www.edusun.pl Energia wody

www.edusun.pl
Energia wody
Na świecie istnieje około 1,4 mld km3 wody. Jest ona niezbędna do życia, które zresztą zaczęło się
właśnie w niej. Człowiek potrzebuje jej na każdym kroku: w gospodarstwie domowym, w rolnictwie,
w przemyśle, do celów sanitarnych, do transportu, do rekreacji. Nie zawsze pamiętamy jednak, że
światowe zasoby wody to także wielki magazyn energii, z którego współcześnie pochodzi około 20%
globalnej energii elektrycznej.
Istniejąca na kuli ziemskiej woda jest zmagazynowana w rozmaitych postaciach. Do 50% wody
wchodzi w skład organizmów roślinnych i zwierzęcych, ponad 20% znajduje się pod ziemią, a nie
mniej niż 20% przypada na wody gruntowe. Woda występująca na powierzchni ziemi i obecna w
atmosferze to tylko 1% wszystkich światowych zasobów.
Hydroenergetyka w Polsce
Nasz kraj nie posiada zbyt dobrych warunków do rozwoju energetyki wodnej. Co prawda to właśnie
woda dostarcza nam najwięcej energii elektrycznej spośród wszystkich odnawialnych źródeł energii,
jednak jej zasoby są wykorzystywane zaledwie w 11% (EC BREC). To więcej niż przykładowo na
Białorusi, gdzie eksploatuje się jedynie 3% wszystkich zasobów, jednak o wiele mniej niż na przykład
w Norwegii, która ze spadku wody pozyskuje aż 98% energii elektrycznej. Polskie hydroenergetyczne
zasoby techniczne wynoszą 13,7 tys. GWh na rok, z czego ponad 45% przypada na Wisłę.
Zalety i wady
Jak wszystkie odnawialne źródła energii, energia wody jest nieszkodliwa dla środowiska i tak jak
pozostałe OZE przyczynia się do wzrostu bezpieczeństwa energetycznego kraju. Państwa
wykorzystujące własne zasoby hydroenergetyczne nie są zależne od zagranicznych dostaw energii.
Energetyka wodna ma jednak także własne specyficzne zalety, takie, jak na przykład możliwość
wykorzystania zbiorników wodnych do rybołówstwa, celów rekreacyjnych czy też ochrony
przeciwpożarowej. Wśród wad hydroenergetyki należy wymienić niekorzystny wpływ na populację
ryb, którym uniemożliwia się wędrówkę w górę lub w dół rzeki, niszczące oddziaływanie na
środowisko nabrzeża, a także fakt, że uzależnione od dostaw wody hydroelektrownie mogą być
niezdolne do pracy na przykład w czasie suszy.
Potencjał i wykorzystanie
Nasz kraj nie posiada zbyt dobrych warunków do rozwoju energetyki wodnej. Co prawda to właśnie
woda dostarcza nam najwięcej energii elektrycznej spośród wszystkich odnawialnych źródeł energii,
jednak jej zasoby są wykorzystywane zaledwie w 11% (EC BREC). To więcej niż przykładowo na
Białorusi, gdzie eksploatuje się jedynie 3% wszystkich zasobów, jednak o wiele mniej niż na przykład
w Norwegii, która ze spadku wody pozyskuje aż 98% energii elektrycznej. Polskie hydroenergetyczne
zasoby techniczne wynoszą 13,7 tys. GWh na rok, z czego ponad 45% przypada na Wisłę.
Dofinansowano ze środków Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej
www.edusun.pl
Rodzaje elektrowni wodnych
Każda elektrownia wodna wyposażona jest w turbinę , jednak nie do każdej turbiny doprowadza się
wodę w taki sam sposób. To właśnie ze względu na sposób doprowadzenia wody do turbiny
wyróżniamy rozmaite rodzaje elektrowni wodnych.
Elektrownia przepływowa
Mieści się w specjalnie skonstruowanym budynku, będącym przedłużeniem przegradzającego rzekę
jazu. Jest więc zlokalizowana w korycie rzeki, której energię wykorzystuje. Elektrownie tego typu
mogą pracować prawie bez przerwy, ilość produkowanej przez nie energii zależy jednak od ilości
wody, przepływającej akurat w rzece, elektrownie przepływowe nie posiadają bowiem zbiornika
wodnego. W Polsce największe znaczenie wśród tego typu hydroelektrowni mają niskospadowe
elektrownie z zaporami ziemnymi , wyposażone w turbiny Kaplana, turbiny rurowe, bądź też – w
przypadku bardzo małych mocy – w turbiny rurowe z generatorem zewnętrznym lub turbiny BankiMichella.
Elektrownia zbiornikowa (regulacyjna)
Jest w mniejszym stopniu niż przepływowa uzależniona od ilości energii, dostarczanej w danym
momencie przez wodę. Dzięki znajdującemu się przed nią zbiornikowi wodnemu, elektrownia
zbiornikowa może produkować energię o większej mocy, niż moc odpowiadająca chwilowemu
dopływowi, może też reagować na zmieniające się zapotrzebowanie na energię i dostosowywać się
do sezonowych wahań ilości przepływającej wody. Ten typ hydroelektrowni reprezentowany jest
najczęściej przez duże elektrownie wodne.
Energia wody wykorzystywana jest także w elektrowniach szczytowo-pompowych, które jednak
często nie są zaliczane do odnawialnych źródeł energii.
Elektrownia szczytowo-pompowa
Posiada dwa zbiorniki wodne: górny i dolny. Funkcje zbiorników górnych mogą pełnić zarówno
zbiorniki sztuczne, jak i naturalne, na przykład jeziora, jako zbiorniki dolne wykorzystywane są zaś
jeziora, spiętrzone doliny rzek, stare sztolnie kopalniane i specjalnie zbudowane zbiorniki sztuczne. W
okresie małego zapotrzebowania na energię elektrownia przepompowuje wodę ze zbiornika dolnego
do górnego, gromadząc w ten sposób potencjalną energię. Jest to praca pompowa (silnikowa)
hydroelektrowni. Z kolei pracę turbinową (generatorową) elektrownia wodna wykonuje, gdy
zapotrzebowanie na energię wzrasta. Uwalnia się wtedy wodę ze zbiornika górnego, by spływając do
dolnego napędzała produkującą prąd turbinę. W ciągu doby elektrownie szczytowo-pompowe są
uruchamiane 1-2 razy w cyklu pracy pompowej i turbinowej, co pozwala wyrównywać maksymalne i
minimalne – czyli szczytowe – obciążenia systemu energetycznego.
Dofinansowano ze środków Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej
www.edusun.pl
Elektrownie szczytowo-pompowe są kosztowne, trudno jednak znaleźć alternatywną formę
magazynowania tak dużych ilości energii. Poza tym nakłady inwestycyjne można zmniejszyć,
wyposażając elektrownię w odpowiedni duży spad, im większy jest bowiem spad, tym mniejsza
wymagana pojemność zbiorników. Wysokość spadu w elektrowniach szczytowo-pompowych
powinna przekraczać 100 m. Elektrownie szczytowo-pompowe są magazynami energii, pełnią także
istotną rolę interwencyjną w przypadkach awarii systemu elektroenergetycznego. W razie nagłego
niedoboru mocy elektrownia uruchamiana jest do pracy turbinowej, jeśli zaś nagle wystąpi nadmiar
mocy, zakład podejmuje pracę pompową.
W Polsce na elektrownie szczytowo-pompowe przypada najwięcej, bo około 1350 MW mocy
zainstalowanej, spośród około 2100 MW, posiadanych ogółem przez elektrownie wodne. Najbardziej
znane polskie elektrownie szczytowo-pompowe to Żarnowiec, Porąbka-Żar i Żydowo.
Elektrownia pływowa
To elektrownia wodna wykorzystująca do produkcji energii elektrycznej przypływy i odpływy morza
bądź oceanu, spowodowane przyciąganiem grawitacyjnym Księżyca i – w mniejszym stopniu - Słońca
oraz ruchem obrotowym Ziemi. By wykorzystać energię pływów, ujścia rzek przegradza się zaporami,
wyposażonymi w turbiny, poruszane przez wodę, wpływającą w czasie przypływu do zbiornika, a w
czasie odpływu wypływającą (uwalnianą) z niego z powrotem do morza.
Na angielskim, francuskim i hiszpańskim wybrzeżu Oceanu Atlantyckiego energię pływów
wykorzystywano już w XI wieku, gdy zmagazynowana za niewielkimi zaporami woda służyła do
napędzania kół wodnych, mielących ziarna. Pierwsza i zarazem największa elektrownia pływowa
świata została uruchomiona w 1966 roku we Francji przy ujściu rzeki La Rance do kanału La Manche,
w miejscu, gdzie maksymalna amplituda pływów wynosi 13,5 m, a minimalna 5 m i gdzie młyny
wodne pracowały już od XII wieku. Ten osiągający 100% mocy przy spadzie wynoszącym 6 m zakład
wyposażony jest w 24 turbiny wodne o mocy 10 MW każda, dysponuje więc mocą zainstalowaną 240
MW - wystarczająco dużą, by zaopatrzyć w energię 240 000 domów. Drugą co do wielkości na świecie
elektrownią pływową jest zakład w Annapolis w Kanadzie, posiadający 17 MW mocy zainstalowanej.
Energię pływów można wykorzystywać tylko w około 20 rejonach świata, w niektórych miejscach
jednak jej zasoby są całkiem spore: na przykład Wielka Brytania, wykorzystując energię pływów
mogłaby pokryć około 20% swoich potrzeb energetycznych. Zaletą elektrowni pływowych jest także
stuletni okres eksploatacji. Poza krajami wymienionymi wcześniej, elektrownie pływowe posiadają
też Chiny, Rosja i Wielka Brytania, a ich uruchomienie planują Korea Południowa i Indie. W Polsce
wykorzystanie energii pływów nie jest możliwe.
Czy wiesz, że...
Dofinansowano ze środków Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej
www.edusun.pl
4,27 mln funtów przeznaczył rząd Wielkiej Brytanii na budowę elektrowni pływowej w zatoce
Strangford Lough u wybrzeży Irlandii Północnej. Instalacja o mocy 1 MW zostanie oddana do użytku
w połowie roku 2006. Dwie elektrownie pływowe już od ponad 2 lat pracują na angielskim wybrzeżu
North Devon.
Elektrownia maremotoryczna
Zwana inaczej falowo-wodną, produkuje energię elektryczną z energii fal lub prądów morskich bądź
oceanicznych. Pierwszy zakład tego typu uruchomiono w drugiej połowie XX wieku w Bouchaux Praceique we Francji, poza tym elektrownie maremotoryczne pracują między innymi w Rosji nad
Morzem Białym i w Stanach Zjednoczonych na Alasce.
Elektrownie maretermiczne wykorzystują jako czynnik roboczy amoniak, freon bądź propan, które
parują w wynoszącej około 30 st. C temperaturze wody powierzchniowej i następnie są skraplane
przy pomocy wody o temperaturze około 7 st. C, czerpanej z głębokości 300-500 m. Zakłady
maretermiczne pracują na Hawajach (40 MW), w Japonii (10 MW), na Bali i Tahiti (po 5 MW).
Zalety i wady hydroenergetyki
Energia wody to powszechnie wykorzystywane odnawialne źródło energii. Dostarcza światu prawie
20% energii elektrycznej. Hydroenergetyka nie przyczynia się do emisji gazów cieplarnianych, nie
powoduje zanieczyszczeń, a jej produkcja nie pociąga za sobą wytwarzania odpadów. Co więcej,
woda ma także pewne inne walory, których pozostałe odnawialne źródła energii są pozbawione.
Trudno na przykład gromadzić zapasy energii słońca czy energii wiatru , w przypadku energii wody
jest to oczywiście możliwe. Woda zgromadzona w zbiorniku stanowi bowiem naturalną rezerwę.
Zastanówmy się teraz przez chwilę, jakie jeszcze zalety, lecz również jakie wady posiada to popularne
odnawialne źródło energii.
Źródła:
R. Szramka, A. W. Różycki, Perspektywy dla małych elektrowni wodnych
EC BREC, Odnawialne źródła energii jako element rozwoju lokalnego
http://enrin.grida.no
www.roee.org.pl
www.dossier.kiev.ua
Dofinansowano ze środków Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej
www.edusun.pl
Dofinansowano ze środków Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej