HPP Variant Figure 18: Longitudinal cross section view of the overflow field Variant Figure 19: HPP Blanca, display of the overflow fields [17] Figure 20: Example of raised pressure locks, HPP Krško [18] Figure 21: Longitudinal cross section view, conceptual design of the engine room, Variant Figure 22: Example of a tubular turbine design [19] Figure 23: Cross section view of the engine room, Variant Figure 24: HPP Brežice [21] Figure 25: Characteristic cross-section of the embanktment in the Ceršak area Figure 26: Characteristic cross-section of the embanktment in the Sladki Vrh area Figure 27: Geographical location of the fishways, Variant 1 (left), Variant 2 (right) Figure 28: Geographical location of the fishway, Variant Figure 29: Example of a arranged channel and the laying the rocks for the fishway [23] Figure 30: Example of laying the rocks and channel regulation for the fishway [23] Figure 31: Predicted position of the HPP in space Variant Figure 32: Longitudinal cross section view of the discussed HPP area, Variant 1 with the planned dikes Figure 33: Predicted position of the HPP in space Variant Figure 34: Longitudinal cross section view of the discussed HPP area, Variant 2 with the planned dikes Figure 35: Predicted position of the HPP in space Variant

17 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. XV Figure 36: Longitudinal cross section view of the discussed HPP area, Variant 3 with the planned dikes Figure 37: Ground plan HPP Variant Figure 38: Characteristic longitudinal cross section view of the HPP overflow field, Variant Figure 39: Ground plan HPP Variant Figure 40: Characteristic longitudinal cross section view of the HPP overflow field, Variant Figure 41: Ground plan HPP Variant Figure 42: Characteristic longitudinal cross section view of the HPP overflow field, Variant Figure 43: Characteristic longitudinal cross section view of the Variant 1 engine room Figure 44: Characteristic cross section view of the Variant 1 engine room Figure 45: Characteristic longitudinal cross section view of the Variant 2 engine room Figure 46: Characteristic cross section view of the Variant 2 engine room Figure 47: Characteristic longitudinal cross section view of the Variant 3 engine room Figure 48: Characteristic cross section view of the Variant 3 engine room Figure 49: Location of the characteristic cross section views of the dykes Figure 50: Characteristic cross section of the dykes in the Ceršak area Figure 51: Characteristic cross section of the dykes in the Kozjak pri Ceršaku area Figure 52: Characteristic cross section of the dykes in the Sladki Vrh area Figure 53: Longitudinal cross section view of the dyke runs, with the location of the three potential HPP... 67

18 XVI Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. OKRAJŠAVE IN SIMBOLI RS Republika Slovenija SURS Statistični urad Republike Slovenije NEK Nuklearna elektrarna Krško EBRS Energetska bilanca Republike Slovenije OVE HE Ipd. Obnovljivi viri energije Hidroelektrarna in podobno m.n.v. metrov nadmorske višine MHE Mala hidroelektrarna EES Elektro energetski sistem LiDAR Light Detection And Ranging DPN OPN Državni prostorski načrt Občinski prostorski načrt CPVO Celovita presoja vplivov na okolje PVO ZVO Presoja vplivov na okolje Zakon o varstvu okolja GWh Gigavatna ura KW Kilovat ARSO Agencija Republike Slovenije za okolje HPP Hydroelectric power plant SHPP Small hydroelectric power plant

19 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. 1 1 UVOD V sedanjem času hitrega tehnološkega napredka na področju elektrotehnike, skokovitem večanju prebivalstva in potrošniškem načinu življenja se svetovna potreba po energetski oskrbi izjemno hitro povečuje. Za zadovoljitev potreb po energiji se človeštvo opira predvsem na fosilna goriva, ki onesnažujejo okolje ter povzročajo spremembe podnebja na globalni ravni. Težava se kaže predvsem pri izpuščanju toplogrednih plinov, med katerimi je glavni indikator CO 2. Trenutno je to najcenejša in najenostavnejša alternativa za pridobivanje energije in zato jo je zelo težko nadomestiti takoj, vendar pa vsi znanstveni indikatorji kažejo na izjemno poslabšanje življenjskih razmer, če bomo vztrajali pri trenutnih trendih. V ta namen moramo za potrebe proizvodnje energije iskati alternative, ki so bolj sprejemljive za okolje, kot so obnovljivi viri energije (v nadaljevanju OVE). V našem okolju je v tem sklopu prioritetno povečevanja izrabe vodnega energetskega potenciala. Pri načrtovanju energetskih proizvodnih objektov moramo zagotavljati prednost rabe OVE pred fosilnimi viri energije. S spodbudo rabe OVE se povečuje njihov delež v primarni energetski bilanci države. Energetska politika mora stremeti k temu, da se raba OVE vključi v energetske zasnove regij, mest in lokalnih skupnosti. V ta namen sem na kratko povzel energetsko bilanco za Republiko Slovenijo. Trenutno so najaktualnejši podatki iz leta Za Republiko Slovenijo Energetsko bilanco Republike Slovenije, skladno s 25. členom po Energetskem zakonu pripravi Ministrstvo pristojno za energijo na podlagi podatkov realizacije, ki so jih zagotovili Statistični urad Republike Slovenije (SURS) za leto 2013 in 2014, ter planskih podatkov izvajalcev dejavnosti v RS za leto Oskrba z energijo je v letu 2015 znašala 264,6 PJ [1]. Uvozna odvisnost Slovenije je v letu 2015 znašala (48,3%). V končni porabi energije, ki je v letu 2015 znašala 195,7 PJ, znaša delež OVE brez hidroelektrarn (14,3%). Leta 2015 je bilo proizvedene GWh hidroenergije, kar je enako 16,72 PJ oziroma (11,7%) končne porabe energije in (19,4%) vse proizvedene električne energije. Končna poraba električne energije v Sloveniji je bila leta GWh in se je povečala za 0,1 % v primerjavi z letom Torej ostajajo primarni vir energije za Slovenijo fosilna goriva [1]. Energetski cilji do leta 2020, h katerim se je RS kot članica EU zavezala, so naslednji: 20% delež OVE v bruto končni porabi energije, 20%-30% zmanjšanje TGP glede na leto 1990 in 20% izboljšanje učinkovitosti rabe energije. Ti energetski cilji se v osnutku strateških dokumentov še zaostrujejo: delež OVE naj bi do leta 2030 predstavljal 30% v bruto končni porabi energije. Podaja se vprašanje, kako bomo to dosegli, saj nobena alternativa, ki je na razpolago, ne more sama po sebi rešiti problema. Najprej bi si pogledali alternativne tehnologije glede na fosilna goriva, ki glede na svetovni trend obljubljajo največ. To sta predvsem izkoriščanje vetrne energije in sončne energije. Trenutno sončna energija predstavlja (4,6%) delež OVE, pri vetrni energiji pa imamo instalirane omejene kapacitete s skupno nazivno močjo 2,3 MW. Glavna težava, ki se pojavlja pri obstoječih tehnologijah, je razpršenost energijskega vira. Sonce in veter ne zagotavljata koncentracije energetskega vira na lokaciji. Iz tega razloga moramo zgraditi več proizvodnih enot, ki zavzemajo sorazmerno velike površine glede na učinkovitost energetske proizvodnje, primerjano s konvencionalnimi elektrarnami. Ob tem pa ne smemo zanemariti, da sama proizvodnja komponent predstavlja sorazmerno veliko obremenitev za okolje, tako v porabi energije kot v tehnologiji predelave surovin. Druga težava, ki se pojavlja je problem razpoložljivosti energetskega vira. Ta dva vira nista vedno na razpolago, saj se velike količine energije zaenkrat še ne more kar tako shraniti, seveda pa se v ta namen razvijajo nove

20 2 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. tehnologije, kot so shranjevalniki energije, ki pa za široko uporabo še niso tako dovršeni, da bi lahko zagotavljali stabilnost energetskih sistemov, kot je to možno s konvencionalnimi viri (npr. črpalne elektrarne). Glede na to, da ima Slovenija malo energetskih virov in je njena sedanja energetska odvisnost približno dvotretjinska, moramo tudi v prihodnje računati z uvozom večjega dela potrebne energije. Druga alternativa je jedrska energija, vendar menim, da je glede na odziv sedanje družbe to neizvedljivo. Med oblikami končne energije lahko doma zadovoljujemo le potrebe po večjem delu električne energije in delu toplotne energije. Realni domači energetski viri so obnovljivi viri, in sicer predvsem hidroenergetski potencial rek. S tem bo mogoče doseči upočasnjeno naraščanje energetske odvisnosti. Glede na naravne danosti predstavlja hidroenergija najustreznejši OVE v Sloveniji. Hidroelektrarne so najstarejši, najučinkovitejši in najbolj ekološki način pridobivanja električne energije. Maksimalni izkoristek le teh se giblje od (85%-95%), predvsem pa so za okolje najmanj obremenjujoče. Na tem mestu bi želeli poudariti, da v Sloveniji načrtujemo predvsem proizvodne kapacitete, ki v svetovnem merilu sodijo v sklop majhnih do srednjih elektrarn in po zasnovi z neprimerljivo manjšimi obremenjujočimi posledicami v okolju kot velike hidroelektrarne. Poleg energetskih so pričakovani še drugi koristni učinki izgradnje hidroelektrarn: povečana zaščita pred škodljivim delovanjem voda; izboljšanje vodooskrbe; čiščenje odpadnih voda; ureditev prometnega in energetskega omrežja; pozitivni družbeno razvojni gospodarski učinki. Največja slabost hidroelektrarn so visoki investicijski stroški na začetku, vendar pa imamo kasneje prednost z nizkimi obratovalnimi stroški, visoko prilagodljivostjo za potrebe elektro energetskega sistema in predvsem zelo dolgo življenjsko dobo. Preglednica 1: Energetski potencial slovenskih rek [2] Table 1: Energetic potential of slovenian rivers [2] VODOTOK BRUTO POTENCIAL TEHNIČNO IZKORISTLJIV POTENCIAL IZRABLJEN POTENCIAL DELEŽ ENERGETSKE IZRABE [GWh/leto] [GWh/leto] [GWh/leto] [%] Sava z Ljubljanico 4134, ,00 994,00 35,60 Drava 4301, , ,00 97,80 Soča z Idrijco 2417, ,00 491,00 34,00 Mura 928,00 690,00 5,00 0,70 Kolpa 310,00 209,00 0,00 0,00 ostali vodotoki 7350, ,00 284,00 25,50 skupaj 19440, , ,00 50,40 Zgornja tabela prikazuje skupni bruto energetski potencial vseh slovenskih vodotokov, ta znaša okoli GWh/leto. Seveda je tehnično izkoristljiv potencial veliko manjši zaradi omejitev v prostoru, tehnoloških omejitev ter ekonomskih omejitev. V zgornji tabeli so tako navedeni največji slovenski vodotoki, ki jih je mogoče izkoristiti v hidroenergetske namene. Reka Mura predstavlja okoli 7,5 % delež celotnega tehnično izkoristljivega energetskega

21 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. 3 potenciala. Stolpec, kjer je prikazan izrabljen potencial slovenskih rek, nam pove, koliko energetskega potenciala v GWh/leto že izkoriščamo. Razlika med tehnično izkoristljivim in izrabljenim energetskim potencialom pa nam pove, na katerem vodotoku se nahajajo največje rezerve hidroenergije. Med slovenskimi vodotoki je najbolj izkoriščena reka Drava, ki je 97,8 %. Med, večjimi slovenskimi vodotoki sta, najmanj energetsko izkoriščena vodotoka reka Kolpa in reka Mura. Na reki Kolpi ni postavljena niti ena hidroelektrarna. Na reki Muri je trenutno postavljena le ena, mala hidroelektrarna Ceršak, ki pa je v izjemno slabem stanju in nujno potrebna prenove. Veliko študij je bilo izvedenih na temo izkoriščanja vodnega potenciala Mure, vendar pa so predlagatelji že v preteklosti, kot tudi sedaj, naleteli na velik odpor s strani lokalnih skupnosti, ekologov in raznih društev. Magistrska naloga je narejena na podlagi naslednje ideje: če je hidroelektrarna v izjemno slabem stanju, zakaj je ne bi popolnoma prenovili in čim bolj izkoristili vodni potencial na tem območju. S to magistrsko nalogo želim območje med Ceršakom in Sladkim Vrhom analizirati in primerjati tri najbolj logično izbrane lokacije in podati eno izmed idejnih rešitev za izdelavo in prenovo HE, s katero želim vzpodbuditi ponoven razmislek izkoriščanja vodnega potenciala reke Mure. Dejstvo je, da je energija, pridobljena s pomočjo energetskega potenciala vodotoka ob upoštevanju tako imenovanega vodarskega vidika, čista. Že skozi svojo celotno zgodovino je človek želel izkoriščati moč vode sebi v prid, vendar pa se je hitro zavedal pomena vode kot javne dobrine in to je veljalo že v najstarejših organiziranih družbah. Že v rimskem zakoniku je bilo zapisano: "Flumina omnia publica sunt", kar pomeni, da so reke javne. Veliko je dejavnikov, ki vzpodbujajo gradnjo HE: od vidikov pridobivanja čiste energije, racionalne rabe prostora, povečanja poplavne varnosti do razvoja lokalnih skupnosti, ipd., vendar pa obstaja tudi veliko dejavnikov, ki temu nasprotujejo, na primer prehodnost vodnih organizmov, zmanjšana prodonosnost reke, stabilizacija struge, preprečitev tvorjenja mrtvic, poplavljanje zemljišč, ipd. Zato se moramo teh problemov lotiti celostno. Celostno urejanje voda pojmuje usklajevanje pogledov in ciljev prizadetih interesnih političnih skupin, geografskih območij in potreb gospodarjenja z vodo, zadovoljevanje potreb po vodi in varovanje naravnih ekoloških sistemov. Ob upoštevanju tega vidika bom v tej nalogi analiziral in predlagal rešitve za izgradnjo hidroelektrarne na treh lokacijah ob poskusu uskladitve glavnih interesnih skupin. Ob sedanjem stanju znanja stroke o varovanju in zaščitni gradnji do okolja, o ekologiji vodotokov in o gradnji ribjih stez sem prepričan, da je hidroenergija ena izmed rešitev v mozaiku trajnostnega razvoja v energetiki.

22 4 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. 2 REKA MURA 2.1 Karakteristike porečja Reka Mura izvira v Avstriji natančneje v visokogorski dolini Murwinkel, dela pogorja Grossglockner, v avstrijski zvezni deželi Salzburg. Reka je od izvira do izliva uradno dolga 465 km, izliva se v reko Dravo, kot njen levi pritok na hrvaško-madžarski meji, pri kraju Legrad. Reka Mura prečka območje štirih držav, in sicer območja: Avstrije, Slovenije, Madžarske in Hrvaške. V vseh državah služi kot mejna reka med državami. V Slovenijo priteče preko Spielfelda/Špilja v Ceršak. Reka Mura je na slovenskem ozemlju razdeljena na tri odseke: mejna Mura z Avstrijo, notranja Mura in mejna Mura z Hrvaško. Mejna Mura z Avstrijo je opredeljena kot območje med delno porušenim jezom v Ceršaku, kjer poteka državna meja, to je na km 129,5 do Radencev oziroma do km 94,5. Na tem območju je skupni padec vodotoka 47,44 metra, povprečen padec vodotoka je tako 1,3 oziroma 1,3 metra povprečnega padca na kilometer. Svojo pot nadaljuje po slovenskem ozemlju do km 69, kjer ponovno preide v mejno reko med Slovenijo in Hrvaško. Ta odsek je dolg 32 km. Na km 37 je točka tromeje Slovenije, Hrvaške in Madžarske. Nato do izliva v Dravo služi kot mejna reka med Madžarsko in Hrvaško. Višinska razlika od izvira do izliva znaša okoli m. Celotna prispevna površina vodotoka znaša km2 na območju Avstrije, Slovenije, Madžarske in Hrvaške. Slika 1: porečje reke Mure (vir:[3]) Figure 1: The Mura river basin (source:[3]) Zgornja slika prikazuje reliefne značilnosti reke, ki poteka skozi 4 države. Prikazuje tudi zelo raznolik relief reke, ki izvira v Alpah in se nato izliva v Panonski nižini. Porečje Mure glede na tip toka vode in povprečen padec padavin razdelimo na 3 območja: zgornji tok, srednji tok in spodnji tok Mure.

23 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. 5 Glede na padec reliefa, ki pada od zgornjega toka proti spodnjem, je pričakovano, da zgornji tok prejme največji letni delež padavin. V zgornjem toku Mure pade okoli 1.700mm padavin letno. Prav tako je tudi povprečen padec toka reke najbolj strm 2,1m/km. Za zgornji tok reke Mure štejemo območje med izvirom Mure v dolini Murwinkel do kraja Murau. Srednji tok reke poteka po deželi Štajerski, vse do meje s Slovenijo. Območje prejme okoli mm padavin letno, povprečen padec reke je okoli 1m/km. Spodnji tok Mure prejme najmanj okoli 700 mm padavin letno. Reka že teče po Panonski nižini tako je povprečen padec reke le 0,6m/km. Obsega pa območje od Špilja do izliva v Donavo. Reka ima značilen snežni rečni režim, za katerega so značilni visoki pretoki v poletnem času (maja, junija) in nizki pretoki pozimi (januar, februar). Maksimalni pretoki nastopijo pozno pomladi in zgodaj poleti, predvsem na račun topljenja snežne odeje v visokogorju. Visoki pretoki lahko vztrajajo vse do julija, kjer se na večini slovenskih rek že kaže problem sušnega obdobja. Minimum nastopa pretoka je v zimskem času zaradi snežnega zadržka (graf 1). Srednji mesečni pretok za obdobje od Qsr [m^3/s] Meseci Graf 1: Srednji mesečni pretoki za opazovano obdobje in , pridobljeni na vodomerni postaji Gornja Radgona 1 Graph 1: Average monthly flow for the observed period between and , obtained on the gauging station Gornja Radgona 1 V grafu 1 je prikazan tudi povprečen leten pretok reke Mure, pridobljen iz analize za opazovano obdobje od leta na vodomerni postaji Gornja Radgona 1 [4]. Podatke sem pridobil na spletni strani ARSO, ki izvaja državni hidrološki monitoring in izdaja obdobne statistike za opazovalne postaje. Prispevno področje, ki je prispevalo k merjenemu pretoku, znaša ,2 km 2. Sprva se je vodostaj reke meril enkrat na dan ob 7:00 zjutraj vsak dan, od do se je merjenje pretoka zaradi vojne prekinilo, nadaljevalo se je od naprej. Iz višine vodostaja se je nato izračunal pretok skozi znan prečni profil. Kasneje so na vodomerno postajo inštalirali avtomatske vodomere, iz katerih po podobnem postopku pridobivamo podatke o pretokih reke Mure. Slovenski del Mure leži v spodnjem rečnem toku. Značilni za takšen odsek so nizki padci reke ter relativno visoki pretoki.

24 6 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. 180% 160% Modul srednjega mesečnega in letnega pretoka za obdobje Q SR MESEČNI /Q SR LETNI [%]] 140% 120% 100% 80% 60% 40% MESECI Graf 2: Modul srednjega mesečnega in letnega pretoka za obdobje Graph 2: Module of the average monthly and yearly flow fort he period between Glede na značilen snežni režim reke Mure imamo mesečna odstopanja pretoka vodotoka od srednjega letnega pretoka. Zgornji graf 2 prikazuje ravno to: razmerje med povprečnim srednjim letnim pretokom in povprečnim srednjim mesečnim pretokom za vsak mesec posebej, izraženo v odstotkih. Tako dobimo modul srednjega mesečnega pretoka. Iz grafa tako hitro razberemo, kateri meseci so bolj vodnati glede na letno povprečje in kateri suhi. Predstavlja hiter vpogled v to, kateri meseci imajo največji proizvodni potencial in kdaj se najbolj splača izvajati remonte hidromehanske opreme. 2.2 Izkoriščenost energetskega potenciala Mure v avstrijskem odseku Dolžina avstrijskega odseka reke je 322 km, kjer prečka salzburško in štajersko pokrajino. Mura je na tem delu zelo dobro energetsko izkoriščena. Trenutno je na njej že zgrajenih 32 hidroelektrarn. Največji lastnik hidroelektrarn je Verbund, ki ima na Muri v lasti 20 objektov. Energetska izraba vodnega potenciala na avstrijski Muri je zasnovana tako, da so hidroelektrarne prilagojene terenskim, hidrološkim in hidrogeološkim pogojem ter hidravličnim in obratovalnim zahtevam sistema. Glede na zasnovo so v obravnavanem območju trije tipi hidroenergetskih objektov: rečne, derivacijske in akumulacijske hidroelektrarne. V območju so zgrajene tudi črpalne hidroelektrarne. Elektrarne za štajersko regijo predstavljajo pomemben vir električne energije. Med temi elektrarnami najdemo tako akumulacijske in pretočne kot tudi kanalske tipe. Trenutno število in izdatnost elektrarn sem strnil spodnjo tabelo. Kot je razvidno iz tabele, so v nizu elektrarne, ki lahko zagotavljajo celostno oskrbo z električno energijo. Tako so v zgornjem toku reke akumulacijske elektrarne, ki zaradi majhnega pretoka izkoriščajo večji padec, ki ga imajo na razpolago. V spodnjem toku pa najdemo pretočne elektrarne, ki izkoriščajo večji pretok. Glede na obstoječe stanje Avstrijci ne

25 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. 7 nameravajo več graditi elektrarn na Muri, želijo pa obstoječe elektrarne prenoviti, jim povečati proizvodno sposobnost in optimizirati celoten sistem, tako da bodo bolje delovale v nizu. Zaporedna številka Preglednica 2: Obstoječe HE na Avstrijskem delu Mure Table 2: Existing HPP on the austrian part of the Mura river HE Obstoječe hidroelektrarne na Avstrijskem delu reke Mure Nadmorska višina Moč letna proizvodnja Tip HE Leto izgradnje [m] [MW] [GWh] [-] [-] 1 Rotgülden Akumulacijska HE Murfall Akumulacijska HE Hintermhur Akumulacijska HE Bodendorf Pretočna HE St. Georgen Pretočna HE Murau Pretočna HE Unzmarkt Pretočna HE Juenburg Pretočna HE Sensenwerk Pretočna HE Murdorf Kanalska HE Fisching Kanalska HE Leoben Pretočna HE Nikalsdorf Kanalska HE Nikalsdorf Kanalska HE Dionysen Kanalska HE Bruck Kanalska HE Pernegg Kanalska HE 1928/ Laufnitzdorf Kanalska HE Rothleiten Kanalska HE Rabenstein Pretočna HE Pegau Kanalska HE Friesach Pretočna HE Gratkorn Kanalska HE Weinzödl Pretočna HE Mellach Pretočna HE Lebring Pretočna HE Gralla Pretočna HE Gabersdorf Pretočna HE Obervogau Pretočna HE Spielfeld Pretočna HE Gössendorf Pretočna HE Kalsdorf Pretočna HE 2013 Spodnja slika s hidroelektrarnami shematično prikazuje vzdolžni profil reke Mure, da si lahko bolje predstavljamo dejansko izkoriščenost po celotni dolžini avstrijskega odseka. Slika 2: Vzdolžni prikaz HE na avstrijskem odseku reke Mure [5] Figure 2: Longitudinal view HPP on the austrian section of the Mura river [5]

26 8 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. 2.3 Izkoriščenost energetskega potencial slovenskega odseka reke Mure Do leta 1971 so slovenske reke predstavljale osnovni energetski vir, kajti več kot polovica proizvedene električne energije je bilo proizvedene s pomočjo HE. Prve hidroelektrarne so bile zgrajene že na prelomu prejšnjega stoletja. Prevladujoče so bile industrijske elektrarne za pokrivanje potreb po energiji pri proizvodnji. Prva javna hidroelektrarna je bila zgrajena leta 1914, imenovana HE Završnica, leta 1916 pa HE Fala na reki Dravi, ki je predstavljala enega najpomembnejših energetskih virov v regiji v medvojnem obdobju. Po koncu druge svetovne vojne je zaradi intenzivnega gospodarskega razvoja naraščala tudi potreba po električni energiji, ki je v prvem obdobju temeljila na izkoriščanju hidroenergetskega potenciala. V tem obdobju so bile izdelane tudi prve študije o možnosti energetske izrabe reke Mure. V nadaljevanju bodo predstavljene že izdelane študije za energetski izkoristek slovenskega dela reke Mure. Torej slovenski odsek reke Mure se začne pri jezu na Ceršaku, kjer reka preide v mejo med Slovenijo in Avstrijo. Mejna reka ostaja vse do Radencev, odsek je dolg 35 kilometrov. Nato Mura teče po slovenskem ozemlju 25,5 kilometra, kjer ponovno preide v mejno reko s Hrvaško. Mejna reka ostaja do točke tromeje med Slovenijo, Hrvaško in Madžarsko. Mejni odsek med Hrvaško in Slovenijo je dolg 32 km. Splošen bruto energetski potencial slovenskega odseka reke Mure je 928 GWh/leto, še možen tehnično izkoristljiv potencial je 690 GWh/leto. Največji energetski potencial ima mejni odsek med Slovenijo in Avstrijo, kjer je padec celotnega odseka 47,44 metrov na 35 kilometrih reke. Tako znaša bruto energetski potencial oseka 76,9 MW oziroma 674 GWh/leto za obe državi in 337 GWh/leto za Slovenijo. Potrebno je poudariti, da je na podlagi mednarodnih dogovorov energetski potencial mejnih odsekov razdeljen v enakih deležih med državi, vendar pa ni določeno, na kakšen tehničen način si ga razdelijo. Tako je bil mejni odsek Mure na začetku razdeljen na polovico, predvideval je, da so tri slovenske elektrarne od Apač navzdol, nad Apačami pa tri avstrijske. Lokacija Ceršak Sladki Vrh je takrat pripadala Avstriji. Magistrska naloga obravnava območje mejne Mure z največjim energetskim potencialom oziroma območje, kjer je glede na značilnosti reliefa najlažje umestiti hidroelektrarno v prostor. V nadaljevanju so predstavljene študije, ki so bile izdelane v namen izkoristka energetskega potenciala reke Mure. Pregled se začne z najstarejšo Študija o vodnogospodarski in energetski ureditvi mejne Mure 1977 Študija iz leta 1977 obsega sočasnost izvedbe vodnogospodarske in energetskih ureditev na odseku Mure med Apačami in Murskim Središčem. Narejena je bila idejna zasnova za sklenjeno verigo osmih hidroelektrarn na mejni Muri z Avstrijo, notranjo Muro in mejno Muro s Hrvaško. Načrtovan instaliran pretok je bil 330 m 3 /s. Iz te študije smo dobili prve podatke o geologiji širšega območja, izdelali so padavinsko območje reke Mure, tabelarični pregled pojavov ledu na Muri, hidrološko karto obstoječega režima podtalne vode na dan in pedološko karto območja mejne Mure. To so različne karte vodnogospodarskih ureditev, med katerimi je za moj primer najzanimivejša karta vodnogospodarskih ukrepov na območju od Ceršaka do Sladkega Vrha.

27 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. 9 Študija je predvidevala, da bo veriga osmih HE obratovala do leta Do takrat naj bi bile zgrajene hidroelektrarne: Apače, Radgona, Radenci, Hrastje, Veržej, Mota, Gibina in Mursko Središče. Hidroelektrarne naj bi obratovale po principu pretočne akumulacije, ki zahteva večjo čelno in zaključno akumulacijo. Niz je bil načrtovan tako, da bi bilo možno pridobivati vršno energijo. Posamezna elektrarna bi bila zmožna proizvesti 92 GWh električne energije in naj bi imela moč 22 MW. Celoten niz pa bi imel moč 176 MW ter povprečno letno proizvodnjo 736 GWh. Torej bi obratovale z dnevnimi izravnavami. Iz te študije sem pridobil predvsem podatke o geološki zgradbi tal in prispevnem padavinskem območju Mure. V preteklosti se je primarno preučevala predvsem energetsko najoptimalnejša izraba reke [6]. Predvidevala se je izgradnja zelo visokih nasipov, ki bi vodo dvignili nad nivo bližnjega ravninskega sveta, ki je bil poseljen. S tem je obstajala večja nevarnost poplavitve območja. Polemike o takratni smiselnosti gradnje so se pojavile predvsem zaradi neupoštevanja drugih koristnikov območja. Tako bi morali za izgradnjo čelne akumulacije poplaviti 282 ha površin, ki so jih pred nekaj leti namenoma meliorirali v namen kmetijske rabe. V tem scenariju bi HE Sladki Vrh sicer delovala v verigi z višje ležečimi avstrijskimi elektrarnami. Iz te študije sem pridobil predvsem podatke o geologiji področja, kajti opravili so veliko vrtin in izdelali podrobno geološko karto področja. Geologija območja je predstavljena v poglavju geološki podatki Idejna študija Možnost energetske izrabe Mure, predprojekt za strokovne podlage prostorskih planskih in izvedbenih aktov Republike Slovenije za območje Pomurja, 1995 Študijo je opravilo podjetje IBE d.d. Ljubljana. Pri tej študiji so poskušali uskladiti nasprotne interese in nezdružljivost med graditvijo hidroelektrarn in ostalih dejavnosti v prostoru. V največji meri je bil tukaj izpostavljen konflikt z varstvom okolja. V ta namen je Ministrstvo za prostorsko planiranje pripravilo program priprave strokovnih podlag prostorskih planskih in prostorskih izvedbenih aktov. V tej študiji se je prvič upošteval tudi okoljski vidik izgradnje hidroelektrarne na Muri. Slabost koncepta gradnje HE na Muri je bil predvsem v tem, da je predvideval obrambo pred poplavami v celotni dolžini Mure. Torej je bilo načrtovano, da so visoke vode, ki se sedaj prelivajo po širokem inundacijskem področju, ujamejo med dva visoka nasipa na medsebojni razdalji 200 m. To bi pomenilo dvig gladine nad naravno stanje tudi do 4 m pod vsako elektrarno. Takratni koncept je bil načrtovan tako zaradi pomanjkanja regulacijske moči v slovenskem elektroenergetskem sistemu. Obratovalni režim je omogočal tudi načrtovanje visokega instaliranega pretoka 330 m 3 /s. V tej študiji so se osredotočili predvsem na možne vplive hidroelektrarn na okolje. Poudarjene so bile predvsem prednosti gradnje elektrarn v delujočem nizu, saj se na ta način bolje izkoristi energetski potencial vodotoka in zmanjša vpliv na okolje. Ne glede na zasnovo elektrarn pa bo sprememba korita v prvi vrsti odvisna od geološke podlage. Tudi v tej študiji je bilo ugotovljeno, da je potrebno HE projektirati na potrebe po pokrivanju vršne energije, kar pomeni gradnja pretočno akumulacijskih elektrarn. Pri študiji so bili upoštevani vplivi posameznih strok ter medsebojna povezanost. Tako so se preučili vplivi na geofizikalne razmere, varstvo okolja, družbene aspekte, gospodarstvo. Preučile so se najpomembnejše težave in najpogostejši očitki izkoriščanja energetskega potenciala reke Mure. Odgovarjalo in dogovarjalo se je na vprašanja problema poplavne

28 10 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. varnosti, krajinsko oblikovne spremembe in vplivov elektrarn na podtalnico. Predlagala se je sklenitev kompromisov za ohranjanje biotske raznovrstnosti vzdolž toka Mure. V tej študiji so bile izdelane karte občutljivosti prostora, skupnih koristi, situacija treh odsekov (mejna Mura z Avstrijo, notranja Mura, mejna Mura s Hrvaško) ter podolžni profili omenjenih treh odsekov z upoštevanjem osnovnih parametrov elektrarn. - Instalirani pretok: m 3 /s - Minimalni bruto padec: 8 m - Instalirana moč: MW - Letna proizvodnja: GWh Študija je uvedla spremembe lokacij hidroelektrarn glede na predhodne študije. Prav tako ne predvideva več prečne razdelitev mejnega odseka med Slovenijo in Avstrijo, ampak predvideva skupno graditev objektov in delitev proizvedene električne energije. Študija predvideva 2 koncepta izgradnje HE. Prvi je izraba celotnega padca, drugi pa je koncept prekinjene verige. Oba koncepta imata po dve podvarianti, ki sem jih predstavil v spodnji tabeli. Preglednica 3: Prikaz predvidene izvedbe elektrarn po študiji Možnosti energetske izrabe reke Mure [7] Table 3: Intendend HPP structures after the study Možnosti energetske izrabe reke Mure [7] ODSEK 1. odsek mejna Mura z Avstrijo 2.odsek notranja Mura 3. odsek mejna Mura s Hrvaško ELEKTRARNA KONCEPT IZRABA CELOTNEGA PADCA PREKINJENA VERIGA ELEKTRARN VARIANTA IN IZVEDBA 1a 1b 2 3 HE Sladki Vrh DA DA DA DA HE Cmurek DA DA DA DA HE Konjišče DA DA DA DA HE Apače DA DA DA DA HE Radgona DA DA DA DA HE Radenci DA DA DA MOGOČE HE Hrastje DA DA DA NE HE Bakovci NE NE NE DA HE Veržej DA DA DA NE HE Mota DA DA NE NE HE Gibina DA DA NE NE HE Mursko središče DA DA DA DA HE Podturen DA DA MOGOČE NE Glede postavitve hidroelektrarn sta varianti 1a in 1b enaki, razlikujeta se le po načinu delovanja. Tako varianta 1a predvideva delovanje elektrarn v nizu s čelno akumulacijo na Apaškem polju in odvisno od dogovora s Hrvaško z izravnalnim bazenom na mejnem odseku s Hrvaško. Varianta 1b pa predvideva delovanje po dotoku, tu je energetski učinek manjši, saj nimamo možnosti ustvarjanja rezervne moči. Varianta 2 predvideva izgradnjo krajinskega parka Mura, zato se HE Mota in Gibina ne izvedeta. Prav tako je vprašljiva tudi izgradnja HE Podturen, izvede se le, če se izkaže, da nima vpliva na krajinski park Murska šuma. V ostalih izvedbenih vidikih je predvidena veriga enaka varianti 1b, torej zasnovana na delovanje po dotoku. Varianta 3 ne predvideva energetske izrabe na območjih krajinskih parkov Mura in Murska šuma. Prav tako se opusti lokacijo HE Hrastje, vendar pa se namesto nje izvede HE Bakovci

29 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. 11 ob meji krajinskega parka Mura. Predvidena je povečana hidroelektrarna s padcem od 9-10 m. Za vizualno predstavo v prostoru pa sem slikal pregledno karto študije. Slika 3: Slika pregledne karte postavitve predvidenih HE v prostor [7] Figure 3: Image of the geographical location of the intended HPP on the transparent map [7] Izdelana študija je služila kot podlaga za pridobitev Uredbe o koncesiji za rabo vode za proizvodnjo električne energije na delu vodnega telesa reke Mure od Sladkega Vrha do Veržeja, ki je bila izdana leta 2005 [7]. V uredbi je bila podeljena koncesija za izgradnjo naslednjih hidroelektrarn, ki so prikazane v spodnji tabeli. Preglednica 4: Hidroelektrarne, ki jim je bila podeljena koncesija za izrabo Mure v namen proizvodnje električne energije [8] Table 4: Hydroelectric power plants which were granted concession for the Mura river use [8] Deli vodnega telesa Mure Kota zgornje vode dela vodnega telesa Hzg [m] Kota spodnje vode dela vodnega telesa Hsp [m] Pretoki Qi [m 3 /s] Padec pri Qi [m] Letna potencialna energija Wp [GWh/leto] Sladki Vrh 246,0 238,0 250,0 8,0 77,2 Cmurek 238,0 230,0 250,0 8,0 77,8 Konjšče 230,0 222,0 250,0 8,0 77,4 Apače 222,0 214,0 250,0 8,0 79,0 Radgona 214,0 206,0 250,0 8,0 81,6 Radenci 206,0 198,0 250,0 8,0 83,7 Hrastje 198,0 190,0 250,0 8,0 96,5 Veržej 190,0 182,0 250,0 8,0 105,0

30 12 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. Po podeljeni koncesiji Dravskim elektrarnam Maribor DEM so se začele izdelovati študije podrobnejšega umeščanja hidroelektrarn v prostor. Tako so izdelali leta 2010 študijo z naslovom Možnosti energetske izrabe reke Mure, Idejne in tehnične rešitve Študija možnosti energetske izrabe reke Mure, idejne tehnične rešitve, februar 2010 Študija iz leta 2010, ki jo je izdelalo podjetje IBE, obravnava idejne tehnične rešitve za možnosti energetske izrabe reke Mure, ki se jo potrebuje za potrebe preliminarne presoje vplivov na okolje. Obravnava pa predvsem variantni prikaz možnih lokacij objektov HE. Ta študija podaja dva dodatna možna scenarija oziroma alternativi, čeprav je bila že podeljena koncesija za energetsko izrabo dela vodotoka leta V preteklosti so se pojavili močni odpori do sklenjene verige HE na Muri. Zaradi spremembe mišljenja v preteklosti in novih smernic v svetu so se DEM odločile izdelati Študijo trajnostnega razvoja širšega območja ob reki Muri. V ta namen je bila razvita metodologija študije trajnostnega razvoja, ki je upoštevala smernice EU, UNDP ter nacionalno zakonodajo. S to študijo je bilo pomembno pridobiti odgovor na vprašanje, kakšen vpliv bo poseg v okolje imel na trajnostni razvoj. Pri izdelavi ocene vpliva na okolje je tako bilo pomembno predvsem upoštevanje okoljske, socialne in gospodarske komponente. Predloga pa predvidevata izgradnjo prekinjene verige v delu mejne Mure in v delu notranje Mure z različno dolžino neizkoriščenih odsekov. Slika 4: Situacija variantne Možnosti energetske izrabe reke Mure prekinjena veriga elektrarn [9] Figure 4: Transparent map of the variant interrupted HPP chain after the study Možnosti energetske izrabe reke Mure [9] Preglednica 5: Predstavitev variant z izpuščanjem vmesnih odsekov Table 5: Presentation of the variants with the abandonment of some intermediate sections Kota sp. vode Instalirani pretok Bruto padec Proizvedena energija/leto PREDLOG LOKACIJA Kota zg. vode Hzg (m) Hsp (m) HE Qi (m3/s) Hb (m) Wp (GWh/leto) Sladki vrh (rek MHE Ceršak) ,2 Cmurek (var. Radgona) ,3 1 Konjišče ,4 Hrastje ,4 Veržej , ,2 85,5 Skupaj 400,8 Sladki vrh (rek MHE Ceršak) ,2 2 Cmurek (var. Radgona) ,3 Bakovci , ,3 117,8 Skupaj 272,3 Variante z izpuščanjem vmesnih odsekov so slabše tako v energetskem kot tudi v vodnogospodarskem smislu, saj bo v nezajezenih odsekih potrebno izvesti protierozijske

31 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. 13 ukrepe za stabilizacijo struge in ukrepe za umetno dovajanje vode ob nizkih pretokih v danes suhe struge, v kolikor se bo pristopilo k urejanju nastalih razmer, kar pa je nujno tudi z okoljskega stališča. Res je, da ima izgradnja nasipov in zajezitev vodotoka številne vplive predvsem v neposrednem območju izvedbe, vendar so možne takšne rešitve, pri katerih se večji del poplavnih logov med visokovodnimi nasipi kljub izgradnji elektrarn lahko ohrani. Na razmeroma enostaven način pa se zagotovijo ustrezne količine vode za ohranitev ali ponovno vzpostavitev že izgubljenih habitatov. Brez zajezitev je zato potrebno izvajati obsežne ukrepe, katerih edini namen je zagotavljanje ustreznih vodnih količin in gladine podtalnice. Tehnične ugotovitve so: Upoštevanje načela varovati okolje v največji možni meri in pri tem upoštevati tudi omejitve, ki jih predstavlja okolje. Odseki, za katere se ugotovi, da jih iz različnih vzrokov ne bo možno izrabiti v energetske namene, se ohranijo v sedanjem stanju. Spremembe v pristopu umeščanja objektov v prostor tako energetskega kakor tudi drugih sektorjev pa zahtevajo ohranitev poplavnih območij. To pomeni, da novi visokovodni nasipi niso potrebni (verjetno pa se bo pokazala potreba po sanacijah obstoječih). Načrtovanje ureditev v območju zajezitve je bilo, kot že omenjeno, nekdaj podrejeno izključno tehničnim rešitvam, ki so večinoma obravnavale le nujno potrebne (predvsem vodnogospodarske) ureditve kot posledico zajezitve vodotoka. Današnji pristop pa mora upoštevati tudi zahteve vseh uporabnikov prostora. Glede na te zahteve ureditve praviloma obsegajo tudi: - Ureditev ustreznih prehodov za vodne organizme - Zmanjševanje obsega poglabljanja rečnega korita dolvodno od elektrarne - S sonaravnim oblikovanjem objektov omogočajo nastanek nadomestnih biotopov - Ureditev obvodnih rekreacijskih območij - Ureditev sprehajalnih poti in kolesarskih stez - Ureditev rekreacijskih območij ob vodi Predvidena je tudi sprememba obratovalnega koncepta hidroelektrarn. Nekdaj predviden način obratovanja verige HE po principu pretočne akumulacije je v samih izhodiščih spremenjen v gradnjo pretočnih hidroelektrarn, ki obratujejo po dotoku. To pomeni, da se obratovalni koncept avstrijskih hidroelektrarn na reki Muri nadaljuje tudi na našem območju in ne zahteva več čelne in izravnalne akumulacije. Tak koncept bi omogočil tudi ohranitev rečnih odsekov, ki energetsko ne bodo izkoriščeni, hkrati pa pomeni zmanjšanje instaliranega pretoka objektov HE povzeto po [9]. V vseh študijah je bilo ugotovljeno, da je energetsko najbolje ter ekonomsko in okoljsko najlažje izvedljiv odsek mejne Mure z Avstrijo. Iz tega razloga sem tudi sam izbral temo magistrske naloge na tej lokaciji. 2.4 Izbira in opredelitev problematike lokacije V magistrski nalogi bom tako preverjal energetsko izdatnost in smiselnost treh lokacij odseka med Ceršakom in Sladkim Vrhom po opisanih načelih z instaliranim pretokom 250 m³/s. Hidroelektrarna, ki jo želim umestiti v prostor na tem odseku, je izmed vseh hidroelektrarn na Muri najbolj verjetna, da bo v prihodnosti zgrajena, saj na tem odseku že obratuje MHE Ceršak. Vendar pa je obstoječa hidroelektrarna potrebna sanacije, saj elektrarna ne izkorišča popolnega potenciala lokacije.

32 14 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo MHE Ceršak obstoječe stanje na terenu Objekt MHE Ceršak se nahaja na reki Muri na območju bivše tovarne lesovine in lepenke Ceršak sedaj tovarne Paloma, d. d. MHE Ceršak je bila zgrajena okoli leta 1904 v sklopu izgradnje tovarne za predelavo lepenke. Sestavljal jo je jez s prelivnim zidom in dovodni kanal dolžine okoli m. Dovodni kanal loči od struge Mure naravni otok, samo na dolžini okoli 160 m je zgrajen prelivni zid, ki ga bomo imenovali spodnji (bočni) prelivni zid. Dovodni kanal ni obložen in ima padec okoli 0,2 %. Objekt strojnice je povezan s tovarniškim objektom. Vgrajene so bile tri turbine. Leta 1939 je bila zamenjana turbina III z novo turbino. Računski vodni padec je bil takrat 2,8 m, pretok pa 9 m³/s. V letu 1954 (končano januarja 1955) se je izvedla večja rekonstrukcija strojnice in temeljev dveh turbin. Glede na meritve iz leta 1946 je znašal pretok vode 25 m³/s pri padcu 2,8 m. Ocenjeno je bilo, da je pri razliki med spodnjo in zgornjo vodo 3 m, pretok skozi tri turbine pa skupaj 27 m³/s. Levo od objekta strojnice je stranski talni izpust. Stranski izpust ima tri lesene tablaste zapornice. Izpust služi uravnavanju nivoja zgornje vode in predvsem čiščenju grabelj oziroma vtoka. Odvodni kanal je prav tako dolg okoli m. Takoj za strojnico na dolžini 37 m je izveden betonski zid, nato je odvodni kanal obložen s kamnitimi ploščami do razdalje cca 120 m od strojnice. Odvzemni objekt na začetku dovodnega kanala na meji z Avstrijo je popolnoma porušen in ne služi svojemu namenu (slika 6). Zaradi slabega izkoristka in dotrajanosti strojnomehanske opreme je potrebna tudi celovita prenova strojnice HE Ceršak. Slika 5: Stanje odvzemnega objekta na MHE Ceršak Figure 5: Current condition of the objects on the SHPP Ceršak Zaradi potrebne prenove MHE Ceršak se je začelo razmišljati v smeri najprimernejše prenovitve obstoječe strojnice ali popolne porušitve in gradnje prve večje energetske stopnje na slovenskem delu reke Muri na odseku med Ceršakom in Sladkim Vrhom. Analiziranih je

33 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. 15 bilo več scenarijev sanacije: prvi je bil t. i. nični scenarij, s katerim želimo le sanirati obstoječ objekt brez povečanja proizvodnih kapacitet, izgradnja nove strojnice na sedanji lokaciji s povečanjem kapacitet oziroma izgradnja nove strojnice v strugi reke Mure. V nalogi smo obravnavali slednjo možnost. Pomembno je najti najprimernejšo lokacijo tako z ekonomskega, tehničnega, socialnega kot tudi z okoljskega vidika. Zaradi nižinskega reliefa bo potrebno za pridobivanje padca zgraditi tudi nasipe, ki bodo služili tako izrabi energetskega potenciala kot tudi poplavni varnosti območja. Tukaj si moramo odgovoriti na vprašanje: Kaj se z ekonomskega vidika bolj splača? Zgraditi cenejšo hidroelektrarno z manjšo proizvodno sposobnostjo in manjšimi prihodki na dolgi rok, alternativa temu je dražja hidroelektrarna z več nasipi, vendar večjimi dolgoročnimi prihodki. Za pridobitev najprimernejše lokacije za postavitev hidroelektrarne sem analiziral tri variante, preko katerih se bo pokazalo, katera lokacija je najprimernejša. Glavna referenčna točka, na katero bodo projektirane HE, je kota spodnje vode HE Špilje 246 m.n.v., ki predstavlja koto zajezitve načrtovanih akumulacij Izbira potencialnih lokacij za postavitev hidroelektrarn na obravnavanem odseku med Ceršakom in Sladkim Vrhom Ne glede na izdano Uredbo o koncesiji za rabo vode za proizvodnjo električne energije na delu vodnega telesa reke Mure od Sladkega Vrha do Veržeja, in s tem podeljeno koncesijo Dravskim elektrarnam Maribor za izkoriščanje reke Mure za pridobivanje električne energije in postavitev osmih hidroelektrarn na Muri s skupno proizvodno močjo 128,7 MW, je v preteklosti prišlo do izjemnega odpora javnosti za postavitev elektrarn. Veliko je bilo napisanega na temo ohranjanja značilnosti obstoječe krajine, značilnega manevriranja, mrtvic na Muri in vseh značilnosti, ki dajo krajni poseben značaj. Za ohranjanje ravnovesja na takšni strugi je potreben dovoljšen dotok plavin in prostor za manevriranje struge. Aktualno stanje na terenu glede na to, da je do Špilja Mura z 32 avstrijskimi elektrarnami popolnoma tehnično urejen vodotok, kaže na to, da se v prihodnosti aktualna pokrajina ne bo ohranila, saj z elektrarnami preprečimo dotok potrebnih plavni za ohranjanje ravnovesja. Prav tako za ohranjanje ravnovesne amplitude meandrov pri meandrirajočem vodnem toku potrebujemo prostor, ki pa smo ga na določenih odsekih s preteklimi izvedenimi melioracijami in protipoplavnimi ukrepi reki Muri odvzeli. Zaradi odpora javnosti se tako po akcijskem načrtu za obnovljive vire energije za obdobje realno predvideva, da bodo po aktualni zgoraj navedeni koncesiji na Muri lahko zgrajene dve do tri hidroelektrarne s skupno močjo 53 MW. [10] Zaradi zgoraj navedenih dejstev je lokacija med Ceršakom in Sladkim Vrhom pomembna, saj na tem delu MHE Ceršak že obratuje in ne spada v kvoto koncesijskih variant, ampak ima ta lokacija svojo koncesijo. Torej s tem lahko pridobimo dodatno HE. V nalogi tako analiziram tri lokacije, ki sem jih izbral zaradi specifičnih karakteristik. Te lokacije bom zaradi boljše preglednosti v nadaljevanju imenoval: Varianta 1, Varianta 2 in Varianta 3. VARIANTA 1 (HE Ceršak) Lokacija HE Ceršak je bila izbrana na lokaciji že obstoječe hidroelektrarne HE Ceršak. Obstoječa lokacija je obravnavana zato, da imamo primerjavo med ekonomskimi kazalci, ki nam kažejo najboljšo lokacijo hidroelektrarne. Predvidena elektrarna je na lokaciji obstoječe MHE Ceršak. Postavljena je v strugo reke Mure, ki jo pregrajuje v celoti. Na ta način je omogočena možnost, da se poveča instalirani pretok, višinsko pa je izkoriščen padec, ki ga

34 16 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. pridobimo z zajezitvijo struge in poglobitvijo struge Mure na dolvodnem odseku. Obstoječa mhe Ceršak se opusti in derivacijski kanal preuredi v prehod za vodne organizme. Spodnja slika prikazuje izbrano lokacijo Variante 1 Ceršak. Slika je izrezana iz priloge A.2, ki prikazuje pregledno situacijo Variante 1. Slika 6: Podroben prikaz obravnavane lokacije Variante 1 v prostoru Figure 6: Detailed display of the Variant 1 palcment the Mura river VARIANTA 2 (HE Sotočje) Lokacija je bila izbrana na mestu, kjer se združita Mura in obstoječ odvodni kanal MHE Ceršak. Z energetskega in izvedbenega vidika je lokacija boljša od predhodne variante, ker izkorišča celotni padec na odseku derivacijskih objektov obstoječe mhe Ceršak. Tudi brez posegov v rečno strugo. Lokacija je bila izbrana tudi zaradi ugodne možnosti izvedbe ribje steze po derivacijskem kanalu mhe Ceršak, ki bo omogočala prehodnost vodnih organizmov po strugi navzgor. Spodnja slika prikazuje umestitev hidroelektrarne v prostor. Slika je izrez iz priloge A.3. Slika 7: Podroben prikaz obravnavane lokacije Variante 2 v prostoru Figure 7: Detailed display of the Variant 2 palcment on the Mura river VARIANTA 3 (HE sladki Vrh) Lokacija je bila izbrana zaradi možnosti izkoristka celotnega razpoložljivega energetskega potenciala tega območja. Lokacija še vedno spada pod koncesijsko območje obstoječe Male

35 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. 17 hidroelektrarne Ceršak. Elektrarna se nahaja približno 2,3 km dolvodno od sotočja derivacijskega kanala obstoječe mhe Ceršak z Muro. Tudi vse predhodne študije predvidevajo postavitev hidroelektrarne na tej lokaciji. Spodnja slika prikazuje umestitev hidroelektrarne v prostor. Slika je izrez iz priloge A.4. Slika 8: Podroben prikaz obravnavane lokacije Variante 3 v prostoru Figure 8: Detailed display of the Variant 3 palcment on the Mura river Spodnji sliki pa prikazujeta obravnavane lokacije hidroelektrarn v prostoru. Slika 9 tako prikazuje, kje se nahajajo potencialne lokacije glede na stacionažo reke. Slika 10 pa nam s pomočjo zemljevidov Google predstavi potencialne lokacije iz satelitskih posnetkov. Slika 9: Podroben prikaz obravnavanih lokacij v prostoru izsek iz priloge A.1 Figure 9: Detailed display of all three discussed locations on the Mura river, part of the attachment A.1

36 18 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. Slika 10: Podroben prikaz obravnavanih lokacij s pomočjo zemljevidov Google Figure 10: Detailed display of all three discussed locations on the Mura river with Google maps V tem poglavju je bilo predstavljeno porečje reke Mure, obstoječe energetske zgradbe, ki so že bile izvedene na reki, predhodne študije in razmišljanja o energetskem izkoriščanju reke Mure v Sloveniji. V zadnjem podpoglavju pa je bilo predstavljeno obstoječe stanje na terenu. Prav tako so bili predstavljeni in opisani vzroki za izbiro teh treh lokacij v prostoru. V nadaljevanju bom opisoval, kako sem pridobil podatke za projektiranje in izdelavo idejnih zasnov hidroelektrarn na obravnavanem odseku med Ceršakom in Sladkim Vrhom.

37 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo PROSTORSKA ANALIZA ODSEKA REKE MURE MED ŠPILJEM IN SLADKIM VRHOM 3.1 Geomorfologija območja med Špiljem in Sladkim Vrhom Zemeljsko površje je rezultat delovanja različnih destruktivnih in gradientnih naravnih sil. Vodotoki tako premeščajo produkte erozijskih pojavov iz področij nastajanja v področja odlaganja. S predvideno gradnjo hidroelektrarn bodo hidromorfološki pojavi vsekakor prizadeti. Vpliv se bo poznal predvsem zaradi spremenjenega vodnega režima in dviga gladine vode na področju zajezitev. Hidromorfološki pojavi so rečne terase, vodni izviri, meandri, mrtvice, prodišča. Obravnavano območje reke Mure je že dlje časa predmet obravnav, saj se je v zadnjem stoletju začelo intenzivneje poglabljati. V glavni meri je to posledica prekinitve morfoloških procesov, ki so izoblikovali videz današnje krajine in njene ekološke značilnosti. Dejstvo je, da se je reka Mura zaradi regulacij izgubila tako na dolžini kot tudi na širini. Mejna Mura je glede na opazovano stanje prve izmere do sedaj krajša za 5 km, širina naravne struge pa se je iz okoli m skrčila pri regulirani strugi na m. Poglobitev sem prikazal v grafu 3 za lokacijo Murski Dvor. Tukaj se je reka od leta 1974 povprečno poglobila za 0,75 m. Postavlja se vprašanje, ali ni zaradi vseh že opravljenih ukrepov strugo bolje povsem urediti. Graf 3: Profil 1 - Murski Dvor, prikaz poglabljanja korita reke Mure [11] Graph 3: Profile 1 Murski Dvor, display of the deepening of the Mura riverbed [11] Zaradi avstrijskega izkoriščanja reke s hidroelektrarnami se je tako rekoč ustavil proces transporta rinjenih plavin. Tako nižje ležeče rečno dno ne dobiva dovolj materiala, ki bi zagotavljal ravnotežno stanje v vodotoku, zaradi tega pa se začne dno poglabljati. Problem sedimentacije se bo pokazal tudi v bazenu, zato bo potrebno po potrebi te sedimente odstranjevati in jih uporabljati na drugih območjih kot recimo vgradnja v nasipe ali prodaja kot gradbeni material. Spodnja slika prikazuje izsek iz priloge A.5, kjer je prikazan vzdolžni prerez obravnavanega odseka in predvidena pozicija elektrarn. Prav tako so prikazane višinske kote brežin. Prečni profili so bili izdelani na sto metrov, višinske podatke o brežinah in dnu sem pridobil iz študije Možnosti energetske izrabe reke Mure idejne in tehnične rešitve [9].

38 20 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. Figure 11: longitudinal cross section of the discussed location between Ceršak and Sladki Vrh Slika 11: Vzdolžni prerez obravnavanega območja med Ceršakom in Sladkim Vrhom 3.2 Geološki podatki Za določanje sestave tal so se že leta 1977 v študiji izvedle geološke raziskave področja. Izdelala se je geološka karta, ki opisuje sestavo temeljnih tal. Na mestu, kjer je predvidena HE Variante 3, je bila opravljena vrtina že leta 1977 na 124 km reke. Spodnja slika prikazuje sestavo tal iz vrtine. Prav tako je bila narejena geološka vrtina v neposredni bližini obstoječe male hidroelektrarne Ceršak. Ugotovljena je bila naslednja sestava tal: Slika 12: Izsek iz hidrogeološke karte porečja Mure na odseku med Šentiljem in Radenci [12] Figure 12: Section from the hydrogeological map of the Mura river basin between Šentilj and Radenci [12] Mura od Ceršaka do Sladkega Vrha teče po aluvialnih naplavinah murskega peščenega proda prekritega s tanko plastjo peska in melja. Na območju Sladkega Vrha, so ugotovili, da je

39 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. 21 zgornja plast murskega peščenega proda debela okoli 5 m. Pod njo leži neprepustna plast sivega trdega miocenskega laporja s tankimi vložki peščenjaka in konglomerata. Pod njim se nahajajo izmenične plasti sivega tanko plastovitega peščenega laporja ter glina s plastmi zbitega peska in peščenega proda. Na globini 15 m se začnejo izmenjavati plasti trdega laporja in peščenjaka, konglomerata in apnenca. Vrtina je bila globoka 30 m. Glede na ostale vrtine opravljene na obravnavanem območju je situacija na sedanji lokaciji HE Ceršak podobna, saj se lapor nahaja na globini 2-3 m pod posteljico reke oziroma na globini okoli 239 m. n. v. Spodaj so prikazane slike izseka karte podolžnega profila od Ceršaka do Radencev, iz katerih sem črpal podatke o geološki zgradbi obravnavanega odseka. Torej pomembni geološki podatki, ki sem jih potreboval so, da je med Ceršakom in Sladkim Vrhom zgornja plast iz 3-5 m prepustnega peščenega proda, pod njo pa se nahaja plast neprepustnega trdega laporja, peščenjaka ali konglomerata. Glede na relief, ki je raven, temeljenje ne bo zahtevno. Težava pa se pojavi pri plasti peščenega proda, ki je prepustna. Tu nastane težava zaradi problema toka pod pregrado, torej sem to upošteval pri izgradnji pregrade in nasipov. Slika 13: Legenda izseka iz hidrogeološke karte porečja Mure na odseku med Šentiljem in Radenci [12] Figure 13: Legend from the hydrogeological map of the Mura river basin between Šentilj and Radenci [12]

40 22 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. Slika 14: Izsek iz podolžneg profila Ceršak-Radenci s prikazom vrtin in geološke zgradbe [12] Figure 14: Section from the longitudinal cross section hydrogeological map of the Mura river basin between Ceršak and Radenci, with a borehole location and soil structure display [12] 3.3 Hidrološki podatki Iz podatkov o hidrologiji območja dobimo pričakovano ovojnico pretokov, s katere določimo pričakovan srednji letni pretok in ekstremne minimalne in maksimalne pretoke. Ekstremni pretoki nam služijo kot podatek, na katerega dimenzioniramo prelivna polja in protipoplavne nasipe. Minimalni pretoki pa nam služijo kot biološki minimum, minimalni pretok ali ekološko sprejemljivi pretok, ki se šteje za ekološko sprejemljivi pretok za ohranjanje biotopa. Pretoki s povratnimi dobami se določijo na podlagi daljšega opazovalnega obdobja. Historično se je na tem območju pretoke Mure opazovalo v Gornji Radgoni. Tako sem iz arhiva Agencije Republike Slovenije za okolje (ARSO) pridobil skoraj popolne podatke o dnevnih vrednostih za pretoke od leta 1930 do leta 2016 za hidrološko postajo Gornja Radgona. Pretoki so se merili vsak dan ob 7:00 od leta Prekinitev merjenja hidroloških podatkov se je zgodila med drugo svetovno vojno od leta 1940 do 1946, ko so ponovno vzpostavili sistem. Tako imamo za hidrološko postajo Gornja Radgona 82 letni niz podatkov. Iz teh podatkov lahko na podlagi statističnih analiz določimo pričakovane povprečne vrednosti pretokov ter ekstremne vrednosti pretokov. Reka Mura ima do padavinske postaje Gornja Radgona prispevno območje ,20 km 2. Stacionaža padavinske postaje je na 106,64 km, kar je najbližja hidrološka postaja. Kot vemo, se večina hidroloških procesov zgodi naključno, zato z uporabo matematične statistike in verjetnostne teorije poskušamo opisati in napovedati hidrološke pojave. Verjetnost nastopa določenega pojava predstavlja eno izmed najpomembnejših analiz hidroloških podatkov, kjer na podlagi predhodnih opazovanj napovedujemo dogodke v prihodnosti. Vsak napovedan pretok (dogodek) ima določeno verjetnost nastopa. Zaradi lažjega razumevanja to v praksi prikazujemo z njeno recipročno vrednostjo, torej povratno dobo dogodka. S pomočjo historičnih podatkov tako lahko potrdimo, da ima Mura snežni rečni režim. Pomembni so tudi podatki o pričakovanih ekstremnih pretokih. Na podlagi beleženih podatkov

41 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. 23 sem izračunal pretoka Q 100 in Q 1000, ki sem jih potreboval v nadaljevanju za dimenzioniranje prelivnih polj in nasipov. Za računanje povratnih dob ekstremnih pretokov sem uporabil v hidrologiji najpogosteje uporabljeni porazdelitveni funkciji log Pearson III in logaritemsko porazdelitveno funkcijo. Porazdelitvena funkcija log Pearson III: Izračun se je začel s pripravo podatkov. Pretoke sem tako računal za 81, 70, 60, 50, 40, 30-letni niz podatkov. V nadaljevanju bom opisal le, kako sem pretoke izračunal za 81-letni niz podatkov, za ostale pretoke je postopek enak, le da je podatkov manj. Tako sem podatke najprej dal v skupine po letih in mesecih ter iz njih dobil povprečne vrednosti pretokov po dnevih in mesecih v opazovanem obdobju. Najvišji zabeležen pretok Mure v obdobju 81 let opazovanja je bil zabeležen in sicer m 3 /s, najnižji pretok pa je bil izmerjen znašal je 40m 3 /s. Podatke sem najprej razvrstil po letih in za vsako leto izračunal maksimalen zabeležen pretok. Nato sem jih razvrstil od največjega do najmanjšega in pretoke logaritmiral, izračunal standardno deviacijo populacije, povprečno vrednost in koeficient razpršenosti. Opravljene so bile statistične analize podatkov o pretokih. Iz tabele frekvenčni faktorji K za gama in log Pearsonove porazdelitve tipa 3 glede na koeficient razpršenosti sem pridobil faktor K, iz katerega sem izračunal pretok s povratno dobo 100 let. Pretok po izračunih glede na hidrološko postajo Gornja Radgona in 81 letni niz podatkov znaša okoli m 3 /s. Pretoke iz logaritemske porazdelitvene funkcije sem dobil tako, da sem podatke najprej razvrstil po letih in za vsako leto izračunal maksimalen zabeležen pretok. Nato sem jih razvrstil od največjega do najmanjšega in pretoke logaritmiral. V nadaljevanju sem izdelal graf in glede na podatke izračunal trendno črto. Iz enačbe trendne črte sem dobil pričakovan pretok s povratno dobo Q 100 in Q Spodnji graf prikazuje trendno črto za 81-letni niz podatkov, iz katerih sem izračunal pretoka s 100 in 1000-letno povratno dobo. 81-letni niz podatkov o pretokih y = ln(x) Pretok [m 3 /s] Logaritemsko merilo: Povratna doba pretoka [leta] Graf 4: Trendna črta za izračun pretokov s 100 in 1000 letno povratno dobo (81-letni niz podatkov)

42 24 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. Graph 4: Trend line for the calculation of the flow with a 100 and 1000 year return period (81 years of observation data) letni niz 1400 y = ln(x) Pretok [m 3 /s] Logaritemsko merilo: Povratna doba pretoka [leta] Graf 5: Trendna črta za izračun pretokov s 100 in 1000-letno povratno dobo (30-letni niz podatkov) Graph 5: Trend line for the calculation of the flow with a 100 and 1000 year return period (30 years of observation data) letni niz 1400 y = ln(x) Pretok [m 3 /s] Logaritemsko merilo: Povratna doba pretoka [leta] Graf 6: Trendna črta za izračun pretokov s 100 in 1000-letno povratno dobo (40-letni niz podatkov)

43 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. 25 Graph 6: Trend line for the calculation of the flow with a 100 and 1000 year return period (40 years of observation data) letni niz y = ln(x) Pretok [m 3 /s] Logaritemsko merilo: Povratna doba pretoka [leta] Graf 7: Trendna črta za izračun pretokov s 100 in 1000-letno povratno dobo (50-letni niz podatkov) Graph 7: Trend line for the calculation of the flow with a 100 and 1000 year return period (50 years of observation data) letni niz y = 284.3ln(x) Pretok [m 3 /s] Logaritemsko merilo: Povratna doba pretoka [leta] Graf 8: Trendna črta za izračun pretokov s 100 in 1000-letno povratno dobo (60-letni niz podatkov)

44 26 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. Graph 8: Trend line for the calculation of the flow with a 100 and 1000 year return period (60 years of observation data) letni niz y = ln(x) Pretok [m 3 /s] Logaritemsko merilo: Povratna doba pretoka [leta] Graf 9: Trendna črta za izračun pretokov s 100 in 1000-letno povratno dobo (70-letni niz podatkov) Graph 9: Trend line for the calculation of the flow with a 100 and 1000 year return period (70 years of observation data) V spodnji tabeli sem prikazal statistično izračunane pretoke Q 100 in Q 1000 po zgoraj omenjeni metodi log Pearson III porazdelitvene funkcije in logaritemske za različne nize podatkov. Log Pearson III porazdelitvene funkcije za pričakovan pretok Q 1000 nisem računal zaradi vprašljivosti teh metod za višje povratne dobe pretokov. Preglednica 6: Prikaz pričakovanih visokovodnih pretokov Q100 in Q1000, glede na različen dolžino opazovalnega obdobja Table 6: Display of the expected high-water Q 100 and Q 1000 flows based on the years of observation data Porazdelitvena funkcija Logaritemska Log Pearson 3 niz podatkov Enote Q [m 3 /s] Q [m 3 /s] Q [m 3 /s] Q [m 3 /s] Izračunane pretoke sem primerjal z že izvedene študijo Hidrološka študija reke Mure [13]. V tej študiji je bilo upoštevanih več merilnih postaj po reki Muri, zato sem se odločil, da bom karakteristike hidroelektrarne dimenzioniral na izračunane pretoke te študije. Za pričakovan pretok s 100-letno povratno dobo sem tako privzel pretok Q 100 = m 3 /s, podatek o pretoku Q 1000 = m 3 /s, enako vrednost predpostavlja tudi ARSO za hidrološko postajo Gornja

45 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. 27 Radgona [3]. V nadaljevanju sem določeval tudi povprečne pričakovane letne pretoke, ki nam dajo podatek o optimalnem inštaliranem pretoku. Povprečne letne pretoke sem izračunal s statistično analizo podatkov za opazovano obdobje od leta na vodomerni postaji Gornja Radgona. Uporabil sem podatke iz arhivskih hidroloških podatkov obdobne statistike za obravnavano vodomerno postajo od Velikost instaliranega pretoka določimo glede na krivuljo trajanja in srednji letni pretok Q sr. V primeru izkoriščanja večjih pretokov izberemo instaliran pretok Q i, ki je višji od srednjega letnega pretoka z upoštevanjem pogoja, da naravni pretok presega instalirani pretok v določenem obdobju v letu. Glede na preteklo študijo Možnosti energetske izrabe reke Mure 2010 [9] in izkušnje na avstrijskih elektrarnah je predvideno, da če želi hidroelektrarna na Muri sodelovati pri zagotavljanju sistemskih storitev, mora biti instalirani pretok presežen minimalno 60 dni v letu. Pretok [m^3/s] Prikaz izračunanih karakterističnih pretokov (obdobje ) povprečni letni pretok inštalirani pretok Qi= 250 m^3/s srednji letni pretok Qsr = 156 m^3/s Dnevi v letu [dan] Graf 10: Prikaz povprečnih letnih pretokov Graph 10: Display of the annual yearly flows V študiji Možnosti energetske izrabe reke Mure 2010 se kot instaliran pretok priporoča pretok med 240 m 3 /s do 270 m 3 /s po mejnem delu Mure z Avstrijo. Za določitev inštaliranega pretoka sem najprej izračunal povprečen, maksimalen in minimalen pretok za vsak mesec v letu glede na 81-letni niz podatkov. Nato sem izračunal povprečen mesečni pretok iz povprečnih letnih mesečnih pretokov. Izračunal sem tudi povprečno vrednost maksimalnih in minimalnih pretokov. Nato sem pretoke razvrstil od največjega do najmanjšega in iz tabele odčital vrednost pretoka, kjer je naravni pretok 60 dni v letu višji. Vrednost odčitanega pretoka je 267 m 3 /s. Kot instalirani pretok na hidroelektrarni sem uporabil vrednost pretoka 250 m 3 /s, saj to velikost pretoka naravni pretok presega preko 60 dni v letu. Zavedati se je potrebno, da so vse to statistične vrednosti. Vrednosti so prikazane v grafu povprečnih letnih pretokov. Spodnja

46 28 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. tabela prikazuje povzetek pridobljenih karakterističnih pretokov, ki so mi v nadaljevanju služili pri načrtovanju idejne zasnove hidroelektrarn. Preglednica 7: Izračunani referenčni pretoki Table 7: Calculated reference flows Pretoki pretok Mera Q m 3 /s Q m 3 /s Q sr 156 m 3 /s Q i 250 m 3 /s 3.4 Varstvo okolja Pri načrtovanju in umeščanju objektov v prostor je najpomembnejši vidik trajnostnega razvoja, pri katerem igra veliko vlogo varovanje okolja in ohranitev danih biotopov. V ta namen se pri vsakem večjem posegu poskuša to zagotavljati v obliki naravnih parkov, s katerimi ne izkoristimo celotnega potenciala reke, ampak del področja uredimo v naravne parke in tam zagotavljamo ohranitev lokalnih vrst značilnih za obravnavano območje. Sedanje stanje v zgornjem toku slovenskega dela Mure od Špilja/Spielfelda do Radencev je sledeče: - Pokrajina in reka sta že urejena, kontrolirana, spremenjena. - Mura in njeni pritoki predstavljajo že v celoti tehnično urejene vodotoke, kar velja tudi za območja, ko reka ne teče skozi urbanizirane predele. - Gorvodno od državne meje pa je reka Mura popolnoma urejena. Zaradi naravovarstvene pomembnosti obravnavanega območja je bila izdelana natančna analiza obstoječega stanja narave. Prav tako za to območje zakon o ohranjanju narave narekuje, da se posegi v prostor načrtujejo tako, da prednostno ohranjajo značilnost krajine. Sicer Mura na obravnavanem območju med Ceršakom in Sladkim Vrhom, kjer preverjam energetsko najbolj smiselno lokacijo, ni posebno zaščitena z uredbami, zakoni ali direktivami, saj v tem predelu velja za zelo tehnično urejen vodotok. Zato se bodo posebna območja varstva (SPA) SI Mura in območja Nature 2000 izvajala dolvodno. V študiji kot ukrep za ohranjanje prostora in zaščito narave predvidevam postavitev ribje steze, ki naj bi zagotavljala določeno prehodnost rib. Drugi ukrepi zaščite narave v tem delu niso predvideni in niso smiselni glede na obstoječe in preteklo stanje, saj je ta del slovenske Mure najlažje in najbolje izkoristljiv. 3.5 Vzdolžni profili in karakteristični prerezi med Špiljem/Spielfeldom in Sladkim Vrhom Izhodišče za dobro analizo lokacije izgradnje hidroelektrarne so dobri geodetski podatki. S projektom Lasersko skeniranje in aerofotografiranje 2011 je Ministrstvo za okolje in prostor v letih 2011 in 2012 zagotovilo doslej najnatančnejše podatke o reliefu za celotno območje Slovenije.

47 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. 29 Natančnost podatkov je 5-10 točk na m 2. Vsi podatki so pripravljeni v novem državnem koordinatnem sistemu D96/TM [14]. Podatke sem pridobil preko strani Agencije RS za okolje in sicer v spletnem pregledovalniku Atlas okolja. Za izdelavo ožjega terenskega digitalnega modela brežin sem uporabil podatke LiDAR snemanja Meritve prečnih rečnih in induacijskih profilov na območju koncesije projekta izgradnje HE na reki Muri, ki je bil izdelan za naročnika Dravske elektrarne Maribor d.o.o. s strani Geodetskega biroja Iztok Slatinšek s.p. Iz te projektne naloge sem pridobil podatke o 34 prečnih profilih mejne Mure, s katerimi sem izdelal karakteristični prerez nasipov. Slabost pridobivanja podatkov z LiDAR metodo je, da nisem pridobil podatkov o celotnem rečnem koritu reke zaradi odboja žarka od gladine vode. Zato so podatki o terenu uporabni le za brežino, ki je na suhem. Zaradi pospešenega poglabljanja dna reke Mure je bilo na območju mejne Mure izvedenih več študij o poglabljanju tal, pri katerih so izvedli tudi meritve prečnih profilov na reki. Glavni viri, iz katerih sem črpal podatke za izdelavo hidravličnega modela, so bile študije z naslovom GrenzMur profilaufnahmen Mur-KM 95,0 130,7 [15], študija Možnosti energetske izrabe reke Mure idejne in tehnične rešitve [9] in podatki iz študije monitoringa objektov male HE Ceršak. V študiji Možnosti energetske izrabe reke Mure idejne in tehnične rešitve je bil izdelan hidravlični model o poteku gladin za pretoke s 100-letno povratno dobo na 100 m. Prav tako sem iz te študije črpal podatke o kotah dna, kotah leve in desne brežine, poteku gladin pri pretokih 40,5 m 3 /s, 58 m 3 /s in 64 m 3 /s. Iz teh podatkov sem tako kasneje določil potrebne višine nasipov. Ti podatki so mi služili kot osnovni podatki za preračun masnih razlik in ocenitev stroškov izgradnje nasipov in pregradne zgradbe. Iz njih sem preračunal tudi potencialni volumen akumulacije, ki jo bo imela hidroelektrarna na razpolago. Glede na to, da bo delovala po principu pretočne elektrarne po dotoku, bo ta volumen služil predvsem za zagotavljanje poplavne varnosti območja. Glede na podatke, ki so mi bili na razpolago, sem izdelal karakteristične profile nasipov obravnavanega območja. Slika 15: Digitalni model reliefa obravnavanega območja 3.6 Hidravlika in energetski potencial Figure 15: digital terrain model of the area V hidroenergetiki je poznavanje hidravličnega izkoristka izjemnega pomena, kajti energijske izgube so neposredno povezane s proizvodnjo električne energije, ki jo potem prodajamo. Poznavanje hidravličnih izgub in njihovo zmanjševanje pomeni večji zaslužek, zavedati pa se moramo, da popolnega bruto energetskega potenciala reke ne bomo nikoli dosegli, saj vedno obstajajo določene energijske izgube zaradi trenja.

48 30 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. V hidroelektrarnah s pomočjo pretvornika energijo vode, ki jo ima tekočina zaradi svoje lege v prostoru, pretvarjamo v električno energijo. Na osnovi podatka o pretoku in povprečnem razpoložljivem padcu glede na ta pretok lahko izračunamo povprečno letno količino proizvedene električne energije, ta pa nam služi kot osnova za izračun ekonomske upravičenosti izgradnje hidroelektrarne. V splošnem je pomembno, da je za določitev moči hidroelektrarne potrebno poznati razpoložljivi bruto padec, ter glede dane, dogovorjene in izračunane hidrološke razmere poznati instaliran pretok. Zavedati se moramo, da se poleg izgub, kot so izgube zaradi ovir v toku, zaradi trenja ob steni, ipd., zaradi spremembe pretoka pri polnem obratovanju dvigne tudi nivo spodnje vode, tako se nam zmanjša maksimalen razpoložljiv padec, vse to pa se kaže v manjšem izkoristku hidroelektrarne. Vse energijske izgube (oziroma izkoristek hidroelektrarne) zajamemo s koeficientom energijskih izgub, ki pa je običajno za tak tip elektrarn med 0,8 0,9. Moč je definirana kot delo opravljeno v določenem času: P [W] = A[J] t [s] = ρ [kg m3] Q [m3 ] g s [m s 2] H net[m] η [/] Spodnja tabela prikazuje največjo računsko moč posamezne elektrarne glede na inštaliran pretok Q i = 250 m 3 /s. Kako sem ta pretok in razpoložljivi padec pridobil je predstavljeno v naslednjih poglavjih. Koeficient energijskih izgub sem privzel iz preteklih študij Mure, tako kot hidroelektrarn na spodnji Savi, katerih koncept izgradnje hidroelektrarne se je izkazal za najprimernejšega tudi na Muri. Tako se glede na tehnične, ekonomske dejavnike in reliefne značilnosti predvideva, da bo skupni koeficient energijskih izgub okoli 0,82. HE Varianta Preglednica 8: Osnovne karakteristike hidroelektrarn po variantah Table 8: Basic characteristics of the HPP by variants Kota zgornje vode [m.n.v] Kota spodnje vode pri Q i [m.n.v.] Bruto padec pri Qi [m] Največja moč HE pri Qi [MW] Varianta ,5 4,5 9,1 Varianta ,8 6,2 12,5 Varianta ,0 8,0 16,1 Za določitev energetskega potenciala lokacije je potrebno glede na lokacijo najprej določiti bruto padec posamezne lokacije. Višina zgornje vode je v našem primeru fiksna in je bila določena kot višina spodnje vode avstrijske elektrarne HE Spielfeld (246m.n.v.). Višina spodnje vode elektrarne pa je odvisna oziroma določena glede na pretočno prevodnost struge dolvodno. V ta namen se je izdelala konsumpcijska krivulja pretočnega profila dolvodno od hidroelektrarne. Za odsek med Ceršakom in Sladkim Vrhom je nivo spodnje vode glede na podeljeno koncesijo za pregrado 238 m.n.v., pri Q i = 250 m 3 /s. Za Varianti 1 in 2 tako velik neto padec ne pride v poštev, saj bi bili stroški poglabljanja struge in zavarovanja brežin preveliki in neupravičeni. Tako je bila višina gladine vode dogovorjena glede na predvideno lokacijo. Torej predvidena gladina vode pri inštaliranem pretoku je približno 1 m nad nivojem trenutne kote dna obstoječe lokacije. Glede na ta podatek o višini gladine spodnje vode, pri Q i in izračunan podatek o širini struge v prečnem prerezu pod pregrado sem izračunal potrebno globino dna. Predpostavke, ki so bile upoštevane pri izračunu višine dna je, da je korito trapezne oblike z naklonom brežin 1:2. Podrobneje sem izračun potrebne kote dna predstavil

49 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. 31 v poglavju 5 Projektirano stanje pri preračunu prelivnega polja, saj je širina prečnega profila pod elektrarno odvisna predvsem od števila in širine prelivnih polj. Preglednica 9: Izračunana kota dna struge glede na varianto Table 9: Calculated altitude of the riverbed Kota dna struge Varianta 1 240,51 [m.n.v.] Varianta 2 238,43 [m.n.v.] Varianta 3 236,79 [m.n.v.]

50 32 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. 4 IDEJNA ZASNOVA HIDROELEKTRARNE V tem poglavju bom predstavil glavne značilnosti izbranega tipa hidroelektrarne, ki sem jih uporabil v idejni zasnovi analize najprimernejše lokacije za postavitev hidroelektrarne na mejni Muri. Da bi čim bolj izkoristil danost vodotoka, sem se odločil za načrtovanje blokovne rečne elektrarne, ki predstavlja najosnovnejši tip rečne elektrarne. Glede na izkušnje pri postavitvi verige na spodnji Savi se je izkazalo, da ima reka Mura na tem predelu podobne karakteristike in bi bila blokovna shema najboljša izbira. Možnost obratovanja po principu pretočne akumulacije se bo povečevala s stopnjo zgrajenosti verige. V začetku bo elektrarna obratovala pretežno pretočno. S povečanjem števila stopenj se bo povečala sposobnost verige za proizvodnjo variabilne in vršne energije ter regulacijske moči. Obratovanje bo odvisno tudi od predpisanih pogojev in omejitev obratovanja, ki jih narekujejo ostali koristniki vodotoka. Osnovna shema je sestavljena vsaj iz dveh osnovnih delov prelivnega in pogonskega dela oziroma strojnice. Strojnica je običajno na enem od bregov: predvidene elektrarne bodo imele strojnico na desni brežini Mure. Pri blokovni shemi elektrarne največjo težavo predstavlja evakuacija visokih voda, v ta namen je jezovna zgradba oblikovana kot pomični jez s pragom in zapornico. Jezovna zgradba mora omogočati učinkovito prevajanje in prelivanje visokih voda ter plavja. Prelivni del pa ne sme biti oblikovan tako, da bi zmanjšal pretočni profil, zato moramo rečno strugo še dodatno razširiti s prestavitvijo strojnice v breg, da bi preprečili tvorjenje motenj pri prevajanju visokih voda in nastajanju nestacionarnih procesov, ki bi ogrozili rečne brežine. Pri slabo nosilnih tleh je potrebno povečati kontaktno površino z objektom, torej moramo povečati iztočni sifonski del ali pa podaljšamo prelivni del. Pri tej vrsti elektrarne je velikega pomena tudi velikost in število agregatov, saj se zaradi velikih instaliranih pretokov in majhnih padcev pogosto srečujemo s pomanjkanjem prostora. Spodnja slika prikazuje obstoječo hidroelektrarno Špilje, ki se nahaja na Muri gorvodno. Kot je iz slike razvidno, je narejena kot blokovna rečna elektrarna, ki deluje po dotoku. Podobno bo izgledala tudi predvidena elektrarna. Slika 16: Primer blokovne sheme rečne hidroelektrarne [16]

51 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo Pregradna zgradba Figure 16: Example block schemes HPP [16] Izbrana pregrada bo stebrska pregrada s strojnico na desnem bregu. Višino vode v akumulacijskem jezeru bomo vzdrževali s pomočjo zemeljskih nasipov, ki bodo potekali ob rečnih brežinah. Torej bo celotna elektrarna mešanega tipa. Ta tip je značilen za široke u doline, kjer imamo slabo hribinsko podlago in zemljine. V ta namen je poseben poudarek namenjen temeljenju togih konstrukcij in nasutih pregrad zaradi deformacij tal. Spodnja slika prikazuje tloris predvidene hidroelektrarne variante 3, elektrarna je v merilu predstavljena v prilogi B.3. Slika 17: Tloris HE Varianta 3 Figure 17: Ground plan HPP Variant 3 Prevajanju visokih vod je namenjena jezovna zgradba z ustreznimi pretočnimi polji, v katerih so prelivni prag, podslapje in zapornice. Z zapornicami je omogočena regulacija pretoka in nivoja zgornje vode. Izbrane zapornice so podlivne segmentne tlačne zapornice. Zapornica je opremljena z zaklopko, ki je vrtljivo oprta na kroni zapornice in služi za natančno uravnavanje gladine zgornje vode ter odvajanje plavja. Pri podlivanju se zapornična konstrukcija dvigne in omogoča prosti iztok pod zapornico in s tem regulacijo prodnih izpustov. Prelivi so objekti v sklopu pregrade, ki so namenjeni nadzorovanemu odvajanju visokih voda preko pregrade. Pri načrtovanju velikosti in prepustnosti prelivov te dimenzioniramo na statistične pretoke Q 100 in Q Preliv mora biti dimenzioniran tako, da ob pojavu visokih vod Q 100 prevaja pretok preko prelivnih polj tudi v primeru, ko je eno izmed prelivnih polj blokirano. Spodnja slika prikazuje vzdolžni prerez prelivnega dela pri idejni zasnovi Variante 3 HE Sladki Vrh iz priloge B.6.

52 34 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. Slika 18: Vzdolžni prerez prelivnega polja varianta 3 Figure 18: Longitudinal cross section view of the overflow field Variant 3 Prav tako mora biti sposoben prevajati pričakovane pretoke Q 1000 ob delovanju vseh prelivnih polj. Stebri so zaradi boljših hidravličnih karakteristik oblikovani stožčasto. Podslapje sem zaradi gospodarnejše izvedbe poglobil in opremil z razbijači. Slika 19: HE Blanca, prikaz prelivnih polj [17] Figure 19: HPP Blanca, display of the overflow fields [17] Zaradi različnih hidravličnih razmer v bazenih pri obratovanju, je na posameznih hidroelektrarnah različno število in velikost pretočnih polj, različna so podslapja in različne so utrditve struge, gorvodno in dolvodno od pregradnega objekta. Spodnja tabela tako prikazuje velikost in število pretočnih polj ter dolžino podslapja. Natančen izračun prelivnih polj in podslapja je prikazan v poglavju 5. Hidroelektrarne Preglednica 10: Karakteristike prelivnih polj Table 10: Characteristics of the overflow fields Širina prelivnega polja [m] Višina prelivnega polja [m] Dolžina podslapja [m] Število prelivnih polj Varianta

53 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. 35 Varianta Varianta Za zaščito spodjedanja struge se tako predvideva utrditev s skalometom v dolžini 15 m dolvodno od zaključka podslapja. Idejna zasnova za vse tri variante je prikazana v prilogah B.1 - B.6. Slika 20: Primer dvignjenih tlačnih zapornic, HE Krško [18] Figure 20: Example of raised pressure locks, HPP Krško [18] Kot pomični del jezovne zgradbe je bila v vseh primerih izbrana tlačna segmentna zapornica z zaklopko. Giblje se po krožnici okoli tečajev, ki so vpeti v stebre. Obtežbe se tako preko ročic in ležajev prenašajo na stebre. Za manevre dviganja in spuščanja se uporabljajo pogonski mehanizmi, ki so na suhem, kar nam daje cenejše in lažje vzdrževanje opreme. Gorvodno stran segmentne zapornice je potrebno oblikovati tako, da je rezultanta vodnega tlaka in lastne teže usmerjena ekscentrično glede na ležaj z namenom zagotovitve minimalnega pritiska noža na podlago. Del zapornice bo v vseh treh primerih tudi zaklopka, ki je namenjena natančnemu uravnavanju gladine zgornje vode, odplakovanju plavajočih predmetov, kot so les, led. Konstrukcija zaklopke je jeklena, statično določena in protitorzijsko oblikovana. Zvezni ali točkovni tečaj zaklopke je sidran na kroni jezu, praga ali zapornice in prenaša delne obremenitve zaklopke na pod konstrukcijo. Zaklopka je tesnjena ob straneh in na tečaju. 4.2 Odvzemna zgradba s strojnico Za rečne elektrarne je značilno, da je odvzemna zgradba in strojnica del pregradnega objekta, tipično je odmaknjena na robni del ali robna dela pregradnega objekta, da ne prihaja do težav pri prevajanju visokih vod čez pregradni objekt. Pri vseh treh variantah je odvzemna zgradba s strojnico postavljena na desni breg Mure. Odvzemna zgradba s strojnico pri tej vrsti elektrarne predstavljata zaključeno celoto objekt je sestavljen iz dovodnega dela, izbranega števila agregatov, centralnega turbinskega trakta z generatorjem, pomožnimi napravami kot so zapornice, rešetke in odvodnega trakta. Idejna zasnova strojnične zgradbe za to diplomsko nalogo je bila povzeta po načrtih pogonskih objektov hidroelektrarn na spodnji Savi. Glavna razlika je v številu agregatov iz treh na dva, saj je v obravnavanih primerih maksimalen pretok skozi turbino 125 m 3 /s oziroma skozi obe turbini 250 m 3 /s. Pomembna razlika se kaže tudi v zajeznih gladinah, bistvenih za določitev neto padcev ter s tem karakteristik turbin na hidroelektrarnah z obravnavanega odseka Mure. Idejna zasnova predvidenih objektov s

54 36 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. karakterističnimi prerezi strojnice za vse tri variante je vidna v prilogah B.7 B.12. Spodnja slika prikazuje vzdolžni prerez predvidene strojnice He pri Varianti 3. Slika 21: Vzdolžni prerez, idejna zasnova strojnice, Varianta 3 Figure 21: Longitudinal cross section view, conceptual design of the engine room, Variant 3 Odvzemna zgradba, ki je del celotne rečne elektrarne, je hidrotehnična zgradba, katere naloga je odvzem vode za potrebe pridobivanja električne energije. Glavni pogoji, ki jim mora zadostiti odvzemna zgradba so: Zanesljivost obratovanja, Možnost nagle in popolne ustavitve pretoka pri izjemnih dogodkih, Preprečeno vnašanje plavin, Minimalne hidravlične izgube odvzema, Čim nižji vzdrževalni in obratovalni stroški odvzemne zgradbe, Čim manjša ranljivost oziroma izpostavljenost odvzemne zgradbe. V ta namen ima vsak del odvzemne zgradbe svojo nalogo, s katero zagotavlja izpolnitev zgoraj naštetih pogojev. V primeru pretočne elektrarne pride v poštev globinska odvzemna zgradba, ki se uporablja v bazenih in akumulacijah, če se obratovalni gladini h max in h min znatno razlikujeta. Glede na konstrukcijske značilnosti sem si izbral odvzem skozi zajezitveno zgradbo. Značilno za nizkotlačne vodne elektrarne je, da je kot že omenjeno odvzemna zgradba s strojnico del celote z jezovno zgradbo in odtočnim traktom. V primeru idejne zasnove hidroelektrarne na Muri je vtočni trakt skrajšan z istimi vodili za rešetko in pomožno zapornico, zasnova pa je podobna kot pri hidroelektrarnah na spodnji Savi, saj je povzeta po njihovih načrtih. Idejna zasnova strojnice je prikazana za vsako varianto posebej v Prilogah B.7 -B.12. Na kratko bom predstavil glavne dele in funkcije posameznih delov odvzemne zgradbe: Glavna zapornica: njena glavna funkcija je namenjena regulaciji dotokov in omogoča zapiranje dovoda pri polnem pretoku, torej ima regulacijski in varnostni namen.

55 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. 37 Pomožna zapornica: je namenjena za zaporo pretočnega trakta v času remontov glavne zapornice, ni namenjena za obratovanje pod pretokom, običajno je prekladnega tipa. Pogonski mehanizem: je namenjen regulaciji in manipulaciji z zapornicami. Glavna in pomožna zapornica imata različna pogonska mehanizma. Rešetka: ima pomembno vlogo preprečevanja vnosa plavin v pretočni trakt, da se preprečijo poškodbe turbin. Rešetka je lahko fiksna ali demontažna. Čistilni stroj: je namenjen mehanskemu čiščenju rešetk. Praviloma ima čistilni stroj več namembnosti uporabe in ga uporabljamo tudi za manipulacijo z zapornicami, dvigovanje bremen in podobno. Eden izmed najpomembnejših delov hidroelektrarne je strojnica s turbinskim delom, saj ta proizvaja električno energijo, ki nato prinaša donos. Turbina je mehanska naprava, ki pretvarja energijo vodnega padca oziroma potencialno energijo vode v mehansko delo rotacije. V gonilniku turbine voda odda delo, ki se pretvori v električno delo. Tukaj je pomembno, kako potekajo energijske pretvorbe v vodni turbini. Voda ima v akumulaciji potencialno energijo. V odvzemni zgradbi se ta energija spreminja v tlačno tako, da ima voda neposredno pred vstopom v turbino le tlačno energijo, ki se nato ob vrtenju spremeni v kinetično energijo, pri tem pa voda gonilniku preda energijo, ta pa prek grede generatorju. Z vzbujanjem navitja rotorja se v navitju statorja inducira električni tok. Vodna turbina, njena os in generator sestavljajo agregat, ki mehanično energijo pretvarja električno. Glede na podan padec za vsako lokacijo posebej in izračunan instaliran pretok 250 m3/s je najbolj smiselna izbira: uporaba dveh cevnih turbin, saj so pri manjših padcih in večjih pretokih učinkovitejše. Pri cevni turbini leži os generatorja horizontalno, torej vzporedno z vodnim tokom. Torej se generator nahaja v dovodni cevi na turbino, kot je razvidno na spodnji sliki. Slika 22: Primer cevne turbine [19] Figure 22: Example of a tubular turbine design [19] Spodnja slika prikazuje prečni prerez strojnice, Variante 3, ki je prikazan v prilogi B.12.

56 38 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. Slika 23: Prečni prerez strojnice, Varianta 3 Figure 23: Cross section view of the engine room, Variant 3 Prav tako omogočajo glede na vertikalne turbine večjo požiralnost. Poleg tega so agregati ožji in lažji, vodni trakt je nižji in daljši, gonilnik pa je lahko manjši. Zaradi vseh naštetih prednosti vgradnja cevnega agregata zahteva plitvejše temeljenje, kar se kaže v cenejši izvedbi v primerjavi s vertikalnimi Kaplanovimi turbinam. Izkoristek v območju delovanja je lahko ob enakih predpostavkah tudi do 3% večji. Omogočajo tudi večjo fleksibilnost regulacije pretoka v območju obratovanja. V Sloveniji imamo največ izkušenj z uporabo cevne turbine s hruško. Uporabljena je bila na hidroelektrarnah na spodnji Savi, saj omogoča velik pretok in posledično veliko moč tudi pri majhnih padcih. Generator je nameščen v hruški, ta pa je vodotesna. Običajno ima gonilnik cevne turbine nameščene tudi gibljive lopatice, s katerimi lahko krmilimo glede na velikost pretoka. Slabosti, ki jih imajo cevne turbine, če jih primerjamo s Kaplanovimi, so krajša življenjska doba agregata zaradi horizontalne postavitve agregata ter težje servisiranje zaradi prostorske stiske. Poleg teh težav moramo pri manjših cevnih turbinah uporabiti multiplikator, ki poveča število vrtljajev med turbinsko in generatorsko gredjo. 4.3 Akumulacija in nasipi za elektrarno Akumulacija je del hidroelektrarne, ki lahko omogoča delne do popolne izravnave pretokov vodotoka v profilu pregrade. Pri obravnavanih lokacijah in pretočnemu tipu hidroelektrarne sem predvidel, da ima akumulacija le funkcijo vzdrževanja zajezitvene višine na koti 246 m.n.v. Poleg tega se zavedam, da se lahko uporabi tudi v druge namene, ki niso povezani z energetsko izrabo. Akumulacija je prostor izven naravnega korita vodotoka, ki ga zavzame vodotok zaradi izgradnje pregrade. S pametnim manevriranjem akumulacije lahko zmanjšamo konice poplavnih valov tako, da s predpraznjenjem akumulacije ujamemo del hidrograma poplavnega vala vodotoka. Poleg energetske izrabe jo lahko uporabimo tudi za oskrbo z vodo (oskrba z pitno vodo, za namakanje, tehnološka voda, ) Vendar pa moramo upoštevati tudi ekološki minimum pod pregrado.faktor instaliranosti pri pretočnih elektrarnah predstavlja razmerje med instaliranim pretokom Q i in srednjim letnim pretokom Q sr :

57 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. 39 ] f i = Q i Qsr = 250[m3 s = 1.6 ] 156[ m3 s Velikost in namen akumulacije odločilno vpliva na energetski pomen elektrarne in njeno zmogljivost. Z ustrezno izbiro koncepta akumulacije lahko maksimalno izkoristimo hidrološke značilnosti vodotoka. Vendar pa to ni edini parameter za določanje vrste akumulacije. Predvidena elektrarna se bo nahajala v spodnjem toku reke Mure. Kot že opisano, je za ta del značilen ravninski svet. Pri tem tipu se proizvodna razpoložljivost v primerjavi z elektrarnami brez akumulacije poveča za 10-15%. Predvidena elektrarna med Ceršakom in Sladkim Vrhom je le ena izmed elektrarn v tem prostoru, zato je pomembno, da lahko deluje tudi v nizu in v ta namen bo tudi tako načrtovana. Želja je, da bi obravnavana elektrarna in vse nadaljnje obratovale v nizu z višje ležečimi avstrijskimi. Druga varianta je, da HE Sladki Vrh deluje kot čelna elektrarna v slovenskem nizu, vendar pa bi jo bilo za takšen scenarij potrebno prilagoditi predvsem s povečanjem akumulacije. Glede na podane reliefne razmere bo potrebno za ohranjanje predvidene zajezne višine na 246 m.n.v na določenih delih vodotoka zgraditi nasipe, kajti obstoječe brežine in okoliški relief so prenizki. V ta namen tudi analiziram tri različne lokacije, kjer se bo shema elektrarne razlikovala le v razpoložljivem bruto padcu, torej bo elektrarna HE Sladki Vrh razpolagala z največjim bruto padcem in bo lahko proizvedla največje prihodke od prodaje energije. Najmanj prihodka od prodaje bo pridobila HE Ceršak zaradi najmanjšega bruto padca. Predvideni nasipi bodo glede na različne predvidene lokacije različno visoki. Torej bo investicija v nasipe pri HE Sladki vrh največja, pri HE Ceršak pa najmanjša. Prav na tem mestu se torej pojavi vprašanje, kje je optimalna točka investicije v nasipe, da bomo v življenjski dobi pridobili največji dobiček. Višina nasipov bo v določenih delih presegala 6 m in prostornina akumulacije presega 3 hm 3, kar pa uvršča predvidene nasipe med visoke pregrade [20]. Visoke pregrade po zakonu o graditvi objektov spadajo med zahtevne inženirske objekte. Za vzdrževanje nivoja vode v akumulaciji bodo nasipi izvedeni kot nasuta konstrukcija z naklonom brežin 1:2. Spodnja slika HE Brežice prikazuje uporabo zemeljskih nasipov za vzdrževanje nivoja vode v akumulacijskem jezeru. Slika 24: HE Brežice [21] Figure 24: HPP Brežice [21]

58 40 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. V spodnji tabeli je prikazana ocenjena dolžina nasipov in volumen potrebnega nasipnega materiala. Podrobneje sem masne razlike predstavil v poglavju 5. Preglednica 11: Ocenjene dolžine nasipov in potreben volumen nasipnega materiala Table 11: Estimated length and required volume of embankment material Lokacija HE: Dolžina nasipa leva stran [km] Dolžina nasipa desna stran [km] Volumen potrebnega nasipnega materiala [m 3 ] Varianta 1 1,4 1, Varianta 2 3,0 3, Varianta 3 5,8 4, Potreben material se bo dobil delno iz izkopov za elektrarno, preostali material pa se pripelje iz glinokopov in prodišč. Glede na preliminarne geološke raziskave je bilo ugotovljeno, da so značilnosti vrtine na območju Sladkega vrha naslednje: Zgornja plast je iz murskega peščenega proda debela okoli 5 m. Pod njo leži neprepustna plast sivega trdega laporja. Rezultati vrtine na območju HE Ceršak nam podajo sliko podlage. Do globine okoli 3 m pod površino se nahaja plast murskega peščenega proda. Pod njo pa se nahaja plast laporja. Plast murskega peščenega proda je zelo prepustna za vodo. Tako bo potrebno poleg nasipov zgraditi še injekcijsko zaveso do neprepustnega sloja laporja. Predvidena širina krone nasipa je minimalno 3 m predvsem zaradi vzdrževanja nasipov. Nasipi bodo načrtovani kot slojevita zemeljska pregrada. Za zagotovitev tesnjenja in neprepustnosti nasipa bo uporabljen sloj geotekstila na osnovi bentonitne gline na vodni strani nasipa. Pod nasipom pa je predvidena injekcijska zavesa. Vodna stran nasipov bo stabilizirana s kameno zložbo. Predviden naklon brežin je 1:2, torej naklonski kot brežin je za vse tri variante. Poleg tega je bilo upoštevano tudi odstranjevanje 20-centimetrske plasti humusa. Upoštevani nasipi so oblikovani kot pravilen trapez. Na suhi strani nasipov je predviden tudi jarek za opazovanje precejanja vode skozi nasip. Pomemben kriterij gradnje nasipa in pregrade je postavitev varnosti objekta pred stroški gradnje. Pomemben dejavnik pri nasipih je evakuacija visokih voda pri halvarijah, ki je predvidena preko glavne jezovne zgradbe. Karakteristični prerezi nasipov so predstavljeni v prilogah C.1 -C.3. Spodnji sliki prikazujeta karakteristične prereze nasipov. Prva slika prikazuje prerez na območju Ceršaka, druga pa na območju Sladkega vrha. Slika 25: Karakterističen prečni prerez nasipa na območju Ceršaka

59 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. 41 Figure 25: Characteristic cross-section of the embanktment in the Ceršak area Slika 26: Karakteristični prerez nasipa na območju Sladkega Vrha Figure 26: Characteristic cross-section of the embanktment in the Sladki Vrh area 4.4 Umestitev prehoda za vodne organizme v prostor Z izgradnjo hidroelektrarne se postavi v vodotok ogromna neprehodna ovira za vodne organizme, s katerimi prekinemo njihove migracijske poti, onemogočimo njihov dostop do drstišč, hrane, skrivališč, s tem pa ogrožamo njihov obstoj in tudi biodiverziteto območja. Iz teh razlogov moramo za zagotavljanje migracij načrtovati tako imenovane ribje steze. Potrebno se je zavedati, da so ribe velik pokazatelj kakovosti vodnih ekosistemov z njihovo prisotnostjo, številčnostjo in starostno razporeditvijo. Vsakršna prepreka poruši naravno stanje in s tem ogroža obstoječi vodni ekosistem. Veliko študij je že bilo opravljenih na temo ribjih stez. V preteklosti se je pokazalo, da je veliko zgrajenih ribjih stez nedelujočih, neprimernih za migracijo vodnih organizmov. Zaradi tega je pomembna pravilna zasnova. Eden izmed dobrih primerov iz prakse je ribja steza na HE Arto Blanca, ki je namenjena migraciji različnih vrst rib, kot so prave krapovice in salmonidi (postrvi). Ribja steza je temu primerno tudi projektirana saj je bil v ta namen izbran tudi položen vzdolžni padec dna. Zaradi že obstoječe mhe Ceršak predlagam, da bi lahko na prvih dveh lokacijah Varianta 1 in Varianta 2 ribjo stezo izdelali po delu trase že obstoječega derivacijskega kanala, ki je trenutno namenjen dovodnji vode na mhe Ceršak. Spodnji sliki prikazujeta predlagano rešitev umestitve ribje steze za posamezne variante. Slika 27: Umestitev ribje steze v prostor, Varianta 1 (levo), Varianta 2 (desno) Figure 27: Geographical location of the fishways, Variant 1 (left), Variant 2 (right)

60 42 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. Slika 28: Umestitev ribje steze v prostor, Varianta 3 Figure 28: Geographical location of the fishway, Variant 3 Cilj projektiranja ribje steze je zagotovitev delujoče steze, hkrati pa se držimo ekonomsko še upravičenih okvirov. Zaradi že izkopanega kanala menim, da je to dobra ekonomsko upravičena rešitev. V primeru lokacije Variante 3 pa bo zaradi topografskih danosti območja potrebno ribjo stezo zgraditi na avstrijski strani, torej levem bregu Mure. V projektni nalogi predvidevam, da se prehod priključi na mlinski kanal. V nadaljevanju bom na kratko predstavil glavne lastnosti ribjih stez ter dejavnike, na katere moramo biti pozorni pri projektiranju. Pogoji, ki definirajo idealno ribjo stezo, kjer je prehod preko pregrade neomejen, so naslednji: prehod za posamezne vrste naj ne bi predstavljal časovnih in energijskih izgub, poškodb, bolezni, šoka ali uplenitve. Posamezna vrsta naj bi v stezo vstopila brez časovnih zadržkov in hitro in enostavno našla vhod in izhod. Najoptimalnejša rešitev za naravo je sonaravna ureditev ribje steze, saj posnema dinamiko naravnih vodotokov. S pomočjo manjših umirjenih bazenov z območij pospešenega toka in posnemanjem morfologije dajejo primerljivo uspešnost znanim tehničnim ribjim stezam. Za razliko od tehničnih, se sonaravne izkažejo z večjo uspešnostjo povezljivosti zgornje in spodnje vode. Pri izgradnji imajo prednost v tem, da se uporablja material iz okolice, različne kombinacije gramoza, skal, zemljin z namenom čim bolj posnemati naravni vodotok na območju. Poznamo dve vrsti sonaravnih ukrepov hrapave drče in obtočni kanali. V grobem so hrapave drče cenejša alternativa, vendar pa lahko obtočni kanali najbolje posnemajo rečno dinamiko, s tem pa omogočamo migracije tudi drugim vodnim organizmom kot so nevretenčarji in majhne ribe. Slaba stran le teh je, da zahtevajo za izgradnjo velike površine, ki pa so v primeru obravnavanih lokacij na voljo po trasi derivacijskega kanala mhe Ceršak in mlinskega kanala. Literatura navaja, da naj bi bile optimalne hitrosti ribje steze od 0,4 do 0,6 m/s, naklon dna pa med 1:100 in 1:20 ter minimalno širino 0,8 m [22]. Pri strmejših postavitvah objektov se pojavlja težava zagotavljanja teh hitrosti. V ta namen se postavlja naravne tehnične ovire zaradi povečanja hrapavosti, saj tako zmanjšamo hitrost in povečamo globino vode ter nudimo ribam prostor za počitek. Za prehod vodnih organizmov preko pregrade sem za vse tri variante predvidel sonaravno ureditev ribje steze kot obtočni kanal. Varianti 1 in 2 naj bi potekali po že obstoječem derivacijskem kanalu mhe Ceršak. Pri Varianti 3 pa bi prehod speljali po avstrijski strani preko mlinskega kanala. Za dobro delovanje ribjih stez je velikega pomena že vhod v ribjo stezo, ki mora biti postavljen na takšen način, da ga ribe čim lažje najdejo, ob enem pa moramo zagotoviti primeren tok, ki ne preseže plavalnih zmožnosti rib. V ta namen sem izbral potek ribje steze preko derivacijskega kanala mhe Ceršak in mlinskega kanala. Naslednji faktor, ki vpliva na učinkovito delovanje ribje steze, je njena postavitev ob pregradni profil. Vodni organizmi se najraje premikajo po toku navzgor v matici toka, kjer je smer najbolj očitna, in vztrajajo tako

61 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. 43 dolgo, dokler jim razmere tega ne dovolijo več oziroma so hitrosti ali turbulence premočne. Zato je pomembno, da se vhod postavi čim bližje pregradi in strojnici. Če je kljub temu treba postaviti vhod stran od pregrade zaradi prostorskih omejitev, je treba temu primerno povečati tudi privlačni tok. Zaradi prostorskih razmer vhoda v ribjo stezo ne bo možno postaviti neposredno v bližino pregrade. Kot rešitev tako predlagam, da se pred združitvijo nazaj v rečni profil ob izliv ribje steze postavi kamnite ovire. S tem se pospeši tok, kar se kaže v bolj privlačnem toku za vodne organizme. Spodnji kolaž slik prikazuje primer dobre prakse, kjer se je s pomočjo skal oblikujejo ugodne razmere za prehod vodnih organizmov. Iz razmer na hidroelektrarnah v Sloveniji je razvidno, kako pomembo je pravilno projektiranje ribjih stez in ohranjanje migracijskih poti tako gorvodno kot tudi dolvodno, predvsem za prenos genskega materiala. Slika 29: Prikaz urejene struge in postavitve skal za vzpostavitev ribje steze [23] Figure 29: Example of a arranged channel and the laying the rocks for the fishway [23] Slika 30: Prikaz postavitve skal in ureditve struge za vzpostavitev ribje steze [23] Figure 30: Example of laying the rocks and channel regulation for the fishway [23] Če ribjega prehoda ni, ni možen dostop do drstišča. Kjer prehod obstaja, ga ribe težko ali sploh ne najdejo brez zadostnega, a ustrezno zavarovanega privlačnega toka pri vtoku. V Sloveniji je na Dravi, Savi in Soči skupaj 19 hidroenergetskih pregrad. Na hidroelektrarnah na reki Soči ribjih prehodov ni in tudi niso bili načrtovani. Na Savi je zgrajenih 6 velikih hidroelektrarn: od tega imata hidroelektrarni Mavčiče in Vrhovo umetni drstišči kot nadomestilo za prekinjeno migracijo na gor- in dolvodna drstišča, deluje pa le drstišče v Mavčičah. Na vseh velikih

62 44 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. hidroelektrarnah v Sloveniji je skupaj 5 ribjih prehodov, od katerih so 4 nefunkcionalni, opuščeni ali pa že odstranjeni. Domnevno prvi ribji prehod je bil v Sloveniji zgrajen na hidroelektrarni Fala na Dravi, ki so ga ob rekonstrukciji hidroelektrarne okoli leta 1990 porušili, češ da ni funkcionalen. Ribji prehodi so bili izgrajeni še na hidroelektrarnah Dravograd, Vuzenica in Mariborski otok, ki pa so bili zaradi različnih razlogov porušeni oziroma opuščeni. Iz predstavljenega povzetka strokovnega članka je razvidna pomembnost pravilne postavitve ribjega prehoda povzeto po [24]. Poleg vhoda so pomembne tudi hidravlične razmere v ribji stezi, zato je pomembno tudi vzdrževanje. Tako kljub dobremu znanju o načrtovanju ribjih prehodov tudi po svetu ponekod nimajo dobrih rezultatov. To je predvsem posledica slabega privlačnega toka, naplavin, ki spreminjajo hidravlične razmere, neprimerna temperatura, svetloba. V večini primerov se je to zgodilo pri ribjih vrstah s slabšimi plavalnimi sposobnostmi, redko pri salmonidih, ki so bili pri preučevanih objektih osrednja vrsta, ki se jo je upoštevalo pri načrtovanju prehoda navzgor. To se pokaže predvsem v primeru Snake Rivers v Kolumbiji, kjer salmonidi prehajajo nemoteno, za druge ribe pa je prehod nemogoč [25]. Novejše raziskave so pokazale, da moramo ribje steze načrtovati za ribje vrste z najslabšimi plavalnimi sposobnostmi kot v primeru reke Mure Velika Senčnica. Rešitve se kažejo v že obstoječih dolgih kanalih (derivacijski kanal mhe Ceršak in mlinski kanal), s katerimi se lahko dosežejo ugodne hidravlične razmere za Veliko Senčnico, s tem pa bomo posnemali naravne hidravlične razmere. V tem poglavju so bile predstavljene teoretične smernice za dimenzioniranje hidroelektrarne, v naslednjem poglavju pa so bile uporabljene te smernice za načrtovanje hidroelektrarne. Kot že omenjeno bom v namen analize najprimernejše lokacije dimenzioniral eno vrsto hidroelektrarne, z enakimi instaliranimi pretoki, strojnico in širino prelivnih polji. Postavljene HE se bodo razlikovale po razpoložljivem bruto padcu, po predvidenim dolžinam in višinam nasipov ter po številu prelivnih polj.

63 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo PROJEKTIRANO STANJE Namen projektiranja je izdelati orodje, s katerim bomo sposobni odgovoriti na vprašanja o doseganju zaželenih funkcij, obnašanju, posledicah (npr. vpliv na okolje ipd.), načinu obratovanja, ekonomičnosti itd. predvidenega ali obstoječega človekovega posega. V tem poglavju bodo predstavljene mere predvidenih objektov ter izračun, na katerem slonijo. V prvem delu bo predstavljen izračun same pregradne zgradbe. Pri gradnji hidroelektrarne se nam najprej pojavi vprašanje, kje je najprimernejša lokacija za umestitev hidroelektrarne v prostor. Kot že omenjeno, je bilo na to temo narejenih kar nekaj študij glede na predhodne raziskave, ki so bile narejene, glede na izbran instalirani pretok Q i hidroelektrarne ter glede na danosti lokacije so bile v namen variantne analize možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri izbrane tri lokacije: Ceršak (Varianta 1), mesto sotočja derivacijskega kanala MHE Ceršak in reke Mure (Varianta 2) in Sladki vrh (Varianta 3). Postavi se vprašanje, zakaj so bile izbrane ravno te tri lokacije. HE VARIANTA 1 Slika 31: Predvidena lega objekta v prostoru HE Varianta 1 Figure 31: Predicted position of the HPP in space Variant 1 Predviden pregradni objekt pri Varianti 1 se nahaja na stacionaži km 128,300 gorvodno od sotočja Mure in Drave. Predvidena lokacija je bila izbrana predvsem zaradi že obstoječega objekta mhe Ceršak, ki je potrebna popolne prenove, saj je popolnoma neučinkovita. Stanje na terenu je že bilo predstavljeno v točki Osnovne kote glede na predhodne geodetske meritve in preliminarne študije so naslednje: Preglednica 12: Osnovni višinski podatki lokacije Variante 1 Table 12: Basic altitude data of the Variant 1 site location Kota dna: 240,50 m.n.v. Levi breg: 245,95 m.n.v. Desni breg: 247,31 m.n.v. Gladina Q ,57 m.n.v. Kota zajezitve: 246,00 m.n.v.

64 46 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. Slika 32: Vzdolžni prerez obravnavane lokacije za HE, Varianta 1 s predvidenim nasipom Figure 32: Longitudinal cross section view of the discussed HPP area, Variant 1 with the planned dikes HE VARIANTA 2 Slika 33: Predvidena lega objekta v prostoru HE, Varianta 2 Figure 33: Predicted position of the HPP in space Variant 2 Lokacija predvidenega pregradnega objekta pri Varianti 2 se nahaja na stacionaži km 126,700 gorvodno od sotočja Mure in Drave. Lokacija je bila izbrana na mestu, kjer se združi reka Mura z derivacijskim kanalom mhe Ceršak. Stari derivacijski kanal bo služil kot zbiralnik zalednih vod in migracijska pot za vodne organizme. Osnovne kote glede na predhodne geodetske meritve in preliminarne študije so naslednje: Preglednica 13: Osnovni višinski podatki lokacije Variante 2 Table 13: Basic altitude data of the Variant 2 site location Kota dna: 238,77 m.n.v Levi breg: 243,89 m.n.v Desni breg: 243,79 m.n.v

65 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. 47 Gladina Q ,63 m.n.v Kota zajezitve: 246,00 m.n.v Slika 34: Vzdolžni prerez obravnavane lokacije za HE, Varianta 2 s predvidenim nasipom Figure 34: Longitudinal cross section view of the discussed HPP area, Variant 2 with the planned dikes HE VARIANTA 3 Slika 35: Predvidena lega objekta v prostoru HE, Varianta 3 Figure 35: Predicted position of the HPP in space Variant 3 Predviden pregradni objekt pri Varianti 3 se nahaja na stacionaži km 123,800 gorvodno od sotočja Mure in Drave. Lokacija je bila izbrana na mestu, kjer je bila v preteklih študijah že predvidena HE Sladki Vrh. V tem primeru se predvideva izkoristek celotnega bruto padca 8 m. Osnovne kote glede na predhodne geodetske meritve in preliminarne študije so naslednje:

66 48 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. Slika 36: Vzdolžni prerez obravnavane lokacije za HE, Varianta 3 s predvidenim nasipom Figure 36: Longitudinal cross section view of the discussed HPP area, Variant 3 with the planned dikes Preglednica 14: Osnovni višinski podatki lokacije Variante 3 Table 14: Basic altitude data of the Variant 3 site location Kota dna: 233,76 m.n.v. Levi breg: 238,68 m.n.v. Desni breg: 239,79 m.n.v. Gladina Q ,62 m.n.v. Kota zajezitve: 246,00 m.n.v. V vseh obdelanih variantah rečnih stopenj smo izhajali iz že pred časom dogovorjene obratovalne gladine nekdaj načrtovane HE Sladki vrh,ki je na koti 246,00 m.n.v. Za projektiranje prelivnih polj in podslapja pa je spodnja referenčna gladina Q 100. V prilogah A.1 A.4 je prikazana lega predvidenih hidroelektrarn v prostoru. V prilogah A.5 A.8 pa je prikazan vzdolžni profil reke Mure od slovenske državne meje z Avstrijo do posameznih hidroelektrarn. Zdaj, ko je bila hidroelektrarna umeščena v prostor, je bilo v namen idejne zasnove potrebno izračunati število prelivnih polj in dolžino podslapja. 5.1 Dimenzioniranje prelivnih polj in podslapja Ob postavitvi pregrade se v profil reke postavi ogromna ovira, ki obstoječo gladino vode dvigne nad nivo terena. Ko imamo normalne pretoke, lahko višino vode v akumulacijskem jezeru vzdržujemo preko pretoka skozi turbine. Pri pojavu visokih vod pa moramo za preprečevanje pojava poplav zaradi visokih pretokov na okoliških območjih, naseljih, vodo varno odvajati preko pregrade. V ta namen se gradi prelivna polja in zapornice. Zapornice imajo tako dve glavni funkciji. Prva je, da vzdržujejo željen nivo vode, druga pa, da ob pojavu visokih vod z njihovim dvigom varno odvajamo vodo preko pregrade. S pomočjo hidrološke analize smo pridobili predvidene pričakovane vrednosti pretokov s 100 in 1000-letno povratno dobo. Tako so ti pretoki za Q 100 = m 3 /s in Q 1000 = m 3 /s. Velikost posameznega prelivnega polja je odvisna od širine in višine prelivnega polja. V praksi je značilno, da si eno izmed dimenzij prelivnega polja izberemo, drugo pa izračunamo. Zaradi lažje gradnje sem si izbral širino prelivnega polja, ki za vse variante znaša 15 m. Tako je bilo potrebno izračunati potrebno število prelivnih polj glede na razpoložljivo višino. Najprej sem

67 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. 49 izračunal, koliko kubikov vode lahko prevaja posamezno polje glede na višino vode. V ta namen sem si pripravil tako imenovano konsumpcijsko krivuljo. Konsumpcijska krivulja nam prikazuje odvisnost pretoka od globine vode. V izračunu je upoštevan dejanski pretok skozi polje ob upoštevanju izgub pretoka zaradi trenja ob ostenju in kontrakciji curka zaradi vpliva stebrov. Kot že omenjeno se prelivna polja dimenzionira tako, da lahko prevajajo visokovodni pretok s 100-letno povratno dobo (Q 100) pri izpadu običajno ene zapornice oziroma da pri Q 1000 obratujejo vsa prelivna polja. Izpad prelivnega polja oziroma delovanja zapornice je mogoč predvsem zaradi vzdrževalnih del, popravil ali revizije zapornice ali dela podslapja in blokirane zapornice. Kot vhodne podatke sem izbral osnovne kote, predstavljene v prejšnjem poglavju za posamezne variante. Glede na namen magistrske naloge, kjer analiziram najprimernejšo lokacijo za izdelavo hidroelektrarne, sem pri pregradni zgradbi upošteval določene poenostavitve. Tako same strojnice nisem računal, ampak sem jo povzel po načrtih HE Kresnice, kjer je prav tako predvidena vgradnja dveh cevnih turbin s požiralnostjo 250 m 3 /s. Seveda sem globino strojnice prilagodil danim razmeram, glede na variante. Tako je strojnica pri vseh variantah 33 m širok objekt, kar nam služi pri izračunu dolžine podslapja. Višina strojnice se razlikuje glede na lokacijo. Stebri so upoštevani kot objekti širok 3 m in eliptične oblike, tako je koeficient oblike stebrov 0,06. HE VARIANTA 1 Ob upoštevanju zgoraj navedenih predpostavk je za to lokacijo predvidenih šest prelivnih polj. Prelivna polja so široka 15 m. Kota praga preliva je na nadmorski višini 241,00 m. Predvidena gladina Q 100 v akumulacijskem jezeru je 246,61 m.n.v. Projektirana gladina Q 100 na pragu je 245,45 m.n.v. ob upoštevanju prelivne višine zaradi kontrakcije curka ob stebrih. Pretok Q 100 na posamezno prelivno polje znaša 300 m 3 /s. V primeru nedelovanja strojnice se zapornice projektira z zaklopko, ki mora biti sposobna prevajati Q i. V spodnji tabeli je prikazana konsumpcijska krivulja, v stolpcu 2 posamezni zaklopki in v stolpcu 3 pa skupen pretok skozi zaklopke. Tukaj imamo 6 pretočnih polj. Na posamezno polje znaša pretok, ki ga mora biti zmožna prevajati zaklopka, 42 m 3 /s. Predvidena je zaklopka višine 1,5 m. Slika 37: Tloris HE, Varianta 1

68 50 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. Figure 37: Ground plan HPP Variant 1 Preglednica 15: Konsumpcijska krivulja zaklopke HE, Varianta 1 Table 15: Consumption curve of the valve on the HPP locks, Variant 1 Kota [m.n.v.] Q posamezno [m 3 /s] Q skupaj [m 3 /s] ,5 8, , ,5 51, V spodnjem grafu je prikazana konsumpcijska krivulja. Krivulja prikazuje spremembo pretoka skozi prečni prerez na zaklopki ob spreminjanju višine vode. Na abscisni osi je prikazan pretok preko vseh šestih prelivov skupaj. Ordinata pa prikazuje spremembo globine vode glede na odprtost zaklopke. Pretok čez zaklopke Q z [m 3 /s] Prelivna višina [m] Graf 11: Konsumpcijska krivulja zaklopk na zapornicah HE, Varianta 1 Graph 11: Consumption curve of the valve on the HPP locks, Variant 1 Spodnja tabela prikazuje pretok vode preko preliva ob različnih višinah vode. Drugi stolpec prikazuje pretok vode skozi eno prelivno polje, tretji stolpec v tabeli pa skupni pretok vode, če deluje pet prelivnih polj, zadnji stolpec pa prikazuje pretok pri delovanju vseh šestih prelivnih polj. Prav tako spodnji graf prikazuje spremembo pretoka skozi prečni prerez na prelivu, ob spreminjanju višine vode. Na abscisni osi je prikazan pretok preko vseh delujočih prelivov. Ordinata pa prikazuje nivo vode.

69 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. 51 Preglednica 16: Konsumpcijska krivulja prelivnih polj HE, Varianta 1 Table 16: Consumption curve of the HPP overflow fields, Variant 1 Kota [m.n.v.] Q posamezno [m 3 /s] Q 5-prelivnih polj [m 3 /s] Q 6-prelivnih polj [m 3 /s] Kot je razvidno iz tabele in grafa sta oba pogoja dimenzioniranja prelivnih polj izpolnjena. Pretok preko šestih prelivnih polj Pretok preko petih prelivnih polj Prelivna višina [m.n.v.] Pretok čez prelivna polja Qp' [m 3 /s] Graf 12: Konsumpcijska krivulja prelivnih polj HE, Varianta 1 Graph 12: Consumption curve of the HPP overflow fields, Variant 1 Zaradi prelivanja vode preko praga preliva ostaja vodi višek potencialne energije, zato se ji spremeni režim toka v deroči tok, ko pa se porabi dovolj odvečne energije, preide tok preko vodnega skoka v ustrezen režim vodnega toka, ki ga narekujejo razmere na dolvodnem odseku vodotoka. Višek energije tako lahko povzroča poškodbe struge na dolvodnem odseku, dokler se ne porabi višek potencialne energije. Zaradi več razlogov je tako nujno potrebno, da se pretvorba iz deročega toka v mirni tok zgodi čimprej. Razdalja, na kateri se pojavi vodni skok, je odvisna od razpoložljive energije in pretoka, zato lahko z ustreznimi tehničnimi ukrepi

70 52 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. dosežemo, da se vodni skok ter z njim povezana poraba odvečne energije zgodi čim prej na željeni lokaciji. S tem bomo dosegli optimalno podslapje, na katerem bo potrebno drago zavarovanje struge pred erozijo. Na ta način preprečujemo, da bi lahko prišlo do uničevanja in ogrožanja stabilnosti objekta ob pojavu ekstremnih razmer. Učinkovito porabo odvečne energije lahko dosežemo le z dobro razvitim vodnim skokom. Na podlagi raziskav se tako ocenjuje delež disipirane energije v vodnem skoku na podlagi Froudovega števila dotekajočega curka deročega toka [26]. - Fr 1 = 1,0 1,7 : ni vodnega skoka, - Fr 1 = 1,7 2,5 : slaboten vodni skok (disipacija do 15%), - Fr 1 = 2,5 4,5 : oscilirajoči vodni skok (disipacija od 20% - 45%), - Fr 1 = 4,5 9,0 : stabilni, učinkovit vodni skok (disipacija od 45% - 75%). Povišanje vrednosti Froudovega števila lahko dosežemo tudi s tehničnimi ukrepi, kot so vgradnje razbijačev, usmernikov, pragov. S tem lahko skrajšamo dolžine potrebnih podslapij. Za zmanjšanje dolžine podslapja sem tako uporabil izgradnjo dveh pragov v podslapju in s tem dosegel zmanjšanje dolžine podslapja. Varianta 1: Froudovo število 3,0 oscilujoči vodni skok, katerega motnja potuje dolvodno in izpodjeda bregove, slaba je pretvorba energije, zato je potrebna dodatna ureditev podslapja. Glede na preračune Froudovega števila sem ugotovil, da je najprimernejši tip podslapja tisti z zaključnim pragom. Tako sem potrebno dolžino podslapja iz 15,5 m zmanjšal na 14 m z dvema stopnjama praga 1,15m. Ustrezni tloris HE in karakteristični vzdolžni prerez prelivnega polja je prikazani v prilogah B.1, B.4. Slika 38: Karakteristični vzdolžni prerez prelivnega polja HE, Varianta 1 Figure 38: Characteristic longitudinal cross section view of the HPP overflow field, Variant 1

71 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. 53 HE VARIANTA 2 Slika 39: Tloris HE, Varianta 2 Figure 39: Ground plan HPP Variant 2 Ob upoštevanju zgoraj navedenih predpostavk je za to lokacijo predvidenih pet prelivnih polj. Prelivna polja so široka 15 m. Kota praga preliva je na nadmorski višini 239,50 metrov nadmorske višine. Predvidena gladina Q 100 v akumulacijskem jezeru je 244,63 m.n.v. Projektirana gladina Q 100 na pragu nedelovanju enega prelivnega polja je 245,32 m.n.v. ob upoštevanju prelivne višine zaradi kontrakcije curka ob stebrih. Pretok Q 100 na posamezno prelivno polje znaša 450 m 3 /s. V primeru nedelovanja strojnice se zapornice projektira z zaklopko, ki mora biti sposobna prevajati Q i. V spodnji tabeli je prikazana konsumpcijska krivulja v stolpcu dve posamezne zaklopke in v stolpcu tri skupen pretok skozi zaklopke. Tukaj imamo 5 pretočnih polj. Na posamezno polje znaša pretok, ki ga mora biti zmožna prevajati zaklopka, 50 m 3 /s. Predvidena je zaklopka višine 1,5 m. Preglednica 17: Konsumpcijska krivulja zaklopke HE, Varianta 2 Table 17: Consumption curve of the valve on the HPP locks, Variant 2 Kota [m.n.v.] Q posamezno Q skupaj [m 3 /s] [m 3 /s] ,5 8, , ,5 51, V spodnjem grafu je prikazana konsumpcijska krivulja. Krivulja prikazuje spremembo pretoka skozi prečni prerez na zaklopkah ob spreminjanju višine vode. Na abscisni osi je prikazan pretok preko vseh petih prelivov skupaj. Ordinata pa prikazuje spremembo globine vode glede na odprtost zaklopke.

72 54 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. Pretok čez zaklopke Q z [m 3 /s] Prelivna višina [m] Graf 13: Konsumpcijska krivulja zaklopk na zapornicah HE, Varianta 2 Graph 13: Consumption curve of the valve on the HPP locks, Variant 2 Spodnja tabela prikazuje pretok vode preko preliva ob različnih višinah vode. Drugi stolpec prikazuje pretok vode skozi eno prelivno polje, tretji stolpec v tabeli pa skupni pretok vode, če delujejo štiri prelivna polja. Zadnji stolpec prikazuje pretok pri delovanju vseh prelivnih polj. Prav tako spodnji graf prikazuje spremembo pretoka skozi prečni prerez na prelivu ob spreminjanju višine vode. Na abscisni osi je prikazan pretok preko vseh delujočih prelivov. Ordinata pa prikazuje nivo vode. Preglednica 18: Konsumpcijska krivulja prelivnih polj HE, Varianta 2 Table 18: Consumption curve of the HPP overflow fields, Variant 2 Kota [m.n.v.] Q posamezno [m 3 /s] Q 4-prelivnih polj [m 3 /s] Q 5-prelivnih polj [m 3 /s]

73 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. 55 Kot je razvidno iz tabele in grafa sta oba pogoja dimenzioniranja prelivnih polj izpolnjena. Pretok preko štirih prelivnih polj Pretok preko petih prelivnih polj Prelivna višina [m.n.v.] Pretok čez prelivna polja Qp' [m 3 /s] Graf 14: Konsumpcijska krivulja prelivnih polj HE, Varianta 2 Graph 14: Consumption curve of the HPP overflow fields, Variant 2 Varianta 2: Froudovo število 3,3 oscilujoči vodni skok, katerega motnja potuje dolvodno in izpodjeda bregove, slaba je pretvorba energije, zato je potrebna dodatna ureditev podslapja. Glede na preračune Froudovega števila sem ugotovil, da je najprimernejši tip podslapja z zaključnim pragom. Tako sem potrebno dolžino podslapja iz 17,5 m zmanjšal na 17 m z dvema stopnjama praga 1,15 m. Ustrezni tloris HE in karakteristični vzdolžni prerez prelivnega polja je prikazani v prilogah B.2, B.5.

74 56 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. Slika 40: Karakteristični vzdolžni prerez prelivnega polja HE, Varianta 2 Figure 40: Characteristic longitudinal cross section view of the HPP overflow field, Variant 2 HE VARIANTA 3 Figure 41: Ground plan HPP Variant 3 Slika 41: Tloris HE, Varianta 3 Za Hidroelektrarno Sladki Vrh so predvidena štiri prelivna polja. Prelivna polja so široka 15 m. Kota praga preliva je na nadmorski višini 238,50 m.n.v.. Projektirana gladina Q 100 na pragu je 245,38 m.n.v. ob upoštevanju prelivne višine zaradi kontrakcije curka ob stebrih, ter upoštevanju nedelovanja enega izmed prelivnih polj. Pretok Q 100 na posamezno prelivno polje znaša 600 m³/s. Zaradi zagotavljanja dogovorjene gladine 238 m.n.v, pri polnem obratovanju

75 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. 57 turbin na pretok Q i bo potrebno dno struge v profilu elektrarne dvigniti na nivo 236,79 m.n.v., kar je razvidno iz karakterističnega vzdolžnega prereza v prilogi B.6. V spodnji tabeli je prikazana konsumpcijska krivulja zaklopke, v stolpcu 3 pretok posamezne zaklopke in v stolpcu 4 skupen pretok skozi zaklopke. Zaklopka služi za fino uravnavanje gladine akumulacijskega jezera. Tukaj imamo 4 pretočna polja. Predvidena je zaklopka višine 2,0 m. Preglednica 19: Konsumpcijska krivulja zaklopke, Varianta 3 Table 19: Consumption curve of the valve on the HPP locks, Variant 3 Kota [m.n.v.] H z [m] Q posamezno [m 3 /s] Q skupaj [m 3 /s] ,5 0, ,5 1, V spodnjem grafu je tako prikazana konsumpcijska krivulja. Krivulja prikazuje spremembo pretoka skozi prečni prerez na zaklopkah ob spreminjanju višine vode. Na abscisni osi je prikazan pretok preko vseh štirih prelivov skupaj. Ordinata pa prikazuje spremembo globine vode glede na odprtost zaklopke. 2 Pretok čez zaklopke Q z [m 3 /s] Prelivna višina [m] Graf 15: Konsumpcijska krivulja zaklopk na zapornicah HE, Varianta 3 Graph 15: Consumption curve of the valve on the HPP locks, Variant 3 Spodnja tabela prikazuje pretok vode preko preliva ob različnih višinah vode. Drugi stolpec prikazuje pretok vode skozi eno prelivno polje, tretji stolpec v tabeli pa skupni pretok vode, če delujejo tri prelivna polja. Zadnji stolpec prikazuje pretok pri delovanju vseh prelivnih polj. Prav tako spodnji graf prikazuje spremembo pretoka skozi prečni prerez na prelivu ob spreminjanju

76 58 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. višine vode. Na abscisni osi je prikazan pretok preko vseh delujočih prelivov. Ordinata pa prikazuje nivo vode. Preglednica 20: Konsumpcijska krivulja prelivnih polj HE, Varianta 3 Table 20: Consumption curve of the HPP overflow fields, Variant 3 Kota [m.n.v.] H p [m] Q posamezno [m 3 /s] Q 4-prelivnih polj [m 3 /s] Q 3-prelivnih polj [m 3 /s] Kot je razvidno iz tabele in grafa sta oba pogoja dimenzioniranja prelivnih polj izpolnjena. Pretok preko štirih prelivnih polj Pretok preko treh prelivnih polj Prelivna višina [m.n.v.] Pretok čez prelivna polja Qp' [m3/s] Graf 16: Konsumpcijska krivulja prelivnih polj HE, Varianta 3

77 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. 59 Graph 16: Consumption curve of the HPP overflow fields, Variant 3 Varianta 3: Froudovo število 6,5 stabilen vodni skok s krovnim valom, ki omogoča optimalno pretvorbo energije, podslapje je potrebno utrditi in zavarovati. Glede na preračune Froudovega števila sem ugotovil, da je najprimernejši tip podslapja z zaključnim pragom. Tako sem potrebno dolžino podslapja iz 20 m zmanjšal na 18 m z dvema stopnjama praga 1,15 m v skupni višini 2,3 m. Ustrezni tloris HE in karakteristični vzdolžni prerez prelivnega polja je prikazani v prilogah B.3, B.6. Slika 42: Karakteristični vzdolžni prerez prelivnega polja HE, Varianta 3 Figure 42: Characteristic longitudinal cross section view of the HPP overflow field, Variant Odvzemna zgradba in strojnica Vse tri variante so zasnovane kot nizkotlačne hidroelektrarne. Tako je odvzemna zgradba del celote z jezovno zgradbo, strojnico in odročnim traktom. Vse variante imajo enako zasnovo. Vtočni objekt je skrajšan z istimi vodili za rešetko in pomožno zapornico. Za preprečevanje vnašanja plavajočih predmetov odvzemno zgradbo preprečujemo z rešetkami in čistilnim strojem, ki je nameščen na ploščadi. Za preprečevanje vnosa rinjenjih plavin je odvzemna zgradba postavljena izven osi vodotoka na konkavni strani reke. Ob upoštevanju vseh parametrov sem izdelal karakteristični prečni in vzdolžni prerez odvzemne zgradbe. Celotna zgradba je dimenzionirana glede na turbini. Vtočni trakt je dimenzioniran tako, da se začne 2 m pod zajezitveno gladino. S tem preprečujemo vnašanje plavin v turbino, poleg tega pa zagotavljamo konstantno poplavljenost turbin in s tem večji izkoristek hidroelektrarne. Velikost sobe, ki se nahaja nad turbinami, je projektirana, da zadostuje za montažo in demontažo turbin. Globina osi turbine je postavljena tako, da je ob polnem obratovanju Qi gladina dogovorjene spodnje vode (h sp) vedno višja kot zgornja kota turbine. S tem zmanjšujemo izgube in povečujemo izkoristek turbine. Idejna zasnova odvzemne zgradbe s strojnico je prikazana v prilogah B.7 - B.12.

78 60 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. Karakteristična prereza strojnice hidroelektrarna, Varianta 1: Slika 43: Karakteristični vzdolžni prerez strojnice, HE Varianta 1 Figure 43: Characteristic longitudinal cross section view of the Variant 1 engine room Slika 44: Karakteristični prečni prerez strojnice, HE Varianta 1 Figure 44: Characteristic cross section view of the Variant 1 engine room

79 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. 61 Karakteristična prereza strojnice, HE Varianta 2: Slika 45: Karakteristični vzdolžni prerez strojnice, HE Varianta 2 Figure 45: Characteristic longitudinal cross section view of the Variant 2 engine room Slika 46: Karakteristični prečni prerez strojnice, HE Varianta 2 Figure 46: Characteristic cross section view of the Variant 2 engine room

80 62 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. Karakteristična prereza strojnice, HE Varianta 3: Slika 47: Karakteristični vzdolžni prerez strojnice, HE varianta 3 Figure 47: Characteristic longitudinal cross section view of the Variant 3 engine room Slika 48: Karakteristični prečni prerez strojnice, HE varianta 3 Figure 48: Characteristic cross section view of the Variant 3 engine room

81 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo Nasipi Vzdolž posameznih bazenov je treba zgraditi energetske in visokovodne nasipe z utrditvijo in zatesnitvijo kot zaščitni ukrep pred poplavami na vplivnem območju hidroelektrarn za varovanje zaledja pred 100-letnimi visokimi vodami reke Mure. Slika 49: Lokacija karakterističnih prerezov nasipov Figure 49: Location of the characteristic cross section views of the dykes Najpomembnejši del za ekonomsko analizo lokacije HE so predvideni nasipi za akumulacijsko jezero Hidroelektrarne, saj bodo ti odločilno vplivali na to, kateri izmed objektov je najbolj ekonomsko upravičen. Pogoji, pri katerih so bili načrtovani nasipi so naslednji: Prvi pogoj je zajezitvena višina HE + 1 m varnostnega nadvišanja. Drugi pogoj je višina predvidene gladine vode pri Q m varnostnega nadvišanja. Vzel sem tisti pogoj, ki da po predpostavljenih kriterijih višjo koto. Predvidene gladine Q 100 sem pridobil iz študije Možnosti energetske izrabe reke Mure idejne in tehnične rešitve, tako sem na 100 m izdelal okvirni potek krone nasipa glede na predpostavljena pogoja [9]. Glede na kote leve in desne brežine sem izračunal potrebne višine nasipov, volumen nasipov in potreben material. V prilogah A.5 A.8 sem prikazal vzdolžne prereze s potrebnimi višinami nasipov. Glede na obstoječe prečne prereze, ki so bili posneti v sklopu študij GrenzMur profilaufnahmen Mur-KM 95,0 130,7 in monitoringa mhe Ceršak, sem izdelal karakteristične prečne prereze nasipov. Prečni prerezi so prikazani v prilogah C.1 C.3 [15]. Prav tako sem lokacijo teh prečnih prerezov vrisal v priloge A.2 A.4. Glede na preliminarne geološke raziskave je bilo ugotovljeno: - Vrtina na območju Sladkega vrha: Zgornja plast je iz murskega peščenega proda debela okoli 5 m. Pod njo leži neprepustna plast sivega trdega laporja. - Rezultati vrtine na območju HE Ceršak nam podajo sliko podlage. Do globine okoli 3 m pod površino se nahaja plast murskega peščenega proda. Pod njo pa se nahaja plast laporja. Plast murskega peščenega proda je zelo propustna za vodo. Tako bo potrebno poleg nasipov zgraditi še injekcijsko zaveso do neprepustnega sloja laporja. Predvidena širina krone nasipa je široka 3 m predvsem zaradi vzdrževanja nasipov. Nasipi bodo načrtovani kot slojevita zemeljska pregrada. Za zagotovitev tesnjenja in neprepustnosti nasipa bo uporabljen sloj geotekstila na osnovi bentonitne gline. Pod nasipom pa je predvidena injekcijska zavesa. Predviden naklon brežin je 1:2, torej naklonski kot brežin za vse tri variante. Poleg

82 64 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. tega je bilo upoštevano odstranjevanje 20-centimetrske plasti humusa. Upoštevani nasipi so oblikovani kot pravilen trapez. Na suhi strani nasipov je predviden tudi jarek za opazovanje precejanja vode skozi nasip. HE VARIANTA 1 Nasip se začne na slovensko-avstrijski meji, kjer meja prečka reko Muro in jo postavi na levo stran reke. Predvideni nasipi na desni slovenski strani so dolžine m pred pregrado in okoli 200 m dolvodno od HE. Na levi avstrijski strani Mure je predvidena enaka dolžina nasipov. Drenažni kanal, s katerim bomo opazovali precejanje vode v pregradi, poteka vzporedno v enaki dolžini. Za injekcijsko zaveso je predpostavljena potrebna globina, glede na preliminarne raziskave 3 m. V ta namen sem po celotni dolžini trase upošteval globino zavese 3 m. V spodnji tabeli je predstavljen predvideni volumen potrebnega nasipnega materiala. Slika 50: Karakterističen prerez nasipov za območje Ceršak Figure 50: Characteristic cross section of the dykes in the Ceršak area Preglednica 21: Predviden potreben volumen nasipnega materiala, varianta 1 Table 21: Estimated required volume of bulk material, Variant 1 Potreben volumen nasipov [m³] Levi breg Desni breg Skupaj

83 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. 65 HE VARIANTA 2 Predvidena nasipa sta na obeh straneh dolga okoli 3 km. V stroškovni analizi sem upošteval izgradnjo opazovalnega jarka po celotni dolžini. Povprečna globina injekcijske zavese po celotni dolžini trase pa je po ocenah 4 m. Slika 51: Karakterističen prerez nasipov za območje Kozjak pri Ceršaku Figure 51: Characteristic cross section of the dykes in the Kozjak pri Ceršaku area Preglednica 22: Predviden potreben volumen nasipnega materiala, varianta 2 Table 22: Estimated required volume of bulk material, Variant 2 Potreben volumen nasipov [m³] Levi breg Desni breg Skupaj HE VARIANTA 3 Nasip na levi strani Mure bo predvidoma dol okoli metrov, enako bo dolg tudi opazovalni kanal. Na desni strani reke Mure, na območju med Kozjakom in Sladkem vrhu, se Mura približa hribu. Tako na odseku dolgem okoli 1,5 km ni potrebno graditi nasipa. Verjetno pa bo potrebno izvajati določena utrditvena dela, kar pa v magistrski nalogi nisem upošteval. Predvidena dolžina nasipa je tako okoli m. Kot povprečno globino injekcijske zavese sem upošteval globino 4,5 m in širino 1 m.

84 66 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. Preglednica 23: Predviden potreben volumen nasipnega materiala, Varianta 3 Table 23: Estimated required volume of bulk material, Variant 3 Potreben volumen nasipov [m³] Levi breg Desni breg Skupaj Slika 52: Karakterističen prerez nasipov območje Sladki Vrh Figure 52: Characteristic cross section of the dykes in the Sladki Vrh area Karakteristični prerezi nasipov so izrisani v prilogah C.1 - C.3. V spodnji tabeli so prikazane okvirne vrednosti geotekstila, ki bo potreben, okvirne vrednosti potrebnega izkopa za opazovalni jarek in okvirne vrednosti potrebne dolžine injekcijske zavese na 1 m. Preglednica 24: Okvirne vrednosti predvidenih postavk, po katerih bom v nadaljevanju računal stroške izgradnje nasipov Table 24: Estimated indicative values of the material needed which will be used to calculate costs of the dykes Varianta Geotextil [m²] Opazovalni jarek [m³] Injekcijske zavesa [m] Varianta Varianta Varianta

85 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. 67 Slika 53: Vzdolžni prerez višinskega poteka predvidenih nasipov z prikazom lokacij obravnavanih hidroelektrarn Figure 53: Longitudinal cross section view of the dyke runs, with the location of the three potential HPP

86 68 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. 6 EKONOMSKI IZRAČUN Izdelava stroškovnika za variantno analizo izbire najboljše lokacije med Ceršakom in Sladkim vrhom za izdelavo hidroelektrarne temelji na idejnih rešitvah, ki so izdelane na nivoju idejne zasnove in projektantske ocene stroškov. Ocena stroškov gradnje temelji na popisu količin, materiala in opreme, ki je bil narejen v obsegu in natančnosti, ki jo je mogoče doseči glede na nivo obdelav v tej projektni fazi. Za opredelitev gradbenih stroškov sem uporabil podatke pri gradnji primerljivih objektov energetske ali javne infrastrukture v Sloveniji. Največji problem je predstavljala aktualnost podatkov, saj ti niso javno dostopni zaradi konkurence. Tako sem okvire, v katerih se gibljejo realne cene, dobil s posvetom z mentorjem. Določene postavke so javno dostopne. Na primer za vgradnjo m 3 armiranega betona se cena giblje okoli 250 /m 3. Te postavke sem uporabil, da sem iz njih izračunal okvirno ceno gradbenih del izgradnje pregrade. Na osnovi primerjalne analize ugotavljamo, da so gradbeni stroški za energetske objekte več ali manj v okvirih, ki so doseženi pri gradnji aktualnih projektov na spodnji Savi. Za gradbene jame, spremljajoče ureditve v bazenih ter infrastrukturne ureditve na vplivnem območju zaradi pomanjkanja dovolj kvalitetnih podatkov (geodetske izmere, geološkogeomehanske razmere) tolikšne natančnosti obdelav ni bilo mogoče doseči. V tem sklopu sem v zasnovi izdelal osnovni stroškovnik na osnovi popisa količin ter hkrati primerjal rezultate s stroški izvedbe na aktualnih primerljivih objektih na področju hidroenergetike. Pri tem sem upošteval zgolj ureditve, ki jih po metodologiji, privzeti iz primera gradnje spodnje Savske verige HE prištevamo v direktne, neposredne in posredne inducirane vplive v prispevnem področju bazenov HE. Kar zadeva širše urejanje infrastrukture na prispevnem področju, to ni direktno povezano z gradnjo načrtovane verige HE, zato tega v stroškovniku nisem upošteval. 6.1 Proizvodnja energije Osnovna izhodišča za zasnovo hidroenergetskih objektov se vrtijo v krogu naslednjih medsebojno povezanih področij: energetika, večnamenska raba prostora, ekonomika in omejitve, ki jih narekujeta okolje in prostor. Ta izhodišča so bila obravnavana v skladu z osnovnim ciljem, in sicer ugotoviti, pod kakšnimi pogoji je možno izrabiti razpoložljive vodne moči. Temu cilju pa se je posledično podredila tudi raven obdelave. Bruto energetski potencial posamezne variante je izračunan med gorvodnim nivojem koncesije 246 m.n.v. in predvidenim dolvodnim nivojem. Glede na varianto se dolvodne kote voderazlikujejo med seboj: - HE Varianta 1 dolvodni nivo pri Q i = 250 m 3 /s je 241,5 m.n.v., - HE Varianta 2 dolvodni nivo pri Q i = 250 m 3 /s je 239,8 m.n.v., - HE Varianta 3 dolvodni nivo pri Q i = 250 m 3 /s je 238 m.n.v.. Prihodki posamezne elektrarne so izračunani na podlagi proizvodnje posamezne elektrarne in oceno cene električne energije na MWh. Pričakovano povprečno proizvodnjo elektrarn sem izračunal na podlagi analize, historičnih podatkov dnevnih vrednosti, pretokov na hidrološki

87 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. 69 postaji Gornja Radgona za obdobje od leta Predpostavke, ki sem jih upošteval pri računanju energetske proizvodnje so bile: Ovojnica pretokov, ki je predstavljena v spodnjem grafu, v katerih se vrši energetska proizvodnja je Q min = 25 m 3 /s (oziroma 20 % Q i na eni turbini) Q max = 500 m 3 /s (elektrarna lahko prevaja 250 m 3 /s čez turbino in 250 m 3 /s preko zaklopk na zapornicah. Pri večjih pretokih je predvidena zaustavitev turbin zaradi nevarnosti poškodb na lopaticah zaradi plavin. 600 Dnevi, ko HE lahko obratuje (opazovano obdobje ) Pretok [m 3 /s] Dnevi povprečni letni pretoki Srednji letni pretok Qsr 156 m (opazovano obdobje ) Minimalen pretok kjer elektrarna še lahko obratuje 25 m³/s inštalirani pretok Qi 250 m³/s Maksimalen pretok kjer elektrarna še lahko obratuje 500 m³/s Graf 17: Prikaz pasa obratovanja elektrarne Graph 17: Display of the HPP operational zone Nekje do 5 m³/s pretoka je predvideno za ribjo stezo. Ta pretok ne bo izkoristljiv. Torej najnižji pretok, kjer bo elektrarna še lahko obratovala, je 30 m³/s. Za pravilen izračun energetske proizvodnje sem, na podlagi znane dogovorjene višine 238 m.n.v. pri Q i = 250 m 3 /s, izdelal konsumpcijsko krivuljo višine vode v odvisnosti od pretoka dolvodnega prečnega profila. Tako sem pridobil podatek o koti dna struge za vsako varianto posebej. Izdelane so bile tri različne krivulje za dolvodne prečne profile, iz katerih pridobimo podatek o gladini vode pri različnih pretokih. HE VARIANTA 1 Spodnja tabela prikazuje izračunane karakteristične kote dolvodnega prečnega profila glede na Q i. Za izračun sem predpostavil, da je naklon brežin 1:2, naklon dna pa 0,0027 m/m.

88 70 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. Preglednica 25: Karakteristične kote dolvodnega prečnega profila, HE Varianta 1 Table 25: Characteristic water altitude of the downstream cross section, HPP Variant 1 Podatek Pretok [m 3 /s] Kota [m.n.v.] Višina vode v kanalu [m] kota dna 0 240,51 0,00 gladina Qi ,50 1,01 gladina Q ,01 3,41 gladina Q ,35 3, Konsumpcijska krivulja dolvodni prečni profil HE Varianta Višina vode v strugi [m.n.v.] Pretok [m3/s] Graf 18: Konsumpcijska krivulja dolvodni prečni profil, HE Varianta 1 Graph 18: Consumption curve of the downstream crosssection, HPP Variant 1 Razpoložljivi padec računamo glede na konsumpcijsko krivuljo spodnjega prečnega profila, saj nam krivulja da gladino spodnje vode glede na pretok skozi pregrado. Tako je na primer proizvodnja energije pri pretoku 250 m³/s največja, kajti pri večjem pretoku je razpoložljivi padec manjši. Če imamo nižji pretok, imamo sicer razpoložljivi izkoristljivi padec večji, vendar proizvedemo manj energije zaradi manjšega pretoka. HE VARIANTA 2 Spodnja tabela prikazuje izračunane karakteristične kote dolvodnega prečnega profila glede na Q i = 250 m 3 /s. Za izračun sem predpostavil, da je naklon brežin 1:2, naklon dna pa 0,0012 m/m.

89 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. 71 Preglednica 26: Karakteristične kote dolvodnega prečnega profila, HE Varianta 2 Table 26: Characteristic water altitude of the downstream cross section, HPP Variant 2 Podatek Pretok [m 3 /s] Kota [m.n.v.] Višina vode v kanalu [m] kota dna 0 238,43 0,00 gladina Qi ,80 1,22 gladina Q ,76 4,47 gladina Q ,40 4, Konsumpcijska krivulja dolvodni prečni profil HE Varianta 2 Višina vode v strugi [m.n.v.] Pretok [m3/s] Graf 19: Konsumpcijska krivulja dolvodni prečni profil, HE Varianta 2 Graph 19: Consumption curve of the downstream crosssection, HPP Variant 2 HE VARIANTA 3 Spodnja tabela prikazuje izračunane karakteristične kote dolvodnega prečnega profila glede na Q i = 250 m 3 /s. Za izračun sem predpostavil, da je naklon brežin 1:2, naklon dna pa 0,0024 m/m. Preglednica 27: Karakteristične kote dolvodnega prečnega profila, HE Varianta 3 Table 27: Characteristic water altitude of the downstream cross section, HPP Variant 3 Podatek Pretok [m 3 /s] Kota [m.n.v.] Višina vode v kanalu [m] kota dna 0 236,79 0,00 gladina Qi ,00 1,21

90 72 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. gladina Q ,41 4,47 gladina Q ,96 4,80 Konsumpcijska krivulja dolvodni prečni profil HE Varianta 3 Višina vode v strugi [m.n.v.] Pretoki [m3/s] Graf 20: Konsumpcijska krivulja dolvodni prečni profil, HE Varianta 3 Graph 20: Consumption curve of the downstream crosssection, HPP Variant 3 Ob upoštevanju koeficienta izgub je predvidena največja neto moč na pragu predstavljena v spodnji tabeli. Preglednica 28: Največja predvidena moč na pragu v MW Table 28: Rredicted maximum power HPP in MW HE Varianta Bruto padec pri Qi [m] Koeficient energijskih izgub Največja moč HE pri Qi Varianta 1 4,5 0,82 9 [MW] Varianta 2 6,2 0,82 12,7 [MW] Varianta 3 8 0,82 16,1 [MW] Glede na zasnovo predvidene hidroelektrarne (pretočna hidroelektrarna) je njena proizvodnja odvisna od dnevnega pretoka po reki. Tako sem glede podatke o dnevnih pretokih Mure izračunal višino energije, ki bi jo elektrarna proizvedla dnevno v preteklih tridesetih letih. V izračunih sem upošteval zgoraj omenjene omejitve in postavke. Glede na podatke sem izračunal, da povprečno elektrarna zaradi previsokih pretokov ne bi delovala 3 dni v letu, srednji pretok 30-letnega obdobja ( ) je 157,2 m³/s. Maksimum obdobja je bil

91 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo ,8 m 3 /s, minimum obdobja pa 43,1 m 3 /s. Glede na podane parametre sem izračunal, koliko energije na letni ravni elektrarna povprečno proizvede za obdobje tridesetih let. Tako sem najprej izračunal, koliko energije elektrarna proizvede dnevno glede na podatke o pretokih. Iz tega sem izračunal povprečno dnevno proizvodnjo. V primeru prevelikih pretokov elektrarna ne bi obratovala, zato je takrat proizvodnja energije 0 kw. Glede na rezultate sem izračunal srednjo letno proizvodnjo tako, da sem seštel srednjo dnevno proizvodnjo energije in jo delil z opazovanim obdobjem. Prav tako sem podal predvidene prihodke od prodaje električne energije na letni ravni. Povprečna odkupna proizvodna cena energije se v Sloveniji giblje okoli 41,5 /MWh. [27] Preglednica 29: Informativen predviden prihodek od prodaje /leto Table 29: Predicted income from the electicity sale /year HE Varianta Moč sistema [MW] Srednja letna Prihodek v proizvodnja [MWh] srednjem letu [ ] Varianta 1 9, ,965,035 Varianta 2 12, ,763,852 Varianta 3 16, ,485, Proizvodnja [MWh] Varianta 1 Varianta 2 Varianta 3 proizvodnja skupaj [MWh/leto] Graf 21: Predvidena povprečna letna proizvodnja elektrarn Graph 21: Avearge yearly electricity production of the HPP

92 74 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. 6.2 Določitev stroškov Gradbena dela Izhodišče za določitev stroškov so izdelane projektne rešitve v okviru izdelave predmetne študije. Gradbene stroške sem prikazal glede na področje obdelave z razdelitvijo na: - Strošek izgradnje jezovne zgradbe - Strošek izgradnje akumulacijskega bazena in nasipov Strošek izgradnje jezove zgradbe Ta sklop vključuje dela gradnje objekta (jezovna, strojnična zgradba, derivacije) in zaključna dela (obrtniška in instalacijska dela) ter ureditev okolice. Osnova za opredelitev stroškov je popis količin, ki sem ga izdelal v sklopu magistrske naloge. Za glavni pogonski objekt (strojnica in prelivna polja) so narejene z natančnostjo, ki je potrebna v fazi idejne zasnove. V zasnovi je bil obdelan en tip strojnične zgradbe glede na izbran tip strojne opreme: strojnica s horizontalnimi turbinami. Tip prelivnega dela je enak za vse jezovne zgradbe. Glede prostorskih pogojev umestitve se objekti po količinah med seboj razlikujejo. Predvidena HE na Muri je, kar se tiče pogonskih objektov, primerljiva s HE na spodnji Savi. Zato so bili tudi zelo uporabni kalkulativni podatki in izkušnje pri gradnji Spodnjesavske verige, ki so omogočali izdelavo zelo realne ocene za tiste elemente konstrukcij, ki jih glede na stopnjo obdelave v tej projektni fazi nisem mogel obdelati. Metodologija izdelave popisa, količin in opredelitev stroškov je bila naslednja: osnovni popis sem naredil po baznih kalkulativnih postavkah, s katerimi lahko zajamemo vsa glavna dela za konstrukcijske elemente pri gradnji glavnega pogonskega objekta oziroma bazena. Glede na projektne obdelave je izbrani princip računa, ko zajamemo celotne stroške investicije v omejenem številu baznih postavk, najustreznejši. Za orientacijske cene baznih kalkulativnih predpostavk sem upošteval srednjo ceno, ki sem jo dobil na osnovi primerjave izvajalskih cen, projektantskih cen za HE na spodnji Savi ter s posvetom z mentorjem. Poudarek magistrske naloge je predvsem v primerjalni analizi variant za izvedbo hidroelektrarne. Tako aktualnost cen ni tako pomembna. Pomembna je predvsem pravilnost izračuna predpostavk, ki naredijo razliko v ceni posameznih variant. To je na primer masna bilanca zajeznih nasipov. Za izgradnjo pregradne zgradbe sem upošteval naslednje postavke: Gradbena dela; v tej postavki sem upošteval vsa dela povezana z gradnjo, od pripravljalnih in zaključnih del, gradbene jame zemeljskih del na pregradi, izdelava prelivnih polj, strojnice, prelivnih polj. Upoštevane so v postavki na m 3. Hidromehanska oprema; v ta sklop spadajo zapornice in ostala hidromehanska oprema. Te cene niso bile javno dostopne, dostopna je bila le vrednost celotne pogodbe nakupa hidromehanske opreme za HE Brežice. Ceno opreme sem določil, sorazmerno s primerjavo potrebne količine hidromehanske opreme glede na HE Brežice [28]. Strojna oprema; V tej postavki je upoštevana cena turbin, turbinskih generatorjev, mostnega žerjava. Orientacijske vrednosti sem dobil iz rekapitulacije stroškov

93 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. 75 izgradnje HE Blanca. Ceno te postavke sem pridobil s posvetom z mentorjem, saj cene niso javno dostopne. Elektro oprema; V tej postavki je upoštevana vsa oprema povezana z elektro opremo kot na primer generatorji, transformatorji, srednjenapetostna oprema in ostala oprema, ki se potrebuje. Ustanovna vlaganja; v tej postavki so upoštevani stroški investitorskega inženiringa, študij, raziskav in projektov. Predstavlja pa okoli 10% stroškov osnovnih vlaganj [29]. V spodnjih tabelah so tako predstavljeni stroški izgradnje pregradne zgradbe. V prvih tabelah so podrobneje predstavljene postavke, na podlagi katerih sem zajel le stroške gradbenih del. Naslednja tabela pa prikazuje skupne stroške izgradnje jezovne zgradbe po zgoraj predstavljenih postavkah. HE VARIANTA 1 Preglednica 30: Stroški gradbenih del jezovne zgradbe po postavkah, Varianta 1 Table 30: Predicted construction work costs for the dam, Variant 1 POSTAVKA OPIS SKUPAJ ENOTA CENA [EUR] [ /ENOTO] A: POTREBEN AB [m3] ,244, B: SKALOMET ZA UTRDITEV STRUGE DOLVODNO 3720 [m3] , C: GRAMOZNA OBTEŽBA NA ODVZEMNI ZGRADBI 2100 [m3] , Varianta 1 SKUPAJ Jezovna zgradba [-] [-] [-] 8,390, Preglednica 31: Predvideni stroški izgradnje jezovne zgradbe, Varianta 1 Table 31: Predicted total costs for the dam, Variant 1 POZ. OPIS [EUR] A: GRADBENA DELA 8,390,438 B: HIDROMEHANSKA 5,249,757 OPREMA C: STROJNA OPREMA 11,200,819 D: ELEKTRO OPREMA 5,000,033 E: USTANOVNA VLAGANJA 2,984,105 Varianta 1 SKUPAJ Jezovna zgradba 32,825,151 HE VARIANTA 2 Preglednica 32: Stroški gradbenih del jezovne zgradbe po postavkah, Varianta 2 Table 32: Predicted construction work costs for the dam, Variant 2 POSTAVKA OPIS SKUPAJ ENOTA CENA [EUR] [ /ENOTO] A: POTREBEN AB [m3] ,279, B: SKALOMET ZA UTRDITEV STRUGE DOLVODNO 4440 [m3] , C: GRAMOZNA OBTEŽBA NA ODVZEMNI ZGRADBI 1230 [m3] , Varianta 2 SKUPAJ Jezovna zgradba [-] [-] [-] 8,421,375.00

94 76 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. Preglednica 33: Predvideni stroški izgradnje jezovne zgradbe, Varianta 2 Table 33: Predicted total costs for the dam, Variant 2 POZ. OPIS [EUR] A: GRADBENA DELA 8,421,375 B: HIDROMEHANSKA 5,774,733 OPREMA C: STROJNA OPREMA 11,200,819 D: ELEKTRO OPREMA 5,000,033 E: USTANOVNA VLAGANJA 3,039,696 Varianta 2 SKUPAJ Jezovna zgradba 33,436,656 HE VARIANTA 3 Preglednica 34: Stroški gradbenih del jezovne zgradbe po postavkah, Varianta 3 Table 34: Predicted construction work costs for the dam, Variant 3 POSTAVKA OPIS SKUPAJ ENOTA CENA [EUR] [ /ENOTO] A: POTREBEN AB [m3] ,660, B: SKALOMET ZA UTRDITEV STRUGE DOLVODNO 3000 [m3] , C: GRAMOZNA OBTEŽBA NA ODVZEMNI ZGRADBI 2100 [m3] , Varianta 3 SKUPAJ Jezovna zgradba [-] [-] [-] 7,788, Preglednica 35: Predvideni stroški izgradnje jezovne zgradbe, Varianta 3 Table 35: Predicted total costs for the dam, Variant 3 POZ. OPIS [EUR] A: GRADBENA DELA 7,788,321 B: HIDROMEHANSKA OPREMA 6,299,709 C: STROJNA OPREMA 11,200,819 D: ELEKTRO OPREMA 5,000,033 E: USTANOVNA VLAGANJA 3,028,888 Varianta 3 SKUPAJ Jezovna zgradba 33,317,770 V naslednji točki bom prikazal stroške izgradnje akumulacijskega bazena in nasipov Strošek izgradnje akumulacijskega bazena in nasipov Ta sklop vključuje vsa dela priprave gradnje (priprava zemljišč), gradnje objektov (energetski in vodno-gospodarski nasipi, vodno-gospodarske ureditve v zaledju) in zaključna dela (ureditev brežin). V tem sklopu niso upoštevane ureditve: infrastrukture v vplivnem območju,

95 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. 77 pristopne komunikacijske poti, nadvišanja nizko ležečih območij, ter omilitveni ukrepi na območju bazenov. Osnova za opredelitev stroškov je popis količin na osnovi projektnih zasnov iz študije in popis ukrepov, ki jih je treba izvesti pri zaščiti zaledja na vplivnem območju akumulacij. V tem sklopu sem se soočil z bistveno večjo težavo pri zagotavljanju natančnosti popisov iz razloga, ker ni bilo ob času izdelave študije dovolj ustreznih strokovnih podlag (geološko-geomehanske podlage, geodetske izmere). V sklopu popisa količin in ukrepov v okviru te študije sem izrecno zajel le ureditve, ki se direktno navezujejo na umestitev načrtovanih HE na Muri v prostor. Ureditev, ki izstopajo iz konteksta neobhodno potrebnih ukrepov vezane na realizacijo energetske verige, v stroškovniku nisem upošteval. Vrednost stroškov tega sklopa sem zajel z naslednjimi postavkami, cene na enoto so predstavljene v spodnji tabeli: Nasip; v ceni na m³ so upoštevana vsa dela povezana z izgradnjo nasipa od nakupa materiala, prevoza, vgradnje. Upoštevana cena [20 /m³] Tesnilni sloj iz bentonitnega geotekstila; v ceni je upoštevana tudi vgradnja geomembrane. Upoštevana cena [26 /m²]. [30] Injekcijska zavesa; v ceni je upoštevan nakup in vgradnja materiala. Upoštevana cena [70 /m³] Izkop opazovalnega jarka; v ceni je upošteva izkop in ureditev opazovalnega jarka. Upoštevana cena [12 /m³] Ustanovna vlaganja; predpostavljen strošek je 10% osnovnih vlaganj. Preglednica 36: Cena postavk na enoto Table 36: Price of the items per unit OPIS ENOTA CENA [ ] NASIP m 3 20 GEOTEKSTIL m 2 26 INJEKTIRANJE m 3 70 JAREK m 3 12 V spodnjih tabelah so predstavljeni stroški izgradnje akumulacijskega bazena po variantah. HE VARIANTA 1 Preglednica 37: Strošek izgradnje akumulacijskega bazena, Varianta 1 Table 37: Predicted total costs for the dam reservoir, Variant 1 POZ. OPIS [EUR] A: NASIP 1,034,027 B: MEMBRANA 520,804 C: INJEKTIRANJE 1,165,920 D: JAREK 83,280 E: USTANOVNA VLAGANJA 280,403 Varianta 1 SKUPAJ akumulacijski bazen 3,084,434

96 78 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. HE VARIANTA 2 Preglednica 38: Strošek izgradnje akumulacijskega bazena, Varianta 2 Table 38: Predicted total costs for the dam reservoir, Variant 2 POZ. OPIS [EUR] A: NASIP 3,377,920 B: MEMBRANA 1,245,254 C: INJEKTIRANJE 2,118,456 D: JAREK 361,920 E: USTANOVNA VLAGANJA 710,355 Varianta 2 SKUPAJ akumulacijski bazen 7,813,905 HE VARIANTA 3 Preglednica 39: Strošek izgradnje akumulacijskega bazena, Varianta 3 Table 39: Predicted total costs for the dam reservoir, Variant 3 POZ. OPIS [EUR] A: NASIP 10,821,945 B: MEMBRANA 3,175,419 C: INJEKTIRANJE 3,134,565 D: JAREK 597,060 E: USTANOVNA VLAGANJA 1,772,899 Varianta 3 SKUPAJ akumulacijski bazen 19,501, Rekapitulacija investicijskih stroškov po glavnih postavkah V spodnji tabeli so številčno in na spodnji sliki grafično prikazani predvideni skupni stroški izgradnje posamezne elektrarne odseku med Ceršakom in Sladkim vrhom. Z ozirom na to, da pri izdelavi študije nisem imel ustreznih strokovnih podlog za izdelavo natančnejših analiz, sem pri opredelitvi stroškov izbral t.i. konzervativni pristop z upoštevanjem vrednosti na gornji meji. Cene izgradnje ribje steze v tem izračunu nisem upošteval, saj v tej fazi idejne zasnove to še ni potrebno. Preglednica 40: Predvidena cena izgradnje hidroelektrarne Table 40: Predicted total costs for the HPP Varianta Jezovna zgradba [EUR] Akumulacijski bazen [EUR] SKUPAJ HE [EUR] Varianta 1 32,825,151 3,084,434 35,909,585 Varianta 2 33,436,656 7,813,905 41,250,561 Varianta 3 33,317,770 19,501,888 52,819,658

97 Janko, P Variantna analiza možnosti izrabe energetskega potenciala na reki Muri Mag. delo Ljubljana, UL FGG, Magistrski študijski program druge stopnje Vodarstvo in okoljsko inženirstvo. 79 SKUPNI INVESTICIJSKI STROŠEK IZGRADNJE [EUR] P R I K AZ S K U P N I H S T R O Š K O V G R AD N J E P O O B J E K T I H 50,000,000 40,000,000 30,000,000 20,000,000 10,000,000 35,909,585 41,250,561 52,819,658 0 Varianta 1 Varianta 2 Varianta 3 Graf 22: Skupni predvideni stroški izgradnje hidroelektrarne Graph 22: Total costs of the HPP Prikaz investivijskih deležev po glavnih postavkah 55,000,000 50,000,000 9% SKUPNI INVESTICIJSKI STROŠKI [EUR] 45,000,000 40,000,000 35,000,000 30,000,000 25,000,000 20,000,000 15,000,000 10,000,000 5,000,000 9% 15% 33% 15% 28% 9% 13% 28% 15% 35% 10% 23% 13% 46% USTANOVNA VLAGANJA ELEKTRO OPREMA STROJNA OPREMA HIDROMEHANSKA OPREMA GRADBENA DELA 0 VARIANTA 1 VARIANTA 2 VARIANTA 3 Graf 23: Prikaz investicijskih deležev po glavnih postavkah Graph 23: The main fields of investment costs share in percent Iz grafa je razvidno, da se delež stroška gradbenih del glede na celotne stroške hidroelektrarne povečuje glede na lokacijo. To je dobro, saj lahko ta delež celotnih stroškov z dobrim projektiranjem in načrtovanjem del najlažje optimiziramo in s tem znižamo stroške izgradnje.