Mała energetyka wodna

Wody powierzchniowe w Polsce zajmują 2,7 % powierzchni kraju a w przeliczeniu na jednego mieszkańca ich zasobność jest trzy razy mniejsza niż średnia europejska. W Polsce nie ma zbyt dobrych warunków naturalnych, które sprzyjałyby rozwojowi hydroenergetyki, a w szczególności budowie dużych elektrowni wodnych. Wynika to z nizinnego charakteru naszego kraju, niewielkiego spadku rzek, umiarkowanych opadów oraz budowy geologicznej (duży udział skał przepuszczalnych w pokryciu terenu). Istnieją jednak pewne rezerwy dla rozwoju tej gałęzi energetyki a zwłaszcza małej energetyki wodnej (MEW).

W małych elektrowniach wodnych produkuje się energię elektryczną głównie na potrzeby lokalne. Elektrownie wodne tego typu, ze względu na skalę występowania, mogą mieć istotne znaczenie dla poprawy zdewastowanego środowiska, ponieważ dzięki budowie śluz i stawów zatrzymują dużo wody i w efekcie mogą polepszyć bilans hydrologiczny i hydrobiologiczny kraju. W Polsce w okresie przedwojennym funkcjonowało bardzo wiele MEW, które pracowały zazwyczaj na sieć wydzieloną.


Małe elektrownie wodne dzieli się według różnych kryteriów ze względu na charakter przepływu rozróżnia się następujące:

  • wykorzystujące przepływy naturalne cieków lub zasoby zbiorników wodnych zasilanych dopływami naturalnymi, są to MEW przepływowe,
  • elektrownie, w których obieg wytworzony jest sztucznie między dwoma zbiornikami,
  • elektrownie, w których następuje zarówno wykorzystanie przepływów naturalnych jak też częściowy obieg zamknięty.


Ze względu na wielkość spadu, małe elektrownie wodne dzielimy na:

  • o niskim spadzie, nie przekraczającym piętrzenia 15 m,
  • o średnim spadzie, zawartym w granicach od 15 m do 50 m,
  • o wysokim spadzie, przekraczającym 50 m.

Najważniejszą częścią całej elektrowni jest turbina. Obecnie w małych elektrowniach wodnych stosowane są:

  • Turbina Peltona

Turbiny te wykorzystuje się przy dużych spadkach. W turbinach Peltona energia potencjalna spiętrzenia zostaje zamieniona w dyszach na energię kinetyczną. Strumień wody wypływający z dyszy uderza w łopatki wirnika w kształcie czarek. Czarki znajdujące się na wirniku są ukształtowane w ten sposób, że rozdzielają strumień na dwie części i jednocześnie odchylają go w kierunku przeciwnym do kierunku prędkości obwodowej. Wirnik turbiny znajduje się w powietrzu i zewnętrzne powierzchnie łopatek nie stykają się z wodą. W wyniku czego energia kinetyczna strugi jest przekazywana wirnikowi. Sprawność turbin w dużym stopniu zależy od ilości dysz. Moc turbiny, można regulować w sposób ciągły, przesuwając osiowo iglicę, co powoduje zmianę przekrój wylotu dyszy z możliwością całkowitego jej zamknięcia. Dodatkowo odchylasz pozwala na szybkie wyłączenie turbiny poprzez przerwanie działania strumienia wody na wirnik w wyniku odchylenie go od wirnika.

  • Turbina Francisa

Turbiny te należą do szeroko rozpowszechnionych w małej energetyce z racji swoich dobrych parametrów. Istnieją dwa rodzaje tych turbin: z wirnikiem ułożonym pionowo oraz poziomo. Ich cechą charakterystyczną jest spiralny kierunek kanału turbiny oraz zespół kierownic łopatkowych.
Turbiny w zależności od spadku i prędkości obrotowej pracy znacznie różnią się budową. Wykonywane są w sposób klasyczny ze stali nierdzewnych niekiedy powlekanych ceramicznie po stronie podciśnieniowej. Produkowane są także polimerowe zespoły o mocy od 0,3 kW.

  • Turbina Banki-Mitchella

Turbina ta charakteryzuje się prostą budową i dobrymi parametrami pracy. Istnieją dwa zasadnicze typy tego rodzaju turbin: z kanałem dolotowym poziomym i pionowym. Stosowane są zarówno przy niskich, jak i wysokich spadach. W tych turbinach woda przepływa dwa razy przez aktywną część turbiny. Najpierw do wnętrza jak w turbinach Francisa, a potem na zewnątrz tak jak w turbinach Peltona. Regulacja mocy turbiny odbywa się za pomocą jednołopatkowej kierownicy. Możliwe jest też regulacja poprzez kierowanie wody tylko na fragment wirnika np. 1/3 czy 2/3 jego długości. Rozwiązanie takie zapewnia większa sprawność turbiny przy małych przepływach wody.

  • Turbina Kaplana

Jest obecnie najbardziej rozpowszechnionym typem turbiny stosowanym do zabudowy piętrzeń małych rzek (spady niskie). Są to turbiny śmigłowe posiadające nastawne łopatki, dzięki takiemu rozwiązaniu praca turbiny może być łatwo dostosowana do zmienionych warunków z zachowaniem tej samej sprawności. Wysoki stopień przydatności tego typu turbin wynika również z największej ilości odmian. Poszczególne rodzaje turbin różnią się od siebie m.in.: kątem nachylenia osi wirnika do powierzchni wody, usytuowaniem generatora względem osi turbiny, rodzajem kształtu kanału dolotowego, liczbą łopat i ich kształtem na wirniku.

Rejestracja i logowanie

Realizacja:

Wyższa Szkoła Ekologii i Zarządzania
Wyższa Szkoła Ekologii i Zarządzania

Finansowanie:

Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej
Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej

Partner:

CASE Doradcy Sp. z o.o.
CASE Doradcy Sp. z o.o.