38

Wrwrł Kasza

W elektrowni wodnej turbina przetwarza energię przepływającej wody na energię mechaniczną, tj. ruch obrotowy wału turbiny. Z kolei ruchy obrotowe wału turbiny w generatorze zostają przetwarzane na prąd elektryczny. Warunkiem otrzymania dużej mocy jest uzyskanie wysokiego spadu wody oraz jej dużego przepływu masowego, stąd też najlepsze warunki dla produkcji energii elektrycznej stwarza gromadzenie wody w zbiornikach zaporowych, zapewniających zasoby wodne i spiętrzenie wody na znaczną wysokość. Hydroelektrownie z reguły nie pracują „na okrągło", tylko w godzinach największego zapotrzebowania na energię elektryczną. Przeważnie czas pracy takiej elektrowni wynosi jedną lub najwyżej parę godzin w ciągu doby. W tym czasie ogromna masa wody jest spuszczana ze zbiornika na turbiny. Inne rozwiązania wykorzystania potencjalnej energii spiętrzonej masy wody to gromadzenie jej w zbiorniku w okresie wiosny i lata, kiedy występuje mniejsza konsumpcja energii elektrycznej i pozyskiwanie jej zimą, kiedy wzrasta zapotrzebowanie na taką energię.

Wyróżnia się dwa podstawowe typy elektrowni wodnych: przepływowe i regulacyjne. Pierwsze z nich buduje się na rzekach nizinnych o małym spadku. Przy tych elektrowniach nie występuje zbiornik wodny, stąd też nie ma możliwości regulacji wytwarzanej mocy elektrycznej. Dostarczają one moc równoważną dopływowi w danej chwili. Drugi typ elektrowni cechuje obecność zbiornika wodnego, w którym gromadzona jest woda (magazynowana jest energia wody). Energię zgromadzonej wody przetwarza się na energię elektryczną w dogodnym czasie (Klugmann, Kługman-Radbemska 1999, Lewandowski 2001).

Najczęściej spotykane typy dużych elektrowni wodnych możemy scharakteryzować następująco:

- elektrownie przepływowe - wykorzystują przepływ wody w korycie rzeki nizinnej; są sytuowane przy stopniach wodnych i wykorzystują wodę ujmowaną przez jaz (jaz -wodna budowla piętrząca, utrzymująca określony poziom wody w rzece (jeziorze), a tym samym określony spad wody. nie tworząca zbiornika; woda swobodnie przepływa przez otwory jazu - Mikulski 1998); elektrownie te pracują w systemie ciągłym (tzn. z jednakową mocą) jak elektrownie cieplne; posiadają możliwość krótkotrwałego wyrównania przepływu (kilkugodzinny — kilkudobowy). Przykładem takiego typu wykorzystania potencjału energetycznego rzeki jest elektrownia we Włocławku na dolnej Wiśle. Zaliczane są tu też kaskady stopni wodnych z tzw. ruchem przewałowym - dla zwiększenia efektów energetycznych elektrowni przepływ wody kształtowany jest przez elektrownię regulującą, usytuowaną przy pierwszym stopniu wodnym; przepływ wody jest wykorzystywany przez kolejne elektrownie aż do ostatniej wyrównawczej (Mikulski 1998);

- elektrownie zbiornikowe - zwykle są sytuowane na rzekach górskich lub wyżynnych; poniżej zbiornika głównego usytuowana jest elektrownia wodna; w zbiornikach gromadzona jest woda na potrzeby pracy elektrowni; w zależności od wielkości zbiorniki te mogą być o wyrównaniu dobowym, tygodniowym lub dłuższym; zbiorniki takie są najczęściej wielozadaniowe i wykorzystywane, m.in. do zabezpieczenia przeciwpowodziowego; tego typu elektrownie mają największe zastosowanie na świecie (Mikulski 1998, Lewandowski 2001);

-    kaskadowe - wiele zbiorników usytuowanych jeden za drugim, które służą sprzężonym z nimi elektrowniom; w tym przypadku często stosuje się rozwiązania indywidualnej i globalnej regulacji ich napełniania, co pozwala na optymalne wykorzystanie mocy i magazynowanie nadwyżek energii (Lewandowski 2001);

-    pompowo-szczytowe - elektrownie tego typu służą do przetwarzania (w okresie nocnym) energii elektrycznej na energię potencjalną wody i zwracania jej do sieci elektroenergetycznej w okresie szczytowego zapotrzebowania w ciągu dnia. Do tego celu wykorzystuje się dwa, usytuowane na różnych wysokościach, zbiorniki wodne - górny i dolny (wyrównawczy). Zbiorniki połączone są ze sobą rurociągiem. Woda jest przepompowywana za pomocą pomp ze zbiornika dolnego do górnego w okresie niskiego zapotrzebowania na energię elektryczną po to, aby w okresie szczytu, przepływając ze zbiornika górnego do dolnego, oddać energię do systemu energetycznego (Lewandowski 2001). Przykładem takiej pompowo-szczytowej elektrowni jest Porąbka-Żar, w której dolnym zbiornikiem jest Porąbka, a górnym niewielki zbiornik usytuowany na górze Żar.

Typy dużych elektrowni wodnych przedstawiono na rysunku 2.S.

Rys. 2.8. typy zawodowych dużych elektrowni wodnych: a) przepływowa bez zbiornika, b) regulacyjna, z dużym zbiornikiem, c) zbiornikowa, z małym zbiornikiem, d) pompowo-szczytów a.

e) kaskadowa, z wieloma zbiornikami (wg Lewandowskiego 2006 - zmienione)

Elektrownie pompowo-szczytowe t sprzężone z nimi zbiorniki mogą służyć za przykład najsprawniejszego z używanych w praktyce akumulatorów. Opisany niżej przypadek stanowi cgzemplifikację wykorzystania energii wodnej na drodze porozumienia i obustronnych korzyści pomiędzy dwoma krajami. Francja sprzedaje Szwajcarii energię nocną, produkowaną w reaktorach atomowych (ponad 65% mocy instalowanej), która zostaje użyta do pompowania wody ze zbiorników dolnych do położonych wyżej, a więc zostąje w tych, położonych kilkaset metrów wyżej zbiornikach zakumulowana. Podczas szczytu wieczornego zapotrzebowania na energię, francuskie elektrownie atomowe nie są w stanie, z racji ich pracy stałą mocą, pokryć potrzeb. Francja odkupuje więc od Szwajcarii energię