Wzrost zapotrzebowania na energię miał wpływ na środowisko naturalne, prowadząc do zjawiska globalnego ocieplenia. Główną przyczyną degradacji środowiska jest szerokie wykorzystanie źródeł energii nieodnawialnych, takich jak benzyna czy olej napędowy.
Aby skutecznie zaradzić narastającemu problemowi szkód środowiskowych, kluczowe jest zdecydowane przestawienie się z wykorzystania energii nieodnawialnej na odnawialną.
Elektrownie wodne, znane również pod tą nazwą, to obiekty zaprojektowane do produkcji energii elektrycznej poprzez wykorzystanie siły przepływającej wody. W niniejszym artykule przyjrzymy się bliżej komponentom, z których składa się elektrownia wodna.
Spis treści:
Czym jest elektrownia wodna?
Elektrownia wodna jest rodzajem elektrowni, która produkuje energię elektryczną poprzez wykorzystanie energii hydraulicznej wody. Proces ten polega na przekształcaniu kinetycznej i potencjalnej energii wody, na przykład płynącej przez rzeki lub spadającej z wysokości, w energię elektryczną. Energia wytwarzana w elektrowniach wodnych jest znana jako energia hydroelektryczna, która jest uznawana za czystą i odnawialną formę energii.
Znaczącą zaletą energii hydroelektrycznej jest jej niewielki wpływ na środowisko w porównaniu do źródeł energii opartych na paliwach kopalnych. Energia wodna odgrywa istotną rolę w globalnym miksie energetycznym, stanowiąc około 16% całkowitego światowego zużycia energii. Jest to znaczący udział, który podkreśla potencjał i znaczenie energii hydroelektrycznej w kontekście globalnych wysiłków na rzecz zrównoważonego rozwoju i walki ze zmianami klimatycznymi.
Elektrownie wodne mogą być różnych typów, w zależności od sposobu wykorzystania przepływu wody, w tym duże zapory i elektrownie przepływowe. Każdy z tych typów ma swoje specyficzne cechy i zastosowania, dostosowane do lokalnych warunków geograficznych i hydrologicznych. Wspólnym celem wszystkich elektrowni wodnych jest jednak efektywne i ekologiczne wytwarzanie energii elektrycznej.
Komponenty elektrowni wodnej
Elektrownia wodna, znana również jako hydroelektrownia, funkcjonuje dzięki zastosowaniu różnorodnych komponentów. W niniejszej sekcji przedstawiono przegląd kilku kluczowych elementów, które są niezbędne do działania elektrowni wodnej.
Zbiornik magazynowy
Zbiornik wodny jest kluczowym elementem każdej elektrowni wodnej, pełniącym istotną rolę w procesie wytwarzania energii. Jego głównym zadaniem jest gromadzenie wody w okresie obfitych opadów, jakim jest sezon monsunowy, a następnie dostarczanie jej w okresie suchym, co umożliwia ciągłą pracę elektrowni. Zbiorniki mogą mieć charakter naturalny lub sztuczny. Przykładem naturalnego zbiornika jest jezioro górskie, które samo w sobie stanowi naturalny magazyn wody. Natomiast sztuczne zbiorniki są tworzone poprzez budowę tam na rzekach, co pozwala na kontrolowane gromadzenie i wykorzystanie wody.
Szeroki wybór zbiorników znajdziesz na stronie producenta Firmie Navotech, zobacz: https://navotech.com.pl/oferta/zbiorniki-retencja-i-magazynowanie/
W przypadku elektrowni wodnych o niskiej głowicy, czyli tych, które wykorzystują niewielką różnicę wysokości wody, konieczne jest posiadanie dużego zbiornika magazynowego. To pozwala na efektywne gromadzenie i wykorzystanie wody, nawet gdy różnica poziomów jest niewielka. Pojemność zbiornika jest dostosowywana do warunków hydrologicznych danego regionu i zależy od zmienności przepływów wody – różnicy między okresami wysokich i niskich przepływów. Dzięki temu elektrownie wodne mogą efektywnie działać przez cały rok, niezależnie od sezonowych zmian w dostępności wody.
Zapora
Zapora w elektrowni wodnej pełni kluczową rolę, ponieważ odpowiada za magazynowanie wody oraz podnoszenie jej poziomu w strumieniu, co umożliwia stworzenie sztucznej różnicy wysokości, znanej jako sztuczna głowica. Jest to najbardziej kosztowny i zarazem najistotniejszy element każdego projektu hydroelektrycznego.
Materiały używane do budowy tam są różnorodne i obejmują beton, kamień oraz wypełnienie z ziemi lub skał. Wybór konkretnego materiału i konstrukcji zapory zależy od geografii i warunków panujących w miejscu budowy. Na przykład, w wąskich kanionach często stosuje się zapory betonowe, podczas gdy w obszarach o szerokich dolinach preferowane są tamy ziemne.
Decyzja o typie i konstrukcji zapory jest również uzależniona od takich czynników jak warunki fundamentu, dostępność lokalnych materiałów budowlanych, możliwości transportu, a także od ryzyka wystąpienia trzęsień ziemi i innych zagrożeń naturalnych. Każdy z tych aspektów ma wpływ na ostateczny wybór rodzaju zapory, co jest kluczowe dla zapewnienia bezpieczeństwa i efektywności całego projektu hydroelektrycznego.
Rozlewnia
Rozlewnia w elektrowni wodnej jest konstruowana tak, aby pełnić funkcję zaworu bezpieczeństwa. Jej głównym zadaniem jest kontrolowanie poziomu wody w zbiorniku, szczególnie w sytuacjach, gdy zbiornik osiąga pełną pojemność, co często ma miejsce podczas powodzi. W takich okolicznościach rozlewnia umożliwia bezpieczne przepuszczenie nadmiaru wody na dolną stronę zapory.
Konstrukcja rozlewni zazwyczaj obejmuje wykonanie z betonu oraz wyposażenie w otwory odprowadzające wodę, które są kontrolowane przez metalowe bramy sterujące. Te bramy pozwalają na regulację przepływu wody z górnej części zbiornika do dolnego biegu rzeki. Poprzez zmianę stopnia otwarcia tych bram, operatorzy elektrowni mogą precyzyjnie kontrolować poziom wody w zbiorniku, zapewniając bezpieczeństwo i stabilność całego systemu, szczególnie w okresach zwiększonego przepływu wody.
Rozlewnia jest zatem kluczowym elementem systemu zarządzania wodą w elektrowni wodnej, zapewniającym ochronę przed potencjalnymi zagrożeniami związanymi z nadmiernym gromadzeniem się wody, jak również umożliwiającym efektywne zarządzanie zasobami wodnymi.
Struktura wlotowa
Struktura wlotowa w elektrowni wodnej ma za zadanie przekierowywać wodę z zatoki do zastawek. Istnieje wiele rodzajów struktur wlotowych, a wybór konkretnego typu zależy od różnych lokalnych czynników, takich jak warunki hydrologiczne, geograficzne i jakość wody.
Jednym z kluczowych elementów struktury wlotowej są sita, które pełnią funkcję filtrów. Sita te są umieszczane przy wejściu do struktury wlotowej, aby wyłapywać zanieczyszczenia zawarte w wodzie. Obecność zanieczyszczeń w wodzie wprowadzanej do systemu może poważnie uszkodzić takie elementy jak bramy, turbiny, dysze turbinowe i inne komponenty elektrowni. Dlatego też, oprócz sit, struktura wlotowa często zawiera również urządzenia do czyszczenia sit, jak również bramy zamykające, które mogą być używane do kontrolowania przepływu wody.
Brama kontrolna w strukturze wlotowej odgrywa istotną rolę w regulowaniu ilości wody, która jest przepuszczana do zastawek. Kiedy brama kontrolna jest w pełni otwarta, maksymalna ilość wody może przepływać przez system. Ta zdolność do regulacji przepływu wody jest kluczowa dla efektywnego i bezpiecznego działania elektrowni wodnej, umożliwiając dostosowanie do zmieniających się warunków i zapotrzebowania na energię.
Penstock
Penstocks to duże, nachylone rurociągi, które pełnią funkcję transportowania wody z struktury wlotowej do turbin. Główną rolą penstocka jest umożliwienie przesyłania wody pod ciśnieniem do wejścia turbiny hydraulicznej, co jest kluczowe dla procesu wytwarzania energii w elektrowni wodnej.
Materiały, które są zazwyczaj używane do produkcji penstocków, to stal lub żelbet. W przypadku krótkich długości, każda turbina może być zaopatrzona w osobny penstock, natomiast w przypadku dłuższych długości stosuje się jeden większy penstock, który następnie jest rozgałęziony na mniejsze rurociągi. Penstocki są projektowane w taki sposób, aby miały okrągły przekrój, co pomaga w równomiernym rozkładzie naprężeń obwodowych oraz redukcji ryzyka problemów związanych ze skalowaniem, które mogą wystąpić w przypadku penstocków o przekroju kwadratowym.
W zależności od warunków geograficznych i klimatycznych, penstocki mogą być narażone na wpływ środowiska lub zakopane pod ziemią. To dostosowanie do lokalnych warunków ma na celu zapewnienie trwałości i niezawodności penstocków, które są niezbędne dla efektywnego funkcjonowania elektrowni wodnej.
Komora surge
Komora udarowa, nazywana również zbiornikiem udarowym, jest cylindrycznym zbiornikiem z otwartym dnem, który pełni istotną rolę w kontrolowaniu ciśnienia w systemie elektrowni wodnej. Zazwyczaj jest on połączony bezpośrednio z zastawką i umieszczony jak najbliżej samej elektrowni. Funkcja komory udarowej polega na gromadzeniu i regulowaniu ciśnienia w kojcu.
Kiedy elektrownia wypuszcza nadmiar wody z kosza, poziom wody w zbiorniku wyrównawczym rośnie, co umożliwia kontrolowanie ciśnienia w systemie. W przypadku dużego zapotrzebowania na energię, zbiornik wyrównawczy zwiększa przepływ wody do elektrowni, co skutkuje obniżeniem poziomu wody. Gdy wydajność elektrowni jest stała, poziom wody w zbiorniku wyrównawczym utrzymuje się na stałym poziomie.
Komora udarowa jest zatem kluczowym elementem systemu kontroli ciśnienia w elektrowni wodnej, który umożliwia dostosowanie przepływu wody do bieżących potrzeb energetycznych i utrzymanie stabilności całego systemu.
Turbiny i generatory hydrauliczne
Turbina hydrauliczna jest urządzeniem, które wykorzystuje siłę wody pod dużym ciśnieniem do generowania energii mechanicznej. Ta energia mechaniczna jest następnie przekształcana w energię elektryczną, która może być używana do zasilania różnych urządzeń i systemów. Proces ten polega na skierowaniu strumienia wody na obracające się ostrza lub prowadnice, co powoduje obrót wału wewnętrznego mechanizmu turbiny. Ten ruch jest wykorzystywany do generowania energii elektrycznej przez podłączony generator. Ostatecznie, wyprodukowany prąd elektryczny jest przesyłany przez kable elektryczne do transformatora podwyższającego, który może zmieniać napięcie, aby dostosować je do potrzeb sieci elektrycznej. Moc generowana przez turbinę hydrauliczną jest zazwyczaj mierzona w jednostkach takich jak kilowaty lub megawaty, co pozwala określić jej zdolność do dostarczania energii elektrycznej.
Podsumowanie
Aby stawić czoło problemowi globalnego ocieplenia, obecnie rośnie produkcja energii odnawialnej, a jednym z kluczowych źródeł jest energia wodna, zwana także energią hydrowenergetyczną. Energia wodna wykorzystuje naturalny przepływ rzeki lub innego cieku wodnego, który jest zmieniany za pomocą konstrukcji takich jak tamy lub kanały przekierowujące, aby wytwarzać energię elektryczną.
Elektrownia wodna przekształca energię kinetyczną poruszającej się wody w energię elektryczną. To jest osiągane poprzez wykorzystanie ruchu wody, która napotyka na turbiny lub inne mechanizmy konwertujące ten ruch na energię mechaniczną. Następnie ta energia mechaniczna jest przekształcana w energię elektryczną przez generator.
Mam nadzieję, że ten artykuł pomógł Ci lepiej zrozumieć, jak działa elektrownia wodna i dlaczego jest ona ważnym źródłem energii odnawialnej w walce ze zmianami klimatycznymi.
