Energia wody Na świecie istnieje około 1,4 mld km 3 wody. Jest ona niezbędna do Ŝycia, które zresztą zaczęło się właśnie w niej. Człowiek potrzebuje jej na kaŝdym kroku: w gospodarstwie domowym, w rolnictwie, w przemyśle, do celów sanitarnych, do transportu, do rekreacji. Nie zawsze pamiętamy jednak, Ŝe światowe zasoby wody to takŝe 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 niŝ 20% przypada na wody gruntowe. Woda występująca na powierzchni ziemi i obecna w atmosferze to tylko 1% wszystkich światowych zasobów. Powracająca fala Pierwszą maszyną, która zastąpiła siłę mięśni ludzkich oraz zwierząt pociągowych było koło wodne słuŝące do czerpania wody oraz mielenia zbóŝ. Pierwsze koła wodne istniały juŝ w I wieku p.n.e. na terenach państwa rzymskiego. W Polsce koła wodne zaczęto stosować w wieku XII. Koła wodne słuŝyły do napędzania róŝnych urządzeń w młynach, tartakach i kuźniach. WyróŜnia się trzy podstawowe typy kół wodnych: nasiębierne, śródsiębierne, podsiębierne.
Koła podsiębierne poruszane są przez prąd przepływającej rzeki. Szybki strumień wody naciska na dolne łopatki koła i wprawia je w ruch. W młynach energia uzyskana z obrotu koła przekazywana jest następnie przez przekładnię zębatą kamieniom młyńskim. Koła podsiębierne mają prostą budowę, lecz są mało efektywne. Dodatkowo ich praca uzaleŝniona jest od stanu wody w zbiorniku. Koła nasiębierne są wprawiane w ruch obrotowy przez wodę spadającą na ich zakrzywione łopatki. Charakteryzują się znacznie większą efektywnością od kół podsiębiernych i w zasadzie są niezaleŝne od poziomu wody w zbiorniku. Na większą skalę energię wody zaczęto jednak stosować dopiero po wynalezieniu turbiny wodnej, co miało miejsce w początkach XIX wieku. W 1881 roku za pomocą dynama podłączonego do znajdującej się w młynie zboŝowym turbiny oświetlono ulice amerykańskiego miasta Niagara Falls, a w roku 1882 uruchomiono pierwszą na świecie elektrownię wodną instalację na rzece Fox River w Appleton (stan Wisconsin). Współczesny zwrot ku odnawialnym źródłom energii (OZE) sprawia, Ŝe równieŝ energia wody budzi coraz większe zainteresowanie. Elektrownie wodne Elektrownia wodna (hydroelektrownia) to zakład, w którym energia wody zamieniana jest na energię elektryczną. W przypadku hydroelektrowni czerpiących energię ze spadku wody, odpowiednie warunki do budowy zakładu trzeba często stwarzać sztucznie, na przykład przez podniesienie górnego poziomu wody lub obniŝanie poziomu dolnego, w naturze niewiele jest bowiem miejsc o wystarczająco duŝym spadku wody. Elektrownie wodne dzieli się na małe (w skrócie MEW) i duŝe, o mocy powyŝej 5 MW. Podział ten jest zresztą dość umowny: w Skandynawii i Szwajcarii za małe uchodzą elektrownie o mocy poniŝej 2 MW, w Stanach Zjednoczonych granicą jest 15 MW.
Klasyfikacja elektrowni wodnych Nazwa Moc Wykorzystanie wyprodukowanej energii duŝa 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 w odległych lokalizacjach piko od kilkuset W do 5 kw - Źródło: www.itdg.org/docs/technical_information_service/micro_hydro_power.pdf DuŜe hydroelektrownie, mimo Ŝe wykorzystują odnawialne źródło energii, znacznie ingerują w środowisko i dlatego nie wszyscy określają je mianem ekologicznych. Istnieją róŝne rodzaje elektrowni wodnych. Elektrownie przepływowe bezpośrednio wykorzystują energię przepływającej w rzece wody. Elektorwnie zbiornikowe posiadają zbiornik, który wyrównuje natęŝenie przepływu wody. Natomiast elektrownie szczytowo - pompowe umoŝliwiają magazynowanie energii w okresie małego na nią zapotrzebowania. Czy wiesz, Ŝe... Głównym światowym producentem energii hydroelektrycznej jest Brazylia, kraj w którym aŝ 90% zapotrzebowania na energię pokrywają elektrownie wodne, zasilane wodami Amazonki transportującej jedną piątą słodkiej wody świata.
Energia oceanów RóŜne są formy zmagazynowanej w oceanach energii wody. Występuje ona jako pływy morskie, fale, prądy, róŝnica temperatur wód powierzchniowych i głębinowych. Dotychczas najczęściej wykorzystywana jest energia pływów, która moŝe być wykorzystana wszędzie tam, gdzie amplituda pływów przekracza 5 m. Miejscem takim jest na przykład estuarium rzeki Rance, wpadającej do kanału La Manche, gdzie w 1966 roku uruchomiono pierwszą na świecie elektrownię pływową. Amplituda pływów waha się tam od 5 do 13,5 metrów. Energia fal jest trudna do wykorzystania ze względu na swe duŝe rozproszenie i uzaleŝnienie od warunków atmosferycznych. Jej zasoby są jednak wiele tysięcy razy większe od potencjału energetycznego pływów, podobnie zresztą jak rezerwy prądów oceanicznych. Sam Prąd Zatokowy mógłby dostarczyć więcej energii, niŝ jest współcześnie zuŝywane przez całą ludność świata. 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 niŝ przykładowo na Białorusi, gdzie eksploatuje się jedynie 3% wszystkich zasobów, jednak o wiele mniej niŝ na przykład w Norwegii, która ze spadku wody pozyskuje aŝ 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 zaleŝne od zagranicznych dostaw energii. Energetyka wodna ma jednak takŝe własne specyficzne zalety, takie, jak na przykład moŝliwość wykorzystania zbiorników wodnych do rybołówstwa, celów rekreacyjnych czy teŝ ochrony przeciwpoŝarowej. Wśród wad hydroenergetyki naleŝy wymienić niekorzystny wpływ na populację ryb, którym uniemoŝliwia się wędrówkę w górę lub w dół rzeki, niszczące oddziaływanie na środowisko nabrzeŝa, a takŝe fakt, Ŝe uzaleŝnione od dostaw wody hydroelektrownie mogą być niezdolne do pracy na przykład w czasie suszy.
Źródła: R. Szramka, A. W. RóŜycki, Perspektywy dla małych elektrowni wodnych EC BREC, Odnawialne źródła energii jako element rozwoju lokalnego http://enrin.grida.no www.roee.org.pl www.dossier.kiev.ua
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 niŝ przykładowo na Białorusi, gdzie eksploatuje się jedynie 3% wszystkich zasobów, jednak o wiele mniej niŝ na przykład w Norwegii, która ze spadku wody pozyskuje aŝ 98% energii elektrycznej. Polskie hydroenergetyczne zasoby techniczne wynoszą 13,7 tys. GWh na rok, z czego ponad 45% przypada na Wisłę. Lokalizacja duŝych elektrowni wodnych w Polsce Największe elektrownie wodne w Polsce to: śarnowiec o mocy 716 MW, Porąbka-śar o mocy 550 MW, Włocławek o mocy 162 MW, śydowo o mocy 152 MW, Solina o mocy 137 MW.
Źródło: Wnuk R., Energetyka wodna w statystykach, Polski Instalator 7-8/2005 W 2005 roku ponad połową światowej mocy zainstalowanej małych elektrowni wodnych dysponowały Chiny kraj posiadający 43 tys. MEW o łącznej mocy zainstalowanej 31 200 MW. JuŜ w roku 2000 małe elektrownie wodne, umiejscowione głównie w górnym i środkowym biegu rzek Huang-he i Jangcy dostarczały energię 300 mln mieszkańców chińskich wsi, zapobiegając tym samym wyemitowaniu 72 mln ton dwutlenku węgla.
W ciągu najbliŝszej dekady Chińczycy planują zwiększyć ilość mocy zainstalowanej MEW o kolejne 10 tys. MW. Wzrost w chińskim sektorze małej energetyki wodnej wynosi 9% rocznie. W ciągu ostatnich 30 lat w Chinach, podobnie jak w Nepalu, Wietnamie czy wielu krajach Ameryki Południowej powstały liczne mikro i piko elektrownie wodne, dostarczające energię elektryczną wielu tysiącom gospodarstw domowych. Podczas gdy w Chinach na terenach wiejskich instalowano głównie mikro hydroelektrownie (razem 100 tys. jednostek o bardzo małych mocach zainstalowanych, wynoszących łącznie 185,5 MW), w Wietnamie postawiono przede wszystkim na rozwój jeszcze mniejszych piko hydroelektrowni. Na wietnamskich wsiach powstało ich w ostatnim piętnastoleciu 130 tys. (najczęściej o mocy 200 watów). Wśród krajów rozwijających się poza Chinami duŝą mocą zainstalowaną małych elektrowni wodnych dysponują Indie (1694 MW), Brazylia (859 MW), Peru (215 MW), Malezja i Pakistan (po 107 MW), Boliwia (104), Wietnam (70 MW), Kongo (65 MW), Sri Lanka (35 MW) oraz Papua Nowa Gwinea (20 MW). DuŜą ilość mocy zainstalowanej posiada teŝ Rosja wraz z krajami Centralnej Azji (łącznie 639 MW). Źródła: www.esha.be english.people.com.cn
Rodzaje elektrowni wodnych KaŜda elektrownia wodna wyposaŝona jest w turbinę, jednak nie do kaŝdej turbiny doprowadza się wodę w taki sam sposób. To właśnie ze względu na sposób doprowadzenia wody do turbiny wyróŝniamy rozmaite rodzaje elektrowni wodnych. Elektrownia przepływowa Mieści się w specjalnie skonstruowanym budynku, będącym przedłuŝeniem 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 zaleŝy 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, wyposaŝone w turbiny Kaplana, turbiny rurowe, bądź teŝ w przypadku bardzo małych mocy w turbiny rurowe z generatorem zewnętrznym lub turbiny Banki-Michella. Elektrownia zbiornikowa (regulacyjna) Jest w mniejszym stopniu niŝ przepływowa uzaleŝniona od ilości energii, dostarczanej w danym momencie przez wodę. Dzięki znajdującemu się przed nią zbiornikowi wodnemu, elektrownia zbiornikowa moŝe produkować energię o większej mocy, niŝ moc odpowiadająca chwilowemu dopływowi, moŝe teŝ reagować na zmieniające się zapotrzebowanie na energię i dostosowywać się do sezonowych wahań ilości przepływającej wody. Ten typ hydroelektrowni reprezentowany jest najczęściej przez duŝe elektrownie wodne. Energia wody wykorzystywana jest takŝe 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 obciąŝenia systemu energetycznego. Elektrownie szczytowo-pompowe są kosztowne, trudno jednak znaleźć alternatywną formę magazynowania tak duŝych ilości energii. Poza tym nakłady inwestycyjne moŝna zmniejszyć, wyposaŝając elektrownię w odpowiedni duŝy 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 takŝe 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 śarnowiec, Porąbka-śar i śydowo. NajwaŜniejsze elektrownie wodne w Polsce Rodzaj elektrowni Nazwa elektrowni Moc zainstalowana w MW szczytowo-pompowa śarnowiec 680 szczytowo-pompowa Porąbka-śar 500 szczytowo-pompowa śydowo 150 przepływowa Włocławek 160 przepływowa Solina 138 przepływowa Dychów 80 przepływowa RoŜnów 50 Elektrownia pływowa Źródło: Encyklopedia PWN To elektrownia wodna wykorzystująca do produkcji energii elektrycznej przypływy i odpływy morza bądź oceanu, spowodowane przyciąganiem grawitacyjnym KsięŜyca i w mniejszym stopniu - Słońca oraz ruchem obrotowym Ziemi. By wykorzystać energię pływów, ujścia rzek przegradza się zaporami, wyposaŝonymi 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 wybrzeŝu Oceanu Atlantyckiego energię pływów wykorzystywano juŝ w XI wieku, gdy zmagazynowana za niewielkimi zaporami woda słuŝyła 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 juŝ od XII wieku. Ten osiągający 100% mocy przy spadzie wynoszącym 6 m zakład wyposaŝony jest w 24 turbiny wodne o mocy 10 MW kaŝda, dysponuje więc mocą zainstalowaną 240 MW - wystarczająco duŝą, by zaopatrzyć w energię 240 000 domów. Drugą co do wielkości na świecie elektrownią pływową jest zakład w Annapolis w Kanadzie, posiadający 17 MW mocy zainstalowanej. Energię pływów moŝna 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 takŝe stuletni okres eksploatacji. Poza krajami wymienionymi wcześniej, elektrownie pływowe posiadają teŝ Chiny, Rosja i Wielka Brytania, a ich uruchomienie planują Korea Południowa i Indie. W Polsce wykorzystanie energii pływów nie jest moŝliwe. Czy wiesz, Ŝe... 4,27 mln funtów przeznaczył rząd Wielkiej Brytanii na budowę elektrowni pływowej w zatoce Strangford Lough u wybrzeŝy Irlandii Północnej. Instalacja o mocy 1 MW zostanie oddana do uŝytku w połowie roku 2006. Dwie elektrownie pływowe juŝ od ponad 2 lat pracują na angielskim wybrzeŝu 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. Ze względu na lokalizację elektrownie wykorzystujące energię fal dzielą się na: nadbrzeŝne, przybrzeŝne umiejscowione na dnie morza na głębokości 10-20 m i morskie usytuowane na dnie morza na głębokości ponad 40 m. Z kolei stosowane w elektrowniach maremotorycznych turbiny to: turbiny wodne, napędzane przelewającą się przez upust zbiornika wodą, która wcześniej wpływa do zbiornika zwęŝającą się sztolnią, a po przepłynięciu przez turbinę wraca do morza, bądź teŝ turbiny powietrzne, wprawiane w ruch powietrzem, spręŝonym w górnej części zbiornika przez zalewające dno zbiornika fale. Zbiornik taki zbudowany jest na platformie, zlokalizowanej na brzegu morza. PoniewaŜ instalacje, wyposaŝone w turbiny powietrzne mają często nawet kilkadziesiąt kilometrów długości, mogą chronić brzeg morski przed zniszczeniem, czyli pełnić rolę falochronu. Przykłady elektrowni obu typów znajdują się na norweskiej wyspie Toftestallen koło Bergen, zakład wykorzystujący turbiny powietrzne pracuje zaś na wyspie Islay w Szkocji.
Model budowy, zdjęcia oraz filmy przedstawiające elektrownię wykorzystującą energię fal moŝna zobaczyć na stronie internetowej http://www.oceanpd.com. Elektrownia maretermiczna Nazywana równieŝ oceanotermiczną, produkuje energię elektryczną z energii cieplnej, której źródłem jest róŝnica temperatur miedzy ciepłymi warstwami powierzchniowymi a zimnymi warstwami głębinowymi morza. Taka, mniej więcej stała, niezaleŝna od pory dnia i roku róŝnica występuje w strefie równikowej, gdzie w niektórych miejscach istnieje spory potencjał energii maretermicznej. Na przykład w Indiach, na wybrzeŝach 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). Źródła: Odnawialne źródła energii. Wybrane zagadnienia, red. R. Tytko, 2005 eereweb.ee.doe.gov www.zielonaenergia.pl www.mos.gov.pl
Budowa elektrowni wodnej Elektrownia wodna (hydroelektrownia) to zakład przetwarzający energię kinetyczną wody na energię elektryczną. Zapora Nie jest niezbędna we wszystkich rodzajach hydroelektrowni, większość elektrowni wodnych posiada jednak zapory. Ta przegradzająca dolinę rzeki i spiętrzająca jej wody budowla moŝe zostać wzniesiona w rozmaitych celach: dla utworzenia zbiornika rekreacyjnego, stawu hodowlanego, zbiornika przeciwpowodziowego, po to by zapewnić zaopatrzenie w wodę lub by nawadniać uprawy. Wiele zapór miało słuŝyć innym celom niŝ produkcja elektryczności, zaś elektrownie wodne dobudowano do nich dopiero później. Przykładem moŝe być 80 tys. zapór w Stanach Zjednoczonych, spośród których tylko 2400 słuŝy produkcji energii elektrycznej. Buduje się zapory ziemne, betonowe i najrzadziej kamienne. W Polsce najbardziej rozpowszechnione są zapory betonowe. Część zapory stanowią regulujące przepływ wody przelewy, umoŝliwiające Ŝeglugę śluzy, przepusty, pozwalające przepływać tratwom i przepławki, dzięki którym ryby mogą wędrować w górę rzeki. W Polsce istnieje obecnie ponad 30 zapór o wysokości przekraczającej 200 m., poniewaŝ jednak wysokie zapory mają niekorzystny wpływ na środowisko, coraz częściej rezygnuje się z nich na rzecz zapór mniejszych. Nie kaŝda hydroelektrownia wyposaŝona jest w zaporę, częścią kaŝdej jest jednak sprzęgnięta z generatorem energii elektrycznej turbina wodna.
Turbina wodna Zwana jest teŝ silnikiem wodnym rotodynamicznym bądź teŝ turbiną hydrauliczną. Turbina wodna to silnik, przetwarzający mechaniczną energię przepływającej przezeń wody na uŝyteczną pracę mechaniczną. W zaleŝności od kierunku przepływu wody wyróŝnia się turbiny wodne osiowe, diagonalne (skośne), promieniowe i styczne, zaś ze względu na przetwarzanie energii turbiny dzieli się na akcyjne, przetwarzające tylko energię kinetyczną wody i reakcyjne, które poza energią kinetyczną przetwarzają takŝe energię ciśnienia. Wybór odpowiedniej turbiny zaleŝy od wysokości spadu i ilości wody, którą dysponuje dana elektrownia. Turbiny akcyjne są zazwyczaj stosowane w elektrowniach o wysokim spadzie, przykładem moŝe być uŝywana w rzadko występujących w Polsce elektrowniach o najwyŝszym spadzie turbina Peltona. Dla niŝszych spadów odpowiedniejsze są turbiny reakcyjne, na przykład najpopularniejsza i najstarsza turbina Francisa, która znajduje zastosowanie w elektrowniach o średnio wysokim spadzie (od kilkunastu do kilkuset metrów) czy wyposaŝona w ruchome łopatki, skomplikowana turbina Kaplana, uŝywana przy spadach niskich (do kilkunastu metrów). Generator Turbina wodna zamienia energię kinetyczną na mechaniczną, zaś połączony z turbiną generator z energii mechanicznej wytwarza czyli generuje - energię elektryczną. Praca generatora, zwanego takŝe prądnicą opiera się na prawie indukcji elektromagnetycznej odkrytym w 1831 roku przez brytyjskiego uczonego Michaela Faradaya, który zaobserwował, Ŝe przez poruszający się w obrębie pola elektromagnetycznego przewodnik elektryczny - na przykład miedziany drut zaczyna przepływać prąd. Tak jest teŝ w generatorze, w którego ruchomej części zwanej wirnikiem znajdują się przewody elektryczne, obracające się na wytwarzającej silne pole elektromagnetyczne Ŝelaznej ramie. Wirnik jest wprawiany w ruch przy pomocy turbiny, poruszającej się z kolei dzięki energii kinetycznej spadającej wody. Linie przesyłowe Wyprodukowaną w elektrowni energię elektryczną transmitują na miejsce odbioru linie przesyłowe. Elektryczność nie trafia jednak do naszych domów i zakładów pracy bezpośrednio z miejsca produkcji, prąd ma bowiem niekiedy zbyt niskie napięcie, by moŝna go było efektywnie przesyłać na dalekie dystanse. Podczas transmisji część energii elektrycznej przekształca się w ciepło i jest tym samym tracona, straty są zaś tym większe, im większy jest ładunek elektryczny prądu. By zminimalizować straty energii, elektryczność kieruje się najpierw do stacji transformatorów, które odpowiednio zwiększają jej napięcie. PoniewaŜ moc jest wynikiem pomnoŝenia napięcia przez ładunek elektryczny, a straty energii związane są właśnie z ładunkiem, opłaca się transmitować prąd o niŝszym ładunku i o wyŝszym napięciu. Taki prąd nie nadaje się jednak do uŝytku i dlatego nim zostanie rozdystrybuowany, jego napięcie musi zostać odpowiednio obniŝone w stacjach przekaźnikowych. Źródło: Odnawialne źródła energii jako element rozwoju lokalnego, EC BREC/IMBER, 2003 Nowa encyklopedia powszechna PWN, 1995 eereweb.ee.doe.gov/windhydro/hydro_how.html www.wapa.gov/crsp/info/harhydro.htm
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 takŝe 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 moŝliwe. Woda zgromadzona w zbiorniku stanowi bowiem naturalną rezerwę. Zastanówmy się teraz przez chwilę, jakie jeszcze zalety, lecz równieŝ jakie wady posiada to popularne odnawialne źródło energii. Energia wody moŝe być wykorzystywana na róŝne sposoby. Wspólną zaletą elektrowni wodnych jest to, Ŝe koszty ich uŝytkowania są niskie a wspólną wadą fakt, iŝ niewiele jest miejsc odpowiednich dla ich lokalizacji. Wykorzystaniu energii wód śródlądowych najbardziej sprzyjają tereny górskie, umiejscowienie elektrowni na równinie wymaga zaś budowy duŝej zapory, co nie pozostaje bez wpływu na środowisko naturalne i Ŝycie mieszkańców danego obszaru. Większość ludzi zamieszkuje jednak tereny równinne i to właśnie tu powstaje większość elektrowni. Trudno jest znaleźć takŝe wybrzeŝe morskie o falach wystarczająco silnych, by moŝna było wykorzystać ich energię, najtrudniej zaś o dobrą lokalizację dla wykorzystania energii pływów morskich: odpowiednia róŝnica między przypływem a odpływem występuje tylko w 20 punktach globu! Przejdźmy teraz do plusów i minusów poszczególnych sposobów wykorzystania energii wodnej. Energia wód śródlądowych Wody śródlądowe to stale dostępne, niezaleŝne od pogody źródło energii. W odróŝnieniu od innych elektrowni, elektrownie wodne potrzebują niewiele czasu, by osiągnąć pełną moc, są takŝe bardzo Ŝywotne : 68% polskich hydroelektrowni ma juŝ ponad 50 lat! Jednak wykorzystanie energii wód śródlądowych ma równieŝ negatywne strony - dotyczy to zwłaszcza duŝych elektrowni wodnych, znacznie ingerujących w środowisko.
DuŜe elektrownie wodne By na terenie równinnym osiągnąć odpowiednie spiętrzenie wody, konieczna jest budowa duŝej zapory, a co za tym idzie zalanie sporych obszarów. Pod wodą mogą znaleźć się tereny rolnicze, miejsca związane z historią i kulturą danego obszaru, niezbędne moŝe się okazać przesiedlenie okolicznych mieszkańców. Skutki zalania duŝych terenów odczuwa takŝe środowisko naturalne, gdyŝ zwierzęta i ptaki tracą swe naturalne siedliska, a wysokie zapory, budynki elektrowni, kanały i rurociągi nie pozostają bez ujemnego wpływu na krajobraz. Do tych wszystkich minusów dochodzi jeszcze fakt, Ŝe zapory wodne stoją na drodze rybom, wędrującym w okresie godowym w górę rzeki. Praca elektrowni wpływa równieŝ na jakość wody, moŝe powodować podwyŝszenie temperatury i obniŝenie zawartości tlenu. Związane z funkcjonowaniem elektrowni wodnej pogorszenie się jakości wody negatywnie oddziałuje na rośliny wodne. Na koniec wspomnieć naleŝy o kosztach budowy zapór, które są duŝe i zwracają się powoli: budowa zapory Hoover Dam, wzniesione na rzece Kolorado w latach 1933-35 kosztowała 165 mln dolarów. Z kolei po stronie zalet duŝych elektrowni wodnych trzeba wymienić rozmaite moŝliwości uŝytkowania zbiornika wodnego. MoŜe on być wykorzystywany do: ochrony przeciwpowodziowej, nawadniania upraw, sportów wodnych i rybołówstwa - przykładem jeden z największych sztucznych zbiorników wodnych świata - Lake Mead przy wspomnianej juŝ zaporze Hoover Dam, dostarczający terenów rekreacyjnych mieszkańcom pustynnych obszarów Arizony i Newady. Małe elektrownie wodne DuŜe elektrownie wodne mają sporo słabych stron, korzystniejsza jest więc mała energetyka wodna. Choć odpowiednie do budowy małej elektrowni wodnej (MEW) miejsca nie zawsze znajdują się w pobliŝu miast, ta wada małej energetyki wodnej jest zarazem jej zaletą, pozwala bowiem zaspokajać potrzeby energetyczne mieszkańców odległych terenów, pozbawionych dostępu do konwencjonalnych źródeł energii. MEW mogą być szybko zaprojektowane i wybudowane w licznych miejscach na małych ciekach wodnych. Charakteryzuje je wysoka niezawodność, a dzięki zautomatyzowaniu mogą być sterowane zdalnie. Wśród innych plusów małych elektrowni wodnych wymienić naleŝy ich energooszczędność na własne potrzeby zuŝywają one średnio 0,5% wyprodukowanej energii, a takŝe fakt, Ŝe mała energetyka wodna zwiększa tzw. małą retencję wodną, co ma duŝe znaczenie na suchych, stepowiejących obszarach. Mała retencja wodna to zatrzymanie jak największej ilości wody w jej powierzchniowym i przypowierzchniowym obiegu, a zatem powstrzymanie jej bezproduktywnego odpływu do morza. Osiąga się ją przy uŝyciu środków technicznych (budowa małych zbiorników wodnych, jazów, zastawek), bądź metodami pozatechnicznymi (zalesianie, tworzenie roślinnych pasów ochronnych, ochrona oczek wodnych).
Energia pływów Podobnie jak energia wód śródlądowych, energia pływów morskich jest dostępna niezaleŝnie od pogody. Co więcej, pływy są całkowicie przewidywalne, a słuŝące do produkcji elektryczności turbiny są względnie niedrogie i nie wywierają znacznego wpływu na środowisko. Wpływ taki wywierają jednak znów podobnie, jak w przypadku wód śródlądowych duŝe zapory, budowane przy ujściach rzek. Inną wadą pływów morskich jest fakt, Ŝe mogą być one wykorzystywane tylko w nielicznych punktach globu, a ponadto dostarczają energii jedynie na około 10 godzin dziennie gdy akurat następuje przypływ lub odpływ. Ponadto elektrownie pływowe zaburzają równowagę ekosystemów zarówno wodnych, jak i przybrzeŝnych, które by istnieć potrzebują regularnych pływów i lekko zasolonej wody. Tymczasem ingerencja zapory w środowisko sprawia, Ŝe na mieliźnie dominują wody słodkie, napływające z głębi lądu. Zapory powodują teŝ zanikanie zwartych, urodzajnych bagien, będących nieodłączną częścią ekosystemów przy ujściach rzek. Mogą teŝ odpowiadać za zmiany w składzie wody - podejrzewa się, Ŝe tak właśnie jest w przypadku zatoki Bay of Fundy u wybrzeŝy Kanady, gdzie zmieniony skład wody moŝe stymulować rozwój Gonyalaux excavata - algi, powodującej paraliŝ u mięczaków Ŝyjących w muszlach. Budowę elektrowni pływowych ogranicza takŝe konieczność uŝywania materiałów odpornych na korozję. Energia fal W odróŝnieniu od pozostałych rodzajów energii wody, wykorzystanie energii fal morskich nie oddziałuje negatywnie na środowisko, jednak w odróŝnieniu od energii wód śródlądowych czy pływów morskich, energia fal nie jest stała. Siła fal zaleŝy bowiem od pogody. Fale morskie dostarczają sporej ilości energii, a wykorzystujące ich energię turbiny nie powodują zbytniego hałasu. Za minus wykorzystywania tej formy energii wody uznać naleŝy nieestetyczny wygląd turbin. Źródła: Biopaliwa, red. P. Gradziuk, 2003 Zwierzęta i rośliny w ujściach rzek, Encyklopedia zwierząt od A do Z, 2001 www.mos.gov.pl/dzw/dokumenty/mala_retencja.shtml europa.eu.int/comm/energy_transport/atlas/htmlu/wavenv.html www.energy.com.au/energy/ea.nsf/content/kids+hydro www.darvill.clara.net/altenerg/tidal.htm www.eia.doe.gov/kids/energyfacts/sources/renewable/water.html www.eere.energy.gov/re/hydro_enviro.html library.thinkquest.org www.sundancerenewables.org.uk culturesciencesphysique.ens-lyon.fr