Nowy wymiar Małych Elektrowni Wodnych w Polsce

fot. MEW

Budowa MEW, jak każda inwestycja wymaga indywidualnego podejścia. Wybór technologii podyktowany jest m.in. warunkami hydrologicznymi danej rzeki, funkcjami istniejących budowli hydrotechnicznych. Elektrownie wodne tworzone przez MEW S.A. bazują na najlepszych światowych wzorcach wykorzystywanych w energetyce wodnej, co decyduje o ich trwałości, optymalnym wykorzystaniu potencjału hydroenergetycznego danej lokalizacji oraz neutralnym oddziaływaniu na środowisko naturalne. - Turbiny niskospadowe, które pojawiły się kilka lat temu w Europie, doskonale sprawdzają się w polskich realiach. Nowoczesne rozwiązania już w fazie projektowania hydroelektrowni pozwalają określić wpływ turbiny na okoliczny krajobraz, migrację ryb, co spotyka się m.in. z pozytywną reakcją ekologów – podkreśla Michał Wilkowski, Prezes Zarządu MEW S.A.

Tajniki techniczne funkcjonowania MEW

Energetyka wodna opiera się na czerpaniu „potencjału” wód i przekształcaniu go w energię mechaniczną za pomocą turbin wodnych, a następnie na energię elektryczną dzięki hydrogeneratorom. Hydroenergetyka bazuje na wykorzystaniu wód o dużym natężeniu przepływu i znacznej różnicy poziomów. Efekt ten osiąga się poprzez spiętrzenie górnego poziomu wody. Zasady działania MEW oparte są na mechanizmie turbiny wodnej, który przetwarza energię mechaniczną wody na pracę użyteczną w wirniku, co powoduje zmianę krętu wody i wytwarzanie momentu obrotowego. Turbiny dzieli się na reakcyjne (naporowe) oraz akcyjne (natryskowe). W przypadku turbiny reakcyjnej przemiana energii potencjalnej wody w energię kinetyczną wirnika zachodzi częściowo w aparacie kierowniczym, a częściowo w samym wirniku. W turbinie akcyjnej energia potencjalna, związana z ciśnieniem wody na poziomie wlotu do turbiny, zamienia się w dyszy w energię kinetyczną strugi wodnej, która przekazuje ją wirnikowi. Wśród turbin reakcyjnych wyróżniamy: osiowe (Kaplana i śmigłowe), promieniowo-osiowe – Francisa, przekątne – Dériaza.  Rozróżnienie to wynika z kierunku przepływu wody przez wirnik.

MEW + zbiornik lub MEW + rurociąg

Elektrownie można podzielić na retencyjne (oparte o zbiornik, zalew), wykorzystujące kanał otwarty oraz derywacyjne (wykorzystujące rurociąg). Portfolio projektów realizowanych przez MEW S.A. zawiera każdy z powyższych typów siłowni wodnych. Podejmowane przez firmę przedsięwzięcia bazują na istniejących jazach oraz budowlach piętrzących, co zdecydowanie upraszcza procedurę uzyskiwania pozwoleń i obniża koszty. Spółka ma na swoim koncie budowę elektrowni derywacyjnej z wykorzystaniem rurociągu podziemnego o średnicy 2,2m i długości 510m, zlokalizowanej w Cieszynie. Zastosowane rozwiązanie pozwala znakomicie wykorzystać potencjał wody dzięki znaczącemu spadkowi poziomu rzeki na całej długości rurociągu (ponad 6m), który został ukryty pod ziemią. Inwestycja cechuje się wysoką efektywnością ekonomiczną oraz doskonale komponuje się z krajobrazem okolicznego parku.

Elektrownie derywacyjne

Elektrownie tego typu bazują na kanale ze sztucznym korytem, który przecina rzekę i jednocześnie przebiega najkrótszą drogą, by w ten sposób optymalnie wykorzystać naturalny spad rzeki. Woda w kanale derywacyjnym płynie najczęściej otwartym korytem przy normalnym, naturalnym ciśnieniu. W przypadku elektrowni wodnej  w Cieszynie finansowanej przez MEW S.A.  zastosowano kanał zamknięty, doprowadzający do niej wodę specjalnym rurociągiem o średnicy 2,2m i długości 510m. Zaletą jest brak kosztów utrzymania kanału oraz wysoka niezawodność i efektywność energetyczna. Kanał zamknięty jest wypełniony wodą, a gęsta krata wlotowa chroni turbiny elektrowni przed zanieczyszczeniami w postaci liści, kamieni itp. W przeciwieństwie do kanału otwartego,  wymagającego częstych czynności konserwacyjnych, utrzymanie kanału zamkniętego ogranicza się do bieżących przeglądów.

Niezawodność funkcjonowania elektrowni uzależniona jest od wielu współpracujących ze sobą urządzeń, które stanowią jej wyposażenie mechaniczne. Jednym z istotnych elementów są zawory umożliwiające szybkie zamknięcie dopływu wody w sytuacjach, które tego wymagają (np. zanik prądu w sieci, awaria turbozespołu, wyłączenie turbozespołu z pracy i włączenie drugiego itp., prowadzenie prac remontowych).

- W przypadku elektrowni derywacyjnej w Cieszynie, której budynek umiejscowiony jest pod ziemią, rozwiązania standardowe  nie znalazłyby zastosowania z uwagi na ograniczone miejsce w hali maszyn. W związku z tym zrezygnowano z wykorzystania najczęściej stosowanych w elektrowniach zaworów motylowych  na rzecz zasuw nożowych, które zostały zaprojektowane według indywidualnych cech hydroelektrowni. To sprawia, że ich konstrukcja jest unikalna. Użycie zasuw nożowych zamiast zaworów motylowych ma również tę zaletę że zasuwy stawiają mniejszy opór przepływającej do turbin wodzie, co powoduje nieco większą  produkcją energii elektrycznej - mówi Marek Dzierżewicz, Prezes Zarządu firmy Odnawialne źródła Energii DIM, pomysłodawca, projektant i współwłaściciel  elektrowni w Cieszynie.

Rozmiar zasuw jest idealnie dopasowany do gabarytów budynku elektrowni. Minimalna grubość tego typu urządzeń oscyluje w granicach 50cm, zaś w przypadku elektrowni w Cieszynie wymiar ten wynosi ok. 190mm. Nowatorskim pomysłem jest wyposażenie zasuw w napęd hydrauliczny, który daje szereg korzyści. Zaletą jest przede wszystkim duża oszczędność finansowa dzięki możliwości zastosowania jednego zasilacza do dwóch zasuw. W łatwy sposób można także regulować prędkość i czas ich zamykania. Ma to istotne znaczenie ze względów technicznych, ponieważ prędkość zamykania zasuwy musi być dobrana w taki sposób, aby nie nastąpiło tzw. uderzenie hydrauliczne w rurociągu, które może skutkować jego rozerwaniem.

– Rurociąg zasilający turbiny w końcowym odcinku rozwidla się na dwie odnogi, zaś na każdym z ich końców znajduje się jedna turbina. Aby móc zamknąć dopływ wody do jednej lub obu turbin potrzebny jest zawór – mający 160 cm średnicy. Właśnie taką rolę pełni zasuwa nożowa zamontowana na końcu rurociągu elektrowni derywacyjnej w Cieszynie – wyjaśnia Marek Dzierżewicz.

Siłownie wodne tego typu cieszą się dużą popularnością na świecie. W Polsce zastosowanie rurociągu jest charakterystyczne dla dużych elektrowni. Unikatowość rozwiązania zastosowanego w Cieszynie wynika z właściwości, parametrów średnicy i długości rurociągu oraz idei bazującej na kanale derywacyjnym zamkniętym. W Polsce koncepcja elektrowni derywacyjnej opartej na rurociągu nie została jeszcze rozpowszechniona na dużą skalę. Zupełnie inaczej przedstawia się pod tym względem sytuacja na świecie. Przykładowo w Europie krajami, które słyną z tego typu elektrowni derywacyjnych są: Austria i Szwecja.

Rurociąg = wyzwanie logistyczne

Transport rurociągu w Cieszynie, ze względu na jego rozmiary odbywał się przy użyciu tzw. dłużyc, w odcinkach 12,5 m, przy pomocy specjalistycznych ciągników siodłowych z dostosowaną pod względem długości naczepą. Rurociąg układany był w odcinkach 50-100 m, które następnie zostały ze sobą zespawane przy użyciu specjalistycznego urządzenia, tzw. ekstrudera. Kolejnym krokiem było ich umieszczanie w wykopie. Proces układania rurociągu odbywał się pod nadzorem producenta ze względu na konieczność zastosowania odpowiedniej techniki oraz stosownych narzędzi. Metoda automatycznego spawania ekstruzyjnego idealnie sprawdziła się w procesie łączenia poszczególnych partii rur, dając tym samym najwyższą gwarancję wytrzymałości i trwałości.