Agata BEDNARSKA Politechnika Wrocławska Hydroenergetyka w Polsce obecna sytuacja i perspektywy na przyszłość Jednym z głównych odnawialnych źródeł energii, które człowiek zaczął wykorzystywać na swój pożytek już w najdawniejszych czasach, jest energia płynącej wody. Elektrownie wodne, jako rozwinięcie idei młynów wodnych są obecne w energetyce od wielu lat. Ich prostota i niewielkie wymagania stawiane ciekom wodnym, które je zasilają sprawiają, iż taki sposób produkcji energii elektrycznej może być opłacalny. W artykule omówiono obecny stan hydroenergetyki w Polsce. Jej potencjał wykorzystywany jest aktualnie w niewielkim stopniu. Poruszono problem europejskiej polityki energetycznej, która wymaga od naszego kraju zwiększenia udziału odnawialnych źródeł energii w ciągu najbliższej dekady. Prawo to zmusza nas do rozwoju i budowy nowych elektrowni wodnych. Przeanalizowano czynniki wpływające na produkowaną moc, wśród nich znaczące jest ukształtowanie terenu i charakter rzek. Potencjał Polski, kraju nizinnego, na duże elektrownie jest stosunkowo niewielki, dlatego istotny nacisk powinien być położony na rozwój małej hydroenergetyki. Mnogość miejsc podatnych na budowę, dofinansowania i niskie koszty eksploatacji zachęcają do inwestycji. Główne przeszkody to wysokość nakładów inwestycyjnych i ingerencja w środowisko naturalne. Mimo iż energia pochodząca z rzek jest jedną z najczystszych form, dyrektywy unijne dotyczące wód w kraju są nadrzędne i sprzeczne z celami dyrektywy o odnawialnych źródłach energii. Słowa kluczowe: hydroenergetyka, elektrownie wodne, odnawialne źródła energii, ekologia Rys.1 Widok na zaporę w Pilchowicach Energia płynącej wody jest pierwszą formą energii, jaką człowiek zaczął wykorzystywać na swoje potrzeby. Pierwsze wzmianki na ten temat pochodzą z III wieku p.n.e., kiedy Filon z Bizancjum opisał działanie koła wodnego. Dziś, na fali rozmów o zagrożeniach dla środowiska i kończących się zasobach paliw kopalnych powracamy do tego czystego źródła energii. Na wstępie trzeba zaznaczyć, że elektrownie wodne zazwyczaj nie są celem samym w sobie, a jedynie dodatkową instalacją przy progach wodnych i zaporach. Takie budowle
hydrotechniczne mają na celu regulację rzek, aby poprawić spławność żeglugi i ochronę przeciwpowodziową. Według danych z Urzędu Regulacji Energetyki na koniec roku 2009 w Polsce istnieje ponad 700 elektrowni wodnych o łącznej mocy zainstalowanej 945 MW. Jest to największa produkcja energii elektrycznej wśród odnawialnych źródeł. Do tej liczby należy dodać wiele małych elektrowni wodnych, które nie są podłączone do sieci energetycznej oraz elektrownie szczytowo pompowe o łącznej mocy zainstalowanej ok. 1500 MW, które nie są zaliczane do odnawialnych źródeł energii. Typ instalacji Ilość instalacji Moc[MW] elektrownie biogazowe 125 70.888 elektrownie biomasowe 15 252.490 wytwarzające z promieniowania słonecznego 1 0.001 elektrownie wiatrowe 301 724.657 elektrownie wodne 724 945.210 elektrownie realizujące technologię współspalania 38 0.000 Tabela 1. Udział różnych form energii odnawialnej w Polsce, Źródło URE, data aktualizacji danych: 2009.12.31 Potencjał hydroenergetyczny zależy głównie od dwóch czynników: spadku koryta rzeki oraz przepływów wody. Na te ostatnie wpływ ma charakter rzeki, wielkość opadów i przepuszczalność gruntów. Im większe różnice w wysokościach terenu, tym większa moc produkowana. Dodatkowym atutem terenów górzystych jest łatwość w budowie elektrowni zbiornikowych i szczytowo pompowych. Jednak Polska, kraj nizinny, cechuje się małymi spadkami terenów, niezbyt obfitymi opadami i dużą przepuszczalnością gruntów. Dlatego nasz potencjał hydroenergetyczny jest stosunkowo niewielki i szacuje się go na 13,7 TWh/rok. Niestety, nawet te zasoby są wykorzystywane jedynie w 12 %. Czy sytuację tą można zmienić w przyszłości? Ponad 40 % potencjału hydroenergetycznego jest skupione na Wiśle. W latach 60. i 70. były plany zbudowania kaskady progów wodnych na długości ok. 900 km (łączna długość rzeki 1047 km). Usprawniłyby one żeglugę, poprawiły ochronę przeciwpowodziową, a dodatkowo stanowiłyby bazę do instalacji elektrowni wodnych. Moc produkowana wyniosłaby łącznie ok. 2000 MW. Jednak wówczas sytuacja gospodarcza, a dziś priorytety ekologiczne nie pozwalają na realizację tego projektu inżynierskiego. Wisła została jedyną w Europie tak dużą rzeką, która zachowała swój naturalny, nieuregulowany bieg. Stanowi ona środowisko dla wielu zagrożonych gatunków fauny i flory. To właśnie z ekologią łączą się główne problemy i ułatwienia dla inwestycji hydroenergetycznych. Z jednej strony elektrownie wodne są bardzo czystą formą energii, która nie emituje pyłów, gazów cieplarnianych, zanieczyszczeń oraz hałasu. Z drugiej strony są one bardzo szkodliwe dla środowiska rzecznego. Progi wodne powodują erozję dna rzek i jedynym sposobem na zabezpieczenie tego zjawiska jest budowa następnych progów wodnych, poniżej pierwotnych. Regulacja rzek przyczynia się do niszczenia ich flory, a co za tym idzie, pogarsza warunki tlenowe. Dodatkowo turbiny wodne zagrażają zwierzętom żyjącym w rzekach. Doznają one wewnętrznych i zewnętrznych uszkodzeń ciała na skutek uderzeń twardych części turbin, szybkości przepływu wody, zmian ciśnienia i choroby gazowej. Śmiertelność niektórych ryb przechodzących przez turbiny dochodzi nawet do 60 %. W celu ich ochrony instaluje się bariery, systemy oprowadzania ryb i różne odstraszacze (np. pole elektryczne, kurtyny z pęcherzyków powietrza, światło lamp, dźwięki), jednak nie są one całkiem skuteczne, gdyż ryby przyzwyczajają się do nich. Drugi duży problem fauny rzek to pokonywanie progów wodnych. Przy dużych różnicach lustra wody jest to dla ryb praktycznie niemożliwe. W tym celu buduje się przepławki (rys.2a), czyli pochylnie kamienne spowalniające bieg rzeki, lub nawet instaluje się windy dla ryb (rys. 2b).
Rys. 2 a przepławka omijająca jaz i elektrownię, b winda dla ryb
Europejska polityka energetyczna zmusza nas do udziału 20% odnawialnych źródeł energii w energii pierwotnej do 2020 roku. Na dzień dzisiejszy wynosi on ok. 8%. Z tymi założeniami łączą się duże dofinansowania dla inwestorów, lecz jeszcze większe przeszkody. Ramowa Dyrektywa Wodna jest nadrzędna i sprzeczna z celami Dyrektywy Energii Odnawialnych. Znaczną przeszkodą jest długi i kosztowny proces formalnoprawny niezbędny do uzyskania pozwolenia na budowę. Protesty ekologów dodatkowo wydłuża ten czas. Nakłady inwestycyjne i czas amortyzacji są dużo większe niż w przypadku elektrowni cieplnych czy turbin wiatrowych. Niskie koszty produkcji awaryjność eksploatacji oraz mała awaryjność hydroenergetyki są mniej znaczącymi argumentami w tym sporze. Dlatego procentowy wzrost energetyki wiatrowej jest aktualnie dużo wyższy niż energetyki wodnej, mimo iż czas życia turbiny wiatrowej wynosi tylko 20 lat, a przedwojenne turbiny wodne działają bez zarzutu już ponad 100 lat. Kolejnym problemem jest wprowadzenie elektrowni wodnej do sieci energetycznej. Małe elektrownie wodne są w większości budowane jako przepływowe bez akumulacji, a ich moc w ciągu roku zależy od ilości wody w cieku. Okręgi sieci energetycznych bardzo niechętnie przyłączają je do sieci, gdyż muszą posiadać w systemie rezerwową moc, w celu zapewnienia odbiorcom stałej dostawy energii elektrycznej. Te wszystkie trudności przysłaniają znaczenie hydroenergetyki dla bezpieczeństwa energetycznego kraju. Czas uruchomienia elektrowni wodnej do uzyskania pełnej mocy zajmuje jedynie kilkadziesiąt sekund. Jest to znakomite zabezpieczenie na wypadek awarii dużej elektrowni konwencjonalnej. Historia nieraz pokazywała, jak prąd z małych elektrowni wodnych służył do rozruchu elektrowni cieplnej o mocy kilkadziesiąt razy większej. Bardzo ważne są też elektrownie szczytowo pompowe, których główną funkcją jest akumulacja nadmiaru energii wyprodukowanej w innych elektrowniach, a następnie pokrycie deficytu w chwilach nagłego zapotrzebowania na energię elektryczną. Jednak to źródło nie zalicza się do odnawialnych źródeł energii, dlatego nie możemy liczyć w tej kwestii na dofinansowania z Unii Europejskiej. Nadzieją wydają się małe elektrownie wodne. Warunki powstania każdej z nich trzeba oceniać indywidualnie. W Polsce wyznaczono około 2000 lokalizacji na budowę nowych siłowni. Są one dobrym rozwiązaniem dla trudnodostępnych miejsc, gdzie zainstalowanie elektrowni zasilających grupę gospodarstw domowych lub małych wsi jest tańszym rozwiązaniem niż doprowadzenie linii energetycznej. W najbliższych planach jest zbudowanie 5 małych elektrowni wodnych na Narwi, każda z nich ma zasilić 40-60 gospodarstw. Jednak im mniejsza moc produkowana tym większe koszty budowy na jednostkę mocy. Podsumowując, perspektywy hydroenergetyki na przyszłość wyglądałyby dużo lepiej, gdyby nie było tylu problemów formalnoprawnych. Dziś inwestorzy potrzebują nie tylko zasobów finansowych, ale także cierpliwości w załatwianiu spraw urzędowych. Dla mniej wytrwałych hydroenergetyków pozostaje modernizacja istniejących obiektów i poszukiwanie nowych rozwiązań technologicznych, takich jak niedawno zaprojektowane turbiny niskospadowe. Być może w ten sposób doczekamy się prawdziwego rozwoju tego prostego i taniego źródła energii.
Bibliografia [1] Malko J., Mała hydroenergetyka w perspektywicznej strukturze energii Unii Europejskiej, Energetyka, Katowice, Oficyna Wydawnicza ENERGIA, 2009, luty 2009 [2] Chiniewicz W., Odnawialne źródła energii cz. V. Hydroenergetyka, Stal Metale i Nowe Technologie, Katowice, Wydawnictwo ELAMED, 2010, styczeń luty 2010 [3] Gumuła S., Guła A., Odnawialne i niekonwencjonalne źródła energii, Tarnobrzeg, Tarnobus, 2008 [4] Mapa odnawialnych źródeł energii, Urząd Regulacji Energetyki, dane aktualne na dzień 31.12.2009 [5] Gajda I., Czy zasoby energetyczne Polski są w stanie zapewnić bezpieczeństwo energetyczne?, Przegląd geologiczny, Warszwa, Państwowy Instytut Geologiczny, 2006, tom 54, nr 8 [6] Stec T., Hydroenergetyka piętrzenie wody i problemów, Nafta, Gaz & Biznes, Kraków, Nafta gaz & biznes, 2001, wrzesień 2001 [7] Lubieniecki B., Przepławki i drożność rzek, Olsztyn, Wydawnictwo Instytutu Rybactwa Śródlądowego, 2003 [8] http://energiaodnawialna.net/, 10 kwietnia 2010