Pobieranie tej energii jest bardzo korzystne zarówno ze względu na ekologiczny, jak i ekonomiczny charakter, bowiem dostarcza ona ekologicznie czystej energii i reguluje stosunki wodne zwiększając retencję wód powierzchniowych, co polepsza warunki uprawy roślin oraz warunki zaopatrzenia ludności i przemysłu w wodę.
Działanie elektrowni wodnych jest dość proste. Woda z rzek spływa z wyżej położonych terenów takich jak np. góry, czy wyżyny do zbiorników wodnych (mórz lub jezior) położonych np. na nizinach. Przepływ wody w rzece spowodowany jest różnicą energii potencjalnej wód rzeki w górnym i dolnym biegu. Energia potencjalna zamienia się w energię kinetyczną płynącej wody. Fakt ten wykorzystuje się właśnie w elektrowni wodnej przepuszczając przez turbiny wodne płynącą rzeką wodę.
Energia elektryczna produkowana w elektrowniach wodnych zazwyczaj wprowadzana jest do krajowego systemu przesyłu energii.
Duża elektrownia wodna może zasilać nawet całe kilkutysięczne miasto.
Elektrownie wodne można podzielić na dwie kategorie:
1. Elektrownie z naturalnym dopływem wody:
• elektrownie regulacyjne – inaczej zbiornikowe, tzn., że przed elektrownią znajduje się zbiornik wodny, który wyrównuje sezonowe różnice w ilości płynącej wody.
• elektrownie przepływowe, które nie posiadają zbiornika, więc ilość wyprodukowanej energii zależy od ilości wody płynącej w rzece w danym momencie.
1. Elektrownie szczytowo – pompowe, które znajdują się pomiędzy dwoma
Zbiornikami wodnymi – tzn. górny i dolnym. Te elektrownie umożliwiają kumulację energii w okresie małego zapotrzebowania na nią przez pompowanie wody ze zbiornika dolnego do górnego. Natomiast w okresie większego zapotrzebowania energia wyzwalana jest przez spuszczanie wody ze zbiornika górnego do dolnego za pomocą turbin wodnych.
W gruncie rzeczy, jedynie pierwsza grupa elektrowni wodnych może być zakwalifikowana do kategorii energii odnawialnych, gdyż elektrownie szczytowo – pompowe wymagają więcej energii na pompowanie wody niż zwracają jej do systemu energetycznego.
Inny podział elektrowni, tym razem ze względu na wielkość to:
• elektrownie duże o mocy zainstalowanej 10 MW i więcej
• elektrownie małe o mocy w przedziale 200 kW – 10 MW
• mikroelektrownie wodne poniżej 200 kW mocy
W Polsce większe elektrownie wodne znajdują się min. Dębiu, Wocławku, Żarnowcu, Otmuchowie, Żarach, Solinie, Niedzicy. Położenie tych i pozostałych elektrowni obrazuje mapka, znajdująca się na następnej stronie.
POTENCJAŁ ENERGII RZEK
Na świecie energia rzek zaspokaja ok. 3% zapotrzebowania na energię pierwotną.
W porównaniu z innymi krajami, u nas potencjał jest niewielki.
Energia rzek wykorzystywana w gospodarce nie przekracza 0,2% energii pierwotnej zasilającej mieszkańców Polski.
Razem z elektrowniami szczytowo – pompowymi stanowi to tylko 2,7% ogólnej energii elektrycznej. Największą w Polsce elektrownią wodną jest ta znajdująca się na Wiśle we Włocławku (160 MW mocy). W skali światowej jest to niewielki obiekt. Ponieważ np. w Rosji na Jeniseju moc elektrowni przewyższa 30-krotnie moc elektrowni włocławskiej.
Tak więc, w Polsce w małym stopniu wykorzystuje się energię rzek, bowiem w niektórych państwach, jak np. w Norwegii elektrownie wodne pokrywają zapotrzebowanie na energię elektryczną prawie w 100%.
Działanie elektrowni wodnych jest dość proste. Woda z rzek spływa z wyżej położonych terenów takich jak np. góry, czy wyżyny do zbiorników wodnych (mórz lub jezior) położonych np. na nizinach. Przepływ wody w rzece spowodowany jest różnicą energii potencjalnej wód rzeki w górnym i dolnym biegu. Energia potencjalna zamienia się w energię kinetyczną płynącej wody. Fakt ten wykorzystuje się właśnie w elektrowni wodnej przepuszczając przez turbiny wodne płynącą rzeką wodę.
Pobieranie tej energii jest bardzo korzystne zarówno ze względu na ekologiczny, jak i ekonomiczny charakter, bowiem dostarcza ona ekologicznie czystej energii i reguluje stosunki wodne zwiększając retencję wód powierzchniowych, co polepsza warunki uprawy roślin oraz warunki zaopatrzenia ludności i przemysłu w wodę.
Elektrownie nie koniecznie muszą być instalowane na dużych rzekach. Jednak małe rzeczki przeważnie dostarczają energii tylko właścicielom elektrowni i ich sąsiadom. Małe elektrownie wodne mają dużo zalet podobnie jak te większe, niektórymi z nich są:
- nie zanieczyszczają środowiska i mogą być instalowane w licznych miejscach na małych ciekach wodnych
- mogą być zaprojektowane i wybudowane w ciągu 1-2 lat, wyposażenie jest dostępne powszechnie, a technologia dobrze opanowana
- prostota techniczna powoduje wysoką niezawodność i długą żywotność
- wymagają nielicznego personelu i mogą być sterowanie zdalnie
- rozproszenia w terenie skraca odległości przesyłu energii i zmniejsza związane z tym koszty
Małe elektrownie wodne mogą wykorzystywać potencjał niewielkich rzek, rolniczych zbiorników retencyjnych, systemów nawadniających, wodociągowych, kanalizacyjnych, kanałów przerzutowych. Konstrukcja urządzeń hydrotechnicznych w MEW jest zawsze nieskomplikowana. Również budynki małych elektrowni maj niewielkie gabaryty. Całość wyglądem niczym nie różni się od zwykłych budynków gospodarczych.
Obecne tendencje są aby nie ograniczać wyposażenia elektrycznego, które stanowi tylko 3-10% całkowitych kosztów inwestycyjnych, a wręcz tak je rozbudowywać, aby obiekt mógł być całkowicie zautomatyzowany.
Zasada działania MEW jest nieco inna niż zasada działania dużej elektrowni.
Na początku woda w ujęciu zostaje pozbawiona wszystkich zbędnych rzeczy z ni płynących, jak np. patyki, liście, papiery. W specjalnym zbiorniku umieszczonym pod ziemi woda musi się ustać. Tam cały piach i mniejsze śmieci, które nie zostały usunięte przy ujęciu opadaj na dno. Zbiornik automatycznie oczyszcza się co pewien czas z nagromadzonego materiału rzecznego. Drugie zadanie tego zbiornika to magazynowanie wody. Pozwala on na pracę elektrowni bez dostarczania wody przez strumień przez czas od jednej do kilku godzin w zależności od mocy zainstalowanej i wielkości zbiornika.
Dalej woda spływa kanałem. Jest on również zakopany pod ziemi i zazwyczaj ciągnie się wzdłuż rzeki lub strumienia, choć nie zawsze. Po kilkunastu lub kilkudziesięciu metrach woda dostaje się do budynku elektrowni. Turbiny wraz z generatorami zwykle s pod powierzchni ziemi. Woda uderzając w łopatki turbiny napędza j, ta z kolei napędza generator wytwarzający energię elektryczną. Po tym procesie woda jest doprowadzona do ujścia i trafia do strumienia, z którego została pobrana.
Często zdarza się, że MEW maj na swoim wyposażeniu dwa generatory różnej mocy. Udogodnienie to stosuje się w celu lepszego wykorzystania energii zawartej w wodzie. Gdy spływająca woda ma małą masę załączany jest hydrozespół o mniejszej mocy, gdyż ten drugi miałby o wiele mniejszą sprawność.
Rys. turbiny wodnej (patrz załącznik)
Rys. generatora (patrz załącznik)
W tym generatorze rolę magnezów spełniają bieguny wirnika. Zachowują się one jak magnez stały choć w rzeczywistości są cewkami do których doprowadzono napięcie.
Rys. przekrój przez elektrownie wodną (patrz załącznik)