Hydroenergetyka w Polsce – obecna sytuacja i perspektywy na

Agata BEDNARSKA
Politechnika Wrocławska
Hydroenergetyka w Polsce – obecna sytuacja i perspektywy na przyszłość
Jednym z głównych odnawialnych źródeł energii, które człowiek zaczął wykorzystywać na swój
pożytek już w najdawniejszych czasach, jest energia płynącej wody. Elektrownie wodne, jako
rozwinięcie idei młynów wodnych są obecne w energetyce od wielu lat. Ich prostota i niewielkie
wymagania stawiane ciekom wodnym, które je zasilają sprawiają, iż taki sposób produkcji energii
elektrycznej może być opłacalny.
W artykule omówiono obecny stan hydroenergetyki w Polsce. Jej potencjał wykorzystywany jest
aktualnie w niewielkim stopniu. Poruszono problem europejskiej polityki energetycznej, która
wymaga od naszego kraju zwiększenia udziału odnawialnych źródeł energii w ciągu najbliższej
dekady. Prawo to zmusza nas do rozwoju i budowy nowych elektrowni wodnych. Przeanalizowano
czynniki wpływające na produkowaną moc, wśród nich znaczące jest ukształtowanie terenu
i charakter rzek. Potencjał Polski, kraju nizinnego, na duże elektrownie jest stosunkowo niewielki,
dlatego istotny nacisk powinien być położony na rozwój małej hydroenergetyki. Mnogość miejsc
podatnych na budowę, dofinansowania i niskie koszty eksploatacji zachęcają do inwestycji. Główne
przeszkody to wysokość nakładów inwestycyjnych i ingerencja w środowisko naturalne. Mimo iż
energia pochodząca z rzek jest jedną z najczystszych form, dyrektywy unijne dotyczące wód w kraju
są nadrzędne i sprzeczne z celami dyrektywy o odnawialnych źródłach energii.
Słowa kluczowe: hydroenergetyka, elektrownie wodne, odnawialne źródła energii, ekologia
Rys.1 Widok na zaporę w Pilchowicach
Energia płynącej wody jest pierwszą formą energii, jaką człowiek zaczął wykorzystywać
na swoje potrzeby. Pierwsze wzmianki na ten temat pochodzą z III wieku p.n.e., kiedy
Filon z Bizancjum opisał działanie koła wodnego. Dziś, na fali rozmów o zagrożeniach dla
środowiska i kończących się zasobach paliw kopalnych powracamy do tego czystego
źródła energii.
Na wstępie trzeba zaznaczyć, że elektrownie wodne zazwyczaj nie są celem samym w
sobie, a jedynie dodatkową instalacją przy progach wodnych i zaporach. Takie budowle
hydrotechniczne mają na celu regulację rzek, aby poprawić spławność żeglugi i ochronę
przeciwpowodziową.
Według danych z Urzędu Regulacji Energetyki na koniec roku 2009 w Polsce istnieje
ponad 700 elektrowni wodnych o łącznej mocy zainstalowanej 945 MW. Jest to
największa produkcja energii elektrycznej wśród odnawialnych źródeł. Do tej liczby
należy dodać wiele małych elektrowni wodnych, które nie są podłączone do sieci
energetycznej oraz elektrownie szczytowo – pompowe o łącznej mocy zainstalowanej
ok. 1500 MW, które nie są zaliczane do odnawialnych źródeł energii.
Typ instalacji
Ilość instalacji
Moc[MW]
elektrownie biogazowe
125
70.888
elektrownie biomasowe
15
252.490
wytwarzające z promieniowania słonecznego
1
0.001
elektrownie wiatrowe
301
724.657
elektrownie wodne
724
945.210
elektrownie realizujące technologię współspalania
38
0.000
Tabela 1. Udział różnych form energii odnawialnej w Polsce,
Źródło URE, data aktualizacji danych: 2009.12.31
Potencjał hydroenergetyczny zależy głównie od dwóch czynników: spadku koryta rzeki
oraz przepływów wody. Na te ostatnie wpływ ma charakter rzeki, wielkość opadów
i przepuszczalność gruntów. Im większe różnice w wysokościach terenu, tym większa moc
produkowana. Dodatkowym atutem terenów górzystych jest łatwość w budowie elektrowni
zbiornikowych i szczytowo – pompowych. Jednak Polska, kraj nizinny, cechuje się
małymi spadkami terenów, niezbyt obfitymi opadami i dużą przepuszczalnością gruntów.
Dlatego nasz potencjał hydroenergetyczny jest stosunkowo niewielki i szacuje się go
na 13,7 TWh/rok. Niestety, nawet te zasoby są wykorzystywane jedynie w 12 %.
Czy sytuację tą można zmienić w przyszłości?
Ponad 40 % potencjału hydroenergetycznego jest skupione na Wiśle. W latach 60. i 70.
były plany zbudowania kaskady progów wodnych na długości ok. 900 km (łączna długość
rzeki 1047 km). Usprawniłyby one żeglugę, poprawiły ochronę przeciwpowodziową, a
dodatkowo stanowiłyby bazę do instalacji elektrowni wodnych. Moc produkowana
wyniosłaby łącznie ok. 2000 MW. Jednak wówczas sytuacja gospodarcza, a dziś priorytety
ekologiczne nie pozwalają na realizację tego projektu inżynierskiego. Wisła została jedyną
w Europie tak dużą rzeką, która zachowała swój naturalny, nieuregulowany bieg. Stanowi
ona środowisko dla wielu zagrożonych gatunków fauny i flory.
To właśnie z ekologią łączą się główne problemy i ułatwienia dla inwestycji
hydroenergetycznych. Z jednej strony elektrownie wodne są bardzo czystą formą energii,
która nie emituje pyłów, gazów cieplarnianych, zanieczyszczeń oraz hałasu. Z drugiej
strony są one bardzo szkodliwe dla środowiska rzecznego. Progi wodne powodują erozję
dna rzek i jedynym sposobem na zabezpieczenie tego zjawiska jest budowa następnych
progów wodnych, poniżej pierwotnych. Regulacja rzek przyczynia się do niszczenia ich
flory, a co za tym idzie, pogarsza warunki tlenowe. Dodatkowo turbiny wodne zagrażają
zwierzętom żyjącym w rzekach. Doznają one wewnętrznych i zewnętrznych uszkodzeń
ciała na skutek uderzeń twardych części turbin, szybkości przepływu wody, zmian
ciśnienia i choroby gazowej. Śmiertelność niektórych ryb przechodzących przez turbiny
dochodzi nawet do 60 %. W celu ich ochrony instaluje się bariery, systemy oprowadzania
ryb i różne odstraszacze (np. pole elektryczne, kurtyny z pęcherzyków powietrza, światło
lamp, dźwięki), jednak nie są one całkiem skuteczne, gdyż ryby przyzwyczajają się do
nich. Drugi duży problem fauny rzek to pokonywanie progów wodnych. Przy dużych
różnicach lustra wody jest to dla ryb praktycznie niemożliwe. W tym celu buduje się
przepławki (rys.2a), czyli pochylnie kamienne spowalniające bieg rzeki, lub nawet
instaluje się windy dla ryb (rys. 2b).
Rys. 2 a – przepławka omijająca jaz i elektrownię, b – winda dla ryb
Europejska polityka energetyczna zmusza nas do udziału 20% odnawialnych źródeł energii
w energii pierwotnej do 2020 roku. Na dzień dzisiejszy wynosi on ok. 8%. Z tymi
założeniami łączą się duże dofinansowania dla inwestorów, lecz jeszcze większe
przeszkody. Ramowa Dyrektywa Wodna jest nadrzędna i sprzeczna z celami Dyrektywy
Energii Odnawialnych. Znaczną przeszkodą jest długi i kosztowny proces formalnoprawny
niezbędny do uzyskania pozwolenia na budowę. Protesty ekologów dodatkowo wydłuża
ten czas.
Nakłady inwestycyjne i czas amortyzacji są dużo większe niż w przypadku elektrowni
cieplnych czy turbin wiatrowych. Niskie koszty produkcji awaryjność eksploatacji oraz
mała awaryjność hydroenergetyki są mniej znaczącymi argumentami w tym sporze.
Dlatego procentowy wzrost energetyki wiatrowej jest aktualnie dużo wyższy niż
energetyki wodnej, mimo iż czas życia turbiny wiatrowej wynosi tylko 20 lat,
a przedwojenne turbiny wodne działają bez zarzutu już ponad 100 lat.
Kolejnym problemem jest wprowadzenie elektrowni wodnej do sieci energetycznej. Małe
elektrownie wodne są w większości budowane jako przepływowe bez akumulacji, a ich
moc w ciągu roku zależy od ilości wody w cieku. Okręgi sieci energetycznych bardzo
niechętnie przyłączają je do sieci, gdyż muszą posiadać w systemie rezerwową moc,
w celu zapewnienia odbiorcom stałej dostawy energii elektrycznej.
Te wszystkie trudności przysłaniają znaczenie hydroenergetyki dla bezpieczeństwa
energetycznego kraju. Czas uruchomienia elektrowni wodnej do uzyskania pełnej mocy
zajmuje jedynie kilkadziesiąt sekund. Jest to znakomite zabezpieczenie na wypadek awarii
dużej elektrowni konwencjonalnej. Historia nieraz pokazywała, jak prąd z małych
elektrowni wodnych służył do rozruchu elektrowni cieplnej o mocy kilkadziesiąt razy
większej. Bardzo ważne są też elektrownie szczytowo – pompowe, których główną
funkcją jest akumulacja nadmiaru energii wyprodukowanej w innych elektrowniach, a
następnie pokrycie deficytu w chwilach nagłego zapotrzebowania na energię elektryczną.
Jednak to źródło nie zalicza się do odnawialnych źródeł energii, dlatego nie możemy liczyć
w tej kwestii na dofinansowania z Unii Europejskiej.
Nadzieją wydają się małe elektrownie wodne. Warunki powstania każdej z nich trzeba
oceniać indywidualnie. W Polsce wyznaczono około 2000 lokalizacji na budowę nowych
siłowni. Są one dobrym rozwiązaniem dla trudnodostępnych miejsc, gdzie zainstalowanie
elektrowni zasilających grupę gospodarstw domowych lub małych wsi jest tańszym
rozwiązaniem niż doprowadzenie linii energetycznej. W najbliższych planach jest
zbudowanie 5 małych elektrowni wodnych na Narwi, każda z nich ma zasilić 40-60
gospodarstw. Jednak im mniejsza moc produkowana tym większe koszty budowy na
jednostkę mocy.
Podsumowując, perspektywy hydroenergetyki na przyszłość wyglądałyby dużo lepiej,
gdyby nie było tylu problemów formalnoprawnych. Dziś inwestorzy potrzebują nie tylko
zasobów finansowych, ale także cierpliwości w załatwianiu spraw urzędowych. Dla mniej
wytrwałych hydroenergetyków pozostaje modernizacja istniejących obiektów i
poszukiwanie nowych rozwiązań technologicznych, takich jak niedawno zaprojektowane
turbiny niskospadowe. Być może w ten sposób doczekamy się prawdziwego rozwoju tego
prostego i taniego źródła energii.
Bibliografia
[1] Malko J., Mała hydroenergetyka w perspektywicznej strukturze energii Unii Europejskiej, Energetyka,
Katowice, Oficyna Wydawnicza ENERGIA, 2009, luty 2009
[2] Chiniewicz W., Odnawialne źródła energii – cz. V. Hydroenergetyka, Stal – Metale i Nowe
Technologie, Katowice, Wydawnictwo ELAMED, 2010, styczeń – luty 2010
[3] Gumuła S., Guła A., Odnawialne i niekonwencjonalne źródła energii, Tarnobrzeg, Tarnobus, 2008
[4] Mapa odnawialnych źródeł energii, Urząd Regulacji Energetyki, dane aktualne na dzień 31.12.2009
[5] Gajda I., Czy zasoby energetyczne Polski są w stanie zapewnić bezpieczeństwo energetyczne?, Przegląd
geologiczny, Warszwa, Państwowy Instytut Geologiczny, 2006, tom 54, nr 8
[6] Stec T., Hydroenergetyka – piętrzenie wody i problemów, Nafta, Gaz & Biznes, Kraków, Nafta gaz &
biznes, 2001, wrzesień 2001
[7] Lubieniecki B., Przepławki i drożność rzek, Olsztyn, Wydawnictwo Instytutu Rybactwa Śródlądowego,
2003
[8] http://energiaodnawialna.net/, 10 kwietnia 2010