ZAPORA

Nie jest niezbędna we wszystkich rodzajach hydroelektrowni, większość elektrowni wodnych posiada jednak zapory. Ta przegradzająca dolinę rzeki i spiętrzająca jej wody budowla może zostać wzniesiona w rozmaitych celach: dla utworzenia zbiornika rekreacyjnego, stawu hodowlanego, zbiornika przeciwpowodziowego, po to by zapewnić zaopatrzenie w wodę lub by nawadniać uprawy. Wiele zapór miało służyć innym celom niż produkcja elektryczności, zaś elektrownie wodne dobudowano do nich dopiero później. Przykładem może być 80 tys. zapór w Stanach Zjednoczonych, spośród których tylko 2400 służy produkcji energii elektrycznej. Buduje się zapory ziemne, betonowe i – najrzadziej – kamienne. W Polsce najbardziej rozpowszechnione są zapory betonowe. Część zapory stanowią regulujące przepływ wody przelewy, umożliwiające żeglugę śluzy, przepusty, pozwalające przepływać tratwom i przepławki, dzięki którym ryby mogą wędrować w górę rzeki. W Polsce istnieje obecnie ponad 30 zapór o wysokości przekraczającej 200 m., ponieważ jednak wysokie zapory mają niekorzystny wpływ na środowisko, coraz częściej rezygnuje się z nich na rzecz zapór mniejszych. Nie każda hydroelektrownia wyposażona jest w zaporę, częścią każdej jest jednak sprzęgnięta z generatorem energii elektrycznej turbina wodna.

TURBINA WODNA

Zwana jest też silnikiem wodnym rotodynamicznym bądź też turbiną hydrauliczną. Turbina wodna to silnik, przetwarzający mechaniczną energię przepływającej przezeń wody na użyteczną pracę mechaniczną. W zależności od kierunku przepływu wody wyróżnia się turbiny wodne osiowe, diagonalne (skośne), promieniowe i styczne, zaś ze względu na przetwarzanie energii turbiny dzieli się na akcyjne, przetwarzające tylko energię kinetyczną wody i reakcyjne, które poza energią kinetyczną przetwarzają także energię ciśnienia. Wybór odpowiedniej turbiny zależy od wysokości spadu i ilości wody, którą dysponuje dana elektrownia. Turbiny akcyjne są zazwyczaj stosowane w elektrowniach o wysokim spadzie, przykładem może być używana w rzadko występujących w Polsce elektrowniach o najwyższym spadzie turbina Peltona. Dla niższych spadów odpowiedniejsze są turbiny reakcyjne, na przykład najpopularniejsza i najstarsza turbina Francisa, która znajduje zastosowanie w elektrowniach o średnio wysokim spadzie (od kilkunastu do kilkuset metrów) czy wyposażona w ruchome łopatki, skomplikowana turbina Kaplana, używana przy spadach niskich (do kilkunastu metrów).

GENERATOR

Turbina wodna zamienia energię kinetyczną na mechaniczną, zaś połączony z turbiną generator z energii mechanicznej wytwarza – czyli generuje - energię elektryczną. Praca generatora, zwanego także prądnicą opiera się na prawie indukcji elektromagnetycznej odkrytym w 1831 roku przez brytyjskiego uczonego Michaela Faradaya, który zaobserwował, że przez poruszający się w obrębie pola elektromagnetycznego przewodnik elektryczny - na przykład miedziany drut – zaczyna przepływać prąd. Tak jest też w generatorze, w którego ruchomej części zwanej wirnikiem znajdują się przewody elektryczne, obracające się na wytwarzającej silne pole elektromagnetyczne żelaznej ramie. Wirnik jest wprawiany w ruch przy pomocy turbiny, poruszającej się z kolei dzięki energii kinetycznej spadającej wody.

LINIE PRZESYŁOWE

Wyprodukowaną w elektrowni energię elektryczną transmitują na miejsce odbioru linie przesyłowe. Elektryczność nie trafia jednak do naszych domów i zakładów pracy bezpośrednio z miejsca produkcji, prąd ma bowiem niekiedy zbyt niskie napięcie, by można go było efektywnie przesyłać na dalekie dystanse. Podczas transmisji część energii elektrycznej przekształca się w ciepło i jest tym samym tracona, straty są zaś tym większe, im większy jest ładunek elektryczny prądu. By zminimalizować straty energii, elektryczność kieruje się najpierw do stacji transformatorów, które odpowiednio zwiększają jej napięcie. Ponieważ moc jest wynikiem pomnożenia napięcia przez ładunek elektryczny, a straty energii związane są właśnie z ładunkiem, opłaca się transmitować prąd o niższym ładunku i o wyższym napięciu. Taki prąd nie nadaje się jednak do użytku i dlatego nim zostanie rozdystrybuowany, jego napięcie musi zostać odpowiednio obniżone w stacjach przekaźnikowych.