Energetyka wodna – energetyczne zagospodarowanie potencjału płynącej wody. Energię płynącej wody wykorzystuje się do produkcji energii elektrycznej. Zakładem produkującym energię elektryczną z energii jaką posiada spiętrzona, lub płynąca woda jest elektrownia wodna.

Typy elektrowni wodnych

Zapory
Są to budowle, które umożliwiają spiętrzenie wody w celu zwiększenia energii potencjalnej wody a co za tym idzie uzyskania większej ilości energii elektrycznej. Im większa energia potencjalna wody tym więcej energii możemy uzyskać.

Wyróżniamy zapory:

• Ciężkie (betonowe, żelbetowe, kamienne, ziemne)
• Półciężkie (filarowe)
• Lekkie (żebrowo-płytowe)

Według wytycznych zapora jest uznawana za małą, jeżeli jej wysokość mierzona od poziomu posadowienia korony nie przekracza 15 m, a długość 500 m.

Elektrownie szczytowo-pompowe
Elektrownie szczytowo pompowe mają za zadanie wytwarzanie energii elektrycznej w momencie największego na nią zapotrzebowania. Gdy nagle wzrasta zapotrzebowanie na prąd energia zmagazynowanej wody w zbiorniku jest uwalniana. W zaś nie ma potrzeby by elektrownia ją uwalniała, wody jest pompowana do górnego zbiornika. Wraz ze wzrostem wysokości rośnie energia potencjalna wody.

Elektrownie przepływowe
Elektrownie przepływowe mają na celu wykorzystanie energii płynącej wody bez dodatkowego jej spiętrzania. Nie ma konieczności budowania sztucznych zbiorników wodnych. Woda przepływa przez elektrownie w swobodny sposób, ponieważ wykorzystywana jest energia naturalnych cieków wodnych. Najlepiej jednak budować jest takie elektrownie w miejscach o wysokim spiętrzeniu wody.

Elektrownie pływowe
Elektrownie pływowe opierają się na energii pływów morskich. Wykorzystywana jest energia potencjalna spiętrzonej wody. Elektrownie takie przystosowane są do cyklicznych zmian wysokości pływów w ciągu doby, co pozwala efektywnie je wykorzystywać.

Małe elektrownie wodne
Małe elektrownie wodne (określane skrótem MEW) to instalacje o mocy poniżej 5 MW. Ze względu na regulacje prawne moc takich elektrowni różni się w poszczególnych krajach (np. w USA elektrownie MEW są tymi do 15 MW, a w krajach skandynawskich granica ta wynosi 2MW). Nie mają one zagrażającego wpływu na środowisko.

Jaz – budowla, której celem jest utrzymanie określonego poziomu rzeki w różnych celach np. bezpieczeństwa czy żeglugi. Jazy dzielimy ze względu na konstrukcję na jaz stały lub ruchomy. Budowana jest ona w poprzek rzeki lub kanału.

---

Podstawowym elementem każdej elektrowni wodnej jest turbina wodna, która zastąpiła wykorzystywane pierwotnie koło wodne.

Turbina wodna – urządzenie wytwarzające energię elektryczną, które opiera się wykorzystaniu energii prędkości i ciśnienia wody. Przepływająca woda wytwarza moment obrotowy, który jest wykorzystywany do produkcji energii elektrycznej. Zależnie od sposobu doprowadzenia wody do wirnika turbiny wodne dzielimy na:

• akcyjne (natryskowe) (turbiny: Peltona, Turgo, Banki – Mitchella) – w turbinach akcyjnych woda zostaje doprowadzona do wirnika pod ciśnieniem atmosferycznym. Wykorzystana jest więc energia kinetyczna. Takie turbiny stosowane są przy dużych spadach wody co sprawia, że prędkość strumienia jest bardzo duża.
• reakcyjne (naporowe) (turbiny: Francisa, Deriaza; turbiny Kaplana)- w turbinach reakcyjnych ciśnienie wody jest wyższe od atmosferycznego i zmniejsza się ono podczas przepływu wody między łopatkami wirnika. Wykorzystane są w tym przypadku oba rodzaje energii: energia ciśnienia wody oraz energia kinetyczna.

Podstawowe znaczenie przy energetycznym wykorzystaniu cieku do produkcji energii elektrycznej jest spad, czyli różnica rzędnych zwierciadła wody, która mierzona jest bezpośrednio przed i za elektrownią wodną. Wyrażany jest w odpowiedniej jednostce długości, wg SI w metrach.

---

Schemat elektrowni wodnej

• Zapora lub jaz – elementy spiętrzające wodę w korycie rzeki. Są to podstawowe elementy, na które składa się elektrownia woda
• Kolejnym elementem instalacji wodnej produkującej energię elektryczną z wody jest turbina wodna. Wybierając odpowiednią turbinę wodną do danych warunków należy uwzględnić natężenie przepływu wody w rzekce oraz spad użyteczny wody. Turbiny wodne różnią się od siebie konstrukcją, jednak w każdej z nich możemy wyróżnić kilka podstawowych elementów: kierownica, korpus oraz przymocowane do korpusu łopatki
• Generator czyli urządzenie, które przetwarza ruch obrotowy wytwarzający się na turbinie na energię elektryczną przesyłaną następnie do sieci
• Śluza zamykającą dopływ wody do turbiny
• Kratę chroniącą przed dostawaniem się do turbiny zanieczyszczeń
• Transformator zmieniający parametry prądu (napięcie i natężenie)

---

Parametry energetyczne turbiny

Stan turbiny wyznaczają takie parametry energetyczne jak: spad, przełyk, moc, prędkość obrotowa turbiny.

• Wysokość spadu H = [m]. Do wyznaczenia spadu użytecznego turbiny brana jest pod uwagę różnica wysokości  między wlotem i wylotem z turbiny.
• Sprawność turbiny ηt = (ułamek lub [%]) Sprawność turbiny to stosunek mocy użytecznej do mocy surowej. Jest to iloczyn sprawności objętościowej, hydraulicznej i mechanicznej.
• Przełyk przez turbinę Q = np.[m3/s]. Przełyk to objętość wody doprowadzonej do turbiny w czasie jednej sekundy.
• Uzyskana moc N = [W], [kW] itp. Wyróżniamy dwa rodzaje mocy: moc surowa, wynikająca z przełyku i spadu użytecznego, oraz moc użyteczna, czyli moc na wale turbiny wynikająca z mocy surowej i sprawności turbiny.
• Prędkość obrotowa n = [obr/min] Liczba obrotów wykonywanych przez wał turbiny wczasie 1 minuty.  Jest ona jasno określona dla danego spadu i dla każdej turbiny indywidualnie.

Źródło: zielonaenergia.eco.pl