Energia wody

Transkrypt

1 Energia wody Na świecie istnieje około 1,4 mld km3 wody. Jest ona niezbędna do życia, które zresztą zaczęło się właśnie w niej. Człowiek potrzebuje jej na każdym kroku: w gospodarstwie domowym, w rolnictwie, w przemyśle, do celów sanitarnych, do transportu, do rekreacji. Nie zawsze pamiętamy jednak, że światowe zasoby wody to także wielki magazyn energii, z którego współcześnie pochodzi około 20% globalnej energii elektrycznej. Istniejąca na kuli ziemskiej woda jest zmagazynowana w rozmaitych postaciach. Do 50% wody wchodzi w skład organizmów roślinnych i zwierzęcych, ponad 20% znajduje się pod ziemią, a nie mniej niż 20% przypada na wody gruntowe. Woda występująca na powierzchni ziemi i obecna w atmosferze to tylko 1% wszystkich światowych zasobów. Hydroenergetyka w Polsce Nasz kraj nie posiada zbyt dobrych warunków do rozwoju energetyki wodnej. Co prawda to właśnie woda dostarcza nam najwięcej energii elektrycznej spośród wszystkich odnawialnych źródeł energii, jednak jej zasoby są wykorzystywane zaledwie w 11% (EC BREC). To więcej niż przykładowo na Białorusi, gdzie eksploatuje się jedynie 3% wszystkich zasobów, jednak o wiele mniej niż na przykład w Norwegii, która ze spadku wody pozyskuje aż 98% energii elektrycznej. Polskie hydroenergetyczne zasoby techniczne wynoszą 13,7 tys. GWh na rok, z czego ponad 45% przypada na Wisłę. Zalety i wady Jak wszystkie odnawialne źródła energii, energia wody jest nieszkodliwa dla środowiska i tak jak pozostałe OZE przyczynia się do wzrostu bezpieczeństwa energetycznego kraju. Państwa wykorzystujące własne zasoby hydroenergetyczne nie są zależne od zagranicznych dostaw energii. Energetyka wodna ma jednak także własne specyficzne zalety, takie, jak na przykład możliwość wykorzystania zbiorników wodnych do rybołówstwa, celów rekreacyjnych czy też ochrony przeciwpożarowej. Wśród wad hydroenergetyki należy wymienić niekorzystny wpływ na populację ryb, którym uniemożliwia się wędrówkę w górę lub w dół rzeki, niszczące oddziaływanie na środowisko nabrzeża, a także fakt, że uzależnione od dostaw wody hydroelektrownie mogą być niezdolne do pracy na przykład w czasie suszy. Potencjał i wykorzystanie Nasz kraj nie posiada zbyt dobrych warunków do rozwoju energetyki wodnej. Co prawda to właśnie woda dostarcza nam najwięcej energii elektrycznej spośród wszystkich odnawialnych źródeł energii, jednak jej zasoby są wykorzystywane zaledwie w 11% (EC BREC). To więcej niż przykładowo na Białorusi, gdzie eksploatuje się jedynie 3% wszystkich zasobów, jednak o wiele mniej niż na przykład w Norwegii, która ze spadku wody pozyskuje aż 98% energii elektrycznej. Polskie hydroenergetyczne zasoby techniczne wynoszą 13,7 tys. GWh na rok, z czego ponad 45% przypada na Wisłę.

2 Rodzaje elektrowni wodnych Każda elektrownia wodna wyposażona jest w turbinę, jednak nie do każdej turbiny doprowadza się wodę w taki sam sposób. To właśnie ze względu na sposób doprowadzenia wody do turbiny wyróżniamy rozmaite rodzaje elektrowni wodnych. Elektrownia przepływowa Mieści się w specjalnie skonstruowanym budynku, będącym przedłużeniem przegradzającego rzekę jazu. Jest więc zlokalizowana w korycie rzeki, której energię wykorzystuje. Elektrownie tego typu mogą pracować prawie bez przerwy, ilość produkowanej przez nie energii zależy jednak od ilości wody, przepływającej akurat w rzece, elektrownie przepływowe nie posiadają bowiem zbiornika wodnego. W Polsce największe znaczenie wśród tego typu hydroelektrowni mają niskospadowe elektrownie z zaporami ziemnymi, wyposażone w turbiny Kaplana, turbiny rurowe, bądź też w przypadku bardzo małych mocy w turbiny rurowe z generatorem zewnętrznym lub turbiny Banki- Michella. Elektrownia zbiornikowa (regulacyjna) Jest w mniejszym stopniu niż przepływowa uzależniona od ilości energii, dostarczanej w danym momencie przez wodę. Dzięki znajdującemu się przed nią zbiornikowi wodnemu, elektrownia zbiornikowa może produkować energię o większej mocy, niż moc odpowiadająca chwilowemu dopływowi, może też reagować na zmieniające się zapotrzebowanie na energię i dostosowywać się do sezonowych wahań ilości przepływającej wody. Ten typ hydroelektrowni reprezentowany jest najczęściej przez duże elektrownie wodne. Energia wody wykorzystywana jest także w elektrowniach szczytowo-pompowych, które jednak często nie są zaliczane do odnawialnych źródeł energii. Elektrownia szczytowo-pompowa Posiada dwa zbiorniki wodne: górny i dolny. Funkcje zbiorników górnych mogą pełnić zarówno zbiorniki sztuczne, jak i naturalne, na przykład jeziora, jako zbiorniki dolne wykorzystywane są zaś jeziora, spiętrzone doliny rzek, stare sztolnie kopalniane i specjalnie zbudowane zbiorniki sztuczne. W okresie małego zapotrzebowania na energię elektrownia przepompowuje wodę ze zbiornika dolnego do górnego, gromadząc w ten sposób potencjalną energię. Jest to praca pompowa (silnikowa) hydroelektrowni. Z kolei pracę turbinową (generatorową) elektrownia wodna wykonuje, gdy zapotrzebowanie na energię wzrasta. Uwalnia się wtedy wodę ze zbiornika górnego, by spływając do dolnego napędzała produkującą prąd turbinę. W ciągu doby elektrownie szczytowo-pompowe są uruchamiane 1-2 razy w cyklu pracy pompowej i turbinowej, co pozwala wyrównywać maksymalne i minimalne czyli szczytowe obciążenia systemu energetycznego.

3 Elektrownie szczytowo-pompowe są kosztowne, trudno jednak znaleźć alternatywną formę magazynowania tak dużych ilości energii. Poza tym nakłady inwestycyjne można zmniejszyć, wyposażając elektrownię w odpowiedni duży spad, im większy jest bowiem spad, tym mniejsza wymagana pojemność zbiorników. Wysokość spadu w elektrowniach szczytowo-pompowych powinna przekraczać 100 m. Elektrownie szczytowo-pompowe są magazynami energii, pełnią także istotną rolę interwencyjną w przypadkach awarii systemu elektroenergetycznego. W razie nagłego niedoboru mocy elektrownia uruchamiana jest do pracy turbinowej, jeśli zaś nagle wystąpi nadmiar mocy, zakład podejmuje pracę pompową. W Polsce na elektrownie szczytowo-pompowe przypada najwięcej, bo około 1350 MW mocy zainstalowanej, spośród około 2100 MW, posiadanych ogółem przez elektrownie wodne. Najbardziej znane polskie elektrownie szczytowo-pompowe to Żarnowiec, Porąbka-Żar i Żydowo. Elektrownia pływowa To elektrownia wodna wykorzystująca do produkcji energii elektrycznej przypływy i odpływy morza bądź oceanu, spowodowane przyciąganiem grawitacyjnym Księżyca i w mniejszym stopniu - Słońca oraz ruchem obrotowym Ziemi. By wykorzystać energię pływów, ujścia rzek przegradza się zaporami, wyposażonymi w turbiny, poruszane przez wodę, wpływającą w czasie przypływu do zbiornika, a w czasie odpływu wypływającą (uwalnianą) z niego z powrotem do morza. Na angielskim, francuskim i hiszpańskim wybrzeżu Oceanu Atlantyckiego energię pływów wykorzystywano już w XI wieku, gdy zmagazynowana za niewielkimi zaporami woda służyła do napędzania kół wodnych, mielących ziarna. Pierwsza i zarazem największa elektrownia pływowa świata została uruchomiona w 1966 roku we Francji przy ujściu rzeki La Rance do kanału La Manche, w miejscu, gdzie maksymalna amplituda pływów wynosi 13,5 m, a minimalna 5 m i gdzie młyny wodne pracowały już od XII wieku. Ten osiągający 100% mocy przy spadzie wynoszącym 6 m zakład wyposażony jest w 24 turbiny wodne o mocy 10 MW każda, dysponuje więc mocą zainstalowaną 240 MW - wystarczająco dużą, by zaopatrzyć w energię domów. Drugą co do wielkości na świecie elektrownią pływową jest zakład w Annapolis w Kanadzie, posiadający 17 MW mocy zainstalowanej. Energię pływów można wykorzystywać tylko w około 20 rejonach świata, w niektórych miejscach jednak jej zasoby są całkiem spore: na przykład Wielka Brytania, wykorzystując energię pływów mogłaby pokryć około 20% swoich potrzeb energetycznych. Zaletą elektrowni pływowych jest także stuletni okres eksploatacji. Poza krajami wymienionymi wcześniej, elektrownie pływowe posiadają też Chiny, Rosja i Wielka Brytania, a ich uruchomienie planują Korea Południowa i Indie. W Polsce wykorzystanie energii pływów nie jest możliwe. Czy wiesz, że...

4 4,27 mln funtów przeznaczył rząd Wielkiej Brytanii na budowę elektrowni pływowej w zatoce Strangford Lough u wybrzeży Irlandii Północnej. Instalacja o mocy 1 MW zostanie oddana do użytku w połowie roku Dwie elektrownie pływowe już od ponad 2 lat pracują na angielskim wybrzeżu North Devon. Elektrownia maremotoryczna Zwana inaczej falowo-wodną, produkuje energię elektryczną z energii fal lub prądów morskich bądź oceanicznych. Pierwszy zakład tego typu uruchomiono w drugiej połowie XX wieku w Bouchaux - Praceique we Francji, poza tym elektrownie maremotoryczne pracują między innymi w Rosji nad Morzem Białym i w Stanach Zjednoczonych na Alasce. 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 m. Zakłady maretermiczne pracują na Hawajach (40 MW), w Japonii (10 MW), na Bali i Tahiti (po 5 MW). Zalety i wady hydroenergetyki Energia wody to powszechnie wykorzystywane odnawialne źródło energii. Dostarcza światu prawie 20% energii elektrycznej. Hydroenergetyka nie przyczynia się do emisji gazów cieplarnianych, nie powoduje zanieczyszczeń, a jej produkcja nie pociąga za sobą wytwarzania odpadów. Co więcej, woda ma także pewne inne walory, których pozostałe odnawialne źródła energii są pozbawione. Trudno na przykład gromadzić zapasy energii słońca czy energii wiatru, w przypadku energii wody jest to oczywiście możliwe. Woda zgromadzona w zbiorniku stanowi bowiem naturalną rezerwę. Zastanówmy się teraz przez chwilę, jakie jeszcze zalety, lecz również jakie wady posiada to popularne odnawialne źródło energii. Źródła: R. Szramka, A. W. Różycki, Perspektywy dla małych elektrowni wodnych EC BREC, Odnawialne źródła energii jako element rozwoju lokalnego

5