Klasyfikacja turbin wiatrowych ze względu na położenie osi
Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą.
Klasyfikacja turbin wiatrowych ze względu na położenie osi: pionowe lub poziome, na przykładzie dwóch turbin Darrieusa: turbiny H‑Darrieusa (a) oraz turbiny Darrieusa o osi poziomej (b).

Turbina H‑Darrieusa
Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą. Turbina H‑Darrieusa ma kształt litery H z trzema pionowymi łopatami. Wersja, w której obrotowe zamocowanie łopat wyposażone jest w sprężyny i mechanizm umożliwiający samoregulację obrotów przy różnych prędkościach wiatru, jest wykorzystywana na obszarach, gdzie występują nagłe zmiany prędkości wiatru. Poniżej znajduje się grafika.
Opis ilustracji: Rysunek przedstawia turbinę wiatrową typu H‑Darrieusa zorientowaną pionowo. Konstrukcja turbiny składa się z pionowej belki oraz ramion. Ramiona przymocowane są prostopadle, odchodząc w różnych kierunkach przy obydwóch jej końcach. Do jednego końca korpusu przytwierdzone są po trzy ramiona. Między każdą z par ramion (górną i dolną) zamontowane jest po łopatce zorientowanej pionowo. Płaszczyzna każdej z łopatek jest lekko wybrzuszona, co pozwala na zoptymalizowanie działania turbiny wiatrowej.

Turbina Darrieusa o osi poziomej

Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą.

Turbina Darrieusa o osi poziomej to przykład modyfikacji przeznaczonej do montażu na dachach dwuspadowych o kącie nachylenia od 33 do 66 stopni.

Opis ilustracji: Turbina wiatrowa w orientacji poziomej umieszczona jest na prostokątnej ramie o zaokrąglonych krawędziach. Ramę przecina drążek, który przebiega w poprzek przez środek konstrukcji. Na drążku zamontowana jest łopatka o kształcie przypominającym elipsę.

Klasyfikacja turbin wiatrowych ze względu na współczynnik szybkobieżności
Klasyfikacja turbin wiatrowych ze względu na współczynnik szybkobieżności, który jest stosunkiem prędkości obwodowej końca wirnika do prędkości wiatru.

Wśród turbin wiatrowych wyróżnia się turbiny: wolnobieżne, np. turbina bębnowa, karuzelowa, rotorowa. Średniobieżne np. turbina wielopłatowa i szybkobieżne np. turbina Darrieusa (popularnie: mikser, z angielskiego egbiter  lub turbina śmigłowa.

wolnobieżne
Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą.
Turbiny wolnobieżne współczynnik szybkobieżności zet mniejszy niż jeden i pół, na przykład turbina bębnowa, karuzelowa, rotorowa. Opis ilustracji: Widoczne są trzy turbiny: rotorowa, karuzelowa i bębnowa. Wszystkie trzy typy turbin mają wirnik w kształcie drążka, na którym zamontowane są łopatki. Łopatki są odpowiednio zakrzywione, aby efektywnie chwytać energię wiatru i generować ruch obrotowy wirnika.

średniobieżne
Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą.
Turbiny średniobieżne współczynnik szybkobieżności zet większy niż jednen i pół, mniejszy niż 3 i pół np. turbina wielopłatowa. Opis ilustracji: Turbina wielopłatowa, na którą składa się kolumna z zamontowanym pionowo wałem, do któego przytwierdzony jest duży okrąg. Łopatki rozmieszczone są promieniście na obwodzie okręgu. Turbina Darrieusa to rodzaj turbiny wiatrowej o owalnej ramie, na której umieszczone są długie i cienkie łopatki wirnika. Wysokość 30 metrów. szybkobieżne
Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą.
Turbiny średniobieżne współczynnik szybkobieżności zet większe od 3 i pół np. turbina Darrieusa (popularnie: mikser, z angielskiego eggbeater) lub turbina śmigłowa. Ostatni rysunek przedstawia turbinę śmigłową. Turbina ma charakterystyczny wygląd przywodzący na myśl ogromne śmigło. Składa się z poziomo zorientowanego wirnika, który jest umieszczony na pionowej osi. Przypomina wyglądem łopatki helikoptera. Łopatki wirnika są długie i wąskie, ułożone równolegle do osi obrotu. Konstrukcja wirnika jest otoczona osłoną lub wieżą, aby zwiększyć bezpieczeństwo i efektywność turbiny. Wysokość tej turbiny określona jest na 90 metrów.

Klasyfikacja turbin wiatrowych ze względu na sposób budowy

Turbiny śmigłowe
Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą.
Turbiny śmigłowe to najbardziej charakterystyczny sposób wykorzystania energii wiatru na lądzie i morzu, konstrukcyjnie nawiązujący do rozwiązań znanych z historii, takich jak np. wiatrak perski czy wiatrak holenderski.

Opis rysunku: Turbina śmigłowa to turbina wiatrowa z poziomym wirnikiem przypominającym śmigło helikoptera. Wirnik umieszczony jest na pionowym wale otoczonym długimi, wąskimi łopatkami równoległymi do osi obrotu.

Turbiny bezśmigłowe
Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą.
Turbiny bezśmigłowe to najnowsze, często eksperymentalne konstrukcje. Powstają jako alternatywa dla konstrukcji śmigłowych, które są głośne i stanowią zagrożenie dla ptaków.

Opis rysunku: Konstrukcja turbiny jest prosta i kompaktowa. Turbina jest zamontowana na pionowej osi, a łopatki rozmieszczone są na obwodzie tej osi.

Turbina Vortex
Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą.
Turbina Vortex nie powoduje hałasu, działa dzięki odkształceniom, które powoduje wiatr, uderzając w półsztywną pionową turbinę wykonaną z materiałów piezoelektrycznych i włókna szklanego, osadzoną w ziemi.

Opis rysunku: Turbina składa się z pionowej osi zainstalowanej na trwałej podstawie. Na tej osi umieszczone są łopatki o specjalnym, zakrzywionym kształcie.

Turbina Aeromine
Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą.
Turbina Aeromine to przykład innej turbiny całkowicie pozbawionej części ruchomych, choć wykorzystującej to samo zjawisko różnicy ciśnień. Urządzenie przechwytuje przepływające powietrze i wzmacnia jego prędkość. Ze względu na cichą pracę przeznaczone jest do montażu na dachach budynków.

Opis rysunku: Turbina Aeromine składa się z cylindrycznego elementu, podstawy i płaskich paneli po obu stronach walca. Element walcowy jest obracany dzięki mechanizmowi, a na płaskich panelach znajdują się łopatki lub panele wiatrowe. Wygląd turbiny jest nowoczesny i futurystyczny.

Klasyfikacja turbin wiatrowych ze względu na kierunek wiatru:

turbiny nawietrzne

turbiny zawietrzne

Opis: Na rysunku widoczna jest turbina w dwóch ujęciach. Turbina składa się z wysokiej kolumny, na której umieszczona jest gondola o owalnym i aerodynamicznym kształcie. W przedniej części gondoli zamontowane są łopaty turbiny. Strzałki wskazują kierunek wiatru. Gdy wiatr wieje z przodu gondoli, mamy do czynienia z tzw. nawietrzną, natomiast gdy wiatr wieje z tyłu gondoli, nazywamy ją zawietrzną.

Klasyfikacja turbin wiatrowych ze względu na miejsce i sposób lokalizacji.

Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą.

Turbiny morskie zazwyczaj są większe, a ewentualny generowany przez nie hałas nie ma takiego znaczenia jak w przypadku turbin lądowych. Ponadto wiatry nadmorskie cechuje zdecydowanie większa siła, a liczba dogodnych lokalizacji jest większa.

Ze względu na miejsce posadowienia wyróżnia się

Turbiny lądowe Ilustracja: Fundament turbiny lądowej. Rysunek przedstawia turbinę posadowioną na pojedynczym pionowym słupie przymocowanym do ziemi.

Turbiny morskie posadowione na fundamencie monopalowym wwiercanym lub wbijanym w dno morskie

Ilustracja: Fundament turbiny wiatrowej morskiej: Rysunek przedstawia turbinę posadowioną na pojedynczym pionowym słupie, który jest wkręcany lub wbijany w dno morskie. Wygląda jak stabilna kolumna wbita w dno, która unosi całą turbinę ponad powierzchnię wody.

Turbiny morskie posadowione na fundamencie typu tripod

Ilustracja: Fundament turbiny wiatrowej morskiej: Rysunek przedstawia turbinę posadowioną na trzech pionowych słupach ustawionych w trójkątnym układzie. Każdy słup jest połączony z resztą konstrukcji, tworząc stabilne podparcie dla turbiny wiatrowej

Turbiny morskie posadowione na fundamencie kratownicowym z trzema lub czterema kotwieniami w dnie, tworzącymi wieżę z platformą do montażu turbiny

Ilustracja: Fundamentu turbiny wiatrowej morskiej: Rysunek przedstawia turbinę posadowioną na fundamencie kratownicowy z kotwieniami. Konstrukcja kratownicowa z trzema lub czterema długimi kotwicami, wbijana jest w dno morskie, zapewniając stabilność i utrzymanie turbiny na odpowiedniej wysokości nad powierzchnią wody.

Turbiny morskie posadowione na fundamencie grawitacyjnym

Ilustracja: Fundament grawitacyjny turbiny morskiej. Rysunek przedstawia duży, masywny blok betonowy, który jest zanurzany na dnie morskim. Turbina wiatrowa jest osadzona na tej masywnej platformie, która utrzymuje ją na odpowiedniej wysokości nad powierzchnią wody.

Turbiny morskie posadowione na fundamencie pływającym

Ilustracja: Fundament pływający turbiny morskiej. Rysunek przedstawia unoszącą się na wodzie platformę, która zakotwiczona jest do dna. Na platformie montowana jest turbina wiatrowa.

Budowa turbiny wiatrowej

Budowa turbiny wiatrowej trójpłatowej o poziomej osi obrotu:

Fundament, wyjście do sieci elektroenergetycznej, wieża, drabinka wejściowa, serwomechanizm kierunkowania elektrowni, gondola, generator, wiatromierz, hamulec postojowy, skrzynia przekładniowa, łopata wirnika, siłownik mechanizmu przestawiania łopat, piasta.

Opis grafiki: Rysunek przedstawia turbinę wiatrową osadzoną na płaskim  fundamencie o kształcie prostopadłościanu. Wewnątrz wieży znajduje się drabinka prowadząca do gondoli. Obudowa gondoli o owalnym, aerodynamicznym kształcie, zawiera generator, hamulec oraz prostokątną skrzynię przekładniową, wiatromierz oraz długą łopatę wirnika zamontowano w części przedniej turbiny. Taka konstrukcja umożliwia efektywne wykorzystanie energii wiatru do produkcji energii mechanicznej, która następnie jest przekształcana, przez generator, na energię elektryczną.

Wydajność turbin wiatrowych

Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą.

Wydajność turbin wiatrowych zmieniała się na przestrzeni dziejów, od prostych silników stosowanych w wiatrakach holenderskich do najbardziej wydajnych współczesnych turbin dwupłatowych, w których współczynnik efektywności zbliżony jest do idealnego.

Ilustracja: Wykres przedstawia zależność między współczynnikiem wykorzystania energii wiatru, a wyróżnikiem szybkobieżności siłowni wiatrowej. Na osi X znajduje się współczynnik wykorzystania energii wiatru, a na osi Y wyróżnik szybkobieżności. Wartości tych zmiennych są przedstawione w postaci sinusoidy, gdzie wartość rośnie w miarę zwiększania współczynnika wykorzystania energii wiatru. Na wykresie znajdują się trzy rysunki, przedstawiające różne typy turbin wiatrowych: turbina Savoniusa, charakteryzuje się mniejszym współczynnikiem wykorzystania energii wiatru, turbina Darrieusa typu H ma nieco wyższy współczynnik oraz turbina śmigłowa, która osiąga największy współczynnik wykorzystania energii wiatru i posiada najwyższą sinusoidę na wykresie.

Największe farmy wiatrowe

Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą.

Największe farmy wiatrowe to farmy morskie. Europejskim liderem pod względem mocy zainstalowanej jest Wielka Brytania. Hornsea 2 to największa farma wiatrowa na świecie położona u wybrzeży Yorkshire, dostarczająca prąd dla 1,4 mln gospodarstw domowych.

Farma wyposażona jest w turbiny wiatrowe o mocy 8 MW każda.

W Polsce największą morską farmą wiatrową będzie powstająca Baltica, zlokalizowana na Bałtyku między Łebą a Ustką.

Jeśli chodzi o farmy lądowe, to największą moc ma farma Potęgowo (219 MW) znajdująca się na terenie powiatu słupskiego i sławieńskiego. Inwestycja składa się z 81 turbin o mocach 2,5 MW oraz 2,75 MW.

Moc zainstalowana na terenie całego kraju wynosi łącznie 8,3 GW (2020).

Opis grafiki: Ilustracja przedstawia rysunek Pałacu Kultury i Nauki w Warszawie, który mierzy 237 metrów wysokości. Obok Pałacu widoczne są trzy turbiny wiatrowe, z których każda ma wysokość 190 metrów.

Proces budowy farmy wiatrowej

Schemat: Proces inwestycyjny w zakresie wykorzystania energii wiatrowej został przedstawiony w pięciu etapach, z których każdy jest reprezentowany przez rysunek koła zawierający odpowiedni piktogram. Pomiary wietrzności są  reprezentowane przez rysunek słońca i wiatru. Następny etap to wybór odpowiedniej lokalizacji dla turbiny wiatrowej, co jest przedstawione za pomocą znacznika na mapie. Kolejnym etapem jest zgoda na przyłączenie do sieci, co jest symbolizowane przez rysunek słupa energii napowietrznej. Projekt: W czwartym etapie przeprowadza się projekt konstrukcyjny turbiny. Etap zaprezentowany jest za pomocą piktogramu ołówka. Ostatnim krokiem jest rozpoczęcie prac budowlanych, symbolizowanych przez rysunek koparki. Kończącym obrazkiem jest rysunek turbiny wiatrowej oznaczający zakończenie inwestycji.

Etapy procesu inwestycyjnego:

1. Pomiary wietrzności
Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą.
Pomiary wietrzności, trwające średnio 1–2 lata, pozwalają ocenić siłę wiatru i efektywność energetyczną inwestycji na danym obszarze. Na wyniki pomiaru wpływ mają nie tylko zasoby wiatru, który powinien wiać z prędkością powyżej 4 m/s, ale również forma terenu, przeszkody terenowe czy szorstkość terenu, która ma wpływ na rozkład prędkości wiatrów. Powierzchnia wody ma klasę szorstkości = 0, tereny uprawne z nielicznymi zabudowaniami = 1,5; miasta z drapaczami chmur = 4 .

2. Wybór lokalizacji
Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą.
Wybór lokalizacji to złożone postępowanie trwające od 2 do 5 lat, które przeprowadza się na podstawie dokonanych pomiarów, a także analizy czynników przestrzennych i środowiskowych (jak sposób zagospodarowania obszaru, obszary chronione itd.). Tereny pod farmy wiatrowe muszą być zlokalizowane w odległości nie mniejszej niż 700 metrów od siedzib ludzkich. Możliwość ich budowy musi dopuszczać miejscowy plan zabudowy i zagospodarowania przestrzennego. Należy sporządzić wstępny audyt ekologiczny, opracować koncepcję przyłączenia do sieci energetycznej i wykonać ekspertyzę wpływu inwestycji na system elektroenergetyczny.

3. Zgoda na przyłączenie do sieci.
Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą.
Wystąpienie do koncernów energetycznych o uzyskanie przyłączenia do systemu elektroenergetycznego to jedna z istotnych kwestii formalnoprawnych przy inwestycji, jaką jest farma wiatrowa. Przepisy reguluje rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 4 maja 2007 r. w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego. Uzyskanie warunków i zawarcie umowy przyłączeniowej umożliwia rozpoczęcie prac projektowych.

4. Projekt
Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą.
Etap projektowy można rozpocząć po dokonaniu wyboru lokalizacji i uzyskaniu danych na temat wietrzności. Firmy projektowe opracowują wówczas projekt budowlany.

5. Uzyskanie koncesji i rozpoczęcie prac budowlanych
Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą.
Uzyskanie w Urzędzie Regulacji Energetyki  koncesji na prowadzenie działalności gospodarczej w zakresie wytwarzania energii elektrycznej. Ustawa – Prawo energetyczne z dnia 10 kwietnia 1997 r. nakłada taki obowiązek na producentów energii o mocy wyższej niż 40 kW. Rozpoczęcie prac budowlanych na podstawie dokumentacji, przy czym prace te zwykle obejmują nie tylko turbiny, ale również niezbędną infrastrukturę: fundamenty, drogi dojazdowe, przyłączenia do sieci energetycznej.

Koniec inwestycji
Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą.
Szczegółowe informacje oraz akty prawne dotyczące procesu inwestycyjnego znajdują się na stronach Urzędu Regulacji Energetyki.

Klasyfikacja elektrowni wodnych ze względu na wartość spadu.

Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą.

W polskich warunkach można wyróżnić:

elektrownie o wysokim spadzie: poniżej 50 m,

elektrownie o średnim spadzie: od 15 do 50 m,

elektrownie o niskim spadzie (minispady): poniżej 7 m.

Przepływowa Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą. Elektrownie przepływowe nie mają zbiornika do magazynowania wody i wykorzystują naturalny przepływ wody. Mogą być budowane jako pojedyncze obiekty lub szereg obiektów wzdłuż części tej samej rzeki. Przepływy w takich elektrowniach podlegają wahaniom i są zależne od ilości opadów.

Opis grafiki: Rysunek przedstawia przekrój poprzeczny elektrowni wodnej Włocławek na Wiśle. Jest to przykład elektrowni przepływowej. Budowla umocniona jest płytami betonowymi cumującymi do dna. Posiada także galerię drenażową, czyszczarkę krat, ruchome kaptury nad generatorami, most drogowy, stanowisko transformatorów i pomieszczenie dla obsługi.

Zbiornikowo przyzaporowa

Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą.
Elektrownie zbiornikowe są podobne do elektrowni przepływowych, ale rozbudowane o zbiornik, którego zadaniem jest gromadzenie wody w okresach, gdy zapotrzebowanie na energię jest małe lub gdy przepływy przekraczają normy (po deszczach lub roztopach). Zbiorniki takie często pełnią również funkcję przeciwpowodziową.

Opis grafiki: Rysunek przedstawia elektrownię zbiornikową przyzaporową z członem pompowym w Solinie na Sanie. Wlot z zamknięciem remontowymi awaryjnym prowadzi w głąb do rurociągu, doprowadzającego wodę do turbiny. W najniższej części budowli znajdują się urządzenia kompensacyjne, pompoturbina (Francis), prądnica/silnik, hala maszyn i pomieszczenia pomocnicze.

Szczytowo pompowa

Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą.
W elektrowniach pompowych, nazywanych też szczytowo‑pompowymi, zbiorniki górne są napełniane przez pompy tłoczące wodę ze zbiorników dolnych w okresach zmniejszonego zapotrzebowania na energię (zwykle nocą).

Opis ilustracji: Rysunek przedstawia przekrój poprzeczny budynku elektrowni pompowej Żarnowiec. W części naziemnej widoczny jest słup zasilający z przewodami elektrycznymi napowietrznymi, stanowiska odgromników i pomieszczenia, które prowadzą do centralnej przestrzeni elektrowni położonej pod ziemią. Hala maszyn gdzie znajdują się główne urządzenia, generator, silnik rozruchowy, pompoturbina, zamknięcie motylowe, a także pomieszczenie urządzeń kompensacyjnych, za którym widoczne są rurociągi ciśnieniowe, wentylatornia nawiewu znajduje się tuż pod powierzchnią. Rozdzielnia graniczy z pomieszczeniem kablowym i sprężarkami. Wylot z rur ssących prowadzi do kanału odpływowego.

Klasyfikacja elektrowni wodnych szczytowo‑pompowych ze względu na sposób koncentracji spadu

Elektrownie przyzaporowe

Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą.
Woda doprowadzana jest do turbiny krótkim przepustem.

Na rysunku przedstawiono przekrój warstw elektrowni przyzaporowej. Na najwyższym poziomie widoczna jest warstwa retencyjna, odpowiedzialna za zatrzymywanie wody z rzeki i tworzenie zbiornika wodnego za zaporą. Na środkowym poziomie znajduje się warstwa energetyczna, gdzie umieszczona jest turbina wodna i generator.Na najniższym poziomie widoczna jest warstwa martwa, gdzie woda opuszcza turbinę i jest odprowadzana z elektrowni do rzeki lub innego odpływu.

Elektrownie derywacyjne

Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą.
Woda doprowadzana jest do turbiny kanałami i rurociągami ciśnieniowymi.

Opis: Rysunek pierwszy, to przykład położenia kanałów. Zapora wodna znajduje się w części najwyższej poniżej widoczny jest kanał sztolni (derywacja ciśnieniowa). W najniższej części rysunku oznaczono elektrownie wodną i kanał prowadzący do wody dolnej.

Opis: Rysunek drugi przedstawia Górną wodę, poniżej znajduje się koryto rzeki prowadzące do dolnej wody oraz kanał skracający.

Klasyfikacja elektrowni wodnych szczytowo‑pompowych ze względu na konstrukcję.

Elektrownia naziemna

Opis: Rysunek przedstawia elektrownię naziemną ze zbiornikiem górnym i ciśnieniowymi sztolniami opadowymi. Komorą wyrównawczą i napowietrzeniem. Sztolnią odpływową prowadzącą do zbiornika dolnego. Sztolniami komunikacyjną i kablową.

Elektrownia podziemna

Opis: Rysunek przedstawia elektrownie podziemną. Widoczny jest zbiornik górny i zbiornik dolny jeziora lub rzeki. Łączy je kanał otwarty. Nad kanałem znajduje się most. Kanał prowadzi do ujęcia wody, dalej znajduje się sztolnia kablowa wyprowadzenia mocy i  elektrownia. Poniżej  zbiornika dolnego przepływa rzeka.

Klasyfikacja elektrowni wodnych ze względu na rodzaj hydrozespołów

Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą.
Podział elektrowni wodnych ze względu na rodzaj hydrozespołów:

• elektrownie z turbozespołami o osiach pionowych,

• elektrownie z turbozespołami o osiach poziomych,

• elektrownie z turbozespołami rurowymi w różnych wariantach: gruszkowym (a), studniowym (b), z generatorem zewnętrznym (c), tzw. straflo (d).
  Warianty turbozespołów rurowych różnią się rozmieszczeniem poszczególnych elementów i dostępem do nich, np. turbozespół studniowy ma łatwy dostęp do generatora i łożysk przez studnię, zaś turbozespół z generatorem zewnętrznym ma do tego celu wyodrębnioną maszynownię.

Przykłady hydrozespołów rurowych

• wariant gruszkowy

• wariant studniowy

• wariant z generatorem zewnętrznym

• wariant tzw. Straflo

Opis: Rysunki przedstawiają cztery rodzaje zespołów rurowych, które wyposażone są w łopatki wsporcze i kierownicze oraz  wirnik, rurę ssącą, szyb, generator, dodatkowy wentylator oraz przekładnię. Wariant gruszkowy ma kształt przypominający gruszkę, rurę ssącą doprowadzającą wodę do turbiny. Wyposażony jest także w generator. Wariant studniowy posiada wirnik z łopatkami wsporczymi i kierowniczymi. W Wariancie z generatorem zewnętrznym woda napędza turbinę, a moc przekazywana jest na generator. Wariant tzw. Straflo posiada rurę ssącą prowadzącą do komory spiralnej, a następnie do turbiny.

Klasyfikacja turbin wodnych ze względu na wysokość spadu i szybkobieżność

Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą.

Podział turbin wodnych ze względu na wysokość spadu [H] i szybkobieżność [ns]

Banki Michella Spad równy od 1 do 60 m, prędkość obrotowa na sekundę równa od 2 do 70 obrotów do potęgi minus jeden.

Kaplana (rurowa) Spad równy od 3 do 80 m, prędkość obrotowa na sekundę równa od 450 do 1000 obrotów do potęgi minus jeden.

Francisa (pompoturbina) Spad równy od 20 do 600 m, prędkość obrotowa na sekundę równa od 50 do 450 obrotów do potęgi minus jeden.

Peltona Spad od 300 do 2000 m,  prędkość obrotowa na sekundę równa 50 obrotów do potęgi minus jeden.

Spady do jakich dostosowane są poszczególne turbiny mają ścisły związek z ich konstrukcją i sposobem przetwarzania energii. Parametry turbiny to moc [P], prędkość obrotowa [n], spad [H], średnica wirnika [D], wyróżnik szybkobieżności [ns] obliczany ze wzoru.

Opis rysunku: Widoczna jest Turbina Banki Michella w której woda napływa poziomo w stosunku do wirnika. Składa się z okrągłego wirnika z łopatkami kierowniczymi i wsporczymi, obudowy, rury ssącej oraz generatora. Obok znajduje się wzór na obliczanie współczynnika szybkości dla turbiny wodnej.

Klasyfikacja turbin wodnych ze względu na zasadę działania

Akcyjna ( natryskowa)

Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą.

Turbiny wodne dzielą się na turbiny akcyjne (natryskowe) wykorzystujące prędkość wody, oraz reakcyjne (naporowe) wykorzystujące prędkość wody i energię ciśnienia, co ma związek ze zmiennością ciśnienia w turbinie.

Turbina Peltona jest przykładem turbiny akcyjnej, zbudowanej z tarczy kołowej i łopatek w postaci czasz. Energia spiętrzonej wody zostaje zamieniona na łopatkach w energię kinetyczną, woda pod ciśnieniem atmosferycznym wprawia wirnik w ruch obrotowy.

Δdeltahs - straty spadu zachodzące przy przepływie przez rurociągi, budowle i urządzenia.

Opis: Na rysunku widoczne jest górne źródło wody oraz położna niżej główna część turbiny Peltona, zawierająca wszystkie niezbędne elementy do jej działania. Dysza precyzyjnie kieruje strumień wody na łopatki wirnika. Iglica, to element regulacyjny, który kontroluje przepływ wody przez dyszę. Widoczne są także łopatki wirnika i rura ciśnieniowa doprowadzająca wodę oraz odchylacz strugi kierujący strumień wody po zetknięciu z łopatkami wirnika.

Reakcyjna naporowa

Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą.

W turbinie reakcyjnej jaką jest np. turbina Kaplana woda przepływa przez spiralną obudowę gdzie nadany jest jej odpowiedni kierunek napływu. Regulowane łopatki kierownicze sterują wartością strumienia wody, która wpada na wirnik składający się z wieńców i łączących je łopatek wirnika. Część energii kinetycznej wody zostaje zamieniona w energię kinetyczną na kierownicy, a część na wirniku. Prędkość wody w turbinie wzrasta, podobnie jak różnica ciśnień (ciśnienie wyższe na wylocie, niższe na wylocie, dzięki zastosowaniu rury ssącej jako dyfuzora) . W trakcie pracy turbiny następuje rozprężenia czynnika roboczego.

Opis rysunku turbiny Kaplana: Turbina Kaplana to przykład turbiny reakcyjnej, która usytuowana jest między górnym a dolnym źródłem wody. Widoczne są wszystkie kluczowe elementy konieczne do jej działania: Łopatki kierownicze, łopatki wirnika, które przekształcają energię wody w energię mechaniczną, spirala doprowadzająca wodę, rura ssąca czyli przewód dostarczający wodę do turbiny z górnego źródła, generator i wzbudnica. Wokół turbiny występują kanały, tworzące odpowiedni przepływ wody.

Etapy procesu inwestycyjnego

1.     Wybór terenu
Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą.
Wybór terenu, na którym są zasoby hydrologiczne – np. rzeka o odpowiednim spadku i przepływie, a także terenu łatwo dostępnego, z możliwością podłączenia do sieci elektrycznej.

Schemat: Proces inwestycyjny w zakresie wykorzystania energii wodnej został przedstawiony w sześciu etapach, z których każdy jest reprezentowany przez piktogram. Wybór terenu opatrzony jest rysunkiem znacznika na  mapie. Następny etap to ocena oddziaływania na środowisko, co jest przedstawione za pomocą liścia. Kolejnym etapem jest opracowanie projektu, nad nazwą kroku znajduje się rysunek ołówka. Czwarty etap to wydanie pozwolenia wodnoprawnego. Piktogram przedstawia fale wody. Kolejny etap to wydanie pozwolenia na budowę reprezentowane przez rysunek pieczątki. Ostatnim krokiem jest przyłączenie do sieci z widocznym rysunkiem masztu wysokiego napięcia, zwieńczone prostym rysunkiem elektrowni wodnej symbolizującym zakończenie inwestycji.

2.     Ocena oddziaływania na środowisko
Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą.
Opracowanie oceny oddziaływania na środowisko, której dokonuje się zgodnie z ustawą z dnia 3 października 2008 r. o udostępnianiu informacji o środowisku i jego ochronie, udziale społeczeństwa w ochronie środowiska oraz ocenach oddziaływania na środowisko (Dz. U. Nr 199, poz. 1227). Zgodnie z rozporządzeniem Rady Ministrów z 9 listopada 2004 r. w sprawie określenia rodzajów przedsięwzięć mogących znacząco oddziaływać na środowisko elektrownie wodne o mocy większej niż 2,5 MW uznaje się za potencjalnie oddziałujące na środowisko i wymagają one opracowania oceny. Obiekty mniejsze niż 2,5 MW poddawane są screeningowi przez burmistrza lub prezydenta miasta w porozumieniu z regionalną Dyrekcją Ochrony Środowiska. Organy te decydują o zwolnieniu z obowiązku dokonywania oceny na środowisko.

3.     Opracowanie projektu
Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą.
Etap projektowy można rozpocząć po dokonaniu wyboru lokalizacji. Firmy projektowe opracowują wówczas projekt budowlany.

4.     Wydanie pozwolenia wodnoprawnego
Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą.
Uzyskanie pozwolenia wodnoprawnego, zgodnie z zapisami ustawy – Prawo wodne z dnia 18 lipca 2001 r., jest niezbędne w przypadku korzystania z wód do celów energetycznych. Wniosek składa się do właściwego Dyrektora Regionalnego Zarządu Gospodarki Wodnej.

5.     Wydanie pozwolenia na budowę
Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą.
Wystąpienie o pozwolenie na budowę do nadzoru budowlanego. Wraz z wnioskiem o pozwolenie składa się projekt budowlany, dokument poświadczający prawo do dysponowania nieruchomością i wydane decyzje administracyjne.

6.     Przyłączenie do sieci
Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą.
Złożenie wniosku o przyłączenie do sieci elektroenergetycznej. Uzyskanie koncesji na prowadzenie działalności gospodarczej w zakresie wytwarzania energii elektrycznej. Ustawa – Prawo energetyczne z dnia 10 kwietnia 1997 r. nakłada taki obowiązek na producentów energii o mocy wyższej niż 40 kW.

Koniec inwestycji
Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą.
Szczegółowe informacje oraz akty prawne dotyczące procesu inwestycyjnego znajdują się na stronach Urzędu Regulacji Energetyki.

Największe zasoby i energetyka wodna na świecie

Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą.
Sektor energetyki wodnej nie pozostaje bez wpływu na środowisko naturalne: budowa elektrowni wraz z zaporami i zbiornikami uniemożliwia rybom migracje, zaburza transport osadów w rzekach i powoduje erozję wgłębną koryt. Materia organiczna okresowo zalewana w zbiornikach powoduje emisję metanu.

Opis grafiki: Na ilustracji widoczna jest mapa świata z konturami kontynentów, na której zaznaczone są największe zasoby naturalne oraz źródła energii wodnej na świecie. Kolorami zostały oznaczone kluczowe obszary: Ameryka Północna, Chiny i Rosja. Na mapie zaznaczono także terytorium Polski. Mapa ta pozwala zobaczyć  globalny rozkład zasobów naturalnych oraz lokalizację głównych ośrodków produkcji energii wodnej.

Klasyfikacja urządzeń wykorzystujących energię fal ze względu na sposób działania

Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą.

Wyzwaniem przy projektowaniu i instalacji każdego z tych urządzeń jest zmienność fal i odporność na sztormy oraz korozję. Również opłacalność tego rodzaju instalacji jest trudna do oszacowania, o ile bowiem ruch fal morskich wydaje się być stałym i nieskończonym źródłem energii, to w praktyce długość okresów falowania i ciszy na morzu jest trudna do przewidzenia zarówno w poszczególnych miesiącach, jak i rok do roku.

Zasada działanie elektrowni pneumatycznej Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą. Elektrownie pneumatyczne działają dzięki wywołanej ruchem fal oscylacji powietrza w specjalnym zbiorniku Opis pierwszej grafiki: Na ilustracji przedstawiona jest elektrownia pneumatyczna, a jej działanie opiera się na wykorzystaniu energii falowania wody do produkcji energii mechanicznej i elektrycznej. Widoczna na rysunku fala wody jest kierowana na turbinę znajdującą się powyżej poziomu wody. Turbina, jest odpowiedzialna za przekształcenie energii falowania wody w energię mechaniczną.Turbina jest połączona z generatorem, który zamienia energię mechaniczną w energię elektryczną.

Zasada działanie elektrowni Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą. Elektrowni indukcyjne‑pływakowe różnych typów wykorzystują wywołany falami ruch pływaków. Urządzenia takie stosowane są w elektrowniach małej mocy lub do zasilania pojedynczych urządzeń, np. boi morskich. Opis drugiej grafiki: Na drugim rysunku przedstawiona jest zasada działania elektrowni indukcyjno‑pływakowej. Elektrownia ta wykorzystuje energię falowania wody do produkcji energii elektrycznej. Woda otacza prądnicę liniową, która osadzona jest na dnie. Połączona jest z kluczowym elementem, którym  jest pływak. Unosi się on na powierzchni wody, w celu napędzenia mechanizmu generującego energię.

Zasada działania konstrukcji przelewowej
Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą.
Elektrownie przelewowe wykorzystują przelaną przez fale i zgromadzoną w zbiorniku wodę do napędzania turbiny. Zwykle zbudowane są z pływającego lub zakotwionego zbiornika na wodę i szerokich ramion, dzięki którym napływająca woda wypełnia zbiornik. Energia wody zamianiana jest w energię kinetyczną dzięki pracy turbin.
Opis trzeciej grafiki: Na ostatnim rysunku przedstawiona jest zasada działania konstrukcji przelewowej. Konstrukcja ta wykorzystuje ruch wody w zbiorniku do produkcji energii elektrycznej. W centrum zbiornika znajduje się turbina, a po bokach zaznaczono fale, które tworzą się na powierzchni wody i napływając do zbiornika poruszają turbinę, która zamienia energię kinetyczną fal w energię mechaniczną.

Klasyfikacja urządzeń wykorzystujących energię fal ze względu na lokalizację

Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą.

Wśród urządzeń przekształcających ruch fal wodnych w energię mechaniczną można wyróżnić urządzenia przybrzeżne, stale związane z brzegiem morskim, czego przykładem będą falowe elektrownie oscylacyjne, np. Mutriku w Hiszpanii lub umieszczona na wychodzącym w morze pomoście duńska elektrownia Wave Star Energy wykorzystująca dwa rzędy 20 pływaków poruszanych przez fale.

Urządzenia instalowane w pobliżu lądu (near shore) nie mają bezpośredniego połączenia z lądem, ale zwykle są osadzone na dnie i mają stałą lokalizację. Przykładem takiego urządzenia jest Wave Dragon, elektrownia przelewowa zainstalowana na Morzu Północnym w pobliżu Danii.

Urządzenia morskie, pływające (offshore) są niezwiązane z lądem i swobodnie unoszą się na powierzchni wód, np. Wavevbob, OPT Power Buoy.

Wave Dragon, elektrownia przelewowa zainstalowana na Morzu Północnym w pobliżu Danii – przykład instalacji offshore

Opis: Na rysunku widoczny jest zbiornik wodny o wydłużonym kształcie. Zbiornik jest otwarty na górze, co umożliwia swobodne napływanie wody. Na obu końcach zbiornika znajdują się charakterystyczne pochylone rampy, które pełnią funkcję umożliwiającą falom lub wodzie przepływanie do wnętrza konstrukcji.

Klasyfikacja urządzeń wykorzystujących energię fal ze względu na lokalizację

Przepływowe

Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą.
Urządzenia przepływowe służące do przemiany energii kinetycznej fal morskich na energię mechaniczną korzystają z dobrze znanych turbin wodnych, jak turbina Kaplana. Urządzenie to zbudowane jest z regulowanych łopatek kierowniczych oraz zanurzonego w wodzie wirnika, również z możliwością regulacji. Efektywność turbiny może wynosić nawet 90%.

Opis: Na rysunku widoczny jest schemat budowy elektrowni przepływowej z turbina Kaplana. W centrum rysunku znajduje wirnik o wydłużonym kształcie. Po bokach widoczne są dwa, symetrycznie położone względem siebie, kanały, w których w górnej części umieszczone są dwie łopatki kierownicze. Strzałkami zaznaczono ruch wody w dół bezpośrednio na łopatki wirnika.

Pneumatyczne

Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą.
Elektrownie pneumatyczne, w których fale wprawiają w ruch kolumnę powietrza, wymagają zastosowania turbin powietrznych. Ich budowa pozwala na pracę tylko w jednym kierunku, niezależnie od kierunku przepływu powietrza. Jest to możliwe dzięki zastosowaniu symetrycznych łopatek wirnika. Turbina ta jest przykładem jednego z prostszych i bardziej niezawodnych urządzeń – ma niewiele ruchomych części, nie wymaga zanurzenia w wodzie, nie posiada przekładni i jest bezpośrednio połączona z generatorem. Efektywność turbiny wynosi 40–70%.

Opis: Na rysunku przedstawiony jest schemat budowy elektrowni pneumatycznej, gdzie wykorzystano jako przykład turbinę powietrzną. Obudowa elektrowni przybiera kształt walca wewnątrz znajduje się wirnik. Wirnik składa się z płasko umieszczonych łopatek, które są zamocowane na pionowym wale za pomocą pierścienia piasty mocującej. W górnej części obudowy umieszczony jest generator, który pełni kluczową rolę w przetwarzaniu energii mechanicznej generowanej przez wirnik w energię elektryczną.

Proces powstawania urządzeń wykorzystujących energię fal morskich

Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą.

Proces powstawania urządzeń i systemów pozwalających przekształcać energię fal morskich w energię elektryczną nie jest prosty, gdyż w dużej mierze są to rozwiązania nowe, eksperymentalne.

Dużą część tego procesu obejmują prace badawcze, w szczególności: Koncepcja projekt tekst produkcja. Schemat: Proces powstawania urządzeń wykorzystujących energię fal morskich przedstawiony za pomocą piktogramów z podpisami. Koncepcja reprezentowana jest przez rysunkek żarówki. Kolejny etap‑Projekt- opatrzony jest rysunkiem ołówka. Następonym krokiem jest test symbolizowany przez kartkę papieru ze znakiem czek. Ostatni piktogram przedstawia koła zębate, oznaczają one trafienie urządzenia do produkcji.

1. Koncepcja
Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą.
Opracowanie koncepcji urządzenia. U  podstaw tego procesu leży znajomość praw fizyki i dążenie do maksymalnej optymalizacji i jak największej wydajności.

2. Projekt
Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą.
Faza projektowa.

3. Test
Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą.
Faza testowa.

Produkcja
Pasek odtwarzania z nagraniem o treści tożsamej z poniższą.
Wyprodukowanie zaplanowanego urządzenia i testowanie jego wydajności, rozwiązywanie ewentualnych problemów technicznych, produkcja energii.