Mała energetyka wodna charakteryzuje się głównie małą mocą jednostkową. Z powodu różnic czynników w doborze kryteriów dobór mocy jest zróżnicowany. Przykładowo w Polsce jest to moc 5 MW, we Francji, Austrii i Niemczech 10 MW, a w Skandynawii, Szwajcarii i Włoszech do 2 MW. Czasami MEW nazywa się również obiekty, których moc wynosi do 0,5 MW.

Małe elektrownie wodne powstają często na istniejących już stopniach wodnych. Prąd elektryczny produkowany w tych elektrowniach służy do zaspokojenia potrzeb lokalnych. Energia mechaniczna wody jest wykorzystywana również do mielenia zboża czy napędu kuźni.

Małe elektrownie wodne w Polsce

W Polsce 2 pierwsze małe elektrownie wodne uruchomiono w 1898 r. : Struga na rzece Słupi i Kamienna na Drawie. W okresie międzywojennym na terenach, które leżą obecnie w Polsce istniało ok. 8.000 obiektów hydroenergetycznych. W 1953 r. Centralny Zarząd Elektryfikacji Rolnictwa przeprowadził inwentaryzację i zarejestrował 6330 czynnych siłowni wodnych i 800 zdewastowanych. W latach 1981-1982 stwierdzono istnienie tylko 2131 elektrowni wodnych, które były w bardzo złym stanie technicznym, ich łączna moc wynosiła ok. 100 MW. Ustalono również 863 lokalizacje, które byłyby korzystne do rozbudowy nowych siłowni wodnych.

Obecnie pracuje ponad 550 MEW o łącznej mocy ponad 35 MW. Najwięcej Mew pracuje w województwach północnych (ok.110 w rejonie Zakładu Energetycznego Olsztyn i ok. 90 w rejonie Zakładu Energetycznego Gdańsk, a także w Jeleniogórskim i na Podkarpaciu.

Wady małych elektrowni wodnych:

• zły stan techniczny obiektów hydrotechnicznych,

• zamulanie i zarastanie zbiorników i kanałów dopływowych lub odpływowych,

• uszkadzanie zapór

• powodują podmywanie budynków

Zalety małych elektrowni wodnych:

• nie zanieczyszczają środowiska i mogą być instalowane w licznych miejscach na małych ciekach wodnych;

• mogą powstawać przy użyciu miejscowych materiałów i siły roboczej,

• prostota techniczna powoduje wysoką niezawodność i długą żywotność,

• nie wymagają licznego personelu i mogą być sterowanie zdalnie,

• rozwój gospodarki wodnej,

• korzystny wpływ małej retencji na środowisko naturalne

• tańsza energii

Klasyfikacja według mocy

Ze względu na kryterium mocy MEW dzielimy na:

• mikroenergetykę o mocy >70 kW

• makroenergetykę o mocy >100 kW

• małą energetykę o mocy <5

Klasyfikacja według wysokości spadu

Ze względu na wysokość spadu wody MEW dzielimy na:

• niskospadowe o wysokości 2 - 20 m

• średniospadowe o wysokości <150 m

• wysokospadowe o wysokości >150 m

• pływające po rzece

• derywacyjne

Derywacyjne- wykorzystują kanał derywacyjny, który naturalne zakole rzeki przecina w poprzek. Dzięki temu zwiększona zostaje wysokość spadu. Kanał derywacyjny jest wyposażony w turbinę.

Rodzaje turbin wodnych stosowanych w MEW

Turbina jest to silnik wodny z wirnikiem łopatkowym, który zamienia energię kinetyczną lub potencjalną (pary, gazu, wody) w energię ruchu obrotowego.

Budowa turbiny

Zasadniczym elementem każdej turbiny jest łopatka. Przymocowana jest ona do tarczy lub bębna. Łopatki przymocowane są na całym obwodzie bębna lub tarczy i tworzą wieniec łopatkowy lub palisadę łopatkową. Bęben lub tarcza są osadzone na wale. Wał z tarczą / bębnem i wieńcem łopatkowym tworzą wirnik turbiny, który to obraca się na skutek przepływu gazu czy cieczy. Palisada znajdująca się na wirniku nazywa się palisadą wirnikową albo wieńcem wirnikowym. W turbinach osiowych (szczególnie w turbinach wielostopniowych) często wieniec wirnikowy musi mieć przed sobą kierownicę (nieruchomy wieniec kierowniczy). Zadaniem kierownicy jest ukierunkować odpowiednio czynnik padający na łopatki wirnika. Kierownica składa się z łopatek, jest nieruchomo przymocowana do korpusu turbiny i nie może stykać się z wirnikiem. Kierownica wraz z wieńcem wirnikowym stanową jeden stopień turbiny osiowej. Liczba ich może być różna (najczęściej od kilkunastu do jednego). Liczba łopatek palisady wirnikowej i palisady kierowniczej nie jest taka sama. Wszystko jest zamknięta w korpusie pojedynczym lub podwójnym. Wirnik ulokowany jest na łożyskach ślizgowych (w przypadku dużych turbin pracujących na ziemi), lub tocznych (dla konstrukcji trakcyjnych / lotniczych). Przejścia wału przez korpus uszczelniane są uszczelnieniami labiryntowymi.

Wirnik turbiny

Dwa stopnie wirnika turbiny

Turbiny dzieli się na dwie grupy:

• turbiny akcyjne, które wykorzystują prędkość wody

• turbiny reakcyjne, które dodatkowo wykorzystują także różnice ciśnień

Turbiny Kaplana

Turbina Kaplana powstała w 1912 roku. Należy ona do turbin reakcyjnych. Łopatki znajdujące się w tej turbinie, w wirniku i kierownicy mają regulowany kąt ustawienia. Turbiny te są stosowane na niskie spady.

Turbina Kaplana (o niskim spadzie) (źródło: http://www.ftj.agh.edu.pl)

Turbina rurowa z wirnikiem śmigłowej lub Kaplana (źródło: http://www.ftj.agh.edu.pl)

Turbiny Francisa

Turbina jest turbiną reakcyjną, którą wynaleziono w roku 1849. Zbudowana jest z wirnika, do którego dzięki łopatkom kierownicy jest doprowadzany obwodowo strumień wody. Na łopatkach wirnika następuje konwersja dynamicznej energii wody w energię mechaniczną wirnika. Po zmianie kierunku przepływu z promieniowego na osiowy, woda przez rurę ssącą opuszcza turbinę. Turbina ta jest montowana w komorze otwartej z wałem pionowym, w komorze z wałem poziomym lub w obudowie spiralnej.

Turbina Francisa (o średnim spadzie) (źródło: http://www.ftj.agh.edu.pl)

Turbina Francisa w obudowie spiralnej
(źródło: http://www.ftj.agh.edu.pl)
 

Turbiny Peltona
Turbina ta jest turbiną akcyjną. Stosowane są one na największe spady (do 2000 m). Powstała w 1880 roku. Wirnik tej turbiny składa się z czarek, które rozmieszczone są promieniście. Na czarki te skierowany jest strumień wody z jednej lub kilku dysz. Turbiny Peltona pracują zarazem w układzie pionowym, jak i poziomym.


Turbina Peltona (duże spady wody)
(Źródło: http://www.agh.edu.pl)

Turbiny Banki-Michella

Turbina ta została stworzona w 1903 roku. Zbudowana jest z cylindrycznego wirnika i pobocznicy. Pobocznicę tworzy palisada łopatek. Woda jest kierowana przez regulowaną i ruchomą kierownicę i wpływa na łopatki na całej szerokości wirnika. Turbina ta jest trwała i nie wymaga dużych nakładów.

webmaster: Ewa Przybyło