Energia pływów morskich

www.biomasa.org/edukacja
Jak pracuje
hydroelektrownia?
prezentacja dla uczniów
szkół ponadgimnazjalnych
Prezentacja przygotowana w ramach projektu
Fundacji Partnerstwo dla Środowiska
współfinansowanego przez NFOŚiGW.
Energia wody
Woda od zawsze towarzyszyła człowiekowi.
W dawnych czasach jej energia napędzała
koła młyńskie, urządzenia w tartakach
czy kuźniach i piły używane do wyrębu lasów.
Później, gdy w początkach XIX wieku
wynaleziono turbinę wodną, energia wody
zaczęła służyć do produkcji prądu.
© Marek Cios
Obecnie hydroenergetyka dostarcza światu
około 20% energii elektrycznej.
Na zajęciach przyjrzymy się bliżej pracy hydroelektrowni.
www.biomasa.org/edukacja
Odnawialne źródła energii
- w skrócie OZE, to takie źródła energii, których zasoby
uzupełniają się w naturalnych procesach.
Do odnawialnych źródeł energii zaliczamy:
 energię Słońca
 energię wiatru
 energię wody
 energię geotermalną
 biomasę
Courtesy of DOE/NREL
Courtesy of DOE/NREL
Zapamiętaj!
Rezerwy paliw konwencjonalnych prędzej czy później zostaną wyczerpane.
Zasoby odnawialnych źródeł energii są niewyczerpalne.
www.biomasa.org/edukacja
Rodzaje wykorzystywanej
energii wody
Do produkcji energii elektrycznej może służyć zarówno
energia wód śródlądowych, czyli energia kinetyczna
płynących wód rzecznych, jak i rzadziej wykorzystywana
energia wód morskich, występująca w postaci:
 energii pływów morskich,
 energii fal morskich i
 energii różnic temperatur między
powierzchniowymi a głębinowymi
warstwami oceanu.
Courtesy of DOE/NREL
www.biomasa.org/edukacja
Energia wód śródlądowych
jest najczęściej wykorzystywanym rodzajem energii wody
 jej wykorzystaniu najbardziej sprzyjają rzeki
o dużym natężeniu przepływu i o dużym spadzie
- np. rzeki górskie,
 większość elektrowni wykorzystujących tę formę energii
wody powstaje jednak na terenach równinnych i w związku
z tym wymaga budowy zapory wodnej

Courtesy of DOE/NREL
www.biomasa.org/edukacja
Energia pływów morskich
To energia przypływów i odpływów morza bądź oceanu,
spowodowanych przyciąganiem grawitacyjnym Księżyca
i – w mniejszym stopniu – Słońca oraz ruchem obrotowym Ziemi.
energię pływów można wykorzystywać tylko w około
20 rejonach świata, m. in. na angielskim, francuskim i
hiszpańskim wybrzeżu Atlantyku, gdzie jej wykorzystanie
znane było już w XI wieku,
 elektrownie pływowe pracują we Francji, w Wielkiej
Brytanii, w Kanadzie, w Chinach i w Rosji,
 w Polsce wykorzystanie energii pływów nie jest możliwe,
nie występuje bowiem odpowiednio duża – przekraczająca
5 m. - amplituda pływów morskich

www.biomasa.org/edukacja
Energia fal morskich
zasoby energii fal są wiele tysięcy razy większe od
potencjału energetycznego pływów morskich,
trudno je jednak wykorzystać ze względu na duże
rozproszenie i uzależnienie od pogody,
 energia fal morskich jest wykorzystywana we Francji,
w Wielkiej Brytanii i w Norwegii, a także
w Rosji nad Morzem Białym i w Stanach
Zjednoczonych na Alasce

Courtesy of DOE/NREL
www.biomasa.org/edukacja
Energia różnic temperatur
w strefie równikowej występuje mniej więcej stała,
niezależna od pory dnia i roku różnica temperatur między
warstwami morza: warstwy powierzchniowe są ciepłe, a
warstwy głębinowe zimne,
 różnicę tę można wykorzystać do wytwarzania energii
 energia różnic temperatur jest wykorzystywana na
Hawajach (40 MW), w Japonii (10 MW), na Bali i Tahiti
(po 5 MW).

Potencjał tego rodzaju energii jest w niektórych rejonach świata spory:
w Indiach mogłyby powstać instalacje o mocy 10 tys. MW.
www.biomasa.org/edukacja
Małe i duże elektrownie wodne
Elektrownie wodne dzieli się na:
 małe (w skrócie MEW) i
 duże – o mocy powyżej 5 MW.
Jest to podział umowny:
- w Stanach Zjednoczonych za małe
uznaje się elektrownie o mocy
poniżej 15 MW,
- zaś w Szwajcarii i w Skandynawii
już elektrownie o mocy ponad 2 MW
uchodzą za duże.
Małe elektrownie wodne
są uważane za bardziej
ekologiczne od dużych,
które znacznie ingerują
w środowisko naturalne.
www.biomasa.org/edukacja
Rodzaje elektrowni wodnych
Poza podziałem elektrowni wodnych ze względu na
wielkość istnieje jeszcze podział, którego kryterium jest
sposób budowy elektrowni wodnej, a dokładniej
– sposób doprowadzenia wody do turbiny.
Wyróżnia się elektrownie:
 przepływowe,
 zbiornikowe,
 szczytowo-pompowe.
www.biomasa.org/edukacja
Elektrownia przepływowa





nie posiada zbiornika wodnego,
jest zlokalizowana w korycie rzeki, w specjalnie
skonstruowanym budynku będącym
przedłużeniem jazu,
wykorzystuje stosunkowo niewielkie spiętrzenie
– rzędu kilkunastu metrów,
może pracować prawie bez przerwy,
ilość produkowanej przez nią energii jest
uzależniona od ilości wody, przepływającej w
danej chwili w rzece
Courtesy of DOE/NREL
www.biomasa.org/edukacja
Elektrownie przepływowe w Polsce
Elektrownia
Moc zainstalowana w MW
Włocławek
160
Solina
138
Dychów
80
Rożnów
50
W Polsce wśród elektrowni przepływowych największe znaczenie
mają niskospadowe elektrownie z zaporami ziemnymi,
wyposażone w turbiny Kaplana, turbiny rurowe, bądź też – w
przypadku bardzo małych mocy – w turbiny rurowe z
generatorem zewnętrznym lub turbiny Banki-Michella.
www.biomasa.org/edukacja
Elektrownia zbiornikowa
(regulacyjna)
posiada zbiornik wodny,
 może magazynować wodę i regulować jej przepływ
w okresie dobowym, tygodniowym, miesięcznym
lub dłuższym,
 może produkować energię o większej mocy, niż moc
odpowiadająca chwilowemu dopływowi,
 dostosowuje się do zmian w zapotrzebowaniu na
energię i sezonowych wahań ilości przepływającej
wody
Ten typ hydroelektrowni jest najczęściej reprezentowany
przez duże elektrownie wodne.

www.biomasa.org/edukacja
Elektrownia szczytowo-pompowa



posiada dwa zbiorniki wodne – dolny i górny,
gromadzi potencjalną energię, wykonując pracę
pompową (silnikową), polegającą na
przepompowywaniu wody ze zbiornika dolnego
do górnego,
gdy zapotrzebowanie na energię wzrasta, podejmuje
pracę turbinową (generatorową): woda z górnego
zbiornika jest uwalniana i spływając napędza turbinę,
która wytwarza prąd
www.biomasa.org/edukacja
Znaczenie elektrowni
szczytowo-pompowych



uruchamiane 1-2 razy w ciągu doby w cyklu pracy
pompowej i turbinowej wyrównują szczytowe, czyli
maksymalne i minimalne obciążenie systemu
energetycznego,
są wielkimi magazynami energii,
pełnią rolę interwencyjną w przypadkach awarii
systemu elektroenergetycznego: w razie nagłego
niedoboru mocy są uruchamiane do pracy
turbinowej, zaś w razie nagłego nadmiaru mocy
podejmują pracę pompową
www.biomasa.org/edukacja
Wady elektrowni
szczytowo-pompowych
Elektrownie szczytowo-pompowe są kosztowne, trudno
jednak znaleźć alternatywny sposób magazynowania tak
dużych ilości energii.
Dlatego by zmniejszyć nakłady inwestycyjne wyposaża się
elektrownie w odpowiednio duże spady, co pozwala
uniknąć budowy dużego zbiornika wodnego. Im wyższy
bowiem spad, tym mniejsza może być pojemność
zbiornika.
Wysokość spadu w elektrowniach szczytowo-pompowych
powinna przekraczać 100 m.
www.biomasa.org/edukacja
Elektrownie szczytowo-pompowe
w Polsce
Elektrownia
Moc zainstalowana
w MW
Żarnowiec
680
Porąbka-Żar
500
Żydowo
150
Spośród około 2100 MW mocy zainstalowanej
elektrowni wodnych w Polsce najwięcej, bo około 1350 MW
przypada na elektrownie szczytowo-pompowe.
www.biomasa.org/edukacja
Elektrownia pływowa
by wykorzystać energię pływów ujścia rzek przegradza
się zaporami, wyposażonymi w turbiny,
 woda porusza turbiny wpływając do zbiornika
wodnego w czasie przypływu i wypływając z niego w
czasie odpływu,
 pierwsza i zarazem największa elektrownia pływowa na
świecie została uruchomiona w 1966 roku we Francji,
przy ujściu rzeki La Rance do kanału La Manche zakład ten dysponuje mocą zainstalowaną 240 MW,
 drugą co do wielkości elektrownią pływową świata jest
instalacja w Annapolis w Kanadzie, posiadająca 17 MW
mocy zainstalowanej

www.biomasa.org/edukacja
Elektrownia maremotoryczna
(falowo-wodna)
produkuje energię elektryczną z energii fal
lub prądów morskich bądź oceanicznych
Ze względu na lokalizację elektrownie
maremotoryczne dzielą się na:
 nadbrzeżne,
 przybrzeżne
– umiejscowione na dnie morza na głębokości 10-20 m.
 morskie
– usytuowane na dnie morza na głębokości ponad 40 m.
Pierwszą elektrownię maremotoryczną uruchomiono w drugiej połowie
XX wieku w Bouchaux-Praceique we Francji.
www.biomasa.org/edukacja
Budowa elektrowni maremotorycznej
W elektrowniach maremotorycznych stosowane są
turbiny dwóch rodzajów:
 turbiny wodne, napędzane przelewającą się przez
upust zbiornika woda, która wcześniej wpływa do
zbiornika zwężającą się sztolnią, a po przepłynięciu
przez turbinę wraca do morza;
 turbiny powietrzne, wprawiane w ruch powietrzem,
sprężonym w górnej części zbiornika przez zalewające
dno zbiornika fale. Zbiornik taki zbudowany jest na
platformie, zlokalizowanej na brzegu morza.
Przykłady elektrowni obu typów znajdują się na norweskiej wyspie
Toftestallen koło Bergen.
www.biomasa.org/edukacja
Elektrownia maretermiczna
elektrownie te wykorzystują energię różnicy
temperatur między warstwami morza,
 jako czynnik roboczy wykorzystują amoniak, freon
bądź propan, które parują w wynoszącej około 30 st. C
temperaturze wody powierzchniowej i następnie są
skraplane przy pomocy wody o temperaturze około
7 st. C, czerpanej z głębokości 300-500 m.

Courtesy of DOE/NREL
www.biomasa.org/edukacja
Zapora
Zapora to przegradzająca dolinę rzeki i spiętrzająca jej
wody budowla, wyposażona w:
 regulujące przepływ wody przelewy,
 umożliwiające żeglugę śluzy,
 pozwalające przepływać tratwom przepusty i
 pozwalające wędrować w górę rzeki rybom przepławki.
Buduje się zapory ziemne, betonowe
i – najrzadziej – kamienne.
W Polsce najbardziej rozpowszechnione są
zapory betonowe.
Courtesy of DOE/NREL
www.biomasa.org/edukacja
Znaczenie zapory
Zapora nie jest niezbędną częścią hydroelektrowni,
większość elektrowni wodnych posiada jednak zapory.
Wiele elektrowni wodnych zostało dobudowanych do już
istniejących zapór, wzniesionych w takich celach, jak:
 utworzenie zbiornika rekreacyjnego,
 utworzenie stawu hodowlanego,
 utworzenie zbiornika przeciwpowodziowego,
 zapewnienie zaopatrzenia w wodę,
 nawadnianie upraw.
Courtesy of DOE/NREL
www.biomasa.org/edukacja
Turbina wodna
zwana także silnikiem wodnym rotodynamicznym bądź
turbiną hydrauliczną to silnik, przetwarzający mechaniczną
energię przepływającej przezeń wody na użyteczną prace
mechaniczną.
Podział turbin ze względu na kierunek przepływu wody :
 osiowe,
 diagonalne (skośne),
 promieniowe,
 styczne.
www.biomasa.org/edukacja
Turbiny akcyjne i reakcyjne
Ze względu na przetwarzanie energii turbiny wodne dzieli
się na akcyjne, przetwarzające tylko energię kinetyczną
wody i reakcyjne, które poza energią kinetyczną
przetwarzają także energię ciśnienia.
 wybór odpowiedniej turbiny zależy od wysokości spadu
i od ilości wody, którą dysponuje dana elektrownia,
 turbiny akcyjne są zazwyczaj stosowane
w elektrowniach o wysokim spadzie,
 turbiny reakcyjne są odpowiedniejsze dla elektrowni
o spadach niskich
www.biomasa.org/edukacja
Spad elektrowni a rodzaj turbiny
w rzadko występujących w Polsce elektrowniach
wodnych o najwyższym spadzie wykorzystuje się zaliczane
do turbin akcyjnych turbiny Peltona
 w hydroelektrowniach o średnim spadzie, liczącym
kilkanaście-kilkaset metrów, używa się najpopularniejszych
i najstarszych turbin Francisa, zaliczanych do turbin
reakcyjnych,
 w elektrowniach o niskim spadzie, wynoszącym do
kilkunastu metrów stosuje się skomplikowane,
wyposażone w ruchome łopatki turbiny Kaplana,
zaliczane do turbin reakcyjnych

www.biomasa.org/edukacja
Praca generatora
zwanego także prądnicą opiera się na prawie indukcji
elektromagnetycznej, odkrytym w 1831 roku przez
brytyjskiego uczonego Michaela Faradaya.
Według prawa indukcji elektromagnetycznej, gdy zmienia się pole
magnetyczne, otaczające przewodnik, w przewodniku
jest indukowana siła elektromotoryczna.
Tak jest też w generatorze, w którego ruchomej części
zwanej wirnikiem znajdują się przewody elektryczne,
obracające się na wytwarzającej silne pole
elektromagnetyczne żelaznej ramie.
www.biomasa.org/edukacja
Jak pracuje hydroelektrownia?
spiętrzona woda, spływająca do zbiornika wodnego
porusza turbinę wodną, która zamienia energię
kinetyczną na energię mechaniczną,
 wyprodukowana przez turbinę energia mechaniczna
wprawia w ruch wirnik generatora, który obracając się
produkuje z energii mechanicznej energię elektryczną,
 energia elektryczna jest transmitowana na miejsce
odbioru przez linie przesyłowe

www.biomasa.org/edukacja
Budowa hydroelektrowni
www.biomasa.org/edukacja