Elektrownie wodne

Ewelina Dądela

Grupa II

Rok III

Gospodarka energetyczna

Literatura:

1. Damazy Laudyn, Franciszek Strzelczyk, Maciej Pawlik.: „Elektrownie”, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 2006 r.

2. Marian Hoffman, Małe elektrownie wodne - poradnik, Wydawnictwo Nabba, Warszawa 1992 r.

3. Kamila Warać, Rafał Wójcik, Michał Kołacki,: „Elektrownie wodne Ich funkcjonowanie oddziaływanie na najbliższe środowisko” Słupsk 2010 r.

4. http://pl.wikipedia.org/wiki/Elektrownia_wodna z dnia 13.04.2011

Spis treści

1. Elektrownia wodna-definicja

1. Podział elektrowni wodnych

2. Funkcjonowanie elektrowni wodnych

2. Większe elektrownie wodne na świecie

3. Większe elektrownie wodne w Polsce

4. Wady i zalety dużych elektrowni wodnych

1. Elektrownia wodna-definicja

Elektrownia wodna to zakład przemysłowy zamieniający energię spadku wody na elektryczną. Elektrownie wodne dzieli się na "duże" i "małe", przyjmując, że małe elektrownie wodne (określane skrótem MEW) to te o mocy poniżej 5 MW. Podział ten jest dość umowny (w Skandynawii i Szwajcarii granicą są 2 MW, a w USA 15 MW), ale dość ważny, gdyż MEW są zaliczane do niekonwencjonalnych, odnawialnych i ekologicznych źródeł energii. Natomiast duże elektrownie wodne są tak na świecie rozpowszechnione (20% światowej produkcji energii elektrycznej), że traktowane są często jako konwencjonalne źródło energii, a duży stopień ingerencji w środowisko naturalne powstrzymuje wielu badaczy od nazywania dużych elektrowni wodnych ekologicznymi. Wątpliwości te nie dotyczą małych elektrowni wodnych, których wpływ na środowisko jest znikomy.

1.1. Podział elektrowni wodnych

Elektrownie wodne można podzielić na:

• elektrownie przepływowe

Jest to zakład przemysłowy, którego zadaniem jest wytwarzanie energii elektrycznej za pomocą turbin znajdujących się w kanałach derywacyjnych.

Elektrownie przepływowe są to elektrownie, które energię przepływających wód wykorzystują przy małym spadku (kilkanaście metrów) nie mając możliwości magazynowania wody i regulacji wytwarzanej mocy elektrycznej.

Takie elektrownie nie mają zbiornika do magazynowania wody, wykorzystują ciągły przepływ cieku wodnego. Elektrownie przepływowe mogą być budowane jako pojedyncze obiekty wykorzystujące pewien odcinek rzeki lub jako szereg elektrowni wykorzystujących całą lub część rzeki. Wykorzystanie rzeki przez budowę szeregu elektrowni wzajemnie powiązanych ze sobą (kaskada rzeki) ma wiele zalet: stwarza duże możliwości wyrównywania przepływów, co pozwala na zmniejszenie urządzeń do przepuszczania fal powodziowych (zbędna jest budowa dużych zbiorników wyrównawczych) oraz umożliwia lepsze wykorzystanie zasobów energetycznych rzeki. Pojemności zbiorników powstałych przed zaporami spiętrzającymi mogą być wystarczające do regulacji dobowej. Elektrownie te mogą pracować w tzw. systemie ruchu przewałowego i mogą być źródłem znacznej energii szczytowej. Pod pojęciem pracy przewałowej rozumie się jednoczesne uruchamianie i zatrzymywanie na wszystkich stopniach turbin o tym samym przełyku.

• elektrownie szczytowo-pompowe

Jest to zakład przemysłowy, którego zadaniem jest przemiana energii elektrycznej w energię grawitacyjną wody pompowanej do górnego zbiornika oraz proces odwrotny.

W elektrowni szczytowo pompowej zamienia się energię elektryczną na energię potencjalną grawitacji poprzez wpompowanie wody ze zbiornika dolnego do górnego w okresie nadwyżki produkcji nad zapotrzebowaniem na energię elektryczną (np. w nocy), a następnie, w godzinach szczytu, następuje odwrócenie procesu.

Na tym też opiera się ekonomika działania tych elektrowni. Energia elektryczna jest skupowana w okresie kiedy jest najtańsza, a oddawana do systemu (sprzedawana) w okresie najwyższego zapotrzebowania i za wysoką cenę.

Elektrownia taka wbrew nazwie nie produkuje sumarycznie prądu, co więcej, sporo (prawie 30%) energii elektrycznej jest w tym procesie tracone. Jest ona za to bardzo skutecznym akumulatorem o ogromnej pojemności. Istotną zaletą takiej elektrowni jest możliwość bardzo szybkiego jej uruchomienia w nagłym przypadku, pełną moc osiąga ona w ciągu kilku minut.

Stosowanie elektrowni szczytowo pompowych ma sens jedynie w połączeniu z elektrowniami, w których występują okresowe nadwyżki energii spowodowane niemożliwością szybkiego dostosowania ilości wytwarzanej energii elektrycznej do bieżącego zapotrzebowania (zwłaszcza w elektrowniach cieplnych opalanych węglem). Nadwyżka mocy, która musi być utrzymywana w porze nocnej, przepadłaby bezpowrotnie, gdyby nie została zmagazynowana przez elektrownie szczytowo pompowe w energii potencjalnej wody. Alternatywą dla elektrowni szczytowo-pompowych jest CAES.

1.2. Funkcjonowanie elektrowni wodnych

Zasada działania jest następująca: woda ze zbiornika górnego w godzinach szczytowego poboru mocy spuszczana jest w dół; na końcu trafia na turbinę z generatorem i wytwarza prąd. Najczęściej nocą, gdy zapotrzebowanie na prąd elektryczny w sposób naturalny radykalnie spada - przeprowadza się cykl odwrotny. Silnik napędzający turbinę (w poprzednim cyklu pełnił rolę generatora) pobiera energię elektryczną z sieci - o tej porze jest jej nadmiar i należałoby odstawić bloki w elektrowniach cieplnych, co jest i nieekonomiczne, i kłopotliwe technicznie, elektrownia szczytowo-pompowa akurat odbiera nadmiar mocy. W ciągu 6 godzin zbiornik górny jest ponownie napełniony.

Rysunek 1. Schemat działania elektrowni pompowej

Źródło: http://konkursben.fpegda.pl/ben/index.php?elektrownie-wodne,43 z dnia 30.03.2011r

Zbiornik górny jest tak umieszczony, aby istniejący dopływ pokrywał straty wody (wsiąkanie, parowanie). Moc zużywana na przepompowanie wody do górnego zbiornika jest tylko wtedy mniejsza niż uzyskana podczas jej spadu, gdy czas pompowania jest odpowiednio dłuższy od czasu przepływu w dół, chociaż energia zużywana na przepompowanie jest zawsze większa od energii uzyskanej, gdyż sprawność wynosi około 0,7. Bilans ekonomiczny pracy elektrowni pompowej jest jednak dodatni, gdyż energia zużywana na pompowanie jest tańsza niż energia uzyskana w godzinach szczytu, ponieważ pobiera się ją z sieci w czasie małego zapotrzebowania w systemie energetycznym.

2. Większe elektrownie wodne na świecie

Największą elektrownią wodną na świecie jest wybudowana w 1983 roku elektrownia na zaporze Itaipu na Paranie na granicy państw Brazylii i Paragwaju. Elektrownia ma maksymalną moc 12,6 GW a produkuje rocznie 93,4 TWh energii. Nieco mniejsze są: Zapora Trzech Przełomów na rzece Jangcy w Chinach i Guri, Raul Leoni na rzece Caroní w Wenezueli (10,06 GW).

Największą budowaną zaporą z hydroelektrownią jest budowana w Chinach Zapora Trzech Przełomów. Budowę zapory ukończono 20 maja 2006 r., elektrownia już częściowo pracuje, ale trwa jeszcze napełnianie zbiornika i wyposażanie elektrowni. Ukończenie jest planowane na rok 2009. Po ukończeniu 26 generatorów o łącznej mocy 18,2 GW ma produkować rocznie około 84,7 TWh (terawatogodzin) energii.

3. Większe elektrownie wodne w Polsce

• Elektrownia wodna we Włocławku

• Elektrownia przepływowa w Porąbce

• Elektrownia Wodna Żarnowiec

• Elektrownia Porąbka-Żar

• Zespół Elektrowni Wodnych Solina-Myczkowce

• Elektrownia Żydowo

4. Wady i zalety dużych elektrowni wodnych

Wady dużych elektrowni wodnych:

• hałas i zanieczyszczenia w trakcie budowy

• spiętrzenia wody w zbiornikach mogą doprowadzić do zatopienia osiedli i terenów rolniczych, co może spowodować konieczność przesiedlenia ludności,

• może ujemnie wpływać na żyzność gleb w terenie nadrzecznym, na lokalne warunki klimatyczne, powodując powstawanie mgieł, zapór lodowych na stopniach wodnych itp.

• przyczyniają się do zamulenia zbiornika i erozji brzegów co prowadzi do pogorszenia warunków samooczyszczania się płynących wód i odtlenienia wody, utrudniają wędrówkę ryb

• może ujemnie wpływać na żyzność gleb w terenie nadrzecznym, na lokalne warunki klimatyczne, powodując powstawanie mgieł, zapór lodowych na stopniach wodnych itp.,

• przyczyniają się do zamulenia zbiornika i erozji brzegów co prowadzi do pogorszenia warunków samooczyszczania się płynących wód i odtlenienia wody, utrudniają wędrówkę ryb,

• przyczyniają się do zmian w budowie hydrologicznej (podnoszenie poziomu wód gruntowych przed zaporą i obniżanie go za zaporą),

• mogą powodować skutki wtórne pod postacią pękania stopni wodnych i katastrof wodnych,

koszty budowy tych elektrowni są 2-3 krotnie wyższe od nakładów na budowę elektrowni konwencjonalnych.

Zalety dużych elektrowni wodnych:

• wytwarzanie energii elektrycznej w sposób czysty ekologicznie i łatwiejszy technicznie, konsekwencją takiego stanu są: mniejsze koszty obsługi, większa niezawodność pracy elektrowni i niższe koszty eksploatacji,

• mniejsza awaryjność elektrowni wodnych (proces technologiczny jest prostszy niż w elektrowniach konwencjonalnych),

• nie zużywają paliw naturalnych,

• wytwarzana przez nie energia elektryczna jest ok.8-10 razy tańsza

Klasyfikacja elektrowni wodnych:

Nazwa	Moc	Wykorzystanie wyprodukowanej energii
Duża	ponad 100 MW	zazwyczaj sieci energetyczne
Średnia	15-100 MW	zazwyczaj sieci energetyczne
Mała	1-15 MW	zazwyczaj sieci energetyczne
Mini	100 kW- 1 MW	samodzielne układy, częściej jednak sieci energetyczne
Mikro	5-100 kW	zazwyczaj małe społeczności i zakłady przemysłowe na odległych terenach
Piko	od kilkuset W do 5 kW

3

---