Stefan Gierlotka
Rozwój techniki wymusza wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną. W dobie rosnącego zainteresowania odnawialnymi źródłami energii, elektrownie wodne odgrywają kluczową rolę w globalnym systemie energetycznym. Energetyka wodna odgrywa szczególnie istotną rolę, oferując nie tylko czyste źródło energii, ale także zdolność do regulowania zapotrzebowania na prąd dzięki elastyczności swojego działania. Na całym świecie działają gigantyczne elektrownie, które wytwarzają ogromne ilości energii elektrycznej i odgrywają kluczową rolę w zapewnieniu stabilności energetycznej wielu krajów. Wybudowana ostatnio elektrownia Trzech Przełomów w Chinach i inne podobne, pozostają symbolem potęgi współczesnej inżynierii.
Historia rozwoju hydroenergetyki i pierwsze turbiny
Pierwszą elektrownię wodną zbudowano w 1878 roku, w Anglii nad jeziorem Cragside, w hrabstwie Northumberland, której woda napędzała dynamo Siemensa. W 1884 roku powstała elektrownia w Szkocji, w mieście Greenock koło Glasgow o mocy 30 kW. W 1888 roku powstały elektrownie wodne w Innsbrucku oraz Wüster o mocy 150 kW.
W USA w 1882 roku na rzece Fox w Appleton, w stanie Wisconsin wybudowano elektrownię wodną przeznaczoną do zasilania oświetlenia dwóch młynów papierniczych i zaplecza. W 1890 roku uruchomiono w Rheinfelden na Renie w Niemczech pierwszą większą wodną elektrownię prądu przemiennego jednofazowego. Rok później w 1891 roku Michał Doliwo-Dobrowolski zbudował pierwszą elektrownię wodną z prądnicą trójfazową w Lauffen nad Neckarem.
Intensywny rozwój elektrowni wodnych nastąpił z końcem XIX wieku. Amerykanin James Bicheno Francis (1815–1892) zbudował w 1848 roku pierwszą użyteczną turbinę wodną. Po wprowadzeniu w 1873 roku do produkcji prądnic Gramme’a, francuski producent broni podczas wojny francusko-pruskiej Hippolite Fontaine (1833–1910) zastosował do napędu tych prądnic napęd turbinami wodnymi.
Dla spadów wody z dużej wysokości specjalną turbinę zbudował w 1880 roku Amerykanin Lester A. Pelton (1829–1908). Ten typ turbin zastosowano wówczas przy budowie największej zapory w Szwajcarii Grande Dixence na jednym z dopływów Rodanu. Inna turbina skonstruowana w 1921 roku przez austriackiego inżyniera Viktora Kaplana (1876–1934) stosowana jest przy spadach od 2 do 80 m. Do elektrowni o małych spadach wody stosowano również turbinę Banki-Michella zbudowaną w 1903 roku austriackiego inżyniera Anthony Michell (1876–1934) oraz Donát Bánki (1859–1922) z Węgier.
Przełomowa inwestycja na Niagarze i standaryzacja częstotliwości
Największą inwestycją energetyczną było uruchomienie w Stanach Zjednoczonych elektrowni wodnej na wodospadzie Niagara w 1895 roku. Uruchomiona elektrownia dysponowała trzema turbinami wodnymi o mocy 5000 KM, napędzające prądnice dwufazowe o napięciu 2500 V. Wybrano dla tej elektrowni napięcie przemienne oddalając propozycję Thomasa Edisona na elektrownię prądu stałego. Przetarg na dostawę generatorów i transformatorów wygrała firma Westinghouse w Pittsburgu, dla której George Forbes (1849–1936) oraz Benjamin Lamme (1864–1924) zaprojektowali największy wówczas hydrogenerator synchroniczny. Jednostka posiadała moc 3750 kW, prędkość obrotową 250 obr/min i napięcie generowane 2500 V.
W generatorach tych zastosowano po raz pierwszy izolację z miki. Początkowo podjęto nietrafną decyzje o zastosowaniu dwufazowego prądu przemiennego i częstotliwości 25 Hz. Za wadę nowego wówczas systemu trójfazowego uznano zawiłość układu połączeń i nierównomierne obciążenie faz oraz związane z tym różnice napięć fazowych. Linia przesyłowa zbudowana w 1896 roku z Niagary do Buffalo o długości około 37 km pracowała pod napięciem międzyprzewodowym 11 kV. Dla potrzeb linii powstał nowy rodzaj transformatorów zmieniających liczbę faz z dwóch na trzy. Układ transformacji o takiej funkcji opracował Amerykanin Charles F. Scott (1864–1944). Innym rozwiązaniem układu zmieniającego liczbę faz był transformator Le Blanca, mający tę przewagę nad układem Scotta, że można go wykonać stosując rdzeń typowego transformatora trójfazowego.
W tych czasach firma Westinghouse oraz Thomson-Houston stosowała w swych maszynach częstotliwość 125 Hz oraz 140 Hz. W Europie w 1892 roku firma Ganz wybrała częstotliwość 42 Hz, a Michał Doliwo-Dobrowolski w firmie AEG stosował 30 Hz. W 1893 roku zasilania Frankfurtu wybrano system jednofazowy trójprzewodowy o częstotliwości 45 Hz. W 1896 roku dyrektor firmy AEG w Berlinie Emil Rathenau ustalił produkcję urządzeń elektrycznych dla częstotliwości 50 Hz. Decyzje oparł tym, że przy mniejszej częstotliwości występuje migotania światła z żarówek. Dla zasilania urządzeń elektrycznych inżynierowie z firmy Westinghouse’a w Pittsburgu uznali, że wielka częstotliwość utrudnia rozwój silników indukcyjnych i wybrali częstotliwość 60 Hz. Od 1897 roku w Europie za przykładem firmy AEG rozpoczęto stosować częstotliwość 50 Hz i obecnie obie te częstotliwości dominują na różnych obszarach naszego globu.
Największe elektrownie wodne na świecie
Energetyka wodna jest najbardziej rozwinięta w krajach, w których są rzeki z dużym przepływem wody i spadkiem terenu. Rzeki takie występują w krajach wilgotnej strefy klimatycznej oraz w terenach górskich: Paragwaj (na Paranie), Zambia i Mozambik (na Zambezi), Demokratyczna Rep. Konga (na Kongo), Wenezuela (na Caroni), Tadżykistan (na Wachsz), Norwegia (liczne rzeki górskie), Brazylia (Iguacu, Rio Grande i Parana), Etiopia (Nil Błękitny).
Obecnie największa na świecie elektrownia „Zapora Trzech Przełomów” o mocy 22,5 GW znajduje się w Chinach. Dalsze duże elektrownie wodne znajdują się: Itaipu mocy 14 GW na rzece Paranie dzielącej Brazylię i Paragwaj, Guri w Wenezueli na rzece Caroní o mocy 10,6 GW oraz Gran Coulee (USA) 10800 MW.
Zapora Trzech Przełomów – inżynieryjny gigant
Zapora Trzech Przełomów jest największą hydroelektrownią na świecie pod względem mocy. Tamę i elektrownię zbudowano na rzece Jangcy w centralnej prowincji Chin – Hubei. Moc elektrowni wynosi 22,5 GW. W elektrowni zainstalowano 32 generatorów, o mocy 700 MW i 2 dodatkowe o mocy 50 MW. Elektrownia byłaby w stanie pokryć zapotrzebowanie na energię elektryczną dla całej Polski. Tama ma długość ponad 3 km i wysokość 181 metrów. Przy podstawie ściana budowli ma grubość 115 m. Wytworzony przez tamę zalew ma długość 660 km. Napełnianie zbiornika zakończono w 2010 uzyskując poziom wody wynoszący 175 m. Zapora ma chronić okolicę przed powodziami, a także zwiększyć żeglowność rzeki, aby statki oceaniczne o wyporności powyżej 10 tys. ton wpływały w głąb lądu. Budowa rozpoczęła się w roku 1993, a została zakończona 2011 roku. W trakcie budowy przesiedlono 1,4 mln osób.

Elektrownie Itaipu i Grand Coulee
Elektrownia Itaipu, o mocy 14 GW posiada 20 generatorów prądu, o mocy 700 MW wytwarzające napięcie 18 kV. Wśród 20 generatorów wytwórczych, dziesięć pracuje na częstotliwości sieci elektrycznej Paragwaju 50 Hz , a dziesięć na częstotliwości brazylijskiej sieci elektrycznej 60 Hz. Usytuowana na rzece Paranie, na granicy państw Brazylii i Paragwaju produkuje rocznie 93,4 TWh energii. Elektrownia pokrywa 25% zapotrzebowania na energię w Brazylii oraz 95% zapotrzebowania w Paragwaju. Elektrownię budowano w latach 1975 do 1983 roku.


Elektrownia Grand Coulee w USA na rzece Kolumbii, w stanie Waszyngton. Zbudowana zapora ma 167 metrów wysokości i 1300 metrów długości. Pojemność jeziora zaporowego wynosi 11,6 miliarda metrów sześciennych, natomiast elektrownia wodna posiada moc 10,8 MW.
| Elektrownia | Rzeka | Kraj | Moc w MW | Rok uruchomienia |
|---|---|---|---|---|
| Trzech Przełomów | Jangcy | Chiny | 22500 | 2010 |
| Itaipu | Parana | Brazylia | 14000 | 1984 |
| Grand Coulee | Kolumbia | USA | 10800 | 1942 |
| Guri, Raul Leoni | Caroní | Wenezuela | 10600 | 1968 |
| Tucuruii | Tocantins | Brazylia | 7500 | 1985 |
| Sajano-Suszenskaja | Jenisej | Rosja | 6400 | 1980 |
| Krasnojarska | Jenisej | Rosja | 6096 | 1963 |
| Corpus-Posadas | Parana | Argentyna | 6000 | W budowie |
| Le Grande 2 | Le Grande | Kanada | 5328 | 1982 |
| Churchill Falls | Churchill | Kanada | 5225 | 1971 |
| Bracka | Angara | Rosja | 4600 | 1964 |
| Ust-Ilimska | Angara | Rosja | 4500 | 1974 |
| Cabora Bassa | Zambezi | Mozambik | 4150 | 1974 |
| Rogun | Wachsz | Tadżykistan | 3600 | 1985 |
| Paulo Alfonso | San Francisco | Brazylia | 3410 | 1954 |
| Salto Santiago | Iguaçu | Brazylia | 3330 | 1980 |
| Pati Chapeton | Parana | Argentyna | 3300 | 2009 |
| Ilha Soltiera | Paranaiba | Brazylia | 3200 | 1975 |
| Inga | Kongo | Zair | 2820 | 1974 |
| Gezhouba | Jangcy | Chiny | 2715 | 1982 |
| John Day | Kolumbia | USA | 2700 | 1969 |
| Nurek | Wachsz | Tadżykistan | 2700 | 1976 |
| Sao Simao | Paranaiba | Brazylia | 2680 | 1979 |
| Le Grande 4 | Le Grande | Kanada | 2640 | 1984 |
| Wołgogradzka | Wołga | Rosja | 2560 | 1958 |
| Asuańska | Nil | Egipt | 2100 | 1970 |
Hydroelektrownie w Polsce – potencjał i realizacje
Na terenie Polski w 1910 roku rozpoczęto budowę elektrowni na rzece Raduni niedaleko Gdańska. W 1923 roku wybudowano elektrownię wodną w Gródku na rzece Wdzie (województwo kujawsko-pomorskie) o mocy 3,5 MW. W okresie międzywojennym posiadaliśmy 12 elektrowni wodnych, a ich łączna moc wynosiła zaledwie 18 MW. Przed drugą wojną światową największa elektrownia w Polsce pracowała w Gródku na Pomorzu (3,9 MW) i zasilała w energię elektryczną Gdynię.
W wyniku powojennych zmian terytorialnych Polska uzyskała na ziemiach zachodnich kilkadziesiąt zakładów hydroenergetycznych, a w tym większe elektrownie w Pilchowicach i Dychowie na Bobrze. Ogólna moc naszych elektrowni w roku 1946 wzrosła do 160 MW. Okres powojenny przyniósł stopniową rozbudowę elektrowni wodnych. Dopiero lata sześćdziesiąte przyniosły uruchomienie kilku dużych elektrowni wodnych.

Zasoby hydroenergetyczne Polski szacuje się na 13,7 TWh rocznie, z tego w elektrowniach wodny wykorzystywane jest z tylko 12%. Krajowe elektrownie wodne stanowią zaledwie 7,3% mocy zainstalowanej w krajowym systemie energetycznym. Obecnie w Polsce istnieje około 590 elektrowni wodnych, z których większość posiada moc poniżej 5 MW. Największymi polskimi elektrowniami wodnymi są: Żarnowiec (716 MW), Porąbka-Żar (500 MW) i Solina (200 MW).
Elektrownie wodne cechuje wyjątkowa różnorodność rozwiązań wynikająca z konieczności każdorazowego dostosowania się do istniejących warunków lokalnych. W aspekcie ekonomicznym elektrownie wodne w systemie energetycznym realizują: prace programową dla wyrównania dobowych obciążeń szczytowych, pracę regulacyjną dla pokrywania szybkich zmian obciążenia w czasie oraz pracę interwencyjną w przypadku nagłych zmian obciążenia w systemie. Z punktu widzenia sposobu gospodarowania przepływem wody rozróżnia się elektrownie przepływowe, zbiornikowe, zbiornikowe z członami pompowymi i pompowe.
Kluczowe obiekty hydroenergetyczne w Polsce
Zespół Elektrowni Wodnych Solina-Myczkowce S.A. to Elektrownia Solina i Elektrownia Myczkowce na sztucznych zbiornikach wodnych na rzece San. Budowa zespołu elektrowni trwała 12 lat. Elektrownia Myczkowce – przepływowo-wyrównawcza z 2 turbozespołami z turbinami typu Kaplana o mocy zainstalowanej 8,3 MW budowana była w latach 1956–1960. Elektrownia Solina budowana w latach 1961–1968, posiada zaporę wodną o wysokość 82 m. W 2003 roku po modernizacji zwiększono moc elektrowni ze 136 MW do 200 MW. Elektrownia Solina z 4 turbozespołami typu Francisa o mocy zainstalowanej 200 MW produkuje rocznie około 112 GWh. Dwie turbiny rewersyjne pompują wodę z Jeziora Myczkowskiego do Solińskiego.
Zapora Porąbka – zapora wodna wybudowana w latach 1928–1937 między Porąbką a Międzybrodziem Bialskim. Wybudowana zapora o wynosi 37,3 m i długość 260 m, spiętrza wody rzeki Soły, tworząc Jezioro Międzybrodzkie. Przy zaporze znajduje się elektrownia wodna zbudowana w latach 1951–1954. Elektrownia posiada dwa hydrozespoły Kaplana o mocy 6,1 MW i jeden turbozespół typu Francisa o mocy 0,4 MW pracujący na potrzeby własne.
Elektrownia szczytowo-pompowa Porąbka-Żar – uruchomiona w 1979, jest wyposażona w cztery hydrozespoły odwracalne typu Francisa o mocy 500 MW (4 × 125 MW) dla pracy turbinowej oraz 540 MW (4 × 135 MW) dla pracy pompowej. Elektrownia wykorzystuje jako zbiornik dolny zaporowe Jezioro Międzybrodzkie, którego zapora znajduje się w Porąbce. Górny zbiornik wybudowany jest na szczycie góry Żar. Średni spad statyczny 432 m. Czas pompowania wody do zbiornika górnego to 5,5 godziny. Sprawność cyklu elektrowni wynosi 75%.
Elektrownia Wodna we Włocławku na rzece Wiśle budowana w latach 1963–1970. W wyniku wybudowania elektrowni powstało jezioro zaporowe. W elektrowni o spadzie wodnym 8,80 m zainstalowano 6 hydrozespołów z turbinami Kaplana o mocy łącznej 160,2 MW.
Elektrownia szczytowo-pompowa Żydowo o mocy 156 MW (powiat koszaliński) uruchomienia w 1971 roku. Dwa naturalne sąsiednie jeziora Kamienne i Kwiecko, o różnicy 82 m w poziomach lustra wody, połączono trzema stalowymi pięciometrowej średnicy rurociągami. W ciągu sekundy na łopatki turbin o mocy 156 MW kierowanych jest 240 metrów sześciennych wody. Podczas nocnej nadwyżki energii w sieci, dwa turbozespoły odwracalne ponownie wpompowują trzy miliony metrów sześciennych wody do górnego zbiornika.
Elektrownia Wodna Żarnowiec położona w miejscowości Czymanowo nad jeziorem Żarnowieckim w województwie pomorskim. Elektrownię uruchomiono w 1983 roku i jest największą w Polsce elektrownią szczytowo-pompową. W początkowym okresie elektrownia miała spełniać rolę akumulatora energii dla powstającej w pobliskim Kartoszynie Elektrowni Jądrowej Żarnowiec. Zbiornik górny wody dla elektrowni stanowi sztuczne jezioro Czymanowo o powierzchni 122 ha, a zbiornik dolny stanowi Jezioro Żarnowieckie. Elektrownia wyposażona jest w cztery hydrozespoły o mocy 179 MW, razem 716 MW.
| Rodzaj elektrowni | Nazwa elektrowni | Moc zainstalowana [MW] |
|---|---|---|
| szczytowo-pompowa | Żarnowiec | 700 |
| szczytowo-pompowa | Porąbka-Żar | 500 |
| szczytowo-pompowa | Żydowo | 156 |
| przepływowa | Włocławek | 160 |
| przepływowa | Solina | 200 |
| przepływowa | Dychów | 80 |
| przepływowa | Rożnów | 50 |
Zasada działania elektrowni szczytowo-pompowych
Elektrownie szczytowo-pompowe umożliwiają magazynowanie energii w okresie małego zapotrzebowania na nią przez pompowanie wody ze zbiornika dolnego do górnego. Natomiast w okresie większego zapotrzebowania energia wyzwalana jest przez spuszczane wody ze zbiornika górnego do dolnego rurami w dół na turbiny z generatorem.
Małe elektrownie wodne (MEW)
Ostatnio coraz większą uwagę poświęca się energetycznemu wykorzystaniu niewielkich cieków wodnych przez budowę tzw. małych elektrowni wodnych. Dotyczy to tych cieków, na których istnieją już urządzenia piętrzące wykorzystywane do innych celów. Budowane małe elektrownie wodne wykorzystują spady wód o wysokości od 2 m do 10 m. Z tego powodu stosowane są turbiny reakcyjne typu Francisa, Kaplana oraz Michaela-Banki. Sprawność nowoczesnych małych elektrowni wynosi około 65%. Budowa takich elektrowni jest kapitałochłonna, z okres zwrotu inwestycji wynosi od 5 do 15 lat. Takie inwestycje mogą być dofinansowane z środków Unii Europejskiej.
Fizyka i technika: Jak działa elektrownia wodna?
Energetyka wodna opiera się przede wszystkim na wykorzystaniu energii wód o dużym natężeniu przepływu i dużym spadzie mierzonym różnicą poziomów wody górnej i dolnej z uwzględnieniem strat przepływu. Podstawową rolę w przemianie energii płynącej wody w energię elektryczną (w elektrowni wodnej) odgrywa energia potencjalna. W turbinach wodnych następuje zamiana energii potencjalnej na energię kinetyczną, a ta następnie w prądnicach jest zamieniana na energię elektryczną.
Moc P (W) elektrowni wodnej wykorzystującej rozpatrywany odcinek cieku wodnego:
P = Q ρ g Hu η
gdzie:
Q – przełyk turbiny, strumień objętości wody przepływającej przez turbinę, m3/s,
Hu = hA– hB – ∆hs – spad użyteczny, uwzględniający straty spadu ∆hs w zbiorniku i przewodach doprowadzających wodę do turbin,
η – sprawność elektrowni,
ρ – gęstość wody,
g – przyspieszenie ziemskie.

Warunkiem otrzymania dużej mocy jest koncentracja w możliwie ograniczonym obszarze dużej różnicy poziomów oraz dużego przepływu wody. Z uwagi na brak naturalnej koncentracji spadu dla elektrowni wodnych stwarza się sztuczne spady przez spiętrzanie górnego poziomu wody oraz obniżanie dolnego poziomu.
Rodzaje turbin wodnych: Peltona, Kaplana, Francisa
Elektrownie wodne zbiornikowe działają na zasadzie wykorzystania energii potencjalnej masy wody spadającej z wysokości, zwanej spadem. W miarę spadania wody jej energia potencjalna przekształca się w energię kinetyczną przekazywaną turbinie.
Turbiny wodne dzielą się na dwa zasadnicze rodzaje: turbiny wodne akcyjne (natryskowe, przetwarzające tylko energię kinetyczną wody) oraz reakcyjne (naporowe, przetwarzające energią kinetyczną oraz energię ciśnienia wody). Wybór odpowiedniej turbiny zależy od wysokości spadu i ilości wody. Turbiny akcyjne są zazwyczaj stosowane w elektrowniach o wysokim spadzie, np. turbina Peltona używana w elektrowniach o najwyższym spadzie. Dla niższych spadów odpowiedniejsze są turbiny reakcyjne, na przykład turbina Francisa, czy wyposażona w ruchome łopatki, skomplikowana turbina Kaplana, używana przy spadach niskich (do kilkunastu metrów).
Z wymienionych typów tylko turbina Peltona jest turbiną akcyjną, tzn. taką, w której energia potencjalna spiętrzenia wody jest zamieniana w specjalnych dyszach na energię kinetyczną ruchu obrotowego. W turbinach reakcyjnych stosuje się odpowiednio ukształtowaną komorę wlotową w postaci spirali. W nieruchomych kierownicach tej komory tylko część energii wody zostaje zamieniona na energie kinetyczną prze wlotem do wirnika, a pozostała część w wirniku. W turbinach rurowych komory wlotowe mają prostsze kształty dopasowane do obudowy generatora.
- Turbina Peltona z 1880 roku, składa się z tarczy kołowej oraz umieszczonych na jej obwodzie łopatek w postaci podwójnych czasz. Z dyszy iglicowej wypływa woda z dużą prędkością i uderza w łopatki przekazując im swą energie kinetyczną. Wirnik turbiny znajduje się w powietrzu i łopatki nie stykają się z lustrem wody na dolnym poziomie. Dysza iglicowa pozwala regulować strumień wody zależności od obciążenia turbiny. Turbiny te są stosowane do najwyższych spadów wody.

- Turbina Kaplana z 1918 roku, posiada wirnik formą zbliżony do śruby okrętowej, przy czym ma na czopach obracane łopatki. Czopy łopatek roboczych są osadzone w piaście wirnika, w której znajduje się też napęd łopatek. Woda doprowadzona do spiralnej komory przepływa przez łopatki kierownicze, zwiększając prędkość promieniowo na całym obwodzie wirnika naciera na jego łopatki. Modyfikacja turbiny Kaplana jest turbina rurowa stosowana w elektrowniach wodnych niskospadowych i pływowych.

- Turbina Francisa z 1849 roku, składa się z dwóch wieńców oraz łączących je nieprzestawianych łopatek, które tworzą kanały o przekroju zmiennym w kierunku przepływu wody. Jest to turbina reakcyjna. Woda dopływa do turbiny poprzez spiralną obudowę i przez nastawialne łopatki kierownicze jest kierowana promieniowo na wirnik. Na bazie tej turbiny powstała maszyna rewersyjna tzw. pompoturbina, która zależnie od kierunku wirowania może pracować jako turbina lub pompa.

- Turbina Banki-Michella z 1903 roku, jest maszyną przepływową z wałem poziomym. Woda dopływająca rurą trafia na pojedynczą łopatkę kierowniczą, która zmienia przekrój wlotowy. Przepływ wody przez wirnik jest poprzeczny do wnętrza, a następne w dół i na zewnątrz. Turbina ta jest najprostszą i najtańsza turbiną, a przydatność znalazła w małych elektrowniach przepływowych o mocy do kilkudziesięciu kilowatów.

Hydrogeneratory współpracujące z turbiną wodną cechuje mała prędkość obrotowa (około 360 obr/min). Posiadają dużą liczbę par biegunów.
| Typ turbiny | Spad [m] | Przełyk [m³/s] |
|---|---|---|
| Peltona | 50–1200 | 0,1–50 |
| Francisa (pompoturbina) | 10–600 | 0,5–1000 |
| Kaplana (rurowe) | 3–80 | 5–1000 |
| Banki-Michella | 1–60 | mały |
Elektrownie pływowe – energia z oceanów
Poziomy mórz i oceanów ulegają okresowym oscylacjom. Obserwujemy na wybrzeżach dwukrotnie w ciągu doby podnoszenie się poziomu wody i napływu na wybrzeże, co nazywamy przypływem, a następnie obniżenie poziomu wody zwanym odpływem. Zjawiska te nazywamy pływami i związane są z oddziaływaniem grawitacyjnym Księżyca na wody mórz i oceanów. Na zjawiska pływów oprócz przyciągania wywieranego przez Księżyc wpływ posiada również przyciąganie słoneczne. Mają one okres około 12 godzin, co stanowi połowę okresu miedzy kolejnymi kulminacjami Księżyca. Siłą powodującą występowanie pływów jest różnica przyciągania wywieranego przez Księżyc i Słońce na powierzchnię Ziemi. Wysokość pływów zależy od linii brzegowej osiągając największą wartość w zatokach i cieśninach. W zatoce Fundy w Kanadzie wysokość fali przypływowej dochodzi do 21 m. W morzach wewnętrznych pływy są bardzo małe np. w Świnoujściu na Bałtyku wysokość pływu wynosi około 2 cm.
W korzystnych warunkach topograficznych możliwe jest wykorzystanie energii pływów. Ujście rzeki o wysokich brzegach stwarza możliwość budowy zapory pozwalającej na wpłynięcie podczas przypływu wód z morza poprzez turbiny w dolinę rzeki i jej powrotne wypłynięcie poprzez turbiny do morza podczas odpływu.
We Francji wybudowano w 1967 roku zaporę na lejkowatym ujściu rzeki Ranca do Kanału La Manche, która gromadzi energię wody do napędu turbin powstałej tam elektrowni pływowej. Różnica poziomów pływu morza wynosi od 8 m do 13,5 m, zależnie od wzajemnego układu Słońca i Księżyca. Przy przypływie woda z morza wpływa przez sześć bram o wymiarach 10 na 15 m i napędza 24 turbiny o mocy 10 MW, zainstalowane na dole zapory. Pod koniec przypływu tamę zamyka się. Przepływające przy przypływie masy wody są gromadzone w zbiorniku za tamą i podczas odpływu wracają do morza, napędzając ponownie turbiny. System ten wymaga turbin działających w dwu kierunkach, ponieważ woda przepływa zarówno podczas przypływu jak i odpływu. Turbiny typu Kaplana mają średnicę 5,35 m i pracują z prędkością 91 obr/min. Przepływ wody zależy od poziomu wysokości jej spiętrzenia. Przy wysokości 9 m spiętrzonej wody przez turbiny przepływa 130 m3/s. Gdy wysokość poziomu spiętrzonej wody obniży się do 5 m, przez turbiny przepływa 260 m3/s. Generatory synchroniczne o napięciu 3,5 kV wytwarzają moc 10 MW przy prędkości obrotowej 91 obr/min. Francuska elektrownia pływowa o mocy 240 MW wytwarza rocznie energię około 600 milionów kWh.
Elektrownie pływowe pracują również na rzekach: zatoki Fundy w Kanadzie, w stanie Maine na północno-wschodnim wybrzeżu USA oraz w Chinach, Rosji i Indiach. Elektrownia pływowa w Fundy Bay na wschodnim wybrzeżu Kanady, gdzie pływy dochodzą do 21 m, posiada moc 3800 MW, czyli 15 razy więcej niż elektrownia na Rance.
Stefan Gierlotka – Polski Komitet Bezpieczeństwa w Elektryce SEP















