Energia z wody

Widok z góry na ogromną zaporę Itaipu na rzece Parana, woda przy zaporze jest spiętrzona Itaipu- zapora na rzece Parana w Ameryce Południowej będąca wspólnym przedsięwzięciem Brazylii i Paragwaju (Photofactory)

 

Najpopularniejszym sposobem wykorzystania wody do produkcji energii są elektrownie wodne, które przy użyciu turbozespołów zamieniają energię spadku lub przepływu na prąd elektryczny. Turbina wodna, nosząca także nazwę turbiny hydraulicznej, jest silnikiem, który za pomocą wirnika
z łopatami przetwarza energię mechaniczną wody na ruch obrotowy. Poruszający się wirnik napędza prądnicę lub zespół prądnic i w ten sposób wytwarza prąd elektryczny.

 

Obecnie Polska wykorzystuje zasoby hydroenergetyczne jedynie w 12%, co stanowi nieco ponad 7% mocy krajowego systemu energetycznego. Liderem i niedoścignionym wzorcem w tej dziedzinie jest Norwegia, która niemalże całą potrzebną energię elektryczną uzyskuje z hydroenergetyki.

 

Największą elektrownią wodną na świecie jest hydroelektrownia na Zaporze Trzech Przełomów, na rzece Jangcy w Chinach. Jej moc docelowa wynosi 22,5 GW, a produkcja prądu 84 TWh rocznie, czyli połowę tego, co wytwarza cała elektroenergetyka w Polsce! Kolejne pod względem wielkości mocy to: elektrownia na tamie Itaipu, zlokalizowana na granicy Brazylii i Paragwaju o mocy 12,6 GW, Grand Coulee na rzece Kolumbia w USA o mocy 10 GW oraz Raul Leoni (Guri) na rzece Coroni w Wenezueli o mocy 10 GW.

 

Widok z góry na zaporę na rzece Caroni w Wenezueli. Guri - hydroelektrownia we wschodniej Wenezueli na rzece Caroni: zapora wys. 162 m, zbiornik retencyjny 4,2 tys. km² (Photofactory)

 

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, wielkość produkowanej przez nie energii zależy jednak od ilości wody, wypełniającej koryto rzeki. Największa tego typu elektrownia znajduje się na Wiśle we Włocławku.

 

Widok z góry na ogromną zaporę na rzece Kolumbii w USA Grand Coulee - zapora w USA na rzece Kolumbii, wysokość 167 m, długość 1300 m (Photofactory)

 

Elektrownia przyzbiornikowa

Jest uzależniona od ilości energii dostarczanej w danym momencie przez wodę w mniejszym stopniu niż elektrownia przepływowa. Dzięki znajdującemu się przed nią zbiornikowi wodnemu, elektrownia może produkować energię o większej mocy niż moc odpowiadająca aktualnemu dopływowi. Może także reagować na zmieniające się zapotrzebowanie na energię i dostosowywać się do sezonowych wahań ilości przepływającej
w rzece wody. Ten typ hydroelektrowni reprezentowany jest najczęściej przez duże elektrownie wodne.

 

Zdjęcie satelitarne ogromnej Zapory Trzech Przełomów na rzece Jangcy w Chinach. Widać wzburzoną wodę po prawej stronie zapory Zapora Trzech Przełomów zbudowana na rzece Jangcy w Chinach jest największą hydroelektrownią na świecie pod względem mocy (Photofactory)
Widok z góry na ogromną betonową zaporę Hoovera wybudowaną na rzece Kolorado w USA. Widoczne są dwa zbiorniki wodne - górny i dolny Zapora Hoovera na rzece Kolorado w USA, 48 km od Las Vegas, wysokość 224 m, długość 397m (Photofactory)

Elektrownia wodna wykorzystuje energię potencjalną wody zgromadzonej, tj. spiętrzonej w zbiorniku. Woda ujęta ze zbiornika przepływa w dół specjalnie ukształtowanym przewodem i napiera na łopatki turbiny wodnej (silnika hydraulicznego), powodując obracanie się silnika. W tej fazie następują przemiany mechanicznej energii potencjalnej na wciąż mechaniczną energię kinetyczną płynącej wody i (wciąż mechaniczną) energię obrotów turbiny. Turbina napędza wirnik (część ruchomą) generatora prądu elektrycznego, w którego stojanie (części nieruchomej) następuje generowanie prądu, czyli energii elektrycznej i ciepła. To w generatorze następuje przemiana energii mechanicznej na elektryczną i ciepło. Prąd elektryczny przesyłany jest możliwie najkrótszą drogą do transformatora, aby podnieść jego napięcie i skierować do sieci elektroenergetycznej i odbiorców.

 

Elektrownia szczytowo-pompowa

Energia wody wykorzystywana jest także w elektrowniach szczytowo-pompowych, które jednak często nie są zaliczane do odnawialnych źródeł energii. Elektrownia taka posiada dwa zbiorniki wodne: górny i dolny. Funkcje zbiorników górnych mogą pełnić zarówno rezerwuary sztuczne, jak
i naturalne, na przykład jeziora. Jako zbiorniki dolne wykorzystywane są zaś jeziora, spiętrzone doliny rzek, stare sztolnie kopalniane i specjalnie zbudowane sztuczne zbiorniki. W okresie małego zapotrzebowania na energię, najczęściej w nocy, nadmiar prądu wykorzystywany jest do przepompowania wody ze zbiornika dolnego do górnego. W ten sposób okresowa nadwyżka energii elektrycznej przekształcona jest w energię potencjalną zgromadzonej w górnym zbiorniku wody. Ten etap pracy hydroelektrowni jest nazywany pompowym lub silnikowym. Z kolei pracę turbinową (generatorową) elektrownia wykonuje, gdy zapotrzebowanie na energię wzrasta. Uwalnia się wtedy wodę ze zbiornika górnego, by spływając do dolnego napędzała produkującą prąd turbinę. 
W Polsce na elektrownie szczytowo-pompowe przypada najwięcej, bo około 1,35 GW mocy zainstalowanej, spośród około 2,1 GW mocy posiadanych ogółem przez wszystkie elektrownie wodne. 

 

Widok z góry na obiekty elektrowni szczytowo-pompowej nad Jeziorem Żarnowieckim. Ogromne rury łączą dolny i górny zbiornik wodny. Największa w Polsce elektrownia szczytowo-pompowa położona nad Jeziorem Żarnowieckim w woj. pomorskim (Photofactory)

 

Elektrownia pływowa

To elektrownia wodna wykorzystująca do produkcji energii elektrycznej przypływy i odpływy morza bądź oceanu, spowodowane przyciąganiem grawitacyjnym Księżyca i Słońca oraz ruchem obrotowym Ziemi. By wykorzystać energię pływów, elektrownię należy ulokować w miejscach umożliwiających budowę zapór z turbinami pomiędzy otwartym morzem,
a utworzonym zbiornikiem. W czasie przypływu turbiny poruszane są przez wodę z oceanu wpływającą do zbiornika, a w czasie odpływu wypływającą (uwalnianą) z niego z powrotem do oceanu.

 

Na angielskim, francuskim i hiszpańskim wybrzeżu Oceanu Atlantyckiego energię pływów wykorzystywano już w XI w., gdy zmagazynowana za niewielkimi zaporami woda służyła do napędzania kół łopatkowych napędzających żarna mielące zboże. Pierwsza i dotychczas największa elektrownia pływowa świata została uruchomiona w 1966 r. 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 (młyny wodne pracowały już tam w XII w.). Zakład ten wyposażony jest w 24 turbiny o mocy 10 MW każda. Dysponuje więc mocą zainstalowaną 240 MW – wystarczająco dużą, by zaopatrzyć w energię 240 000 domów.

 

Drugą co do wielkości elektrownią pływową jest wybudowany 1984 r. zakład w Annapolis Royal w Kanadzie, posiadający 20 MW mocy zainstalowanej. Elektrownie pływowe posiadają też Chiny, Rosja i Wielka Brytania, a ich uruchomienie planują Korea Południowa i Indie. Energię pływów można wykorzystywać tylko w około 20 rejonach świata, niestety w Polsce nie jest to możliwe.

 

 

Elektrownia maremotoryczna

Zwana inaczej falowo-wodną, produkuje energię elektryczną z energii fal lub prądów morskich. Pierwszy zakład tego typu uruchomiono w drugiej połowie XX wieku w Bouchaux – Praceique we Francji. Dziś elektrownie maremotoryczne pracują między innymi w Rosji nad Morzem Białym
i w Stanach Zjednoczonych na Alasce. Stosowane w elektrowniach maremotorycznych urządzenia prądotwórcze to:

  • turbiny wodne napędzane przelewającą się przez upust zbiornika wodą, która wcześniej wpływa do zbiornika zwężającą się sztolnią, a po przepłynięciu przez turbinę wraca do morza;
  • turbiny powietrzne wprawiane w ruch powietrzem sprężonym w górnej części zbiornika przez zalewające jego dno fale; zbiornik taki zbudowany jest na platformie zlokalizowanej na brzegu morza; ponieważ instalacje wyposażone w turbiny powietrzne, mają często nawet kilkadziesiąt kilometrów długości, mogą także pełnić rolę falochronu.

Przykłady elektrowni obu typów znajdują się na norweskiej wyspie Toftestallen koło Bergen. Zakład wykorzystujący turbiny powietrzne pracuje zaś na wyspie Islay w Szkocji.

 

Obiekty elektrowni falowej umieszczone w wodzie w Agucadoura Elektorwnia falowa w Agucadoura (Photofactory)

 

Elektrownia maretermiczna

Nazywana również oceanotermiczną, produkuje energię elektryczną z energii cieplnej, której źródłem jest różnica temperatur między ciepłymi warstwami powierzchniowymi, a zimnymi warstwami głębinowymi oceanu. Taka, mniej więcej stała, niezależna od pory dnia i roku różnica występuje w strefie równikowej, gdzie w niektórych miejscach istnieje spory potencjał energii maretermicznej. Na przykład w Indiach, na wybrzeżach stanu Tamil Nadu mogłyby powstać instalacje o łącznej mocy 10 000 MW. Elektrownie maretermiczne wykorzystują jako czynnik roboczy amoniak bądź propan, które parują w wynoszącej około 30°C temperaturze wody powierzchniowej i następnie są skraplane przy pomocy wody o temperaturze około 7°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).

 

Czy wiesz, że...

  • energia wodna jest najważniejszym i szeroko wykorzystywanym źródłem energii odnawialnej;
  • energia wodna stanowi 19% światowej produkcji energii elektrycznej;
  • największym producentem energii hydroelektrycznej są Chiny, a zaraz po nich plasuje się Kanada, Brazylia i Stany Zjednoczone, Rosja, Norwegia i Indie;
  • do zagospodarowania pozostaje jeszcze ok. 2/3 potencjału, którego wykorzystanie ma sens ekonomiczny. W Ameryce Łacińskiej, Afryce Środkowej, Indiach i Chinach wciąż jest mnóstwo nieujarzmionych jeszcze zasobów wodnych.

 

Korzyści płynące z wykorzystania energii hydroelektrycznej:

  • nie jest spalane żadne paliwo, więc minimalizuje się zanieczyszczenia
    i redukuje emisję gazów cieplarnianych;
  • woda napędzająca elektrownię jest dostarczana za darmo przez naturę, dzięki czemu koszty eksploatacji i utrzymania elektrowni wodnej są niskie;
  • prostota hydroelektrowni sprawia, że technologia jest niezawodna
    i sprawdzona;
  • wyprodukowana w ten sposób energia jest odnawialna – opady deszczu odbudowują bowiem zasoby wody w zbiorniku;
  • nie zużywa się cennych i ograniczonych zasobów naturalnych jak węgiel, ropa czy gaz;
  • nie trzeba budować kopalń ani wiercić szybów;
  • odpada problem utylizacji odpadów radioaktywnych.

 

Pozyskiwanie energii hydroelektrycznej nie jest jednak doskonałe:

  • wysokie koszty inwestycji;
  • zależność od wody (opady!);
  • w niektórych przypadkach istnieje konieczność zalania dużych terenów, pól uprawnych i siedlisk dzikiej przyrody. Następuje też wypieranie miejscowej ludności;
  • przy wielu inwestycjach dochodzi do utraty lub modyfikacji siedlisk ryb oraz utrudnienia ich swobodnego ruchu;
  • niekiedy następują także istotne zmiany jakości wody w zbiorniku
    i ciekach wodnych.

ZAUFALI NAM

NOWA PUBLIKACJA

WYDAWCA

 

Quixi Media Sp. z o.o.
ul. Jana Matejki 1a
85-061 Bydgoszcz
telefon: +48 52 5513766

 

Wersja do druku Wersja do druku | Mapa witryny
© Antoni Bochen