Uruchomiona w 1970 r. w ramach projektu kaskady dolnej Wisły. Zaprojektowana jako jeden z ośmiu elementów systemu stopni wodnych. Po upływie niemal połowy stulecia nadal stoi na Wiśle jako samodzielny obiekt- elektrownia wodna we Włocławku to wciąż największa przepływowa elektrownia wodna w Polsce.

Podstawowe parametry

Moc zainstalowana Elektrowni Wodnej we Włocławku wynosi 160.2 MW i jest to największa elektrownia przepływowa w Polsce. Termin “przepływowa” oznacza, że bazuje ona na energii przepływającego w danej chwili przez elektrownię strumienia wody,  który napływając na łopaty turbin obraca je. Moment obrotowy przekazywany jest poprzez wał na generator synchroniczny, a ten z kolei przetwarza energię mechaniczną na energię elektryczną. We włocławskiej elektrowni pracuje 6 turbin Kaplana. Posiadają one po 4 łopaty, a średnica łopat wirnika ma długości 9 m. Turbiny tego typu mają możliwość zmiany kąta nachylenia łopat podczas pracy, pracują w osi pionowej, regulacja kąta ich nachylenia wpływa na wartość mocy hydrozespołu. “Hydrozespołem” natomiast nazywany jest element mechaniczny oraz napędzany przez niego element elektryczny.

Fot nr 1. Przekrój poprzeczny hydrozespołu

Każda z turbin Kaplana zainstalowanych we włocławskiej elektrowni jest bezpośrednio sprzężona z generatorem synchronicznym na wale w osi pionowej tworząc razem 6 hydrozespołów o mocy znamionowej 26,7 MW każdy. Prędkość obrotowa turbiny i generatora jest jednakowa i wynosi 57,7 obr/min. Para hydrozespołów wraz z transformatorem blokowym tworzy tak zwany blok energetyczny. Schemat blokowy połączenia hydrozespołów przedstawiony jest na rysunku nr 2.

Fot nr 2. Tablica synoptyczna przedstawiająca blokowy schemat połączeń elektrycznych hydrozespołów

Przepustowość znamionowa każdej z turbin, czyli nominalna ilość wody przepływająca przez turbinę w jednostce czasu  ma wartość 365 m3/s, co składa się na całkowity przełyk instalowany elektrowni równy 2100 m3/s. Dopuszczalny spad, czyli różnica między górnym (przed zaporą) a dolnym poziomem wody (za zaporą) waha się w granicach od 5,25 do 12,75 m. Spad znamionowy to 8,8 m. To oczywiste, że im wyższy spad tym większa wartość energii potencjalnej wody, a co za tym idzie więcej energii elektrycznej w etapie końcowym. Istnieją jednak pewne ograniczenia. Praca turbin przy zbyt dużym spadzie prowadzi do zjawiska kawitacji, czyli tworzenia się i zanikania pęcherzyków pary wodnej powodujących przyspieszenie procesu zużycia turbin. Oprócz tego wysokie spady stanowią duże zagrożenie dla środowiska naturalnego. Elektrownia pracuje w sposób ciągły – bez przerwy przez  365 dni w roku. Średnia roczna produkcja energii wynosi 739 GWh. Warto podkreślić, że jest to ekologicznie „czysta” energia, która nie powoduje zanieczyszczenia środowiska naturalnego, ponieważ jej produkcja (w odróżnieniu od energii z węgla) nie powoduje emisji spalin do atmosfery takich jak: dwutlenek węgla, tlenki siarki, tlenki azotów czy pyły. W Polsce w 2015 r. zawodowe elektrownie wodne wytworzyły 2261 GWh energii elektrycznej , co oznacza, że Elektrownia Włocławek miała znaczący około 30% wkład w krajową produkcję energii elektrycznej uzyskiwanej z wody .

 

Elementy składowe stopnia wodnego

Stopień wodny ulokowany na 675 km biegu Wisły składa się z zapory czołowej, jazu, elektrowni, śluzy żeglugowej, przepławki dla ryb, zbiornika zaporowego po stronie górnej Wisły.

Fot nr 3. Elementy składowe stopnia wodnego Włocławek

Zaczynając od lewego brzegu mamy tu śluzę z awanportami, która umożliwia żeglugę jednostkom pływającym. Dalej, w kierunku prawego brzegu zlokalizowana jest elektrownia typu bezhalowego z 6 hydrozespołami. Obok niej jaz, czyli żelbetowa konstrukcja utrzymująca stały poziom wody po stronie wysokiej składająca się z 10 przęseł. W normalnych warunkach eksploatacyjnych jaz jest zamknięty. Otwiera się go, gdy przepływ Wisły jest większy niż przepustowość elektrowni (prowadzi to do zwiększenia poziomu wody po stronie górnej Wisły) lub w razie konieczności przepuszczania lodu przez stopień. Pomiędzy elektrownią a jazem znajduję się niedawno zmodernizowana przepławka typu szczelinowego, by ryby mogły swobodnie przemieszczać się w górę Wisły. Od prawego brzegu umiejscowiona jest w poprzek koryta rzeki ziemna zapora czołowa o długości 650 m, uformowana z piasku pobranego z koryta rzeki. Zbiornik zaporowy nazwany Jeziorem Włocławskim lub także Zalewem Włocławskim powstał w wyniku spiętrzenia wody do rzędnej 57,30 m n.p.m.  Jest to największy pod względem powierzchni sztuczny zbiornikiem w Polsce (70,4km2, pojemność 408,4 mln m3 ). Pełni funkcję retencyjną (zabezpiecza przed powodzią w przypadku wezbrań Wisły), energetyczną oraz rekreacyjną. Malownicze krajobrazy Jeziora Włocławskiego doskonale zachęcają do uprawiania sportów wodnych, dlatego regularnie organizowane są tu ogólnopolskie regaty, a ostatnio nawet motorowodne mistrzostwa Europy (2015r.). Niewątpliwie, jest to jedno z bardziej urokliwych miejsc miasta.

Fot 4. Zachód słońca nad J. Włocławskim

W 2015 r. ukończono 2- letni remont generalny przeprowadzony w ramach projektu „Poprawa stanu technicznego i bezpieczeństwa powodziowego Stopnia Wodnego Włocławek”, polegający między innymi na rozbudowie automatycznego systemu pomiarowo-kontrolnego, remoncie jazu, śluzy z awanportami i przepławki dla ryb oraz ubezpieczeń skarpy odwodnej zapory czołowej.

Co dzieje się z wytwarzaną energią i od czego zależy jej ilość?

Źródłem energii elektrycznej jest generator synchroniczny wprawiany w ruch obrotowy przez turbinę wodną. Chłodzenie generatora odbywa się za pomocą powietrza. Wzbudzenie generatora następuje poprzez zasilenie go prądem o napięciu 240 V pochodzącym z tak zwanych szaf wzbudzenia. Jest to układ wzbudzenia statycznego, ponieważ zasilane są szczotki (część nieruchoma generatora). Pierścienie (część ruchoma) stykające się ze szczotkami zwierają obwód elektryczny i przekazują napięcie na uzwojenie wzbudzenia wirnika generatora. Pod wpływem stałych obrotów wirnika generatora i zasilania go prądem stałym w uzwojeniu stojana zaindukuje się napięcie trójfazowe o wartości 10,5 kV. Wytworzony prąd przechodzi mostami szynowymi przez rozdzielnie wewnętrzną elektrowni, a następnie za pomocą 3 transformatorów blokowych podwyższających napięcie z 10,5 kV na 110 kV przesyłany jest poprzez elektroenergetyczne linie napowietrzne do rozdzielni Włocławek Wschód połączonej z Krajowym Systemem Elektroenergetycznym. Część wytwarzanej energii elektrycznej zużywana jest na potrzeby własne do tego celu służy transformator  potrzeb własnych 10,5/0,4 kV. Obiekt jest w stanie pracować z nominalną mocą 24 h na dobę, jednak ograniczenie stanowi wielkość przepływu Wisły. Jeżeli ilość wody nie jest odpowiednio duża to uruchomienie wszystkich hydrozespołów prowadzi do osadzania się wody w korycie, dlatego w takiej sytuacji konieczne są przestoje w pracy poszczególnych turbin. Jeśli natomiast przepływ Wisły jest większy od dopuszczalnej przepustowości elektrowni, to nadmiar ten przepuszczany jest górą przez jazy w celu utrzymania stałego poziomu wody po stronie górnej. W tym przypadku należy także zadbać o to, by hydrozespół pomimo dużej ilości czynnika napędzającego nadal obracał się ze stałą prędkością. Realizuje się to poprzez zastosowanie regulatorów napięć i regulatorów obrotów. Regulacja mocy poszczególnych hydrozespołów odbywa się poprzez zmianę kąta nachylenia łopat aparatu kierowniczego. Aparat ten jest niezwykle istotny, ponieważ pozycja ułożenia jego łopat decyduje o zamknięciu (łopaty w pozycji pionowej- zatrzymanie) lub otwarciu (uruchamianiu) danego hydrozespołu. Sterowanie tym układem oraz pozostałymi elementami znajdującymi się w elektrowni (np. transformatory blokowe, pompy olejowe, pompy wody technicznej) odbywa się zdalnie w nowoczesnym stanowisku operatorowym, znajdującym się na górze elektrowni, poprzez program komputerowy obsługiwany przez pracownika monitorującego na bieżąco pracę tych urządzeń.

Fot 5. Stojan generatora

Zmiany w sposobie eksploatacji oraz zarządzanie obiektem

Kilkanaście lat wstecz elektrownia pracowała w trybie podszczytowym i interwencyjnym (w sposób nieciągły). W nocy, czyli w godzinach najmniejszego zapotrzebowania na energię elektryczną, produkcję ograniczało się do pracy z minimalnym przepływem. W tym czasie woda była zbierana na poziomie górnej Wisły. W czasie zwiększonego zapotrzebowania, tak zwanych „szczytów”, następował zrzut nagromadzonej wody, a elektrownia pracowała wtedy z maksymalną mocą. Badania wykazały, że nieregularne, nagłe zrzuty tak ogromnej masy wody do stanowiska dolnego stopnia oraz brak budowy zaplanowanego stopnia poniżej, są przyczyną przyspieszonej erozji koryta Wisły i transportu porwanego stąd rumowiska na dalsze odcinki. Zaprzestano więc tego typu działań i aktualnie już od 15 lat włocławska elektrownia pracuje jedynie w trybie przepływowym, wykorzystując przepływ jakim w danej chwili dysponuje naturalny czynnik roboczy, czyli Wisła.

 Od strony zarządzania za Elektrownię Włocławek odpowiedzialna jest grupa ENERGA, a dokładniej spółka ENERGA Wytwarzanie SA. Za pozostałe elementy stopnia odpowiada Regionalny Zarząd Gospodarki Wodnej Warszawa. Instytucje te współpracują ze sobą ze względu na położenie w jednym obiekcie. Pozostałe  jednostki podlegające pod spółkę ENERGA Wytwarzanie to elektrownia szczytowo-pompowa Żydowo, 45 małych elektrowni wodnych (MEW) o łącznej mocy 42,36 MW, 4 farmy wiatrowe (łącznie 185 MW) oraz 2 instalacje fotowoltaiczne, w tym największa w Polsce w gminie Czernikowo pod Toruniem o mocy 3,77 MW. Niestety nadal brakuje wsparcia w postaci kolejnych stopni wodnych, które odciążyłyby włocławską zaporę. Mogłaby wtedy pracować znacznie efektywniej i być eksploatowana w taki sposób, jaki pierwotnie zakładano podczas jej projektowania. Aktualnie trwa zbiórka podpisów w sprawie poparcia budowy kolejnych elementów kaskady. Organizatorzy tej akcji zapewniają, że przyczyni się to do poprawy bezpieczeństwa energetycznego i przeciwpowodziowego. Budowa nowego stopnia wodnego uzyskała poparcie ministra środowiska, wojewody kujawsko-pomorskiego oraz marszałka województwa kujawsko-pomorskiego.

Fot 6. Widok z góry na elektrownie włocławską. Widać tu także próg spiętrzający wodę po stronie górnej Wisły, który ma za zadanie imitować kolejny stopień wodny

Podsumowując, należy podkreślić fakt, że analizy wykonane w latach 70. wykazały, iż włocławska elektrownia wodna, poprzez produkcję energii spłaciła koszty swej budowy w okresie 5,5 roku.  Warto więc inwestować w kolejne elektrownie tego typu, korzystając w ten sposób z naturalnych, wodnych źródeł energii.

Ciekawostki

Z wodowskazów umiejscowionych na odcinkach Wisły poniżej Włocławka odczytywana jest ilość przepływającej wody. Na tej podstawie tworzy się krzywą uporządkowanych przepływów oraz krzywą spadów dla danych przepływów. W ten sposób prognozuje się dokładny harmonogram pracy elektrowni na kolejny dzień. Moc jaką w danej chwili będzie dysponować elektrownia jest proporcjonalna do objętościowego natężenia przepływu oraz wysokości spadu. Oblicza się ją ze wzoru:

 Nel=Q*H*9,81 [kW]  gdzie:

Nelmoc elektrowni [kW], Q-przepływ elektrowni [m3/s], H-spad [m], 9,81– wartość przyspieszenia ziemskiego [m/s2]

Dane te są przekazywane do Centralnej Dyspozycji Mocy. Możliwość sporządzenia harmonogramu pracy z tak dużą dokładnością jest niewątpliwie ogromną zaletą tego typu elektrowni.


Autor: Konrad Majewski

Pokaż więcej w  OZE, Środowisko i Klimat
Brak możliwości skomentowania

Sprawdź również

Europejski Dzień bez Samochodu – korzyść dla naszej kieszeni oraz dla środowiska

Dziś 22 września, czyli Europejski Dzień bez Samochodu. Kto wymyślił taki dzień, gdzie się…