Mapa strony
Ciekawe linki

Energia wody

Energia wodna jest wykorzystywana głównie do wytwarzania energii elektrycznej za pośrednictwem turbiny wodnej (dawniej koło wodne) połączonej z prądnicą. Elektrownie wodne buduje się najczęściej na terenach górzystych lub w miejscach gdzie jest możliwe piętrzenie wody. Czym wyższe spiętrzenie i większa masa przepływającej wody tym większą ilość energii elektrycznej jesteśmy w stanie wytworzyć.
W Polsce wykorzystujemy 11% z całego potencjału, największa koncentracja tego typu budowli ma miejsce w dorzeczu Wisły i Odry. W ostatnich latach ze względu na wysokie koszty inwestycyjne, długi okres budowy i niekorzystny wpływ na środowisko atrakcyjność wielkich systemów obniżyła się. Natomiast rozwija się dział energetyki wodnej o małych mocach jednostkowych, tzw. MEW małe elektrownie wodne budowane przeważnie na istniejących stopniach wodnych.[mojaenergi.pl]
Przyjęło się stosować nazewnictwo MEW na określenie małej elektrowni wodnej dla obiektów o mocy zainstalowanej do 5 MW. Niekiedy spotyka się również określenie MEW dla obiektów o mocy zainstalowanej do 0,5 MW.

Stosuje się dodatkowy podział MEW:
  • mikro elektrownie wodne
  • mini elektrownie wodne
  • małe elektrownie wodne

Wyróżnia się trzy typy wykorzystania MEW: 

  • praca samotna hydrozespołu na wydzieloną sieć energetyczną, zwaną często siecią lokalną; zadaniem elektrowni jest zasilanie odbiorców nie posiadających innego źródła energii elektrycznej; praca MEW w tym układzie charakteryzuje się dużą zmiennością obciążenia w czasie.
  • współpraca z państwową siecią energetyczną oraz rezerwowe zasilanie wydzielonego sektora sieci lokalnej w przypadku braku napięcia w sieci państwowej.
  • współpraca hydrozespołu wyłącznie z siecią państwową: W układzie tym elektrownie pracują równolegle z siecią energetyczną, która decyduje o wielkości napięcia i częstotliwości.
Zdecydowana większość krajowych MEW pracuje na sieć państwową, wielkość napięcia i częstotliwości narzucana jest więc przez system energetyczny.

 

Rysunek 1 MEW - koło wodne

Zalety stosowania MEW:

  • zużywanie niewielkich ilości energii na potrzeby własne, ok. 0,5-1%, przy ok.10% w przypadku elektrowni tradycyjnych;
  • wytwarzanie "czystej" energii elektrycznej
  • energia z MEW może być wykorzystywana przez lokalnych odbiorców tak, że można mówić o minimalnych stratach przesyłu;
  • charakteryzują się niewielką pracochłonnością - do ich obsługi wystarcza sporadyczny nadzór techniczny;
  • budowla piętrząca może również w pewnym stopniu osłabić wielkość zatapiania okolic w przypadku występowania powodzi.
  • regulują stosunki wodne w najbliższej okolicy, co może mieć wpływ na obszary rolnicze;
  • mogą stanowić awaryjne źródło energii w przypadku uszkodzenia sieci przesyłowej;
  • pobudzają aktywność w środowisku wiejskim (nowe miejsca pracy, obiekty towarzyszące);
  • budowa budowli piętrzącej powoduje powstanie zbiornika wodnego, który stając się cennym elementem krajobrazu może decydować o rozwoju turystyki i rekreacji w danym regionie;

 

      Energia wodna, jeszcze przed wynalezieniem maszyn elektrycznych była wykorzystywana do napędu kuźni, tartaków, młynów i innych zakładów przemysłowych.

W latach 30 XIX wieku nastąpił ogromny przełom w transporcie rzecznym, napęd wodny zaczęto wykorzystywać przy przemieszczaniu barek po pochylniach między różnymi poziomami wody w kanałach (pochylnie tego rodzaju zachowały się do dnia dzisiejszego na Kanale Elbląskim).

            W dzisiejszych czasach energia wodna przetwarzana jest najczęściej na energię elektryczną, którą można wykorzystywać w sposób bezpośredni do napędu maszyn. Hydroenergetyka często opiera się na sztucznych spiętrzeniach uzyskanych dzięki budowie zapory wodnej. Obszary wykorzystujące energię wodną mogą przyciągać przemysł niskimi cenami elektryczności, bowiem energia ta może być znacznie tańsza od spalania tradycyjnych paliw kopalnych.

            Sercem każdej siłowni wodnej jest turbina wodna, której zadaniem jest przekształcanie energii potencjalnej i kinetycznej wody w energię mechaniczną, napędzającą generatory energii elektrycznej.

            Do najstarszych tego typu urządzeń można zaliczyć koła wodne, które można podzielić na trzy podstawowe typy: koła nasiębierne, koła śródsiębierne i koła podsiębierne. Największą wydajnością charakteryzują się koła nasiębierne, które wykorzystują głównie energię potencjalną wody. Koła śródsiębierne wykorzystują energię potencjalną i kinetyczną wody, natomiast podsiębierne wyłącznie energię kinetyczną, a łopatki tego koła napędzane były strumieniem wodnym przepływającym w korycie rzeki pod kołem.

            Na początku XIX wieku opracowano pierwsze nowoczesne turbiny wodne , które z niewielkimi zmianami oraz udoskonaleniami są wykorzystywane do dziś. Prekursorem pierwszej turbiny, która znalazła swoje zastosowanie w przemyśle był B. Fourneyron (1827r.).

            Ze względu na zastosowaną zasadę wykorzystania energii wody – kinetycznej i potencjalnej można wyróżnić dwa podstawowe rodzaje turbin wodnych:

- turbiny akcyjne (natryskowe);

- turbiny reakcyjne.

            W przypadku turbiny akcyjnejwoda doprowadzana jest do wirnika pod ciśnieniem atmosferycznym. Wyższe ciśnienie wody występuje na wlocie do turbiny, gdzie następuje zamiana energii ciśnienia wody w energię prędkości, przemiana ta następuje w dyszy, powstała energia przenoszona jest na wirnik, w którym następuje zamiana kinetycznej energii wody w energię mechaniczną. Przykładem turbiny akcyjnej jest turbina Peltona.

            Protoplastą turbiny Peltona jest koło młyńskie, turbina ta stosowana jest do najwyższych spadów (1000 – 1500 m).  Ustawienie wyprofilowanych  łopatek o kształcie połączonych czarek na obwodzie pod kątem 90 stopni do strumienia wody zwiększa jej sprawność. Turbiny Peltona budowane są z wałami pionowymi i poziomymi. W przypadku wałów poziomych stosowane są maksymalnie dwie dysze wylotowe, przy wałach pionowych zastosowanie może mieć aż  6 dysz, do których rurociągiem ciśnieniowym doprowadzana jest woda. Zmiana położenia iglicy w dyszy umożliwia płynną regulację mocy.

            W małych elektrowniach wodnych o spadzie od 2 do 50 m zastosowanie znalazła akcyjna turbina Banki – Michella. Jest to turbina przepływowa z szerokim strumieniem wody o prostokątnym przekroju, który przepływa dwukrotnie przez palisadę łopatkową wirnika . Odpowiednio wyprofilowana 1-łopatkowa kierownica odpowiedzialna jest za zasilanie wirnika. W części konstrukcji wprowadzono podział wirnika oraz kierownicy na dwie części: wąską w proporcji 1/3 długości i szeroką w proporcji 2/3 długości. Dzięki temu podziałowi  dostosowano turbiny do trzech różnych natężeń przepływu.

            W przypadku turbin reakcyjnych (naporowych) woda doprowadzana jest do wirnika pod wyższym ciśnieniem niż ciśnienie atmosferyczne. Turbiny tego rodzaju wykorzystują energię ciśnienia wody oraz energię kinetyczną. Na wlocie do turbiny jedynie część ciśnienia wody zamieniane jest w kierownicy na prędkość. Obniżenia ciśnienia oraz prędkości związane z zamianą energii ciśnienia wody  i energii kinetycznej w energię mechaniczną zachodzą w wirniku.

Ze względu na przepływ wody przez wirnik turbiny te możemy podzielić na:

- promieniowe (wolnobieżne turbiny Francisa);

- promieniowo – osiowe, zwane również diagonalnymi (szybkobieżne turbiny Francisa o Deriaza);

- osiowe (Kaplana i śmigłowe).

            Turbina Francisa w zależności od rozporządzalnego spadu może być wyposażona w wirniki o różnych wyróżnikach szybkobieżności ns. Częściami przepływowymi tej turbiny są: kierownica, wirnik, rura ssąca oraz często występująca obudowa w formie kotła, leja bądź spirali, jej zadaniem jest doprowadzanie strumienia wody do kierownicy. Wirnik turbiny składa się z dwóch wieńców połączonych za pomocą łopatek. Łopatki wirnika w zależności od spadu oraz jednostki mocy wykonywane są w różny sposób:

- spady do 50 m oraz jednostki małej i średniej mocy – łopatki wykonane są z miękkiej blachy stalowej pod prasą, połączone z żeliwnymi wieńcami podczas odlewu bądź spawane z wieńcami ze staliwa;

- innym rozwiązaniem jest łopatka połączona z czopami, która obraca się na łożyskach. Jedno łożysko umocowane jest w pokrywie, drugie natomiast w podstawie kierownicy. Pierścień regulacyjny, łączniki, dźwignia dwuramienna oraz cięgna mają za zadanie przestawianie łopatek kierownicy.

            Turbina Deraiza stosowana jest przy spadach od 13 do  ok. 300 m. Turbina ta osiąga dobre rezultaty w pracach pompowych, dlatego też znajduje zastosowanie w siłowniach wodnych pompowych. Wirnik tej turbiny posiada łopatki, które obracają się wokół zamocowanych w piaście czopów, osie tych czopów ustawione są ukośnie do osi wirnika.

W turbinie tej czop działa za pomocą tarczy, która osadzona jest na jego końcu, na dźwignie przymocowane do czopów łopatek. Mechanizm ten uruchamia się przy pomocy wirnika siłownika olejowego, samoczynnie sterowanego za pomocą regulatora prędkości. Kierownice w turbinach mogą być ukośne lub takie same jak w przypadku turbin Francisa. Zazwyczaj stosowane są wały pionowe, a turbiny znajdują się w komorach metalowych.

            Turbina Kaplana stosowana jest na niskich spadach. Turbina ta posiada łopatki obracające się wokół czopów łopatek w łożyskach, które wbudowane są w piastę wirnika. Osie czopów łopatek znajdują się w prostopadłym położeniu do osi wirnika. W turbinie Kaplana znajdują się dwa regulowane zespoły – kierownica i wirnik. Zaletą turbin Kaplana jest bardzo duża szybkobieżność oraz wysoka sprawność podczas pracy w częściowym przełyku turbiny. Wirniki turbiny najczęściej wykonane są w postaci odlewu staliwnego, głównie ze staliwa stopowego i posiadają mniejszą liczbę łopatek w porównaniu do wirnika turbiny Francisa. Najczęściej wykorzystywane są turbiny o osiach pionowych, które umieszczone są w komorach spiralnych, betonowych bądź  blaszanych z rurami ssawnymi o zakrzywionych osiach.

            W Polsce ze względu na niskie spady w mikroelektrowniach wodnych najczęściej wykorzystywanymi turbinami są turbiny reakcyjne (Kaplana, Francisa i śmigłowe), rzadko wykorzystuje się turbiny akcyjno – reakcyjne.

 







# #
copyright © WMAE
All rigths reserved

Projekt i realizacja  Artneo
Odwiedziny w tym miesiącu: 9000
Odwiedziny ogółem: 1348891