Elektrownia wodna

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Elektrownia wodna Itaipu w Ameryce Południowej.
Energia odnawialna
Wind Turbine
Energia wodna
Energia geotermalna
Energia prądów morskich, pływów i falowania
Energia słoneczna
Energia wiatru
Biopaliwo
Biomasa
Biogaz
Energia cieplna oceanu

Elektrownia wodna – zakład przemysłowy zamieniający energię potencjalną wody na elektryczną.

Elektrownie wodne są najintensywniej wykorzystywanym źródłem odnawialnej energii. W 2013 roku dostarczyły łącznie 3782 TWh energii elektrycznej, co stanowi 16% całkowitej produkcji energii elektrycznej na świecie[1]. Największe elektrownie wodne mają moc, która przekracza 10 GW[2]. Norwegia, Demokratyczna Republika Konga, Paragwaj i Brazylia uzyskują ponad 75% swojej energii elektrycznej z elektrowni wodnych. W Polsce w 2013 roku energetyka wodna odpowiadała za 1,5% produkcji energii elektrycznej[1].

Elektrownie wodne są stosunkowo tanim źródłem energii i mogą szybko zmieniać generowaną moc w zależności od zapotrzebowania. Ich wadą jest ograniczona liczba lokalizacji, w których można je budować. Ponadto budowa zapór dla elektrowni wodnych pociąga za sobą zahamowanie naturalnego biegu rzeki i tworzenie zbiorników retencyjnych, drastycznie zmieniających środowisko[2].

Historia[edytuj | edytuj kod]

 Osobne artykuły: koło wodneturbina Francisa.

Energia wodna była używana w młynach wodnych od czasów starożytnych. Po wynalezieniu generatora elektrycznego, możliwe stało się wykorzystanie jej do wytwarzania elektryczności. Pierwsze elektrownie wodne powstały w drugiej połowie XIX wieku. Do 1890 roku w USA powstało ich ponad 200[3]. Moc większości z nich wynosiła kilka kilowatów.

W 1920 roku około 40% energii elektrycznej w USA było produkowane w elektrowniach wodnych. Elektrownie te stawały się stopniowo coraz większe, co pociągnęło za sobą konieczność wprowadzenia prawnych regulacji dotyczących ich wpływu na środowisko. W 1936 powstała Zapora Hoovera o mocy 1345 MW, a w 1942 Zapora Grand Coulee o mocy 6809 MW[4]. Kolejny rekord, 14 GW, ustanowiła Zapora Itaipu uruchomiona w 1984 w Ameryce Południowej. Aktualnie największą moc, 22,5 GW, ma Zapora Trzech Przełomów w Chinach.

Typy elektrowni wodnych[edytuj | edytuj kod]

Zapory[edytuj | edytuj kod]

Zapora Trzech Przełomów – największa elektrownia wodna na świecie.

Ponieważ źródłem energii elektrycznej w elektrowniach wodnych jest energia potencjalna wody, ilość tej energii jest proporcjonalna do wysokości, jaką traci woda w obrębie elektrowni. Aby zmaksymalizować tę energię, buduje się wysokie zapory, które umożliwiają spiętrzenie wody. Przykładowo, zapora Itaipu ma wysokość 196 metrów.

Elektrownie szczytowo-pompowe[edytuj | edytuj kod]

Górny zbiornik elektrowni Dlouhé Stráně w Czechach.
 Osobny artykuł: Elektrownia szczytowo-pompowa.

Elektrownie szczytowo pompowe służą do dostosowywania produkcji energii do jej chwilowego zapotrzebowania. W czasie małego zapotrzebowania na energię, jej nadmiar jest wykorzystywany do pompowania wody do zbiornika znajdującego się na dużej wysokości. W czasie dużego zapotrzebowania, woda jest uwalniana i jej energia potencjalna przetwarzana jest z powrotem na energię elektryczną. Elektrownie szczytowo-pompowe stanowią aktualnie największe akumulatory energii potencjalnej i umożliwiają wykorzystywanie niestabilnych źródeł energii, takich jak elektrownie wiatrowe i elektrownie słoneczne.

Elektrownie przepływowe[edytuj | edytuj kod]

 Osobny artykuł: Elektrownia wodna przepływowa.
Elektrownia przepływowa Chief Joseph w USA.

Elektrownie przepływowe nie spiętrzają dodatkowo wody i nie wymagają tworzenia zalewów. Ich moc jest ograniczona przez moc płynącej naturalnie wody. W czasie małego zapotrzebowania na energię woda swobodnie przepływa przez taką elektrownię. Elektrownie przepływowe działają najefektywniej, jeśli są zbudowane w miejscach, gdzie jest ona w naturalny sposób spiętrzona.

Elektrownie pływowe[edytuj | edytuj kod]

 Osobny artykuł: Elektrownia pływowa.
Generator pływowy z wirnikiem wysuniętym nad powierzchnię wody.

Elektrownie pływowe wykorzystują energię potencjalną wody morskiej spiętrzonych w czasie pływów. Ich moc zmienia się w ciągu doby, ale w sposób całkowicie przewidywalny, co pozwala uzupełnić je w zbiorniki umożliwiające generowanie energii w sposób ciągły. Powstają też generatory czerpiące energię z energii kinetycznej wody przemieszczającej się w czasie pływów.

Małe elektrownie wodne[edytuj | edytuj kod]

 Osobny artykuł: Mała elektrownia wodna.

Małe elektrownie wodne (określane skrótem MEW) to te o mocy poniżej 5 MW. Podział ten jest dość umowny (w Skandynawii i Szwajcarii granicą są 2 MW, a w USA 15 MW). Małe elektrownie wodne wyróżnia się, ponieważ ich wpływ na środowisko naturalne jest znikomy i dlatego nie dotyczą ich kontrowersje ekologiczne związane z budową dużych elektrowni.

Energetyka wodna na świecie[edytuj | edytuj kod]

Wykorzystanie różnych źródeł energii przez ludzkość w latach 2000-2013 w Mtoe (przedstawione w skali logarytmicznej) i wykres trendu do roku 2020[1].

     Ropa naftowa

     Hydroenergetyka

     Biopaliwa

     Węgiel

     Energia jądrowa

     Energia słoneczna

     Gaz ziemny

     Energia wiatrowa

     Energia geotermiczna

Elektrownie wodne są najintensywniej wykorzystywanym źródłem wśród odnawialnych źródeł energii. Działają w 150 krajach i w 2013 roku dostarczyły łącznie 3782 TWh energii elektrycznej, co stanowi 16% całkowitej produkcji energii elektrycznej na świecie[1]. Paragwaj i Norwegia opierają swój rynek energii elektrycznej w całości na elektrowniach wodnych.

Elektrownia wodna zwykle nie pracuje z pełną mocą przez cały rok. Stosunek średniej produkcji rocznej do możliwości produkcji przy pracy z pełną mocą nazywa się współczynnikiem wydajności. Poniższa tabela przedstawia kraje wytwarzające najwięcej energii elektrycznej w elektrowniach wodnych.

Dziesięć krajów o największej produkcji energii z energii wodnej (2013)[1][5]
Kraj Roczna
produkcja
(TWh)
Moc
elektrowni
(GW)
Wydajność Udział w
krajowej
produkcji
 Chiny 911,6 196,79 0,37 17,0%
 Kanada 391,6 88,974 0,59 62,5%
 Brazylia 385,4 69,080 0,56 69,1%
 Stany Zjednoczone 271,9 79,511 0,42 6,4%
 Rosja 181,2 45,000 0,42 17,1%
 Indie 131,9 33,600 0,43 12,0%
 Norwegia 129,0 27,528 0,49 96,1%
 Wenezuela 83,8 14,622 0,67 63,6%
 Japonia 82,2 27,229 0,37 7,6%
 Szwecja 61,4 16,209 0,46 38,3%

Największe elektrownie świata[edytuj | edytuj kod]

Miejsce Elektrownia Kraj Moc (MW)
1 Zapora Trzech Przełomów  Chiny 20 300
2 Itaipu  Brazylia
 Paragwaj
14 000
3 Guri  Wenezuela 10 200
4 Tucurui  Brazylia 8 370
5 Zapora Grand Coulee  Stany Zjednoczone 6 809

Elektrownie wodne w Polsce[edytuj | edytuj kod]

Elektrownia Wodna na Wiśle we Włocławku

Zasoby hydroenergetyczne Polski szacuje się na 13,7 TWh rocznie, z czego 45,3% przypada na Wisłę, 43,6% na dorzecza Wisły i Odry, 9,8% na Odrę i 1,8% na rzeki Pomorza, przy czym same elektrownie na rzekach pomorskich zapewniały przed II wojną światową energię elektryczną portowi morskiemu w Gdyni, Kartuzom oraz Gdańskowi i jego okolicom. W 2013 roku Polska wyprodukowała 2,4 TWh energii elektrycznej w hydroelektrowniach[1].

Największe elektrownie wodne w Polsce[edytuj | edytuj kod]

Elektrownia wodna na Odrze Południowej we Wrocławiu – moc łączna 1,6 MW

Ekologia[edytuj | edytuj kod]

Do lat 80. ubiegłego wieku panował powszechny pogląd, że elektrownie wodne są źródłem "czystszej" energii, to znaczy, że są najmniej szkodliwe dla środowiska naturalnego. Uważano, że podczas wytwarzania energii przez elektrownię wodną do atmosfery nie dostają się żadne zanieczyszczenia, a poziom emitowanego hałasu (ze względu na małą prędkość obrotową turbin) jest niski. Ostatnie badania pokazują jednak, że zbiorniki zaporowe mogą być źródłem emisji metanu[6]. Ilość emitowanego metanu w zależności od lokalnych warunków (głównie ilości nagromadzonej materii organicznej, temperatury, obecności substancji hamujących metanogenezę) może się znacznie różnić. Przykładowo, Jezioro Turawskie emituje ok. 42 mg metanu w przeliczeniu na powierzchnię 1 m² (co stanowi ok. 9% całej ilości gazów emitowanych z osadów wynoszącej średnio 1445 ml m-2d-1), podczas gdy Jezioro Włocławskie ponad 400 mg (co stanowi ok. 27% całej objętości emitowanej z osadów wynoszącej średnio 3114 ml m-2d-1). Z tego powodu zbiorniki elektrowni wodnych uważane są za istotne źródło gazów cieplarnianych[7]. Uznaje się, że emisja metanu jest duża w świeżo powstałych zbiornikach, gdzie znajduje się dużo materii organicznej z zalanej roślinności, a następnie, wraz z jej wyczerpywaniem się na skutek rozkładu, spada. Odkrycia z początku XXI w. wskazują jednak, że w kilkudziesięcioletnich zbiornikach ilość nagromadzonej materii organicznej ponownie wzrasta, stając się źródłem znacznych emisji metanu[8].

Jednak budowa elektrowni znacząco zmienia ekosystem i krajobraz otoczenia. Aby uzyskać wysoki poziom wody, często trzeba zalać ogromne obszary dolin rzek. Wiąże się to z przesiedleniem ludzi mieszkających dotychczas w tym miejscu oraz prawdopodobną zagładą żyjących zwierząt i roślin. Powstały w miejsce szybkiej, wartkiej rzeki zbiornik zawiera wodę stojącą, co sprawia, że rozwijają się tam zupełnie inne organizmy niż przed powstaniem zapory. Jednocześnie duży zbiornik charakteryzuje się znacznie większym parowaniem i zmienia wilgotność powietrza na stosunkowo dużym obszarze. Wartka dotychczas rzeka po wyjściu z zapory zwykle płynie już bardzo wolno. Zmniejsza się napowietrzanie wody, brak okresowych powodzi prowadzi do zamulenia dna.

Przykładowo, po wybudowaniu tamy w Asuanie (Egipt) na Nilu osady z górnego biegu rzeki (stanowiące od tysięcy lat istotny czynnik umożliwiający uprawę rolną w delcie Nilu) przestały przepływać przez tamę. Wiąże się to z koniecznością nieustannego pogłębiania zbiornika.

Powyższe uwagi nie odnoszą się do małych elektrowni wodnych, które piętrzą wodę w rzekach na niewielkie wysokości. Dlatego też nie powodują powstania zbiorników wodnych, a jeśli takie powstają, mają niewielkie rozmiary. Małe elektrownie wodne wpływają korzystnie na poziom wód gruntowych i retencję wód, uspokajają nurt rzeki i zatrzymują zjawiska erozji dennej i bocznej. Wyposażone w odpowiednie urządzenia ochrony ryb nie powodują szkód dla środowiska.

Przypisy

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 BP Statistical World Energy Review 2014. , 16 czerwca 2014. BP (ang.). [dostęp 16 czerwca 2014]. 
  2. 2,0 2,1 Worldwatch Institute: Use and Capacity of Global Hydropower Increases (ang.). January 2012.
  3. History of Hydropower (ang.). U.S. Department of Energy.
  4. Hoover Dam and Lake Mead (ang.). U.S. Bureau of Reclamation.
  5. Indicators 2009, National Electric Power Industry (ang.). Chinese Government. [dostęp 18 lipca 2010]. [zarchiwizowane z tego adresu (2010-08-21)].
  6. Eugster et al. 2011
  7. Adriana Trojanowska, Marta Kurasiewicz, Łukasz Pleśniak, Mariusz Orion Jędrysek. Emission of methane from sediments of selected Polish dam reservoirs. „Teka Komisji Ochrony i Kształtowania Środowiska Przyrodniczego – OL PAN”. 6, s. 368–373, 2009 (ang.). 
  8. Tonya DelSontro, Daniel F. McGinnis, Sebastian Sobek, Ilia Ostrovsky, Bernhard Wehrli. Extreme Methane Emissions from a Swiss Hydropower Reservoir: Contribution from Bubbling Sediments. „Environmental Science & Technology”. 44 (7), s. 2419–2425, 2010-03-10. American Chemical Society. doi:10.1021/es9031369 (ang.). 

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]