Energetyka wodna
Historia
Wykorzystanie energii wodnej znane było już od najdawniejszych czasów. Młyny, tartaki, kuźnie - napędzane były za pomocą kół wodnych, a później turbin wodnych zainstalowanych w rejonach spiętrzenia wody na rzekach i potokach. Do roku 1954 w całej Polsce zarejestrowanych było około 6300 obiektów wykorzystujących energię wodną - natomiast w roku 1970 było ich już tylko 116 na terenie całego kraju. W okresie wojny jak i później większość tych obiektów uległa zniszczeniu. Pozostały po nich budowle hydrotechniczne w rożnym stanie technicznym.
W wielu krajach, również w Polsce, zaczęto szukać bardziej ekologicznych źródeł energii mogących uzupełnić ujemny bilans paliwowy. Jednego z nich dopatrzono się w renesansie małych elektrowni wodnych - MEW. Stąd do nielicznych, ciągle funkcjonujących małych elektrowni wodnych zaczęły sukcesywnie dołączać kolejne wcześniej wyłączone z eksploatacji obiekty. Zaczęto również budować małe elektrownie wodne w innych nadających się do tego miejscach.
Bardzo intensywny rozwój budownictwa MEW w większości krajów rozwiniętych datuje się od połowy lat siedemdziesiątych. W tym czasie ówczesne Ministerstwo Energetyki i Energii Atomowej przystąpiło do stworzenia odpowiednich warunków, umożliwiających powszechną budowę MEW w Polsce i to przez różne podmioty gospodarcze spoza energetyki zawodowej.
Ogólne wiadomości
Energetyka wodna (hydroenergetyka) zajmuje się pozyskiwaniem energii wód i jej przetwarzaniem na energię mechaniczną i elektryczną przy użyciu silników wodnych (turbin wodnych) i hydrogeneratorów w siłowniach wodnych (np. w młynach) oraz elektrowniach wodnych, a także innych urządzeń. Energetyka wodna opiera się przede wszystkim na wykorzystaniu energii wód śródlądowych o dużym natężeniu przepływu i dużym spadzie mierzonym różnicą poziomów wody górnej i dolnej z uwzględnieniem strat przepływu. Poza energetycznym, elektrownie wodne zbiornikowe mogą spełniać jednocześnie inne zadania, jak zabezpieczenie przeciwpowodziowe, regulacja przepływu ze względu na żeglugę.
Małe elektrownie wodne mają niewątpliwe zalety, do których należy zaliczyć przede wszystkim fakt, iż nie zanieczyszczają środowiska. Jednak budowa MEW nie jest wolna od wad, o których w dalszej części.
MEW mogą wykorzystywać potencjał niewielkich rzek, rolniczych zbiorników retencyjnych, systemów nawadniających, wodociągowych, kanalizacyjnych, kanałów przerzutowych. Konstrukcja urządzeń hydrotechnicznych w MEW jest zawsze nieskomplikowana. Również budynki małych elektrowni mają niewielkie gabaryty.
Energetyka wodna jest przyjazna dla środowiska. Energia elektryczna wytwarzana w elektrowniach wodnych zastępuje energię elektryczną wytwarzaną przez spalanie paliw kopalnych. Sprzyja to zmniejszeniu emisji szkodliwych zanieczyszczeń. Energetyka wodna, szczególnie w przypadku budowy dużych elektrowni, nie pozostaje również bez ujemnych wpływów na środowisko naturalne człowieka. Podwyższenie zwierciadła wody powoduje podniesienie się poziomu wód gruntowych i konieczność odwodnień. Nie można również wykluczyć awarii zapór wodnych, szczególnie w okresie roztopów.
Rozróżnia się dwa podstawowe typy elektrowni wodnych: przepływowe i regulacyjne. Elektrownie przepływowe, budowane na rzekach nizinnych o małym spadku, nie mają możliwości magazynowania wody i tym samym regulacji wytwarzanej mocy elektrycznej. Zbiorniki wodne, w które są zaopatrzone elektrownie regulacyjne, pozwalają gromadzić i magazynować energię wody i przetwarzać ją na energię elektryczną w dogodnym czasie.
W Polsce wyróżniamy podtypy elektrowni wodnych:
- przepływowe bez zbiornika - są to elektrownie o dużych kosztach budowy, a ich wielkość produkcji zależy od pory roku i od pogody. W elektrowniach tych nie ma możliwości regulacji mocy,
- regulacyjne z dużym zbiornikiem wodnym - zastosowanie zbiornika umożliwia regulację w cyklu dobowym i tygodniowym, a dodatkowo zbiornik może stanowić zabezpieczenie przeciwpowodziowe,
- zbiornikowe z małym zbiornikiem wodnym - umożliwiają krótkoterminową regulację w godzinach tzw. szczytu,
- kaskadowe - zastosowanie wielu zbiorników z możliwością indywidualnej i globalnej regulacji ich napełniania i opróżniania pozwala na optymalne wykorzystanie i regulację mocy, a także na magazynowanie nadwyżek energii; zbiorniki te stanowią też dobre zabezpieczenie przeciwpowodziowe,
- szczytowo-pompowe - elektrownie te służą do przetwarzania w okresie nocnym, kłopotliwej w magazynowaniu, energii elektrycznej na energię potencjalną wody i zwracania jej do sieci elektroenergetycznej w okresie szczytowego zapotrzebowania w ciągu dnia. Do tego celu wykorzystuje się dwa, połączone ze sobą rurociągiem, zbiorniki wodne, usytuowane na różnych poziomach. Urządzenie zamocowane na rurociągu pracuje jako pompa w okresie napełniania zbiornika górnego, a w momencie jego opróżniania jako turbina.
W obszarze RZGW Szczecin najczęściej spotyka się elektrownie przepływowe, z których największe powstały w dorzeczu rzeki Parsęty. Natomiast największa liczba elektrowni wodnych występuje w dorzeczu rzeki Regi, nieco tylko mniej w dorzeczu rzeki Parsęty i Wieprzy.
Jednym z istotniejszych przykładów energetycznego wykorzystania wód jest rzeka Radew - największy dopływ rzeki Parsęty. Środkową Radwią zainteresowano się już na początku XX wieku. W ramach działań inwestycyjnych w zakresie budownictwa wodnego wybudowano trzy stopnie wodne. Dwa w rejonie miejscowości Niedalino i jeden w miejscowości Rosnowo. W ten sposób powstała kaskada rzeki Radwi, na której powstały kolejno:
- w 1906r. - młyn wodny w Niedalinie
- w 1912r. - elektrownia wodna Hajka położona powyżej młyna w Niedalinie
- w 1922r. - elektrownia wodna w Rosnowie
Duże znaczenie mają elektrownie wodne szczytowo-pompowe, pozwalające na użycie wody jako magazynu energii.
Na terenie RZGW Szczecin funkcjonuje jedna taka elektrownia - Elektrownia Szczytowo-Pompowa Żydowo. Jest to pierwsza w Polsce taka elektrownia. Pierwszą koncepcję opracowano już w 1932 r, natomiast uruchomienie elektrowni nastąpiło w 1971 r. W chwili obecnej jest to czwarta co do wielkości elektrownia tego typu w Polsce. Posiada 3 hydrozespoły o mocy 50MW każdy, w tym jeden z turbiną klasyczną typu F-30 oraz dwa z turbinami rewersyjnymi typu FR25. Bazę energetyczną stanowi woda w dwóch naturalnych zbiornikach wodnych. Woda górna - jezioro Kamienne, które poza naturalnym zlewiskiem gruntowym nie posiada zasilania w postaci cieków wodnych a woda dolna - jezioro Kwiecko, przez które przepływa rzeka Radew zwana na odcinku źródłowym do jeziora Kwiecko-Debrzycą.
Do ciekawych obiektów naszego regionu zaliczyć należy również elektrownię wodną w Rościnie. Jest to pierwsza na świecie elektrownia podwodna.
Zbudowana w 1935r. na rzece Parsęcie funkcjonuje do dnia dzisiejszego. Jest to elektrownia przepływowa, w której woda nie jest piętrzona przed stopniem. Oznacza to, że ilość wody dochodzącej do elektrowni i stopnia jest równa ilości wody przechodzącej przez elektrownię i stopień. Betonowa zapora ma szerokość 22m i wysokość 4m. W jej wnętrzu znajdują się pomieszczenia elektrowni. Turbiny Kaplana umieszczone poniżej poziomu dna rzeki napędzają dwa generatory o mocy 120 kW każdy. Po wojnie nieczynna, uruchomiona ponownie w 1975 r.
Od kilku lat w wyniku unormowań prawnych dotyczących zakupu energii ze źródeł odnawialnych obserwujemy coraz większe zainteresowanie budową lub odbudową MEW.
Sejm RP w lipcu 1999 r. uznał "że użytkowanie odnawialnych źródeł energii umożliwia osiągnięcie korzyści ekologicznych, gospodarczych i społecznych" a "wzrost wykorzystania energii ze źródeł odnawialnych powinien stać się integralnym elementem zrównoważonego rozwoju państwa". Zgodnie z zobowiązaniami Polski wynikającymi z Traktatu Akcesyjnego i z dyrektywy 2001/77/WE dotyczącej promocji energii z odnawialnych źródeł energii, celem ilościowym jest udział energii elektrycznej z takich źródeł na poziomie 7,5% w łącznym zużyciu energii elektrycznej brutto kraju. W celu spełnienia wymagań Traktatu Akcesyjnego i zobowiązań Rządu RP w zakresie wzrostu udziału energii ze źródeł odnawialnych w całkowitej produkcji energii elektrycznej niezbędny jest rozwój wszystkich technologii odnawialnych źródeł energii, a w tym szczególnie elektrowni wodnych przepływowych (chociaż większą rolę odgrywają przede wszystkim elektrownie szczytowo pompowe). Powoduje to konieczność likwidowania barier rozwoju źródeł energii odnawialnej.
Wydawałoby się, że nie może być bardziej przyjaznej środowisku naturalnemu inwestycji niż budowa elektrowni wodnej. Niestety wcale tak nie jest. Usytuowanie bowiem elektrowni w biegu rzeki zasiedlanej przez szereg organizmów wodnych w tym przez wędrowne gatunki ryb może spowodować poważne zaburzenia funkcjonowania ekosystemu rzeki. Rozwój wszystkich organizmów wodnych uzależniony jest wszakże od możliwości odbywania wędrówek m.in. tarłowych. Jednym z rozwiązań mogących pogodzić interesy wszystkich stron są przepławki. Obecnie żadna większa budowla przegradzająca koryto rzeki nie może być budowana bez wyposażenia w takie urządzenia. Z problemem posiadania bądź nie posiadania przepławek przy stopniach wodnych na których zlokalizowane są małe elektrownie wodne zetknął się chyba każdy właściciel MEW w Polsce.
Przepławki można podzielić na dwie podstawowe grupy:
- konstrukcje techniczne, (betonowe przepławki komorowe, śluzy dla ryb),
- konstrukcje bliskie naturze (bystrotok, rampa, przepławka ryglowa).
W Polsce najpowszechniej spotykanym rozwiązaniem są przepławki komorowe. Przepławkę taką stanowi betonowe, rzadziej drewniane, pochylone lub opadające stopniami koryto, w którym wbudowane są w różny sposób poprzeczne przegrody lub umieszczone są na obwodzie koryta listwy. Mają one za zadanie redukowanie szybkości przepływu wody w przepławce, w celu umożliwienia pokonania jej przez ryby.
Nieskuteczne, często wadliwe funkcjonowanie wymienionych typów przepławek inspirowało do poszukiwania innych rozwiązań konstrukcyjnych. Jednym z nich są przepławki szczelinowe, które stanowią modyfikację tradycyjnej przepławki komorowej. Powstały też konstrukcje ekologicznych przejść o luźnej budowie, zachowującej system luk i szczelin, obejścia - konstruowane są na wzór naturalnych, omijających przeszkodę strumieni, z niwelującymi różnice wysokości kamiennymi progami oraz rampy - są one rodzajami pochylni konstruowanej z kamieni i głazów ewentualnie umacniane betonem.
Każde województwo zostało zobligowane przez Ministerstwo Rolnictwa i Rozwoju Wsi do opracowania wojewódzkiego planu renaturyzacji rzek, którego elementem jest doprowadzenie do powstania przepławek przy stopniach wodnych celem udrożnienia rzek dla migrujących w nich ryb.
Rzeki na terenie RZGW w Szczecinie objęte zostaną renaturyzacją w ramach programów budowy przepławek uchwalonych dla trzech województw:
- Uchwała Nr XII/134/04 Sejmiku Województwa Zachodniopomorskiego z dnia 29 marca 2004r w sprawie przyjęcia "Programu Budowy przepławek dla ryb na terenie Województwa Zachodniopomorskiego".
- Uchwała NrXXVII/199/2005 Sejmiku Województwa Lubuskiego z dnia 21 marca 2005r w sprawie przyjęcia "Programu udrożnienia wód płynących dla celów rybactwa w Województwie Lubuskim na lata 2005 - 2020".
- Uchwała Sejmiku Województwa Pomorskiego Nr 355/XXIV/04 z dnia 14 czerwca 2004 roku w sprawie przyjęcia "Programu udrażniania rzek Województwa Pomorskiego".