"Zielona" energia prosto z rzeki. Odpowiednia technologia przywraca do życia małe elektrownie wodne

Na te pytania można odpowiedzieć twierdząco przynajmniej z trzech powodów: po pierwsze – mamy dobry klimat dla rozwoju odnawialnych źródeł energii; po drugie – współczynnik wykorzystania potencjału w tym zakresie jest niewielki, więc pozostaje wiele do nadrobienia; po trzecie wreszcie – technologia daje coraz większe możliwości maksymalnego wykorzystania parametrów turbin i generatorów.

Mała energetyka wodna to w naszym kraju branża dość niszowa. Biorąc pod uwagę ogromny boom na odnawialne źródła energii można wręcz rzec, że pomijana i niedoceniona. Co prawda w Polsce pracuje dzisiaj ponad 770 mikro- i małych elektrowni wodnych, ale wciąż stanowi to kroplę w morzu potencjału, jaki daje nam pierwotne źródło energii, którym jest woda.

– Energia pozyskiwana z płynącej wody jest bardzo stabilna, a produkcja prądu znacznie bardziej przewidywalna, niż w przypadku innych źródeł niekonwencjonalnych – wiatru czy słońca – tłumaczy Łukasz Kalina, dyrektor ds. rozwoju biznesu w firmie IOZE hydro. IOZE hydro to marka dedykowana branży hydroenergetycznej należąca do Enerko Energy Sp. z o.o., która działa jako jedna z nielicznych (jeśli nie jedyna) rodzimych firm, zajmujących się kompleksową obsługą małych elektrowni wodnych. Na rynku jest już od ponad dekady i ma pokaźne portfolio zrealizowanych projektów. – Współczynnik wykorzystania dostępnego potencjału wynosi u nas ok. 17 proc., natomiast w Europie jest to średnio 50 proc. – podkreśla Łukasz Kalina. – Oznacza to, że mamy szansę znacząco zwiększyć ilość energii produkowanej z płynącej wody. I niech nikogo nie zmyli, że Polska to w większości kraj nizinny, większość małych elektrowni buduje się dzisiaj bowiem właśnie na niskich i bardzo niskich spiętrzeniach.

Rozwiązanie przyjazne środowisku

W rzekach i rzeczkach nizinnych do produkcji energii wykorzystuje się często śrubę Archimedesa, zwaną też potocznie turbiną ślimakową lub turbiną śrubową. IOZE hydro jest jedynym w naszym kraju producentem takich turbin. Jest ona zbudowana z wirnika w kształcie śruby Archimedesa obracającej się w półkolistej rynnie. Woda napływając na wirnik w kształcie ślimacznicy napiera swoim ciężarem, wymuszając ruch obrotowy wirnika. Po spłynięciu rynną woda swobodnie wypływa z turbiny. Na górnym końcu śruby Archimedesa znajduje się generator połączony z wirnikiem za pośrednictwem przekładni, gdyż wirnik obraca się stosunkowo wolno – od kilkunastu do kilkudziesięciu obrotów na minutę.

Śruba Archimedesa jest traktowana w całej Europie jako rozwiązanie przyjazne środowisku, więc można ją instalować na rzekach o dużym znaczeniu przyrodniczym i w obszarach Natura 2000, gdzie występują chronione gatunki ryb. Mała energetyka wodna może jak najbardziej funkcjonować w zgodzie ze środowiskiem naturalnym. Mało tego, są przykłady, gdy na rozlewisku korytowym po kilkunastu latach pracy elektrowni, powstają tereny prawnie chronione, w związku z występowaniem zupełnie nowych siedlisk gatunków chronionych.

– W połączeniu takiej turbiny z przemiennikiem częstotliwości uzyskujemy dużo większe możliwości regulacji przepływu, efektywny z punktu widzenia pozyskiwania energii staje się zakres od 20 do 105 proc. przepływu nominalnego – tłumaczy dyrektor Kalina. – Bez falownika zakres pracy użytkowej znacznie się zawęża. Poza tym, układ falownikowy pozwala utrzymywać stabilne warunki środowiskowe, na przykład poziom wody górnej, co ma niebagatelne znacznie nie tylko dla pracy elektrowni, ale także dla przyrody.

– Dotychczas, aby mieć możliwość sterowania przepływem i poziomem wody w elektrowniach wodnych wykorzystywano w Polsce najczęściej turbiny typu Kaplana oraz Francisa – wyjaśnia dodatkowo Sebastian Wites, główny automatyk w IOZE hydro – Ich budowa w stosunku do śruby Archimedesa jest bardziej skomplikowana.  Dotychczas śruby Archimedesa pracowały w tzw. okienku, to znaczy załączały się i wyłączały przy określonym poziomie wody, a częste zatrzymania i synchronizacje nie pozostają obojętne dla mechaniki – drgania i naprężenia w chwili synchronizacji z siecią nie są dla urządzeń obojętne.

Nie kierujemy się ceną

Nie bez znaczenia dla użytkowników pozostaje również fakt, że wykorzystywane przez IOZE hydro falowniki regeneracyjne ABB serii ACS880 pozwalają uzyskać z wody energię elektryczną z niską zawartością wyższych harmonicznych.

– Te urządzenia generują poniżej 3 proc. harmonicznych, co gwarantuje, że do sieci nie są wprowadzane żadne zakłócenia, za które zakład energetyczny obciąża elektrownię kosztowo – mówi Paweł Jabczyk z ABB. – Poza tym, praktycznie nie pojawia się problem występowania mocy biernej, ponieważ cosinus fi jest równy jedności, a więc nie ma potrzeby stosowania systemów kompensacji. To oczywiście bardzo pozytywnie rzutuje na koszty inwestycyjne.

Przemienniki częstotliwości ABB IOZE hydro wykorzystuje od samego początku. – Na tych urządzeniach wykonywaliśmy pierwsze testy, poznaliśmy je wówczas dobrze i wiemy, na co możemy liczyć. Później, szukając najlepszego dostawcy do naszych komercyjnych rozwiązań nie kierowaliśmy się najniższą ceną, a jakością i poziomem możliwych osiągnięć w zakresie efektywności energetycznej – tłumaczy  Łukasz Kalina. – Nasze dotychczasowe doświadczenia z falownikami ABB są bardzo zadowalające. Mamy więc zaufanie do marki, dobre wsparcie techniczne i gwarancję, że inżynierowie z ABB będą nam służyć pomocą przy kolejnych projektach. Nie zamierzamy narażać własnej renomy w imię oszczędności.

Poza tym – jak podkreśla Sebastian Wites – zastosowanie falownika regeneracyjnego ABB ACS880 w elektrowniach wodnych typu Archimedesa pozwala z prostej mechanicznie maszyny stworzyć w pełni regulowany hydrozespół, który jest w stanie szybko dostosować się do panujących warunków wodnych bez regulacji mechanicznej jakąkolwiek hydrauliką siłową, jak w przypadku turbin Kaplana czy Francisa. Co również pozytywnie rzutuje na koszty inwestycyjne.

Wartości nieosiągalne w przypadku fotowoltaiki

A rozsądne oszczędności to istotna zaleta biorąc pod uwagę, że w zdecydowanej większości mikro- i małe elektrownie wodne powstają właśnie w celach inwestycyjnych. Bardzo często swój kapitał w taki interes lokują osoby prywatne, które liczą na zyski wynikające z produkcji "zielonej" energii. Oprócz nich wiele środków angażują także – już na większą skalę – firmy energetyczne. Natomiast użytkowników, którzy "z wody" chcą zasilać własne domy czy gospodarstwa, jest niewielu.

– W Polsce dominują instalacje mikro – do 50 kW, i małe – rzędu kilkudziesięciu czy kilkuset kilowatów. Powstają najczęściej w miejscach, gdzie już wcześniej woda była piętrzona w celach energetycznych, w miejscach starych młynów – tłumaczy Łukasz Kalina. – Co ciekawe, w przeciwieństwie do fotowoltaiki, prawie nie obserwujemy w tym segmencie OZE energetyki prosumenckiej. Wynika to przede wszystkim z dostępności odpowiednich lokalizacji oraz zapewne ze znacznie większych nakładów oraz mocy, wielokrotnie przekraczającej możliwości wykorzystania takiej energii do użytku własnego. Poza tym, znaczącym utrudnieniem może być także uzyskanie wszystkich pozwoleń formalno-prawnych. Inwestorów wspiera w tym IOZE hydro, ale Łukasz Kalina nie pozostawia wątpliwości – czas potrzebny od podjęcia decyzji o budowie małej elektrowni wodnej do uzyskania pozwolenia na budowę wynosi minimum 1,5 roku.

– Odrobiną osłody w tym wszystkim, dającą szansę na większe zainteresowanie branżą i jej rozwój, są ceny sprzedaży pozyskiwanej energii – tłumaczy dyrektor ds. rozwoju biznesu IOZE hydro, które zgodnie z najnowszym rozporządzeniem w sprawie ceny referencyjnej energii elektrycznej z instalacji o mocy zainstalowanej do 500kW dla hydroenergii wynoszą 640zł/MWh – Stałe stawki, waloryzowane o wskaźnik inflacji, dają stopę zwrotu na poziomie nawet kilkunastu procent. To wartości nieosiągalne w przypadku fotowoltaiki czy farm wiatrowych.

Tekst: Sławomir Dolecki

Zdjęcia dzięki uprzejmości IOZE hydro  https://ioze.pl