Energia wody »

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.

Powracająca fala

Pierwszą maszyną, która zastąpiła siłę mięśni ludzkich oraz zwierząt pociągowych było koło wodne służące do czerpania wody oraz mielenia zbóż. Pierwsze koła wodne istniały już w I wieku p.n.e. na terenach państwa rzymskiego. W Polsce koła wodne zaczęto stosować w wieku XII. Koła wodne służyły do napędzania różnych urządzeń w młynach, tartakach i kuźniach.

Wyróżnia 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 przekłądnię zębatą kamieniom młyńskim. Koła podsiębierne mają prostą budowę, lecz są mało efektywne. Dodatkowo ich praca uzależniona 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 niezależne 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 zbożowym 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, że również 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 obniżanie poziomu dolnego, w naturze niewiele jest bowiem miejsc o wystarczająco dużym spadku wody. Elektrownie wodne dzieli się na małe (w skrócie MEW) i duże, o mocy powyżej 5 MW. Podział ten jest zresztą dość umowny: w Skandynawii i Szwajcarii za małe uchodzą elektrownie o mocy poniżej 2 MW, w Stanach Zjednoczonych granicą jest 15 MW.

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 w odległych lokalizacjach
piko	od kilkuset W do 5 kW	-

Źródło: www.itdg.org/docs/technical_information_service/micro_hydro_power.pdf

Duże hydroelektrownie, mimo że wykorzystują odnawialne źródło energii, znacznie ingerują w środowisko i dlatego nie wszyscy określają je mianem ekologicznych. Istnieją różne rodzaje elektrowni wodnych. Elektrownie przepływowe bezpośrednio wykorzystują energię przepływającej w rzece wody. Elektorwnie zbiornikowe posiadają zbiornik, który wyrównuje natężenie przepływu wody. Natomiast elektrownie szczytowo - pompowe umożliwiają magazynowanie energii w okresie małego na nią zapotrzebowania. 

Czy wiesz, że... Głównym światowym producentem energii hydroelektrycznej jest Brazylia, kraj w którym aż 90% zapotrzebowania na energię pokrywają elektrownie wodne, zasilane wodami Amazonki transportującej jedną piątą słodkiej wody świata.

Energia oceanów

Różne są formy zmagazynowanej w oceanach energii wody. Występuje ona jako pływy morskie, fale, prądy, różnica temperatur wód powierzchniowych i głębinowych. Dotychczas najczęściej wykorzystywana jest energia pływów, która może 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 duże rozproszenie i uzależnienie 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, niż jest współcześnie zużywane 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 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.

 

Źródła:

• R. Szramka, A. W. Różycki, 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