Prąd z wody

Historia elektryczności związana jest nazwiskiem Faradaya, który wynalazł pierwsze urządzenie wykorzystujące prąd elektryczny do wprawienia przedmiotów w ruch. Faraday był przekonany, że musi być także jakiś sposób na wykorzystanie magnetyzmu do wytwarzania prądu elektrycznego i wytrwale poszukiwał takiej metody. W 1831 r. Faraday odkrył zjawisko zwane indukcją elektromagnetyczną, a odkrycie prawa rządzącego tym zjawiskiem (prawa Faradaya) uważane jest powszechnie za największe osiągnięcie Faradaya. Indukcja elektromagnetyczna może być wykorzystana do wytwarzania prądu elektrycznego, co zademonstrował sam twórca budując pierwszą prądnicę. Nowoczesne generatory elektryczne dostarczające prąd do naszych miast i fabryk, są oczywiście znacznie bardziej złożone, jednak wszystkie opierają się na zasadzie indukcji elektromagnetycznej. Drugim wielkim odkrywcą w dziedzinie elektryczności był niedoceniony Chorwat Nikola Tesla. To on udoskonalając odkrycia Faradaya skonstruował pierwsze przemysłowe silniki i prądnice prądu zmiennego. Dzięki jego wynalazkom elektryczny prąd zmienny stał się podstawowym źródłem energii. Wyparł z fabryk parę, a z miast gaz i węgiel. Tesla był właścicielem ponad 1200 wynalazków, a jego współcześni mówili, że dalsze 1000 miał w pamięci. Wytwarzanie prądu elektrycznego wymaga nie tylko prądnicy, ale także źródła energii napędzającej prądnicę. Źródeł tych jest wiele. Nas interesuje woda jako źródło. Rzeki i strumienie od tysiącleci wykorzystywano do napędu maszyn. Tak napędzano kuźnie, młyny, folusze, dźwigi. Zatem nic dziwnego, że wodny napęd skojarzono z wytwarzaniem energii elektrycznej. Elektrownie wodne przepływowe W roku 1869 francuski producent papieru Aristide Berges, którego fabryka znajdowała się w Alpach nad brzegiem strumienia, zbudował pierwszą na świecie elektrownię wodną. Pierwszą większą elektrownią była elektrownia na wodospadzie Niagara, zbudowane dzięki wynalazkom Tesli. Najstarsza zbudowana w niepodległej Polsce elektrownia znajduje się w Gródku na rzece Wdzie. Elektrownia Gródek o mocy 3,9 MW (3,9 miliona watów) powstała w latach 1914—1923. Była wówczas największą w Polsce elektrownią wodną; dostarczała prąd nawet do Gdyni., Na terenie Polski występują jednak starsze elektrownie np. elektrownia Struga zbudowana na rzece Słupi w 1896r. Jest to elektrownia przepływowa o mocy 250 kW wykorzystująca spadek wody wynoszący 14 m. Do dnia dzisiejszego pracuje hydrozespół złożony z turbiny Francisa, wzbudnicy i generatora. To najstarsza pracująca elektrownia wodna w Europie. Największa w Polsce rzeczna elektrownia wodna powstała na Wiśle we Włocławku. Ma moc 162 MW. Elektrownia Wodna Trzy Przełomy w Chinach jest największym na świecie przedsięwzięciem w zakresie inżynierii wodnej. Zbudowano ją na rzece Jangcy, w prowincji Hubei w środkowych Chinach. Projekt ma na celu zapewnić lepszą kontrolę nad powodziami, produkcję energii elektrycznej oraz poprawę spławności rzeki. Po zakończeniu budowy, Trzy Przełomy staną się największą elektrownią wodną na świecie, z łączną mocą zainstalowaną 18 200 MW i ma wytwarzać rocznie 84,7 miliarda kWh. Elektrownie szczytowo-pompowe Rzeka kaprysi i nie zawsze „chce” dostarczać energię elektryczną. Dlatego powstały elektrownie szczytowo-pompowe. Wykorzystują one różnicę w cenie energii w „szczycie” i poza nim. Kiedy energia jest tańsza turbiny pompują wodę z dolnego do górnego zbiornika. Kiedy energia drożeje woda wraca przez turbiny i wytwarza energię elektryczną. W ogólnym bilansie elektrownia nie produkuje energii elektrycznej, jest jedynie akumulatorem energii wodnej. W Polsce największa znajduje się w Żarnowcu, posiada moc 680 MW). Na świecie największą jest elektrownia Guri w Wenezueli — 10 300 MW. Hydroelektrownie morskie Odnawialne źródła energii stają się coraz powszechniejsze. Jednym z motorów poszukiwań nowych rozwiązań w tej dziedzinie jest ciągły wzrost cen na surowce służące do pozyskiwania energii (ropa, gaz, węgiel). Jednym z przykładów radzenia sobie z problemem zapotrzebowania na energię, stają się hydroelektrownie.

Pozyskiwanie energii z naturalnego źródła, jakim jest woda, dla niektórych państw stanowi ponad 15% ich polityki energetycznej. Elektrownie wodne budowane na rzekach lub też na naturalnych bądź sztucznych spadach wodnych, takich jak tamy (najsłynniejsza jest tama Hoovera w Stanach Zjednoczonych, jedna z 18 największych zapór na świecie), stały się już powszechnie znanym zjawiskiem.iększość osób zdaje sobie sprawę, choć w przybliżeniu, na jakich zasadach opiera się jej działanie. Niewielu jednak wie, ile w tej branż różnorodnych zastosowań. Wszak istnieją już nawet elektrownie morskie. Elektrownie pływowe wykorzystują naturalne „siły kosmiczne” (ruch obrotowy Ziemii, przyciąganie Księżyca) powodujące przypływy i odpływy mórz i oceanów. Dzięki dobremu układowi topograficznemu - czyli w tym przypadku wpływającej do morza rzeki o wysokich brzegach umożliwiających zbudowanie na niej zapory - działanie skupia się na wpłynięciu wód morskich w dolinę rzeki, a następnie podczas odpływu wypuszczenia jej przez turbiny wodne. Dla ekonomii energetycznej tego rodzaju rozwiązanie jest wielce korzystne z jednego punktu - elektrownie tego typu mają czas eksploatacji szacowany nawet na 100 lat. Minusem elektrowni pływowych jest zasalanie ujść rzek, erozja ich brzegów a także utrudnienie migracji rybą. Wykorzystanie pływów znane jest od XI wieku, kiedy to wodę nagromadzoną używano do napędzania kół wodnych mielącą ziarna. Największa na świecie elektrownia pływowa znajduje się we Francji. Ma ona 24 turbiny wodne o mocy po 10MW, a więc cała elektrownia ma moc 240MW i jest w stanie zapewnić prąd około 240 tyś. gospodarstw domowych. Pracuje od 1967 roku. Do najnowszych zaś inwestycji w tej dziedzinie należy budowa elektrowni w zatoce Strangford Lough w Wielkiej Brytanii, której koszt budowy szacuje się na 4,27 mln funtów. Instalacja ta, o mocy 1 MW zostanie oddana do użytku w połowie tego roku. Elektrownie maremotoryczne to elektrownie wykorzystującą fale morskie do pozyskania energii. Można rozróżnić wiele typów tego rodzaju elektrowni. Do najważniejszych należy zaliczyć: nadbrzeżne - zbiornik jest zbudowany na platformach na brzegu morza. Fale wlewają się na podstawę platformy i wypychają powietrze do górnej części zbiornika. Sprężone przez fale powietrze wprawia w ruch turbinę Wellsa, która napędza generator. Rozwiązanie takie jest znane pod skrótem MOSC. przybrzeżne - umiejscowione na dnie morza na głębokości 10-20 m morskie - usytuowane na dnie morza na głębokości ponad 40 m. W tym miejscu należy wspomnieć również o innym sposobie pozyskiwania energii - turbinach powietrznych. Woda pchana falami morskimi wpływa przez sztolnię do zbiornika, gdzie następnie spada na turbinę Kaplana. To doskonały przykład zamiany energii kinetycznej na potencjalną. Instalacja taka pracuje od 1986 r. na norweskiej wyspie Toftestallen koło Bergen dając moc 350 kW. Takie rozwiązanie jest znane pod skrótem OWC. Do nowatorskich sposobów pozyskiwania energii można zaliczyć tratwy i kaczki. Każda tratwa składa się z trzech części połączonych ze sobą zawiasami i poruszających się na falach. Pionowy ruch fal porusza tłoki pomp znajdujących się w środkowej części tratwy. Pompowana woda napędza turbinę sprzężoną z generatorem. Eksperymentalna tratwa pracuje koło wyspy Wright (Wielka Brytania). Kaczki zaś w przeciwieństwie do tratw wykorzystują poziome ruchy wody morskiej. Łańcuchy kaczek umieszczone na długim pręcie podskakując na falach niezależnie od siebie wprowadzają w ruch tłoki pomp. Pompowana woda napędza turbiny. Kaczki o małej mocy służą od lat do oświetlenia boi. Elektrownie maretermiczne (oceanotermiczne) produkują energię elektryczną z energii cieplnej, której źródłem jest różnica temperatur miedzy ciepłymi warstwami powierzchniowymi a zimnymi warstwami głębinowymi morza.. 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, 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). Dużym problemem w takiej instalacji jest korozja materiałów w wodzie morskiej i osadzanie się na powierzchniach wymienników ciepła organizmów morskich, rozwijających się bujnie w ciepłej wodzie. Jednak duża ilość wytworzonej energii rekompensuje naprawę bądź ewentualną wymianę części. Jak widać prostota budowy, duże możliwości energetyczne, nieprzerwany czas pracy i ekologiczność doskonale świadczą o tym, że wkrótce tego rodzaju rozwiązania staną się głównym „dostarczycielem” energii, a nie tylko naukową ciekawostką wspomagającą tradycyjną energetykę.

---