Zielone Karpaty

Bank wiedzy

<< poprzedni artykuł następny artykuł >>

ENERGIA WÓD KARPACKICH

Marzena Stempień - Sałek

Karpaty, potężny łańcuch górski w środkowej Europie, ciągną się wygiętym ku północy łukiem przez terytorium Czech, Słowacji, Polski, Ukrainy, Węgier i Rumunii. Pod względem geologicznym i geograficznym łuk ten podzielony jest na kilka mniejszych części. Na terenie Polski leżą dwie jego części: znaczna część Karpat Zachodnich i niewielki fragment Karpat Wschodnich (pasma Bieszczadów).

Nasze Karpaty, jak prawie wszystkie góry, charakteryzują się dużymi w stosunku do obszarów sąsiednich opadami atmosferycznymi. Podczas, gdy na nizinach średni opad dla Polski wynosi 500 – 600mm rocznie, zbocza karpackie otrzymują w tym samym czasie 800 – 1500 mm wody. Opady te zasilają zarówno wody powierzchniowe śródlądowe jak i podziemne, a w rezultacie również zbiorniki morskie, tworząc zupełnie pokaźne zasoby tak istotnej dla środowiska energii odnawialnej. Energię tę możemy podzielić na dwa główne rodzaje: energię powierzchniowych wód płynących oraz energię wód geotermalnych.

Powstanie obydwu wymienionych tu typów energii związane jest z cyklem krążenia wody w przyrodzie, uruchamianym przez energię słoneczną. Cykl ten zachodzi stale i polega kolejno na: atmosferycznym opadzie wody, jej spływie powierzchniowym i przesiąkaniu w głąb skał oraz na odparowaniu z wód śródlądowych i oceanicznych. Następnie parująca woda przemieszcza się w postaci chmur, by opaść z powrotem jako deszcz, czy śnieg. Dzięki temu zjawisku zasoby wód w przyrodzie ciągle się odnawiają.

Energia powierzchniowych wód płynących

I tu dochodzimy do interesującego nas pojęcia „energia wód płynących”. Otóż opad atmosferyczny trafiając na powierzchnię ziemi charakteryzuje się energią potencjalną zależną od lokalizacji miejsca, w którym się pojawił. Poziomem odniesienia jest główny odbiorca wód – morze lub ocean. Im różnica pomiędzy wysokością tego miejsca a poziomem morza jest większa, tym większa jest również energia potencjalna wody zbieranej przez rzekę w rejonie wspomnianego opadu. Tak więc przepływ wody w rzece spowodowany jest różnicą energii potencjalnej wód w górnym i dolnym jej biegu (lub w górnym i w rejonie zapory), a energia potencjalna zamienia się w energię kinetyczną płynącej wody. Fakt ten wykorzystuje się właśnie w elektrowniach wodnych przepuszczając przez turbiny wodne płynącą rzeką wodę. Ilość energii, którą można teoretycznie uzyskać zależy od ilości płynącej wody i wysokości, z jakiej woda może spadać.

D.5 StawówPol.1660mnpm

Wróćmy jednak do naszych Karpat. Jak już wiemy, stoki Karpat otrzymują dość dużą ilość opadów. Potoki i rzeki prowadzące wodę z wysokich zboczy mają dużą energię kinetyczną. Mają również jednak nieregularny przepływ. Dużo wody niosą po wiosennych roztopach oraz po letnich obfitych opadach i burzach. Niskie przepływy notowane są najczęściej późnym latem i wczesną jesienią oraz mroźną zimą. By ustabilizować przepływ buduje się zapory piętrzące wody w zbiorniki retencyjne, a przy nich elektrownie. Najbardziej znane karpackie zbiorniki z elektrowniami wodnymi to zbiornik czorsztyński, dobczycki, rożnowski, zbiorniki zaporowe kaskady rzeki Soły (Porąbka) i Solina.

Zbiornik czorsztyński zbudowany został na Dunajcu; do pełnego użytku oddano go w 1997. Ziemna zapora położona jest w Niedzicy, na granicy Pienin Spiskich i Właściwych. Jej wysokość wynosi 56 m, długość 404 m. W rejonie zapory zlokalizowano elektrownię szczytowo pompową. Działa na tej zasadzie, że w godzinach nocnych, kiedy energia jest tania i łatwo dostępna, woda jest pompowana z dolnego do górnego zbiornika wodnego. Następnego dnia, w godzinach największego zapotrzebowania, spływając z górnego zbiornika napędza turbiny i oddaje energię elektryczną do sieci. Moc elektrowni wynosi 90 MW, roczna produkcja energii – 160 mln kWh. Zbiornik czorsztyński pełni również rolę przeciwpowodziową , rekreacyjną oraz zaopatruje okolicę w wodę.

Zbiornik Dobczycki powstał na rzece Rabie, pomiędzy Myślenicami a Dobczycami. Od 1986 woda jest spiętrzana zaporą w Dobczycach. Jej wysokość wynosi 30 m, długość 617 m. Poniżej zapory funkcjonuje elektrownia wodna o mocy 2,5 MW. Jednak głównym zadaniem Zbiornika Dobczyckiego nie jest produkcja energii, lecz dostarczanie wody pitnej (ponad 50% zapotrzebowania Krakowa) i ochrona przeciwpowodziowa. Wykorzystanie energii wody jest dla Dobczyc sprawą drugoplanową.

Zbiornik Rożnowski powstał w 1941 r, w wyniku spiętrzenia wody rzeki Dunajec, w rejonie Rożnowa. Betonowa zapora na Dunajcu ma 48 m wysokości i 550 m długości. W rejonie zapory zbudowano elektrownię wodną. Jej moc osiągalna wynosi 56 MW, a roczna produkcja energii elektrycznej sięga 125 mln kWh. Zbiornik pełni funkcje energetyczne, retencyjne i rekreacyjne. Przed II wojną światową elektrownia była elementem Centralnego Okręgu Przemysłowego. Obecnie wchodzi w skład Zespołu Elektrowni Wodnych Rożnów. Pozostałe należące do zespołu to elektrownie Czchów, Przewóz i Dąbie.

Zbiorniki zaporowe kaskady rzeki Soły

potok Chochołowski

W skład kaskad rzeki Soły wchodzą 3 zbiorniki: Tresna, Międzybrodzie i Czaniec. Pomiędzy nimi, około 10 km od Żywca, w 1979 r, zbudowano elektrownię Porąbka-Żar. Jest to druga co do wielkości w kraju elektrownia szczytowo-pompowa, unikatowa ze względu na swoją konstrukcję. Należy do elektrowni podziemnych; w skali naszego kraju jest jedyną tak wykonaną, a i w skali europejskiej stanowi ciekawy obiekt myśli inżynierskiej. Górny zbiornik wybudowany został na szczycie góry Żar. Sama elektrownia (sztolnie wodne, transportowe, pomocnicze, komora maszynowni) mieści się w wydrążonym wnętrzu tej góry. Lustro Jeziora Międzybrodzkiego znajduje się na wysokości około 318 m n.p.m., a zbiornika górnego - na wysokości około 750 m n.p.m., co daje tzw. średni spad statyczny 432 m. Moc elektrowni wynosi 500 MW.

Zbiornik Solina

Zbudowany w latach 1961-1968 spiętrza wody Sanu i Solinki. Wysokość betonowej zapory wynosi 81,8 m, rozpiętość pomiędzy brzegami - 664m. Poniżej zapory znajduje się elektrownia wodna o mocy 200 MW, zwana interwencyjno-regulacyjną. Pracuje jak pogotowie wodne – w razie nagłej potrzeby uruchamia wszystkie swoje moce.

Siklawa

Prócz dużych, wymienionych tu elektrowni wodnych, na karpackich rzekach istnieje też wiele mniejszych, prywatnych, o niewielkim zasięgu. Moc takich elektrowni jest niewielka, rzędu 30 KW. Energia z nich uzyskana wykorzystywana jest do lokalnych celów gospodarczych. Przykładem może być tu elektrownia na rzece Tabor na Pogórzu Bieszczadzkim, o łącznej mocy 30KW.

Energia wód karpackich, stosunkowo łatwa do uzyskania, budzi ostatnio w Polsce duże zainteresowanie. Wykonuje się wiele badań, monitoringów i ekspertyz dotyczących między innymi zasypywania i spłycania zbiorników materiałem naniesionym przez rzeki, wielkości obszaru chronionego przed powodziami itp. Liczne opracowania wykazują plusy i minusy budowy zapór i powstających przy nich zbiorników retencyjnych, zwracają uwagę na bilanse kosztów. Nic dziwnego - wytwarzanie energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych jest bowiem w UE sprawą priorytetową. W 2010 r w Polsce, zgodnie z dyrektywami unijnymi 7,5% wytwarzanej energii powinno pochodzić ze źródeł odnawialnych, między innymi takich jak opisane tu elektrownie wodne. W 2020 r energia odnawialna powinna stanowić 14% energii wykorzystywanej w naszym kraju.

Ale energia wodna, to nie tylko wykorzystanie górskich rzek. Karpaty kryją jeszcze jedno, i do tego całkiem duże, odnawialne źródło energii wodnej – wody geotermalne.

Wody geotermalne i ich energia

Wody geotermalne - podobnie jak wiatr, woda, słońce - są źródłem czystej energii, praktycznie niewyczerpalnym. Nie ma hałd żużlu, emisji tysięcy ton pyłów i gazów do atmosfery, które powstają przy spalaniu węgla. Energetyka geotermalna bazuje na złożach gorących wód podziemnych, wypełniających warstwy wodonośne leżące na dużej głębokości, (z reguły poniżej 1000 m). W najprostszy sposób można powiedzieć, że energia geotermalna, to ciepło Ziemi (gorącej od powierzchni aż po jądro) przekazywane nam przez jakiś nośnik. Tym nośnikiem w geotermii jest woda. Jeżeli osiąga temperaturę powyżej 120 ºC, można ją wykorzystać do produkcji energii elektrycznej. Niestety, w Polsce wody nie osiągają aż tak dobrych parametrów, dlatego też są stosowane jedynie do celów ciepłowniczych. Jednak i takie zastosowanie ma (i będzie miało w przyszłości) coraz większe znaczenie dla bilansu energetycznego, gdyż powszechne stosowanie energii geotermalnej do ogrzewania pomieszczeń zmniejsza zużycie energii nieodnawialnej.

Wodonośna niecka podhalańska

Jednym z najbardziej znanych w Polsce zbiorników wód geotermalnych jest zbiornik karpacki, leżący pomiędzy Tatrami, a pienińskim pasmem skałkowym (Pieniny są częścią tego pasma). Skały budujące zbiornik karpacki mają kształt niecki przedłużającej się w kierunku wschodnim na terytorium Słowacji. Niektóre warstwy skalne niecki niczym gąbka nasycone są interesującymi nas wodami geotermalnymi.

Wody te gromadzą się w porowatych, spękanych i skrasowiałych skałach mezozoiku, czyli triasu, jury i kredy oraz paleogenu (trzeciorzędu). Ponad takim „kolektorem” wody spoczywają młodsze skały tzw. fliszu, czyli naprzemianległych grubych warstw nieprzepuszczalnych łupków i znacznie cieńszych warstw piaskowcowych. Tak więc elementem izolującym dla naszego zbiornika są skały fliszowe, a obszarem zasilania, czyli dostarczycielem wód - Tatry .

Wody opadowe infiltrujące (czyli wsiąkające, przenikające) w tatrzańskie skały migrują z prędkością wahającą się średnio w granicach kilku metrów rocznie. Północny kierunek tego przemieszczania zgodny jest z kierunkiem coraz głębszego zapadania warstw wodonośnych. W centralnej części niecki nasze mezozoiczne warstwy wodonośne sięgają już od 2500 do 5000 m głębokości pod powierzchnią ziemi i powoli zaczynają się wypłaszczać (przyjmują układ prawie horyzontalny). Temperatura krążącej w nich wody osiąga około 100°C. Jak obliczono porównując odległość od obszaru zasilania i tempo migracji, są to wody dość młode – liczą sobie nie więcej niż 2000 lat.

Niewielka część wód termalnych nie dociera do centralnych partii niecki - pojawiają się na powierzchni ziemi w odległości 800 – 1000m od północnej krawędzi Tatr. W niektórych miejscach wypływają samoistnie. Nic więc dziwnego, że znane są od ponad 150 lat - pierwsze źródła cieplicowe (temperatura na powierzchni ziemi 20,4°C) zostały odkryte przez Ludwika Zejsznera w 1844 r, na Jaszczurówce. Wody termalne o temperaturze 36,6°C uzyskano po raz pierwszy z utworu wiertniczego w Zakopanym, na Antałówce w 1963. Do dzisiaj wykorzystywane są w basenie kąpielowym na Antałówce.

Ogrzewanie geotermalne

san

Zasobność karpackiego zbiornika oszacowano na 100 km3 wody. W połowie odległości między Zakopanym a Nowym Targiem, w miejscowości Bańska Niżna, w latach 1988 -1993 została uruchomiona pierwsza w naszym kraju grzewcza instalacja geotermalna. Z odwiertów o wydajności 670 m3/h wypływa woda o temperaturze około 88 °C. Początkowo ogrzewała kilkanaście gospodarstw. Po wybudowaniu w 2001 r trzynastokilometrowej magistrali ciepłowniczej do Zakopanego liczba odbiorców gwałtownie wzrosła.

Ciepło wód geotermalnych pobierają zarówno właściciele domów prywatnych, pensjonatów, hoteli jak i punktów usługowych. Odbywa się to w trzech etapach. Pierwszy etap to odwiert, z którego wypływa woda. W drugim etapie, dzięki wymiennikom ciepła, woda z odwiertu ogrzewa wodę we wspólnej instalacji grzewczej (magistrala do Zakopanego). W trzecim „indywidualne” wymienniki ciepła przekazują je instalacji odbiorcy. Woda wydobyta w pierwszym etapie jest ponownie wtłaczana w głąb ziemi przez specjalne otwory chłonne. Obieg jest więc zamknięty. Jedynym mankamentem tego systemu jest jeszcze dość duży koszt budowy instalacji geotermalnych. Przewiduje się jednak, ze koszty te w ciągu kilku najbliższych lat znacznie spadną.

Obecnie na Podhalu jest czynnych kilkanaście otworów z wodami termalnymi. I choć wód tych nie można wykorzystać bezpośrednio do produkcji energii elektrycznej (z powodu temperatury niższej niż 120°C), mają one jednak ogromne znaczenie. Przede wszystkim dzięki nim, w zupełnie czysty i ekologiczny sposób, można budować sieci grzewcze odciążające produkcję energii w elektrowniach. Dodatkowo, podhalańskie wody geotermalne wykorzystuje się do celów rekreacyjnych w basenach kąpielowych (Antałówka i będący właśnie w budowie basen w Bukowinie Tatrzańskiej).

Opinie:

Dodaj opinie

+ dodaj

Pytania:

Zadaj pytanie:

+ dodaj

pobierz artykuł

<< poprzedni artykuł następny artykuł >>