Energetyka wodna jest jednym z najstarszych sektorów OZE
Energetyka wodna jest jednym z najstarszych sektorów OZE (była używana w młynach wodnych już od czasów starożytnych). Na ten moment na świecie ponad 20% energii elektrycznej produkuje się właśnie na bazie energii spadku wód, przede wszystkim śródlądowych, ale też pływów morskich i fal oraz energii cieplnej oceanów. Przy czym elektrownie wodne to nie tylko ogromne konstrukcje wybudowane na przełomach wielkich rzek, które korzystają z siły gigantycznych mas spiętrzonej wody i produkują wielkie ilości energii, ponieważ równie dobrze energię wodną można pozyskiwać w znacznie mniejszej skali. Technologia umożliwia nam bowiem tworzenie małych i mikroelektrowni wodnych, które mogą posłużyć jako źródło energii nawet dla pojedynczych gospodarstw domowych.
Najwięcej bo aż ponad 98% swojej energii elektrycznej z elektrowni wodnych uzyskuje Norwegia, a tuż za nią plasują się takie państwa, jak: Kanada, Brazylia, czy Wenezuela, w których udział ten wynosi ponad 50%. Do tego energia wodna stanowi w Europie największe źródło energii odnawialnej (pokrywa ok. 25% zapotrzebowania na energię), a małe hydroelektrownie o mocy do kilkuset kW są obecnie najszybciej rozwijającą się formą pozyskiwania energii z wody i są coraz powszechniej stosowane nie tylko na starym kontynencie, ale i na całym świecie. W Polsce natomiast w 2017 roku energetyka wodna odpowiadała tylko za 1,5% produkcji energii elektrycznej. Jednak pomimo tego, że warunki hydrologiczne w Polsce nie są szczególnie korzystne, to ze względu na bardzo słabe wykorzystanie istniejących zasobów rzecznych pod względem hydroenergetycznym, nasz kraj nadal ma bardzo duży potencjał do budowy nowych mikro i mini hydroelektrowni (w tym przydomowych elektrowni wodnych). Bowiem obecne wykorzystanie krajowego potencjału hydroenergetycznego jest oceniane tylko na 10 %.
Warto tu jednak przypomnieć, że nie zawsze tak było, ponieważ jeszcze przed II wojną światową funkcjonowało w naszym kraju ponad 8.000 obiektów, takich jak elektrownie wodne, młyny, czy pompy wodne. Po jej zakończeniu ich liczba wynosiła już ok. 6.300, natomiast w okresie PRL ze względów ideologicznych, wiele z tych urządzeń zostało zdemontowanych i zniszczonych (w latach 80-tych ubiegłego wieku działało już jedynie 650 obiektów małej energetyki wodnej).
Na co mają wpływ elektrownie wodne?
Jak już wiemy, zarówno na świecie, jak i w Polsce istnieją nie tylko duże elektrownie wodne (do największych w kraju należy m.in. Elektrownia Żarnowiec, Elektrownia Porąbka Żar, Elektrownia w Solinie, Elektrownia Włocławek, czy Elektrownia Żydowo), energię wodną wykorzystuje się bowiem także w małych elektrowniach wodnych (oczywiście bez budowania tamy). Są one nie tylko źródłem taniej energii, ale mają również pozytywny wpływ chociażby na kwestie związane z retencją wód, czy też przeciwdziałaniu powodziom i suszom. W naszych warunkach hydrologicznych, energia wodna może być wykorzystywana głównie w mikro hydroelektrowniach o mocy do 100 kW i mini hydroelektrowniach o mocach do kilkuset kW.
Ponadto mała energetyka wodna (hydroenergia), która z powodu krajowych uwarunkowań geomorfologicznych i klimatycznych wykorzystuje energię potencjalną wód śródlądowych, jest także skutecznym narzędziem walki ze skutkami zmian klimatu. Jednak jak przekonują inwestorzy branży MEW (małych elektrowni wodnych), nie są to jedyne zalety niewielkich elektrowni wodnych. Ponieważ energetyka wodna jest wykorzystywana także jako katalizator w sytuacjach awaryjnych dla systemu elektroenergetycznego. Elektrownie wodne charakteryzują się bowiem dużą elastycznością pracy i dobrym przystosowaniem do szybkich uruchomień (wyposażone są w urządzenia techniczne zapewniające ich samostart). Dostarczają zatem zewnętrznego źródła rozruchowego części sieci krajowej po wystąpieniu blackoutu. Przy czym nie tylko źródła o dużej mocy mogą pełnić ważną rolę w poprawie bezpieczeństwa energetycznego. Coraz większe znaczenie mają również mniejsze, rozproszone źródła energetyki wodnej, które mogą być istotne w lokalnej sieci.
Kiedy mówimy o przydomowej elektrowni wodnej?
W Polsce nadal nie ma oficjalnej definicji małych elektrowni wodnych (MEW), w tym przydomowych elektrowni wodnych. Jednak zazwyczaj do tej kategorii zalicza się (zresztą tak samo, jak w przypadku niektórych krajów Europy Zachodniej) instalacje o łącznej mocy zainstalowanej poniżej 5 MW. Przy czym w większości państw UE do MEW wlicza się urządzenia o mocy do 10 MW (wyjątkiem są tutaj Włochy, Szwajcaria i kraje skandynawskie, gdzie za małe elektrownie uznaje się te do 2 MW). Według informacji podanych przez Urząd Regulacji Energetyki, w 2017 roku, działało na terenie Polski 766 elektrowni wodnych o łącznej mocy zainstalowanej prawie 988,38 MW. Z czego 756 z nich stanowiły obiekty o mocy nieprzekraczającej 10 MW (680 z nich to natomiast instalacje poniżej 1 MW, które produkują łącznie ok. 0,2% energii). Jedynie ok. 10 elektrowni w kraju to instalacje powyżej 10 MW i to one produkują prawie 60% całej energii pochodzącej z wody. Co ważne, potencjał hydroenergetyczny Polski charakteryzuje się nierównomiernym rozłożeniem:
- 68% przypada na dorzecze Wisły;
- 17,6 % na Dorzecza Odry;
- 2,1 % koncentruje się na rzekach obszaru Pomorza oraz Warmii i Mazur;
- 12,5 % potencjału hydroenergetycznego przypada na pozostałe rzeki.
[info]Do regionów z najkorzystniejszymi warunkami rozwoju elektrowni wodnych zalicza się w Polsce obszary południowe (tereny górskie) i północne (z uwagi na istniejącą infrastrukturę). Natomiast w przypadku rzek, największy potencjał hydroenergetyczny posiada nie tylko Wisła i Odra, ale również: San, Dunajec, Bug, Warta i Bóbr.[end]
W porównaniu z innymi krajami Europy, nasze zasoby wodne są niewielkie. Wynika to przede wszystkim z czynników atmosferycznych. Deficytom można jednak zapobiegać poprzez odpowiednie gospodarowanie jej zasobami, w jaki sposób? Otóż poprzez magazynowanie wody w zbiornikach retencyjnych, a także jak najdłuższe przetrzymywanie jej w górnych odcinkach rzek i maksymalnym spowalnianie jej spływu. Z racji jednak tego, że Polska jest krajem w większej części nizinnym (tereny wyżynne i pasma górskie występują na jego południu), to możliwości budowy dużych zbiorników zaporowych są znacznie ograniczone.
Należy tu jednak zaznaczyć, że w górnych partiach cieków, dopływ może być akumulowany nie tylko poprzez retencję zbiornikową, ale i poprzez retencję gruntową, która powoduje zatrzymanie proporcjonalnie znacznie większej ilości wody niż w wielkich zbiornikach. W przeszłości funkcję tzw. małej retencji (polegającej na gromadzeniu wody w małych zbiornikach i podpiętrzenie wody w korytach rzek, rowach lub kanałach) pełniły m.in. młyny wodne. Wraz z powstałymi przy nich zbiornikami tworzyły one na rzekach systemy kaskad, dzięki którym możliwe było zapobieganie obniżeniu poziomu wody w okresie suszy. Dzisiaj natomiast zadanie to pełnią małe elektrownie wodne, które w większości przypadków usytuowane są właśnie w miejscach dawnych piętrzeń młyńskich.
Przydomowa elektrownia wodna - jak działa?
Zanim przejdziemy do tego, jaki jest koszt przydomowej elektrowni wodnej i czy zawsze jest to opłacalna inwestycja, odpowiedzmy sobie na pytanie, jak zbudowana jest przydomowa elektrownia wodna. Otóż na małą elektrownię wodną składa się:
- próg piętrzący rzekę, który może być stały lub ruchomy;
- budynek elektrowni z siłownią, w której znajdują się turbiny oraz urządzenia elektryczne produkcyjne i przesyłowe;
- kanał doprowadzający i odprowadzający wodę z turbin;
- przepławka (opcjonalnie).
A jak działa przydomowa elektrownia wodna? Otóż za pomocą elektrowni wodnych i zainstalowanych w nich najważniejszych elementów jakimi są silniki zwane turbinami, energia potencjalna wody przetwarzana jest na energię elektryczną.
[info]Pomimo istnienia różnych rodzajów turbin wodnych zawsze zasada działania wszystkich elektrowni wodnych jest taka sama - przetworzenie ciśnienia słupa płynącej wody (energii hydraulicznej cieku) w energię mechaniczną, a następnie za pomocą generatora - w energię elektryczną.[end]
Turbina wodna - najważniejszy element elektrowni
Jak już wiemy, głównym elementem przydomowej elektrowni wodnej jest turbina wodna, w związku z zasadniczo niskim spadem polskich cieków wodnych, w naszym kraju stosuje się przede wszystkim turbiny niskospadowe, takie jak:
- turbiny Archimedesa (zwane również ślimakowymi), które poza ekonomicznymi aspektami ich wykorzystania, są również bardziej przyjazne środowisku;
- turbiny Kaplana, które stosuje się dla spadów niskich do 80 metrów (przykładem zastosowania turbin Kaplana jest np. elektrownia wodna we Włocławku).
Przepływająca przez turbinę woda napędza jej wirnik, który podobnie jak w przypadku turbin wiatrowych (sprawdźcie przydomowe elektrownie wiatrowe) napędza generator prądotwórczy. Tak energia spadku wody zamieniana jest na prąd elektryczny, wykorzystując do tego celu energię spadku wody. Małe elektrownie wodne (MEW) działają na podobnej zasadzie jak duże, jednak wymagają znacznie niższego spadu wody.
Warunki terenowe dla przydomowych elektrowni wodnych
Aby zbudować dużą elektrownię wodną, wymagane jest spełnienie szeregu warunków terenu, na którym ma stanąć. Konieczny jest odpowiedni przepływ i spadek rzeki, dostępność terenu, a także podłączenie do sieci elektrycznej wysokiego napięcia. Małe i mikroelektrownie wodne budować można z kolei nawet na rzekach i innych ciekach o niskim spadku i małym przepływie, na których nie mogłaby stanąć elektrownia duża i bez podłączenia do sieci elektrycznej.
Wymagania prawne budowy przydomowej elektrowni wodnej
W przeciwieństwie do fotowoltaiki dla domu i przydomowych elektrowni wiatrowych, inwestor chcący postawić przydomową elektrownię wodną, musi liczyć się z szeregiem formalności i uzyskaniem stosownych pozwoleń. Przejście kilku etapów ubiegania się o udzielenie wszelkich niezbędnych pozwoleń na realizację inwestycji w MEW może zająć od roku do nawet czterech lat. Ponadto, koniecznie jest spełnienie podstawowego warunku jakim jest odnalezienie właściwego terenu:
- po pierwsze - musi on być łatwo dostępny, ponieważ tylko dzięki temu nie tylko eksploatacja i budowa elektrowni wodnej przebiegać będzie bezproblemowo, ale i jest to ważne ze względu na konieczność podłączenia elektrowni do sieci elektrycznej;
- po drugie - musi to być lokalizacja z odpowiednim przepływem i spadkiem rzeki, bez spełnienia tego warunku bowiem MEW nie powstanie. Jednak w przeciwieństwie do dużych elektrowni wodnych, te mniejsze mogą powstać nawet na rzekach o stosunkowo niskim spadku i niewielkim przepływie (co ma naturalnie wpływ na to, że cieszą się one na świecie rosnącym zainteresowaniem ze strony indywidualnych odbiorców energii).
Kolejne kwestie związane są oczywiście z uzyskaniem szeregu pozwoleń administracyjnych, co wynika z charakteru konstrukcji. Ponieważ mimo tego, że przydomowa elektrownia wodna pozwala na pozyskiwanie czystej energii elektrycznej, to jednak ingeruje ona w okoliczny ekosystem. Tak więc, w pierwszej kolejności projekt inwestycji musi być poddany ocenie oddziaływania na środowisko, którą wydaje burmistrz miasta i gminy lub wójt gminy, po konsultacji z Regionalną Dyrekcją Ochrony Środowiska (RDOŚ). Ten sam organ musi też wydać decyzję o warunkach zabudowy. Następnie natomiast należy postarać się o uzyskanie pozwolenia wodnoprawnego, które wydaje starosta powiatu lub marszałek województwa.
Konieczne będzie również nabycie praw do dysponowania nieruchomościami będącymi własnością Skarbu Państwa, którymi w świetle polskiego prawa jest każdy grunt pokryty wodami płynącymi i najczęściej także budowlą piętrzącą. Tę decyzję podejmują, w zależności od rodzaju cieku wodnego, Regionalne Zarządy Gospodarki Wodnej lub Wojewódzkie Zarządy Melioracji i Urządzeń Wodnych. Końcowym etapem przygotowań do budowy elektrowni wodnej jest uzyskanie od starosty lub wojewody pozwolenia na budowę. Ponadto dodatkową formalnością jest uzyskanie od operatora sieci energetycznej warunków przyłączenia do niej, a także zawarcie umowy przyłączeniowej. Urząd Regulacji Energetyki musi też udzielić koncesji na wytwarzanie energii elektrycznej poprzez OZE.
[info]Projektowanie i budowanie przydomowych elektrowni wodnych jest nie tylko pracochłonnym, ale i kosztownym zajęciem. Bowiem większość wydawanych decyzji oraz pozwoleń jest odpłatna, zapłacić należy również za nabycia praw do użytkowania nieruchomości, jak i sporządzenie niezbędnej dokumentacji budowlanej i technologicznej.[end]
Przydomowa elektrownia wodna - koszt
Koszt jednostkowy budowy przydomowej elektrowni wodnej w porównaniu z tymi większymi jest stosunkowo wysoki. W związku z tym, podjęcie decyzji dotyczącej jej budowy powinno być poprzedzone dokładną analizą nie tylko czynników mających wpływ na jej koszt oraz przyszłych korzyści finansowych, ale i analizą oddziaływania na środowisko, w tym na obszary Natura 2000. Ponieważ w ramach tego programu wyznaczone zostały tzw. Obszary Specjalnej Ochrony Ptaków oraz Specjalne Obszary Ochrony Siedlisk, na których obowiązują ochronne regulacje prawne. W sytuacji gdy RDOŚ uzna, że inwestycja taka może w znaczny sposób oddziaływać na obszar Natura 2000, to wydaje postanowienie o obowiązku przeprowadzenia oceny oddziaływania na ten teren. Oprócz tego w postanowieniu tym, Regionalna Dyrekcja Ochrony Środowiska zobowiązuje wnioskodawcę do przedłożenia raportu o oddziaływaniu przedsięwzięcia na zagrożony obszar i określa zakres tego raportu. Jeśli natomiast RDOŚ uzna, że przydomowa elektrownia wodna nie będzie znacząco oddziaływać na dany teren, to wydaje postanowienie o braku potrzeby przeprowadzania oceny oddziaływania).
Należy pamiętać, że przydomowe elektrownie wodne pracują właściwie same. Nie wymagają skomplikowanej obsługi (praktycznie w ogóle nie wymagają obsługi), a mimo to produkują prąd. Jednak inwestycja taka wiążę się z dużym wydatkiem, ponieważ mała elektrownia wodna, o mocy kilkunastu czy kilkudziesięciu kilowatów to wydatek co najmniej kilkuset tysięcy złotych (średnio 400.000 - 600.000 zł). Jest to cena za niezależność energetyczną od dostawców energii elektrycznej, trzeba jednak wziąć pod uwagę to, że zwrot takiej inwestycji jest długotrwały, bowiem korzyści finansowe z funkcjonowania przydomowej elektrowni wodnej można odczuć dopiero po kilkunastu latach. Co jednak ważne, energetyka wodna ma znacznie niższe koszty zewnętrzne (np. związane z zanieczyszczeniem środowiska, czy zagrożeniem dla zdrowia ludzi) niż energetyka konwencjonalna.
Czy przydomowa elektrownia wodna jest bezpieczna dla środowiska?
Budowa zwłaszcza dużych elektrowni wodnych, często napotyka znaczny opór organizacji ekologicznych, zdaniem których “zielona” energia wodna to mit. Uważają one bowiem, że elektrownie wodne mają negatywny wpływ na przepływy w rzekach i migrację ryb, powodują utratę siedlisk, uniemożliwiają transport osadów i pogłębia erozję, powodując tym samym lokalne susze. Ponadto szacuje się, że ok. 7% gazów cieplarnianych emitowanych ze źródeł antropogenicznych pochodzi właśni ze zbiorników zaporowych, które wykorzystywane są do produkcji energii.
Również małe elektrownie wodne z jednej strony uznawane są za przyjazne środowisku, ponieważ mogą być szansą na poprawę współczynnika odpływu (zwłaszcza na mniejszych rzekach), a dzięki spiętrzeniu wód mogą pełnić funkcję retencyjną oraz przeciwpowodziową. Ponadto zwolennicy tego właśnie źródła energii są zdania, że jest to czysta technologia, która nie powoduje emisji szkodliwych substancji. Z drugiej jednak strony na temat małych elektrowni wodnych, które stanowią w Europie 91% wszystkich istniejących i planowanych elektrowni, słyszy się wiele negatywnych komentarzy.
Bowiem zdaniem ekologów również i one, mimo niewielkich rozmiarów mają szkodliwy wpływ na środowisko. Oprócz tego czerpią też znaczne korzyści z finansów publicznych (tylko w latach 2016 - 2017 państwa członkowskie UE udzieliły ponad 4,2 mld euro wsparcia publicznego na projekty hydroenergetyczne). Jak podkreślają ekolodzy, każde spiętrzenie, jakim jest nawet mała elektrownia wodna, wiąże się z niekorzystnym efektem dla ekosystemu cieku wodnego, natomiast obracająca się turbina może zagrozić płynącym z nurtem rzeki rybom (dlatego też nawet niedużym inwestycjom powinny towarzyszyć sztuczne korytarze migracji dla ryb, tzw. przepławki). Wreszcie, niektórzy twierdzą, że MEW-y mogą być odpowiedzialne za zwiększenie ryzyka powodzi, choć zwolennicy małych elektrowni są zdania dokładnie przeciwnego - spiętrzenie rzeki pomaga w retencji, czyli zatrzymywaniu nadmiaru wody.
Kolejną wadą małych elektrowni wodnych jest również powstanie długiej cofki (przeciętnie na kilkaset metrów) powyżej progu. Woda w takim miejscu może się łatwiej przegrzewać i gorzej natleniać, a kumulacja glonów pobierających tlen, może prowadzić do masowego śnięcia ryb. Ponadto na dnie gromadzi się nie tylko muł, ale i zanieczyszczenia, w tym różnego rodzaju substancje toksyczne. Co ważne, zanikają w tym miejscu gatunki ryb prądolubnych i zimnolubnych oraz tarliska. Następuje również podział jednolitej populacji ryb na dwie subpopulacje powyżej i poniżej przegrody.
Czy warto inwestować w przydomową elektrownię wodną?
Mała energetyka wodna ma w naszym kraju spory potencjał rozwojowy, ponieważ obecnie działające małe elektrownie wodne wykorzystują techniczny potencjał hydroenergetyczny krajowych rzek w niespełna kilkunastu procentach. Zresztą na potrzebę zwiększenia wykorzystania potencjału hydroenergetycznego polskich rzek wskazuje się w wielu dokumentach strategicznych państwa. Aby jednak było to możliwe, konieczne jest zapewnienie stabilnych, prostych i przewidywalnych regulacji prawnych, w tym mechanizmów wsparcia dedykowanym odnawialnym źródłom energii. Warto tu przypomnieć, że jeszcze w latach 80-tych XX wieku, kiedy to rozpoczął się rozwój małej hydroenergetyki, a nikt nie wspominał jeszcze o znaczeniu OZE dla klimatu, dla rozwoju MEW wystarczyła jedynie zachęta ze strony rządu do działania.
Obecnie jednak na przeszkodzie dla budowy przydomowych elektrowni wodnych stoi nie tylko koszt całego przedsięwzięcia, wynoszący co najmniej kilkaset tysięcy złotych, ale i sam proces uzyskiwania pozwoleń administracyjnych, w tym przede wszystkim decyzji środowiskowej i wodnoprawnej. Niestety brak ułatwień dedykowanych mniejszym inwestycjom i piętrzące się z każdym krokiem niezbędne dokumenty, skutecznie zniechęcają potencjalnych inwestorów. Na ten moment energia wodna nie jest już tak opłacalna, jak kiedyś. Dlaczego? Przede wszystkim ze względu na surowe przepisy, małą dostępność gruntów oraz coraz niższe koszty alternatywnych rozwiązań wykorzystujących OZE (w tym fotowoltaiki i elektrowni wiatrowych), a także różnych form magazynowania energii (sprawdźcie jak działają magazyny energii). Z tego też powodu w Polsce powstaje w ciągu roku zaledwie kilka, kilkanaście małych elektrowni wodnych.
Przydomowa elektrownia wodna zalety i wady
Wśród zalet przydomowych elektrowni wodnych wymienia się:
możliwość instalowania w licznych miejscach na małych ciekach
zwiększanie tzw. małej retencji wodnej (poziomu wód gruntowych) na obszarze powyżej progu
to, że są przyjazne dla środowiska (ograniczenie emisji dwutlenku węgla, brak zanieczyszczeń powietrza)
zmniejszenie erozji dennej powyżej progu
dobrze opanowaną i dostępną technologię ich budowy
to, że mogą być wykonywane przy użyciu miejscowych materiałów
ich prostotę techniczną, która powoduje wysoką niezawodność oraz długą żywotność
możliwość zdalnego sterowania
koszty eksploatacyjne MEW, które są wielokrotnie niższe niż w przypadku elektrowni wykorzystujących źródła konwencjonalne
Natomiast wady przydomowych elektrowni wodnych to:
niska wydajność energetyczna w porównaniu z innymi odnawialnymi źródłami energii
żmudne i długotrwałe procedury (na same działania administracyjne trzeba przeznaczyć ok. trzech lat)
wysokie koszty budowy MEW, które powodują nieopłacalność inwestycji bez dofinansowania
naruszenie równowagi biologicznej rzeki i zubożenie ekosystemu wodnego
uniemożliwienie lub ograniczenie migracji ryb jako podstawowej funkcji życiowej organizmów wodnych
uszkodzenia ryb, które przepływają przez niektóre rodzaje turbin
niestabilność dostaw prądu do sieci, związana z wahaniami przepływów w rzece
protesty społeczne, które często towarzyszą budowie i eksploatacji MEW
niszczenie jednych z najcenniejszych zasobów życia na Ziemi, jakimi są ekosystemy słodkowodne
konieczność znalezienia miejsca o odpowiednim spadku (poza obszarami chronionymi i przyrodniczo cennymi czy szlakami kajakowymi o międzynarodowym i krajowym znaczeniu)
