Co to jest energia wodna i do czego można ją wykorzystać?

Energia wodna to forma energii mechanicznej, którą współcześnie najczęściej przetwarza się na energię elektryczną za pomocą turbiny wodnej sprzęgniętej z generatorem [7]. W niniejszym artykule szczegółowo wyjaśniamy, czym jest energia wodna oraz do czego można ją wykorzystać, opierając się wyłącznie na sprawdzonych źródłach naukowych i technicznych.

Definicja i pochodzenie energii wodnej

Energia wodna to wykorzystywana gospodarczo energia mechaniczna płynącej wody [5], powstająca w wyniku nieustannej cyrkulacji wód. Proces ten napędzany jest przez energię słoneczną, która umożliwia parowanie, kondensację, opady i powrót wód do mórz i oceanów. Źródłem energii wodnej są zarówno wody morskie, jak i śródlądowe [4]. Współczesna hydroenergetyka przekształca energię potencjalną lub kinetyczną wody w energię elektryczną [7].

Mechanizm działania elektrowni wodnej

Podstawą przetwarzania energii wodnej na elektryczną są wyspecjalizowane elektrownie wodne. Działają one według określonego schematu:

• Zgromadzenie energii następuje przez spiętrzenie mas wodnych na zaporze lub jazie, gdzie kumuluje się energia potencjalna [4][6].
• Woda spada z ustalonej wysokości, zamieniając energię potencjalną w kinetyczną [5].
• Energia kinetyczna przepływu napędza turbinę wodną, będącą sercem każdego układu [6][9].
• Generator przekształca energię mechaniczną wirnika turbiny na energię elektryczną, która jest przekazywana do sieci energetycznej [7].

Hydroenergetyka korzysta z naturalnych nurtów rzecznych oraz sztucznie utworzonych zbiorników, co pozwala efektywnie pozyskiwać energię w różnych lokalizacjach [4].

Typy elektrowni wodnych

Współcześnie wykorzystywane rozwiązania hydroenergetyczne obejmują kilka kategorii technologii:

• Elektrownie na rzekach i jeziorach korzystają z różnicy poziomów wody, przekształcając energię spadku na elektryczną [4][6].
• Elektrownie pompowo-szczytowe umożliwiają cofanie wody na wyższy poziom w okresach niskiego zapotrzebowania i odzyskiwanie energii w godzinach szczytu [1].
• Urządzenia przepływowe, takie jak koła wodne podsiębierne, pozyskują energię kinetyczną bez dużego spiętrzenia wody [5].

Nowoczesne instalacje hydroenergetyczne są dopasowane do lokalnych warunków środowiskowych oraz potrzeb energetycznych, przez co można je wdrażać zarówno na dużą jak i małą skalę [4].

Korzyści środowiskowe i społeczne energii wodnej

Energia wodna uważana jest za czyste, odnawialne i ekologiczne źródło energii [10]. Przede wszystkim nie zanieczyszcza środowiska i nie emituje szkodliwych substancji [1]. Takie instalacje mogą być wdrażane na małych ciekach wodnych, co minimalizuje ingerencję w krajobraz [1]. Elektrownie wodne uczestniczą także w regulacji stosunków wodnych, wspierają ochronę przeciwpowodziową i poprawiają jakość wody dzięki procesom natleniania [1][8]. Zwiększenie natlenienia poprawia również biologiczne zdolności samooczyszczania rzek [1]. Gospodarcze wykorzystanie energii wodnej ogranicza potrzeby spalania paliw kopalnych, co przyczynia się do zmniejszenia globalnej emisji zanieczyszczeń [8].

Wykorzystanie energii wodnej w praktyce

Podstawowym zastosowaniem energii wodnej jest produkowanie energii elektrycznej, co stanowi główny cel funkcjonowania hydroelektrowni [1][8]. Poza tym energia wodna wykorzystywana jest do:

• Celów przeciwpożarowych [1]
• Zastosowań rolniczych, w tym w małych zakładach przetwórstwa rolnego [1]
• Melioracji gruntów [1]
• Rekreacji i sportów wodnych [1]
• Pozyskiwania wody pitnej [1]
• Bezpośredniego napędu maszyn, np. młynów czy tartaków [5]
• Tworzenia systemów zabezpieczenia przeciwpowodziowego [8]

Hydroelektrownie, szczególnie pompowo-szczytowe, odgrywają kluczową rolę w regulowaniu stabilności krajowego systemu energetycznego i pomagają bilansować produkcję oraz zapotrzebowanie na energię elektryczną [1].

Podsumowanie

Energia wodna jest jednym z najważniejszych odnawialnych, ekologicznych oraz efektywnych źródeł energii dostępnych współcześnie. Elektrownie wodne wykorzystywane są do produkcji energii elektrycznej, wspierania rolnictwa, melioracji, zapewnienia bezpieczeństwa przeciwpowodziowego oraz licznych innych celów gospodarczych i środowiskowych [1][4][5][7][8][9][10]. Technologia ta przyczynia się do ochrony środowiska naturalnego i zrównoważonego rozwoju energetyki.

Źródła:

• [1] https://www.mae.com.pl/oferta-mae/baza-wiedzy/odnawialne-zrodla-energii/energia-wody
• [4] https://reo.pl/pl/informacje/zielona-encyklopedia/21/jak-dziala-energia-wodna-wyjasniamy
• [5] https://pl.wikipedia.org/wiki/Energia_wodna
• [6] https://seo.org.pl/energetyka-wodna/
• [7] https://www.gov.pl/web/kontaktoze/elektrownie-wodne
• [8] https://www.esoleo.pl/jakie-wady-i-zalety-ma-energia-wodna-494/
• [9] https://lepiej.tauron.pl/odnawialne-zrodla-energii/elektrownie-wodne-na-czym-polega-ich-dzialanie/
• [10] http://kbw.zut.edu.pl/wp-content/uploads/2019/02/Budowle-wodne-Cz.-8-Elektrownie_04022019.pdf