Skip to main content

Prąd z wody, czyli jak działa elektrownia wodna?

23 marzec 2023
Prąd z wody, czyli jak działa elektrownia wodna?

Elektrownie wodne służą do wytwarzania prądu z energii kinetycznej lub potencjalnej wody. Zazwyczaj znajdują się one na obrzeżach miast, w pobliżu dużych rzek lub zbiorników wodnych. Choć nie są one tak powszechnie widoczne jak elektrownie węglowe czy gazowe, to pełnią one bardzo ważną rolę w procesie dekarbonizacji przemysłu energetyki. Jak działa elektrownia wodna i czy warto ją spopularyzować? O tym szerzej w poniższym artykule.

Spis treści:

1. Elektrownia wodna i jej popularność
2. Czym jest energia wody
3. Jak działa elektrownia wodna?
4. Podział elektrowni wodnych
5. Zalety hydroelektrowni
6. Wady elektrowni wodnych
7. Prywatna elektrownia wodna
8. Prąd z wody, czyli jak działa elektrownia wodna? | Podsumowanie

Elektrownia wodna i jej popularność

Woda jest jednym z najpotężniejszych żywiołów, jakie możemy znaleźć w naturze. Ma wiele zastosowań, ale jednym z kluczowych jest wykorzystanie jej jako źródła energii. Elektrownie wodne należą do grupy najstarszych i najbardziej niezawodnych metod służących do wytwarzania prądu na dużą skalę. Chociaż nie są one tak widowiskowe jak wiatraki czy panele słoneczne, to nie można im odjąć nieocenionego wkładu w walkę z rosnącym zanieczyszczeniem powietrza.

Najwięcej hydroelektrowni znajduje się w Chinach, które są aktualnym liderem w wykorzystaniu energii wodnej na powierzchni globu. Tam właśnie usytuowana jest Tama Trzech Przełomów, największa elektrownia wodna na świecie, o mocy 22,5 GW. W Europie, krajami z największą ilością hydroelektrowni są kolejno: Norwegia, Szwecja i Finlandia.

Niewiele osób zdaje sobie sprawę, że w naszym kraju również korzysta się z energii wody. Największa elektrownia wodna w Polsce znajduje się na Pomorzu - w Żarnowcu, a jej moc wynosi około 800 MW. Nasz kraj ma ogromny potencjał wodny, ale na ten moment niestety, nie jest maksymalnie wykorzystywany. Obecnie, tylko 11% wszystkich zainstalowanych mocy z odnawialnych źródeł energii w Polsce pochodzi z elektrowni wodnych.

Czym jest energia wody?

Nim przejdziemy do tego, jak działa elektrownia wodna, musimy wyjaśnić pewne podstawowe kwestie dotyczące jednego z głównych żywiołów - wody. Tego życiodajnego płynu z pewnością nie trzeba nikomu przedstawiać. Nieco inaczej jednak wygląda kwestia jego energii. W końcu, czym jest energia wody?

Energia wody

Energia wody to jedno z najważniejszych źródeł energii odnawialnej na świecie. Składa się na nią energia fal morskich, akwenów wodnych i płynących rzek. Woda jest bardzo ważnym elementem naszej planety, ponieważ pokrywa większość jej powierzchni. W dodatku jest w ciągłym ruchu, co sprawia, że ma duży potencjał energetyczny. Chcąc go w pełni wykorzystać konieczne jest zastosowanie specjalnych urządzeń, które energię potencjalną wody zamienią w kinetyczną, a następnie w elektryczną. Najważniejszym źródłem energii wody są wody śródlądowe, czyli rzeki i zbiorniki wodne.

Jak działa elektrownia wodna?

Istnieją różne elektrownie wodne, a każda z nich różni się od siebie sposobem działania. Ich fundament jest jednak taki sam, i polega na wykorzystaniu energii ruchu wody do wytworzenia prądu.

W hydroelektrowniach cały proces rozpoczyna się od spiętrzenia wody przy pomocy różnego rodzaju zapór. Gdy ciecz zostaje podniesiona do odpowiedniego poziomu trafia do rur, które nakierowują ją na specjalną turbinę. Urządzenie to pod wpływem napierającej na nie wody zaczyna się obracać, jednocześnie zamieniając energię kinetyczną wody w mechaniczną. Ta z kolei wędruje do generatora, który przekształca ją w prąd. Produkt końcowy, czyli energia elektryczna, zostaje na końcu przekazany do sieci elektroenergetycznej.

Podział elektrowni wodnych

W energetyce wodnej możemy wyróżnić kilka rodzajów hydroelektrowni, które różnią się między sobą nie tylko zastosowaną technologią, ale przede wszystkim źródłem pozyskiwanej energii - niektóre z nich korzystają z morskich fal, inne z płynących rzek, a jeszcze inne ze sztucznych zapór. Bez względu jednak na typ, każda elektrownia wodna stanowi ważne źródło energii odnawialnej, które każdego dnia zyskuje na znaczeniu w kontekście ochrony środowiska i dekarbonizacji naszej planety. Zatem, z jakimi hydroelektrowniami możemy się spotkać?

  • Elektrownie wodne zaporowe: Wykorzystują one energię gromadzoną w sztucznych zbiornikach wodnych (najczęściej zaporach). Woda jest spiętrzana i przechowywana w zbiorniku, a następnie spuszczana z pewną siłą, co powoduje obrót turbin wodnych, a w konsekwencji wytwarzanie energii elektrycznej.

  • Elektrownie wodne przepływowe: W takich elektrowniach energia kinetyczna płynącej rzeki jest wykorzystywana do wytwarzania energii elektrycznej. Woda płynąca przez rury lub kanały uderza w turbinę, która obraca się i przekazuje energię mechaniczną do generatora, który wytwarza prąd.

  • Elektrownie szczytowo-pompowe: Wykorzystują one dwa zbiorniki wody na różnych wysokościach. W okresach nadmiaru energii elektrycznej, woda jest przepompowywana z dolnego zbiornika do górnego, a gdy jest potrzebna dodatkowa moc, spuszcza się ją z górnego zbiornika do dolnego, a tym samym napędza turbiny wodne.

  • Elektrownie pływowe: Korzystają z energii fal morskich, które poruszają specjalne pływaki, zamieniając ruch na energię elektryczną. Elektrownie pływowe są stosunkowo nowym rodzajem elektrowni wodnych i ich wykorzystanie jest na razie ograniczone ze względu na wysokie koszty budowy i konserwacji.

Zalety elektrowni wodnych

Zalety hydroelektrowni

Energetyka wodna ma wiele zalet, które przemawiają za wykorzystaniem jej jako źródła energii elektrycznej. Jednym z najważniejszych argumentów jest jej naturalny charakter i odnawialność. Korzystanie z energii wodnej nie generuje do atmosfery żadnych szkodliwych substancji. Oznacza to, że zwiększając jej udział w światowym wolumenie, ograniczymy emisję CO². Chińska Zapora Trzech Przełomów - największa hydroelektrownia na świecie - zmniejsza ilość uwalnianych gazów cieplarnianych nawet o 100 milionów ton rocznie. To wynik, który napawa pewnym optymizmem w kwestii dekarbonizacji Ziemi.

Woda jest uważana za dosyć stabilne źródło energii, które w porównaniu do swoich alternatyw - wiatru czy Słońca -, umożliwia całkiem dokładną kalkulację możliwej do wytworzenia mocy. Ponadto, hydroelektrownie charakteryzują się wysoką wydajnością, co pozwala im produkować ogromne pokłady energii elektrycznej w sposób nieobciążający środowiska naturalnego.

O tej zalecie nieczęsto się mówi, ale budowa elektrowni wodnych przyczynia się do poprawy bilansu hydrologicznego danego regionu bądź kraju. Dzieje się to poprzez tworzenie systemów zapór oraz regulowanie biegu rzek. Przykładem może być budowa Tamy Trzech Przełomów, która przyczyniła się nie tylko do poprawy stanu ekosystemu wokół rzeki Jangcy, ale także znacznie zmniejszyła liczbę powodzi w okolicy.

Wady elektrowni wodnych

Niestety, hydroelektrownie nie są pozbawione wad, a ludzkie działania w sektorze energetyki wodnej mają swoje konsekwencje. Świadczy o tym chociażby zmiana osi obrotu Ziemi o 2 centymetry - wydarzenie to było skutkiem wybudowania największej zapory wodnej na świecie. Ciężko jest oszacować co jeszcze może się zdarzyć jednak niewykluczone, że przyszłe działania związane z elektrowniami wodnymi doprowadzą do kolejnych nienaturalnych zmian.

Budowa elektrowni wodnych wiąże się również z modyfikacją krajobrazu i terenu, koniecznością wysiedlenia ludzi z terenów inwestycyjnych, hałasem emitowanym przez turbiny oraz zmianą poziomów wody, która może prowadzić do zjawisk osuwiskowych. Pod lupę warto wziąć szczególnie małe elektrownie wodne o mocy do 5 MW. Ich rozmiar i ilość wytwarzanej energii elektrycznej nie jest adekwatny do tego, jak bardzo wpływają na środowisko naturalne i bilans hydrologiczny danego regionu.

Elektrownie wodne wpływają również negatywnie na stopień zanieczyszczenia rzek, co niekorzystnie oddziałuje na organizmy je zamieszkujące. Na szczęście istnieją technologiczne rozwiązania, które pozwalają ograniczyć ten problem - jednak wiążą się one z dodatkowymi kosztami, ponieważ dotyczą budowy specjalnych barier i przepławek.

Na koniec warto wspomnieć o kwotach związanych z całym przedsięwzięciem. Koszt budowy elektrowni wodnej wciąż pozostaje wysoki z powodu skali tego rodzaju projektów. Dodatkowo, inwestycje te wymagają skomplikowanych i długotrwałych procedur biurokratycznych, a uzyskanie stosownych pozwoleń może trwać nawet latami.

Prywatna elektrownia wodna

Elektrownie wodne to zazwyczaj duże instalacje, złożone z wielkich zapór i wykorzystujące ogromne ilości wody. Okazuje się jednak, że mogą być budowane także w mniejszej skali, na przykład do użytku prywatnego. Tak zwane mikroelektrownie wodne działają podobnie jak ich pełnowymiarowe alternatywy z tą różnicą, że wymagają mniejszych nakładów wody. Niestety, budowa takiej instalacji wiąże się z kosztami rzędu kilkuset tysięcy złotych. Do tego szereg formalności, potrzebne pozwolenia i ingerencja w bilans hydrologiczny regionu sprawiają, że może nie być to najlepsza inwestycja dla osób prywatnych. Do zasilenia pojedynczych gospodarstw domowych lub firm, o wiele lepszą opcją będzie fotowoltaika.

Energia elektryczna z wody

Prąd z wody, czyli jak działa elektrownia wodna? | Podsumowanie

Wydajność i potęga hydroelektrowni w krajach takich jak Chiny, Paragwaj czy Brazylia pokazuje, że energia wodna ma ogromny potencjał do całkowitej rekonstrukcji sposobu wytwarzania prądu na całym świecie. Woda jako źródło energii odnawialnej jest bardzo skuteczna i efektywna, a postęp technologiczny pozwala na ograniczenie wpływu budowy hydroelektrowni na środowisko naturalne.

Aby zwiększyć szanse na sukces i popularyzację energii wodnej, ważne jest obniżenie kosztów jej pozyskiwania poprzez zmniejszenie kwot związanych z budową elektrowni wodnych zarówno na poziomie globalnym, jak i lokalnym. Istotnym czynnikiem jest również rozwój technologii w produkcji energii z prądów i pływów morskich. Energia wodna ma ogromny potencjał, ale ważne jest podjęcie odpowiednich działań aby wykorzystać ją by pomóc, a nie zaszkodzić naszej planecie.