Dzięki uszczelnieniom i materiałom dostosowanym do konkretnych zastosowań, Freudenberg Sealing Technologies zapewnia wysoką i zrównoważoną wydajność w wytwarzaniu energii wodnej.
Bezpieczne, stabilne i wydajne działanie elektrowni wodnych jest kamieniem węgielnym przyszłego koszyka energetycznego o zerowej wartości netto. W zależności od warunków regionalnych i klimatycznych, energia wodna wytwarzana z energii przepływu może stanowić ponad 80% energii elektrycznej produkowanej w danym kraju. W tym obszarze Norwegia jest obecnie liderem z 89%, następnie Kanada z 62%, Brazylia z 60% i Szwajcaria z 55%. Freudenberg Sealing Technologies rozumie wyzwania związane z obsługą systemów energetycznych, które muszą zapewniać niezawodne, całodobowe działanie. Unikanie przestojów ma kluczowe znaczenie i jedno jest pewne: ani turbiny, ani zawory nie mogą funkcjonować bez precyzyjnie dopasowanych uszczelek. Materiały uszczelniające Freudenberg Sealing Technologies tworzą bezszwowe połączenia między elementami mechanicznymi systemów. Mogą wytrzymać zamarzanie wody i wahania ciśnienia, a także słoną wodę, zachowując przy tym swój kształt.
Rodzaje elektrowni wodnych: przegląd
Ludzie wykorzystywali ogromną energię płynącej wody przez tysiące lat – na przykład do nawadniania pól i napędzania kamieni młyńskich. W przeszłości spuchnięte drewno lub skórzane paski służyły jako prowizoryczne uszczelnienia. Obecnie dostępne są znacznie bardziej wydajne materiały uszczelniające, które przekształcają moc wody w energię użytkową. Każdy typ elektrowni wodnej ma specyficzne wymagania, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze odpowiedniego materiału. Na lądzie rozróżniamy elektrownie przepływowe i przekierowujące, które są instalowane w strumieniach i na rzekach. Z kolei elektrownie szczytowo-pompowe i kawernowe są wykorzystywane głównie jako zbiorniki energii. Aby uchwycić nieskończoną energię oceanów, elektrownie pływowe wzdłuż linii brzegowych osiągnęły obecnie dojrzałość rynkową. Aby poznać ekstremalne środowisko, w którym materiały uszczelniające muszą działać z najwyższą wydajnością, należy przyjrzeć się bliżej turbinom napędzanym masami wody.
Turbiny: serce wykorzystania energii wodnej
Pod jakim kątem i z jakiej wysokości spadku woda uderzy w turbinę? Przy jakiej objętości i średnim ciśnieniu przepływu? Są to kluczowe zmienne przy określaniu, która turbina zapewni najwyższą wydajność elektrowni wodnej. Podstawowe rozróżnienie dotyczy turbin o równym ciśnieniu i turbin nadciśnieniowych. Turbiny równego ciśnienia są zaprojektowane tak, aby ciśnienie przepływu przed i za turbiną pozostawało stałe. Są one idealne dla dużych wysokości spadu i małych objętości wody. Przykładem może być turbina Peltona. Z kolei turbiny nadciśnieniowe wykorzystują różnice ciśnień przed i po przejściu przez turbinę do generowania energii. Działają one wydajnie w szerokim zakresie wysokości spadu i objętości wody. W tym obszarze skuteczne okazały się turbiny Kaplana, Francisa i śmigłowe. Łącznie te cztery typy turbin stanowią do 80 procent globalnego rynku. Wszystkie modele turbin mają jedną wspólną cechę: mogą wytrzymać trudne warunki środowiskowe tylko wtedy, gdy są wyposażone w doskonale dobrane materiały uszczelniające.
Weryfikacja faktów: Koncentracja na uszczelnieniach
Przy wyborze odpowiednich materiałów uszczelniających wymagana jest znaczna wiedza specjalistyczna, ponieważ należy wziąć pod uwagę różne kąty i prędkości przepływu, oczekiwany rozkład ciśnienia i właściwości wody. Jest to dokładnie ten rodzaj know-how w zakresie materiałów, który Freudenberg Sealing Technologies rozwija i udoskonala od dziesięcioleci. Octavia Ohr, Head of R&D, Freudenberg Xpress® Customized Solutions, wyjaśnia: „To fascynujące widzieć, jak te stosunkowo małe uszczelnienia odgrywają tak kluczową rolę w maksymalizacji produkcji energii z elektrowni wodnych. Każde uszczelnienie ma specyficzny kształt i nie każdy materiał sprawdza się w każdym zastosowaniu. Cieszę się jednak z każdego nowego wniosku. Kiedy łączymy naszą wiedzę na temat materiałów z linią produktów Freudenberg Xpress®, możemy dopasować odpowiedni związek do każdego środowiska i wyprodukować profile dostosowane do potrzeb klienta”.
Właściwości uszczelniające: wysokowydajne materiały dla burzliwych środowisk
Każda elektrownia wodna ma swój własny zestaw warunków środowiskowych, które stawiają wysokie wymagania wszystkim komponentom – jest więc wiele do rozważenia. W dynamicznych punktach uszczelniających narażonych na działanie słodkiej wody, materiały muszą oferować wysoką zdolność adaptacji i zapewniać dobrze wyważone połączenie kompatybilności z wodą, odporności na zużycie i wydajności uszczelniania. Powszechnie stosowane materiały obejmują politetrafluoroetylen (PTFE), poliuretan (PU) i kauczuk nitrylowy (NBR). Te grupy materiałów sprawdziły się nawet przy dużych prędkościach przepływu. Jednak w ekstremalnie turbulentnych środowiskach priorytety dotyczące wymaganych właściwości materiału zmieniają się na wysoką wytrzymałość mechaniczną i odporność na wibracje. W takich warunkach idealnie sprawdzają się wysokowydajne tworzywa termoplastyczne, takie jak polieteroeteroketon (PEEK). W oblodzonych środowiskach materiały muszą przede wszystkim oferować doskonałą odporność na zimno i wytrzymywać zwiększoną ekspozycję na ozon. W tym przypadku materiałem z wyboru jest monomer etylenowo-propylenowo-dienowy (EPDM) – uszczelki te pozostają elastyczne nawet po długich okresach przebywania w mroźnych warunkach. Elektrownie falowe lub pływowe stanowią inne wyzwanie: słona woda jest wysoce korozyjna, co sprawia, że chemicznie obojętne i odporne na korozję materiały są absolutnie niezbędne. W takich przypadkach można zastosować na przykład EPDM. Ta grupa materiałów może wytrzymać słoną wodę i niezabezpieczoną ekspozycję na światło słoneczne przez długi czas. Podsumowanie: Tylko idealnie dobrane materiały i niestandardowe uszczelnienia mogą zmniejszyć zużycie w systemach hydroenergetycznych i zapewnić niskie koszty utrzymania i długotrwałą eksploatację.
Konserwacja: Globalna modernizacja elektrowni wodnych
Rozwój nowych elektrowni wodnych koncentruje się obecnie w Azji, Afryce i Ameryce Południowej. Wśród nich wyróżnia się Brazylia. Od dziesięcioleci istniejące elektrownie wodne wykorzystują szczególnie duże turbiny do generowania energii. Oznacza to, że w ramach cykli konserwacji wymagane są również wielkoformatowe, wysokowydajne uszczelnienia. W tym przypadku liczy się doświadczenie w zakresie materiałów i produkcji, które jest dokładnie tym, co zapewnia Freudenberg Sealing Technologies. Dzięki swojej międzynarodowej sieci produkcyjnej i logistycznej może szybko produkować i dostarczać uszczelnienia dostosowane do indywidualnych potrzeb.
Jeśli spojrzymy na energię wodną w Europie, zobaczymy, że większość potencjału elektrowni została już wykorzystana. Wynika to z rygorystycznych przepisów środowiskowych i rozległej istniejącej infrastruktury już zainstalowanej wzdłuż europejskich rzek i strumieni. W rezultacie Europejczycy koncentrują się obecnie na modernizacji istniejących systemów, z których niektóre działają od ponad 100 lat. To samo dotyczy Ameryki Północnej. Zarówno w Kanadzie, jak i w Stanach Zjednoczonych, zakrojone na szeroką skalę programy modernizacyjne tworzą obecnie nową falę rozwoju energetyki wodnej. Nawet przy braku pewności planowania politycznego, istnieje uznana potrzeba doprowadzenia elektrowni wodnych do najnowocześniejszego stanu, co skutkuje rosnącą liczbą umów serwisowych.
Strategie energetyczne: dywersyfikacja miksu energetycznego
W nadchodzących latach oczekuje się, że globalny sektor hydroenergetyczny odnotuje gwałtowny wzrost liczby instalacji elektrowni wykorzystujących fale i pływy morskie, a także rozwój i ekspansję elektrowni szczytowo-pompowych jako systemów magazynowania energii. W dniu 25 czerwca 2025 r. Międzynarodowe Stowarzyszenie Energetyki Wodnej (IHA) opublikowało w Londynie coroczny raport „2025 World Hydropower Outlook”. W komunikacie prasowym stwierdzono: „Elektrownie wodne szczytowo-pompowe (PSH), najbardziej sprawdzona na świecie technologia magazynowania energii elektrycznej na dużą skalę, przyciągają coraz większą uwagę decydentów i inwestorów w czasach niestabilności rynku i napięć systemowych. Wraz z ważnymi reformami politycznymi i ponad 60 GW projektów PSH w przygotowaniu, Europa ma wyraźną szansę na wykorzystanie tego impetu do wdrożenia”. Scott Sharpless, Global Key Account Manager, Power/Energy w Freudenberg Sealing Technologies, zauważa: „Energia wodna jest jedną z najstarszych i najbardziej zrównoważonych form energii odnawialnej. Nie wytwarza bezpośrednich emisji i pomaga zmniejszyć nasz ślad środowiskowy, jednocześnie zabezpieczając nasze dostawy energii. Dzięki naszemu kompetentnemu doświadczeniu w zakresie materiałów możemy kształtować idealny materiał w niestandardowe uszczelnienia dla każdego wymogu środowiskowego, co przybliża nas o krok do neutralności węglowej”.
Źródło: Informacja prasowa Freudenberg Sealing Technologies
