Modelowanie niezawodności elektrowni wodnych

Z punktu widzenia niezawodności systemów elektroenergetycznych, w szczególności ich podsystemów wytwórczych, istotne jest, że produkcja energii elektrycznej w elektrowniach wykorzystujących energię wiatru, spadku wód czy Słońca jest ograniczona dostępnością energii pierwotnej. Niezawodność elektrowni wiatrowych, wodnych lub słonecznych zależy zatem nie tylko od ich struktury technologicznej i połączenia z siecią, do której dostarczają energię, ale również od warunków geoklimatycznych czy hydrologicznych. Moc generowana przez elektrownie wodne zależy od dostępności energii pierwotnej, która w tym przypadku uzależniona jest od dostępnej wielkości natężenia przepływu oraz wysokości spadu użytecznego. W pracy została podjęta próba opisania charakteru i zmienności dostępnej energii wody. Opracowany został również prosty model dostępności energii pierwotnej dla wybranej lokalizacji w Polsce.

Pochodzenie energii wód śródlądowych jest powiązane z cyklem krążenia wody w przyrodzie (rys. 1). Cykl ten jest zasilany energią promieniowania słonecznego.

1

Rys. 1. Schemat obiegu wody w obrębie zlewni.

Rzeki w Polsce są zasilane wodą: bezpośrednio z opadów atmosferycznych, z topniejącego śniegu lub też z dopływu podziemnego. W zależności od dominującego typu zasilania można wyróżnić następujące reżimy odpływów rzecznych: niwalny (śnieżny) słabo, średnio lub silnie wykształcony, niwalno-pluwialny (śnieżno-deszczowy) i pluwialno-niwalny (deszczowo-śnieżny). W dominującej części kraju, poza terenami górskimi i podgórskimi, przeważa reżim niwalny, co oznacza że największe przepływy są związane z topnieniem śniegu i występują w marcu i kwietniu. W przypadku reżimu niwalno-pluwialnego lub też pluwialno-niwalnego pojawia się drugi szczyt przepływu przypadający na miesiące letnie, o najwyższych opadach – od maja do sierpnia. Rzeki w kraju różnią się między sobą również dobową zmiennością przepływu. Największą zmiennością charakteryzują się rzeki górskie. Są one zasilane głównie powierzchniowo. W przypadku nizin dobowa zmienność jest mniejsza, a większą rolę w zasilaniu odgrywają zgromadzone wody podziemne. Cechy te przekładają się na charakter przepływów. Rzeki górskie mogą gwałtownie wezbrać, ale wzrost przepływu jest krótkotrwały. Taka sytuacja ma miejsce najczęściej latem, po intensywnych opadach. Woda szybko spływa (powierzchniowo) po stromych zboczach zbudowanych na słabo przepuszczającym gruncie. Na nizinach przepływ jest bardziej wyrównany. Wiąże się to z mniejszym spadkiem oraz gromadzeniem wody (retencją) przez podłoże. Gwałtowniejsze wezbrania mogą mieć miejsce na wiosnę, gdy po dużych opadach śniegu i jego zaleganiu na rozległym obszarze przychodzi odwilż.