Elektrownie wodne

Energia wody to powszechnie występujące źródło energii odnawialnej. Światu dostarcza ona ponad 20% energii elektrycznej, natomiast Polsce zaledwie 1,5%. Elektrownie wodne nie emitują gazów cieplarnianych, nie powodują powstania zanieczyszczeń wody i powietrza ani nie produkują odpadów. Co ważne ? o ile energii wiatru czy słońca nie można zgromadzić ? energię wody jak najbardziej tak. Woda zgromadzona w zbiorniku zaporowym stanowi rezerwę energetyczną na ?cięższe czasy?. Zaletą elektrowni wodnych jest to, że koszty ich użytkowania są niskie (np. inne wymagają dowożenia surowca), ale wadą ? mała ilość dobrych miejsc na ich wybudowanie, pod względem ekonomicznym i ekologicznym. W Polsce najlepsze warunki do budowy elektrowni wodnych występują w dorzeczu Wisły w Karpatach i na Roztoczu, a także w Sudetach i rzekach Przymorza. Szacuje się, że realny potencjał ekonomiczny wody w Polsce wynosi 5 terawatogodzin rocznie i jest wykorzystywany w zaledwie 41%. W 2009 roku wytworzono w naszym kraju 1 616 039,309 MWh energii z elektrowni wodnych.

W Polsce nie ma niestety tak dobrych warunków do rozwoju energetyki wodnej jak np. w Norwegii (98% pokrywanego zapotrzebowania!). Nasz krajowy potencjał wart jest jednak zainteresowania. Polska wykorzystuje zaledwie 10% możliwej do uzyskania mocy z ?wody?. Energetyka wodna ma w Polsce największe tradycje historyczne, pomimo, że warunki geograficzne nie należą u nas pod tym względem do najlepszych. Świadczą o tym nazwy miejscowości, historyczne zapisy przywilejów i praw do wykorzystania urządzeń wodnych. Pierwszy udokumentowany młyn wybudowano w 1264 roku na rzece Czarnej w Połańcu. Kilka wieków później takich młynów było już kilkanaście tysięcy. Młynom towarzyszyły młockarnie, urządzenia hutnicze, tartaki i stawy rybne ? można powiedzieć, że system małej retencji wodnej sprzyjał rozwojowi gospodarczemu I Rzeczypospolitej. Przykładowo w Zielonce na rzece Długiej młyn wykorzystujący energię wody został wybudowany w XVII w.  Przed wojną również to elektrownie wodne były podstawowym źródłem energii elektrycznej w Polsce. Nie sieci linii przesyłowych, pracowały natomiast elektrownie, młyny, pompy wodne, których było ponad 8000. W 1954 r. Centralny Zarząd Elektryfikacji Rolnictwa zewidencjonował na terenie Polski ok. 6600 czynnych i 800 nieczynnych siłowni wodnych. Większość z tych urządzeń nie przetrwała kolejnych lat socjalizmu i pod względem rozwoju małej retencji cofnęliśmy się daleko. Gdy w latach 80. przeprowadzono inwentaryzację istniejących elektrowni wodnych – było już ich tylko 600. Obecnie w kraju działa 400 hydroelektrowni, z czego tylko kilkanaście dużych.
Obecnie obserwuje się jednak znaczny wzrost ilości MEW. Od 1991 roku osoby prywatne i spółki mogą eksploatować takie elektrownie. W roku 2000 przekazały one do sieci energetycznej około 150 GWh energii elektrycznej. Budowa małych elektrowni to nasza przyszłość ze względów ekonomicznych, społecznych i ekologicznych. MEW nie posiadają wad wielkich inwestycji (patrz ramka), a mają wszystkie jej zalety. Dodatkowo mała retencja zmniejsza ryzyko powodzi (czego nie robią wielkie zbiorniki nizinne), nie przekształca tak krajobrazu, nie wymaga przesiedlania całych wsi. Małe zbiorniki wodne przyczyniają się skutecznie do poprawy wilgotności oraz wzrostu bioróżnorodności.
Szacuje się, że MEW zwracają się po 10 latach eksploatacji przy budowie od podstaw, a przy wykorzystaniu istniejących budowli ? szybciej. Czas na budowę małych spiętrzeń jest bardzo sprzyjający. Państwa Unii Europejskiej zobowiązały się do osiągnięcia w 2010 r. celu minimum – 12 % udziału energii odnawialnej w bilansie energetycznym UE. Budowa elektrowni wodnych może mieć w tych 12% swój znaczny udział. Małe spiętrzenia to nie tylko energia elektryczna. Powstały staw pełni funkcję turystyczną ? jako kąpielisko czy miejsce do dogodnego wybudowania np. smażalni ryb lub małej restauracji. Zapora na rzece to zwykle też dodatkowy most, co sprzyja rozwojowi lokalnemu, a także zbiornik wody p-poż, co poprawia stan bezpieczeństwa. Od kilku lat funkcjonuje Towarzystwo Rozwoju Małych Elektrowni Wodnych (TRMEW). TRMEW udziela fachowych porad również osobom spoza Towarzystwa, a chcącym samemu wybudować MEW. Najważniejsze dokumenty niezbędne do rozpoczęcia budowy małej elektrowni wodnej to operat wodno-prawny, projekt, pozwolenie na budowę i umowa z zakładem energetycznym na przyłączenie elektrowni do sieci przesyłowej.

Co to jest?

Elektrownia wodna to zakład energetyczny produkujący energię elektryczną dzięki spadkowi (przepływowi wody). Przyjęło się, że elektrownie wodne dzielą się na duże i małe. Małe (skrót MEW) mają moc poniżej 5 MW (megawatów) i są zaliczane do odnawialnych, niekonwencjonalnych źródeł energii. Duże elektrownie są tak rozpowszechnione, że są uważane za producenta energii ?tradycyjnej?. Duże elektrownie tak mocno przekształcają środowisko, że już od dawna nie są uważane za czyste, ekologiczne źródło energii. Inaczej rzecz ma się z MEW, które umiejętnie stosowane, mogą przyczynić się do poprawy środowiska naturalnego.

Jak to działa?

Typowa elektrownia wodna składa się ze zbiornika piętrzącego, turbiny, generatora i transformatora. Dzięki spiętrzeniu wody w zbiorniku uzyskujemy różnicę wysokości pomiędzy lustrem wody przed i za zaporą. Dodatkowo zbiornik pozwala ?zmagazynować? nadmiar wody do wykorzystania w okresie suszy i niższych przepływów. Wykorzystując siłę grawitacji przepuszcza się wodę przez specjalne otwory w zaporze. Woda  przepływa przez turbinę i dzięki temu napędzany jest generator prądotwórczy. Transformator pozwala uzyskać prąd akceptowalny do przesłania do sieci energetycznej.

Ekologia dużych elektrowni wodnych

Jeszcze do połowy lat ?80 elektrownie wodne ? te duże, budowane na nizinach – były uważane za czyste źródło energii, nieszkodliwe dla środowiska naturalnego.  W końcu podczas wytwarzania energii nie są emitowane zanieczyszczenia, a i poziom hałasu nie jest duży. Obecnie te poglądy są mocno weryfikowane i ostały się chyba tylko w środowisku hydrotechników ?Starej szkoły? i lobby firm budowlanych. Elektrownia wodna, a przede wszystkim towarzysząca jej zapora ze zbiornikiem wodnym mocno przekształcają krajobraz i zmieniają ekosystemy. Zalewa się ogromne obszary, przekształca koryto rzeczne i często wysiedla całe wsie. Tracą swe siedliska gatunki, żyjące na brzegach rzek. Zbiornik zaporowy zawiera wodę stojącą, a więc żyją w nim inne gatunki niż w wodzie płynącej. Na dodatek w zbiorniku osadza się niemal cały muł i zawiesina niesiona przez rzekę. Jezioro ciągle się więc zamula i wymaga kosztownego pogłębiania. Wraz z osadami w zbiorniku deponowane są zanieczyszczenia. Taką sytuację mamy obecnie w zbiorniku przy zaporze we Włocławku, gdzie w dnie skumulowane są zanieczyszczenia niesione przez Wisłę. Hipotetyczne uszkodzenie zapory, oprócz strat materialnych spowodowałoby również poderwanie trujących osadów, zanieczyszczenie Wisły aż do ujścia oraz części morza Bałtyckiego. Znamienny jest również przykład Egiptu, gdzie po wybudowaniu tamy w Asuanie Nil przestał wylewami nawozić glebę, jak czynił od tysięcy lat i pola egipskie wymagają sztucznego nawożenia.

Rodzaje elektrowni wodnych

Każda elektrownia wodna posiada turbinę, elektrownie różnią się jednak sposobem doprowadzania wody do turbiny. Można na tej podstawie wyróżnić następujące typy elektrowni wodnych:
Elektrownia przepływowa – mieści się w budowli przegradzającej rzekę, ale niepiętrzącej wody. Taka elektrownia może pracować non-stop, wykorzystując siłę przepływu wody, jednak ilość energii zależy od ilości przepływającej wody ? ta nie jest bowiem magazynowana w zbiorniku.
Elektrownia zbiornikowa ? w porównaniu z elektrownią przepływową nie jest tak narażona na wahania produkowanej mocy ? ilość wody jest bowiem mniej więcej taka sama dzięki zbiornikowi magazynującemu. Dzięki piętrzeniu elektrownia zbiornikowa może też produkować więcej energii niż wynosi chwilowy dopływ. Ten typ elektrowni jest najczęściej stosowany na świecie.
Elektrownia szczytowo-pompowa – ta elektrownia posiada dwa zbiorniki, górny i dolny, położone na różnych wysokościach.  Dolnym zbiornikiem może być jezioro naturalne lub sztuczne a nawet rzeka. Zbiornik górny jest z reguły sztucznego pochodzenia, ale zdarzają się elektrownie szczytowo-pompowe mające dwa zbiorniki naturalne (np. w górach czy w krajobrazie polodowcowym). W okresie małego zapotrzebowania ogólnego na prąd, elektrownia pompuje wodę ze zbiornika dolnego do górnego, oczywiście samemu przy okazji zużywając energię elektryczną. Z kolei gdy lokalnie zapotrzebowanie na energię wrasta, woda ze zbiornika górnego przepuszczana jest przez turbiny i spływa z powrotem do zbiornika dolnego. W ciągu doby następują jeden lub dwa takie cykle. Zysk elektrowni związany jest z tym, że ?kupuje? ona prąd tańszy w czasie poza szczytem, a sprzedaje drożej, gdy w całym kraju jest szczyt poboru energii (np. rano). Elektrownie szczytowo-pompowe często towarzyszą elektrowniom atomowym ? pozwalają bowiem zagospodarować nadmiar mocy elektrowni w pompowanie wody do górnego zbiornika.  Podobny mechanizm miał funkcjonować w Polsce ? w Żarnowcu wybudowano elektrownię szczytowo-pompową, elektrownia atomowa jednak nigdy nie powstała. W Polsce na elektrownie szczytowo-pompowe przypada najwięcej, bo około 1350 MW mocy posiadanych przez elektrownie wodne.  Najbardziej znane polskie elektrownie szczytowo-pompowe to Żarnowiec, Porąbka-Żar i Żydowo.
Elektrownia pływowa ? jest to elektrownia produkująca energię z przypływów lub odpływów morza i oceanu. By wykorzystać ruch fal przegradza się zaporami rzeki u ujścia i przepuszcza wodę przez turbiny ze strony morza w stronę lądu w czasie przypływu i w kierunku morza ze strony lądu w czasie odpływu. Niestety, w morzu Bałtyckim pływy praktycznie nie występują, nie ma więc warunków do wybudowania takiej elektrowni. Na wybrzeżu atlantyckim takie konstrukcje używane do mielenia ziarna budowano już w średniowieczu. największa elektrownia pływowa świata została uruchomiona w 1966 roku we Francji przy ujściu rzeki La Rance do kanału La Manche, w miejscu, gdzie maksymalna amplituda pływów wynosi 13,5 m, a minimalna 5 m.
Elektrownia falowo-wodna ? produkuje energię z ruchu fal lub ruchu powietrza wywołanego falowaniem wody. Takie elektrownie również znajdują się przede wszystkim w krajach położonych nad Atlantykiem.
Elektrownia oceanotermiczna ? praktycznie mało znana szerszej publiczności. Do produkcji prądu wykorzystuje się tutaj nie ruch wody, ale różnicę temperatur pomiędzy wodami powierzchniowymi a wodami głębinowymi. Takie elektrownie powstają  w gorącym klimacie w krajach położonych przy Oceanie Spokojnym i Indyjskim.

Dofinansowanie Małych
Elektrowni Wodnych ze
środków unijnych i krajowych

Przedsiębiorcy, którzy chcą zainwestować w MEW mogą liczyć na zyski z tytułu sprzedaży prądu oraz bonusy w postaci dofinansowania z tytułu produkcji ?zielonej energii?. Nie będą to klasyczne dotacje do 85% ? mamy tu doczynienia bowiem  z pomocą publiczną ? ale i tak inwestorzy  otrzymują warunki lepsze od standardowych rynkowych. Najważniejszym źródłem wsparcia dla projektów OZE, w tym MEW jest Działanie 9.4 Programu Operacyjnego Infrastruktura i Środowisko: „Wytwarzanie energii ze źródeł odnawialnych”. Działanie to jest dofinansowane ze środków unijnego Funduszu Spójności. W trybie konkursowym można ubiegać się o dotacje na elektrownie o mocy do 10MW z kosztami projektu zawartymi pomiędzy 10 a 40 mln zł. W ramach inwestycji można stosować wyłącznie urządzenia nowe, oraz koszty przyłączenia się do sieci. Bardzo ważna jest gotowość do szybkiego rozpoczęcia realizacji projektu, dlatego preferowane będą projekty z gotową dokumentacją. Projekty będą w oparciu o wskaźniki efektywności:
? Wartość projektu podzielona przez roczny przyrost produkcji energii (zł/MWh)
? Wartość projektu podzielona przez wzrost zainstalowanej mocy (zł/MW)
? Ilość rocznej produkcji energii dzielona przez moc zainstalowaną jednostki wytwórczej (MWh/MW).
Nabory prowadzi Instytut Paliw i Energii Odnawialnej
w Warszawie.
Dotacje dla mniejszych projektów Programy Operacyjne dofinansowane z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego. Każde województwo wprowadza własne zasady, kryteria szczegółowe i ew. ograniczenia co do projektów. Dla inwestycji w miejscowościach należących do gminy wiejskiej, miejsko-wiejskiej z wyłączeniem miast powyżej 5 tys. mieszkańców oraz w miejscowościach gminy miejskiej o liczbie mieszkańców mniejszej niż 5 tys., dotacje można uzyskać z  Programu Rozwoju Obszarów Wiejskich (www.minrol.gov.pl), jeśli projekt nie przekracza wartości 3 mln PLN.
Inną formą pomocy w finansowaniu MEW, są pożyczki preferencyjne i dopłaty do kredytów w ramach „Programu dla przedsięwzięć w zakresie odnawialnych źródeł energii i obiektów wysokosprawnej kogeneracji” prowadzonego przez fundusze ochrony środowiska i gospodarki wodnej (NFOSiGW i WFOSiGW).
Wsparcie ma być udzielone w latach 2009-2012 i ma wynieść 1,5 mld PLN. Z tej puli 20% budżetu przeznaczone jest na wsparcie MEW do 5MWe.
W NFOŚiGW można uzyskać od 4 do 50 mln PLN (jednak nie więcej niż 75% kosztów kwalifikowanych projektu) pożyczki o oprocentowaniu 6% w skali roku na okres do 15 lat od pierwszej wypłaty. Przewidziane są także umorzenia nawet do 50% kwoty pożyczki, jednak warunki ich uzyskania są bardzo restrykcyjne, także nie będzie to najprawdopodobniej powszechnie stosowane wsparcie.