Energia wodna - Polski Serwis Naukowy

Zapora Gordon w Tasmanii umożliwia czerpanie 430 MW mocy z energii spadku wody.

Historycznie energię spadku wody wykorzystywano min. w młynach wodnych, jak widoczny na zdjęciu młyn w Braine-le-Château w Belgii, wybudowany w XII wieku.

Energia wodna – wykorzystywana gospodarczo energia mechaniczna płynącej wody. Współcześnie energię wodną zazwyczaj przetwarza się na energię elektryczną (hydroenergetyka, często oparta na spiętrzeniach uzyskanych dzięki zaporom wodnym). Można ją także wykorzystywać bezpośrednio do napędu maszyn – istnieje wiele rozwiązań, w których płynąca woda napędza turbinę lub koło wodne.

Czas – skalarna wielkość fizyczna określająca kolejność zdarzeń oraz odstępy między zdarzeniami zachodzącymi w tym samym miejscu. Pojęcie to było również przedmiotem rozważań filozoficznych.

Jezioro – naturalny śródlądowy zbiornik wodny, którego występowanie uwarunkowane jest istnieniem zagłębienia (misy jeziornej), w którym mogą gromadzić się wody powierzchniowe, oraz zasilaniem przewyższającym straty wody wskutek parowania lub odpływu. Większość jezior występuje na obszarach zajmowanych niegdyś przez lodowiec. Woda z topniejącego lodowca wypełniała doliny i tworzyła jeziora. Powstanie mis jeziornych wiąże się przede wszystkim z procesami geologicznymi. Zasilanie należy natomiast przede wszystkim od warunków klimatycznych. Jezioro różni się od stawu występowaniem strefy afotycznej – światło nie dociera do dna uniemożliwiając tam rozwój roślinności.

Przed wynalezieniem maszyn elektrycznych i upowszechnieniem elektroenergetyki energię wodną powszechnie wykorzystywano do napędu młynów, foluszów, kuźni, tartaków i innych zakładów przemysłowych. W latach 30. XIX wieku, w szczytowym okresie rozwoju transportu rzecznego, napęd wodny stosowano przy przemieszczaniu barek po pochylniach pomiędzy odcinkami kanałów na różnych poziomach (pochylnie takie zachowały się do dziś na Kanale Elbląskim).

Kuźnia - budynek przeznaczony do prac kowalskich. Wyposażenie kuźni to m.in. paleniska, kowadła; ewentualnie miejsca do podkuwania koni i inne stanowiska pomocnicze. Obecnie kuźnie tracą na znaczeniu ze względu na zmniejszającą się liczbę koni oraz powstawanie nowocześniejszych warsztatów mechanicznych.

Belgia, Królestwo Belgii (Koninkrijk België, Royaume de Belgique, Königreich Belgien) – państwo federacyjne w zachodniej Europie w południowych Niderlandach. Belgia jest członkiem Unii Europejskiej (UE), Unii Zachodnioeuropejskiej (UZE), ONZ oraz NATO.

Energia wodna może być znacznie tańsza od spalania paliw kopalnych lub energii jądrowej. Obszary bogate w energię wodną przyciągają przemysł niskimi cenami elektryczności. W niektórych krajach o wykorzystaniu energii wodnej zaczynają decydować względy ochrony środowiska, przeważając nad kalkulacją cen.

Energia gr. ενεργεια (energeia) – skalarna wielkość fizyczna charakteryzująca pod względem ilościowym stan układu fizycznego (materii) (z punktu widzenia termodynamiki niektóre formy energii są funkcjami stanu i potencjałami termodynamicznymi), stan i wzajemne oddziaływania obiektów fizycznych (ciał, pól, cząstek, układów fizycznych), przemiany fizyczne i chemiczne oraz wszelkiego rodzaju procesy występujące w przyrodzie.

Energia mechaniczna — suma energii kinetycznej i potencjalnej. Jest postacią energii związaną z ruchem i położeniem obiektu fizycznego (układ punktów materialnych, ośrodka ciągłego itp.) względem pewnego układu odniesienia.

Podstawy fizyczne

Źródło energii wodnej ocenia się według dostępnej mocy, to jest energii uzyskiwanej w jednostce czasu. Przy wykorzystaniu wody spadającej z pewnej wysokości dostępna moc wiąże się ze spadkiem hydraulicznym (wysokością, z jakiej spływa woda), przepływem (ilością wody spływającej w jednostce czasu) i zazwyczaj również z prędkością przepływu. W przypadku gdy woda spływa ze zbiornika (jezioro, spiętrzenie), spadkiem hydraulicznym jest różnica poziomów pomiędzy lustrem wody w zbiorniku górnym i wylotem turbiny, ponieważ ciśnienie hydrostatyczne u podstawy wynika wprost z wysokości słupa wody.

koło wodne, gatro Koło mające na obwodzie łopatki lub przegrody, poruszane siłą naporu wody, poprzednik turbiny wodnej. Najczęściej wykorzystywane do napędu młynów wodnych i narzędzi wykorzystywanych np. w tartakach lub kuźniach.

Paliwa kopalne - substancje powstałe ze związków organicznych w wyniku zalegania przez kilkadziesiąt lub kilkaset milionów lat pod ziemią, gdzie były poddane wysokiemu ciśnieniu, bez dostępu powietrza i uległy rozkładowi na:

Energia potencjalna $E$ , uwalniana podczas spadku ciała o masie $m$ z wysokości $h$ w polu grawitacyjnym o przyspieszeniu $g$ wynosi $E = mgh$ .

Elektrownia wodna wykorzystuje energię uwalnianą podczas sterowanego spadku wody z ustalonej wysokości. Energia wyzwolona w ustalonym czasie $t$ wynika więc z ilości spuszczonej w tym czasie wody: $\frac{E}{t} = \frac{m}{t}gh$

Podstawiając symbol mocy $P$ za $E/t$ i wyrażając stosunek $m/t$ przez natężenie przepływu i gęstość wody, dochodzimy to standardowej postaci tego wyrażenia:

Turbina wodna (turbina hydrauliczna) - silnik wodny przetwarzający energię mechaniczną wody na ruch obrotowy za pomocą wirnika z łopatkami. Stosowana głównie w elektrowniach wodnych do napędu prądnic. Zalicza się do: silników hydrokinetycznych; silników przepływowych.

Ciśnienie to wielkość skalarna określona jako wartość siły działającej prostopadle do powierzchni podzielona przez powierzchnię na jaką ona działa, co przedstawia zależność:

$P = \rho Sgh$

gdzie $S$ oznacza natężenie przepływu, liczone jako objętość wody wypuszczanej w jednostce czasu, zaś $\rho$ jest gęstością wody.

W układzie jednostek miar SI gęstość $\rho$ wyraża się w $kg/m^3$ , przepływ $S$ w $m^3/s$ , przyspieszenie $g$ w $m/s^2$ , wysokość $h$ w metrach, i moc $P$ w watach.

Niektóre urządzenia, np. koło wodne podsiębierne, wykorzystują energię przepływającej wody, nie wymagając do działania dużego spadku wody. W tym przypadku wyzyskuje się energię kinetyczną przepływającej wody. Teoretycznie maksymalna moc takiego źródła wynosi:

Metr to jednostka podstawowa długości w układach: SI, MKS, MKSA, MTS, oznaczenie m. Metr został określony 26 marca 1791 roku we Francji, ze względu na potrzebę korzystania z dziesiętnego systemu miar[potrzebne źródło]. W myśl definicji zatwierdzonej przez XVII Generalną Konferencję Miar i Wag w 1983 jest to odległość, jaką pokonuje światło w próżni w czasie 1/299 792 458 s.

Ciek wodny (czasami w nomenklaturze urzędowej wodociek) – ogólne określenie wszelkiego rodzaju wód powierzchniowych liniowych, płynących pod wpływem siły ciężkości, płynące stale lub w ciągu dłuższych okresów w wyżłobionych przez siebie łożyskach otwartych. Pojęcie cieku należy łączyć z płynącą wodą i korytem przez nią wyżłobionym.

$P = \frac{1}{2}\rho S v^2$

gdzie $v$ oznacza prędkość wody. Taka wydajność jest w rzeczywistości nieosiągalna, gdyż odzyskanie całej energii kinetycznej wody oznaczałoby jej zatrzymanie. Faktycznie dostępna moc wynika więc ze stopnia spowolnienia wody przez koło (różnicy średniej prędkości $v$ przepływu wody bezpośrednio przed i za kołem).

Kanał Elbląski (niem. Oberländischer Kanal, do 1945 Kanał Oberlandzki) – żeglowna droga wodna na terenie województwa warmińsko-mazurskiego. Kanał bywa błędnie nazywany Kanałem Elbląsko-Ostródzkim lub Kanałem Ostródzko-Elbląskim.

Pole grawitacyjne to pole wytwarzane przez obiekty posiadające masę. Określa wielkość i kierunek siły grawitacyjnej działającej na znajdujące się w nim inne obiekty posiadające masę. Podstawową teorią opisującą pole grawitacyjne i jego związek z cechami przestrzeni jest ogólna teoria względności (OTW), stworzona przez Alberta Einsteina.Prawo grawitacji sformułował angielski uczony Izaak Newton. Pole opisuje się poprzez podanie natężenia pola grawitacyjnego γ, czyli siły F działającej na masę jednostkową m, lub potencjału grawitacyjnego. Obrazem pola grawitacyjnego są linie pola lub powierzchnie ekwipotencjalne. Kierunek i zwrot linii pola jest zgodny z kierunkiem i zwrotem sił działających na masę punktową.

Koła wodne nasiębierne i śródsiębierne wykorzystują zarówno energię potencjalną i kinetyczną strumienia wody.

Zobacz też

Energia prądów morskich, pływów i falowania

Hydroenergetyka

Koło wodne

Turbina wodna