Jak elektrownia wodna produkuje prąd?
Elektrownia wodna to konstrukcja budowlana z zestawem urządzeń, które są w stanie zamienić energię kinetyczną wody na energię elektryczną. Sercem hydroelektrowni jest turbina wodna połączona z generatorem prądu.
Aby wprawić w ruch turbinę, potrzebna jest woda pod odpowiednim ciśnieniem, wytworzonym przez jej spiętrzenie za pomocą budowli hydrotechnicznej. Spiętrzona woda trafia specjalnymi kanałami do wirnika turbiny wprawiając go w ruch. Obracająca się turbina napędza generator. . Wytworzony w generatorze prąd płynie do transformatora, gdzie uzyskuje odpowiednie parametry, dostosowane do wymogów sieci przesyłowych.
Elektrownia wodna przepływowa kontra elektrownia wodna zbiornikowa
Dwa najpopularniejsze typy hydroelektrowni to elektrownia wodna przepływowa i elektrownia wodna zbiornikowa. Oba typy instalacji wykorzystują wody śródlądowe (rzeki i jeziora), ale różnią się konstrukcją i możliwościami kumulowania i przetwarzania energii kinetycznej wody.
Jak działa elektrownia wodna przepływowa?
Aby wprawić w ruch turbinę (a w następstwie generator) hydroelektrowni przepływowej, potrzebne jest ciśnienie hydrostatyczne. Można je uzyskać dzięki spiętrzeniu wody przy pomocy budowli hydrotechnicznej. Elektrownia wodna przepływowa pracuje przy stałym poziomie piętrzenia wody, a jej moc jest zależna od wysokości piętrzenia i ilości wody napływającej do turbiny. .
Zdarza się, że elektrownie wodne przepływowe budowane są w kaskadzie, w niewielkiej odległości, jedna bezpośrednio za drugą. Jednak aby wykorzystać ekonomicznie zjawisko kaskady, pierwsza z nich musi być elektrownią zbiornikową. Zrzut większej ilości wody ze zbiornika umożliwia pracę całej kaskady w szczytach energetycznych, w okresach największego zapotrzebowania na energię elektryczną.
Jak działa elektrownia wodna zbiornikowa?
Aby wprawić w ruch turbinę (a w następstwie generator) hydroelektrowni zbiornikowej, identycznie jak w przypadku elektrowni przepływowej, potrzebne jest ciśnienie hydrostatyczne. Uzyskiwane jest również dzięki spiętrzeniu wody przy pomocy budowli hydrotechnicznej, w tym przypadku przy pomocy zapory wodnej. Różnica pomiędzy elektrownią wodą przepływową a zbiornikową polega na tym, że elektrownia wodna pracuje przy stałym poziomie piętrzenia, a elektrownia wodna zbiornikowa pracuje przy różnych poziomach piętrzenia, wykorzystując retencję wody w zbiorniku. Pracuje w okresach największego zapotrzebowania na energię elektryczną, a w okresach niskiego zapotrzebowania gromadzi „paliwo” w zbiorniku. Jej moc jest zależna zarówno od wysokości piętrzenia, jak i ilości wody napływającej do turbiny.
Czym różni się elektrownia wodna zbiornikowa od szczytowo-pompowej?
Elektrownia wodna szczytowo-pompowa to również elektrownia zbiornikowa. Zasadnicza różnica polega na tym, że klasyczna elektrownia zbiornikowa posiada jeden zbiornik, a elektrownia szczytowo-pompowa posiada dwa zbiorniki: zbiornik górny i dolny. W okresach, gdy jest niskie zapotrzebowanie na energię elektryczną i jej ceny są bardzo niskie, woda jest zasysana przy pomocy pompo-turbiny z dolnego zbiornika do górnego, a następnie w okresach gdy jest wysokie zapotrzebowanie na energię elektryczną i jest ona droga, woda jest przepompowywana z górnego zbiornika do dolnego. Praca elektrowni szczytowo-pompowej jest dla krajowego systemu elektroenergetycznego bardzo korzystna, ponieważ jest to naturalny magazyn energii możliwej do wykorzystania w sytuacji kryzysowej w systemie.
Hydroelektrownie pływowe
Do produkcji prądu można wykorzystać także przypływy i odpływy morza. W rejonach, w których są one szczególnie intensywne, powstają zapory z turbinami i generatorami prądu. Elektrownie pływowe pracują tylko przez kilka godzin na dobę, gdy siła przepływu wody jest wystarczająca do poruszania łopat wirników turbin.
Podziemne hydroelektrownie szczytowo-pompowe
To najbardziej zaawansowane technologicznie konstrukcje wśród hydroelektrowni. Wykorzystują różnice w poziomach podziemnych zbiorników wodnych. Najczęściej górnym zbiornikiem jest sztucznie utworzone jezioro na płaskim szczycie, a dolny zbiornik zasilany przepływającą rzeką znajduje się u podnóża góry.
Trwają też próby z alternatywnymi rozwiązaniami, np. z wykorzystaniem zalanych wodą kopalni. Jednym z rozważanych rozwiązań jest lokowanie zbiorników dolnych w głębi ziemi, poniżej dna jezior, które pełnią funkcję zbiorników górnych.
Największe i najciekawsze elektrownie wodne w Polsce
Do największych hydroelektrowni w Polsce należą modele pompowo-szczytowe: Żarnowiec (716 MW), Porąbka-Żar (500 MW), Solina (200 MW), Włocławek (162 MW), Żydowo (150 MW). Natomiast najliczniejsze są hydroelektrownie przepływowe.
Ponad 700 hydroelektrowni przepływowych
Na terenie Polski działa 771 przepływowych elektrowni wodnych o łącznej mocy zainstalowanej 937 MW[1]. Największą z nich jest hydroelektrownia we Włocławku o mocy 160 MW. Natomiast zdecydowana większość instalacji ma moc poniżej 10 MW.
Jedyna polska podziemna elektrownia wodna
Porąbka-Żar to jedyna w Polsce hydroelektrownia podziemna. Jej górny zbiornik jest całkowicie sztuczny: został wydrążony na szczycie góry Żar. Ma pojemność roboczą 2 mln metrów sześciennych, co pozwala na 4 godziny ciągłej pracy generatorów. Spad wody pomiędzy górnym i dolnym zbiornikiem wynosi 440 metrów. Dzięki temu można uzyskać bardzo duże ciśnienie i siłę przepływu.
Hydroelektrownia na górze Żar powstała w latach 70. XX w. Do dzisiaj produkuje prąd i jednocześnie jest pomnikiem techniki przystosowanym do zwiedzania.
TAURON – elektrownie wodne w Jeleniej Górze, Krakowie, Wrocławiu i Opolu
TAURON inwestuje w odnawialne źródła energii. Posiadamy 34 elektrownie wodne, z czego 11 stanowią elektrownie zbiornikowe i 23 przepływowe, o łącznej mocy zainstalowanej 132,944 MW. Położone są one na ziemi dolnośląskiej, opolskiej i małopolskiej na rzekach Bóbr, Bystrzyca, Kamienna, Kwisa, Nysa Kłodzka, Odra, Mała Panew, Wisła, Dunajec oraz potokach Bystra i Olczycki.
W gestii TAURONA znajduje się też najstarsza polska hydroelektrownia komercyjna – zbudowany pod koniec XIX wieku stopień wodny Leśna, stanowiący od początku istnienia dzieło techniki, awansował współcześnie do rangi dobra kultury. Zachwyca niepowtarzalnym krajobrazem oraz harmonijnym wkomponowaniem zapory, zabudowań elektrowni i jej mechanizmów w otaczającą przyrodę.
Szczegółowe informacje na temat hydroelektrowni TAURONA znajdziesz w zakładce Energia z wody.
Czy elektrownie wodne są ekologiczne?
Eksploatacja hydroelektrowni nie wymaga spalania paliw kopalnych i nie pogłębia negatywnej presji na środowisko naturalne. Pomimo podnoszonych niekiedy obaw o niekorzystne zmiany w ekosystemie w związku z budową zapór, praktyka pokazuje co innego. Sztucznie utworzone zbiorniki wodne stwarzają dogodne warunki do zasiedlenia i rozwoju wielu gatunków fauny i flory, które wcześniej nie występowały na danym terenie.
Ponadto woda przechodząca przez turbiny hydroelektrowni nie zmienia swego składu, za to natlenia się. Dzięki temu poprawia warunki życia tysięcy organizmów wodnych, w tym szczególnie ryb. Elektrownia wodna jest też potężnym filtrem: na kratach wlotowych do turbin zatrzymuje się setki ton śmieci. Dzięki temu produkcja prądu przyczynia się do poprawy czystości wody w rzekach.
Neutralny środowiskowo charakter hydroelektrowni sprawił, że stały się one przedmiotem zainteresowania również prywatnych inwestorów. To nie tylko ekologiczne, lecz również stabilne, niezależne od pogody źródło prądu na własne potrzeby gospodarstw domowych.
Źródła:
[1] https://uczelniabadawcza.amu.edu.pl/wiadomosci/aktualnosci-id-ub/sektor-energetyki-wodnej-w-polsce-rozwoj-historyczny-i-stan-obecny
