Čeprav hidroelektrarna hitro izginja, obnovljivi viri energije, kot sta sonce in veter, hitro dohitevajo in še vedno predstavljajo največji delež svetovne električne energije.
Hidroelektrična energija je bila v 20. stoletju tako razširjena, da si je zaradi svoje moči in številčnosti prislužila vzdevek »beli premog«.
Prvotni in najosnovnejši način pridobivanja energije je bila hidroelektrarna.
Preprosto povedano, hidroelektrarna je ustvarjanje energije iz padajoče ali premikajoče se vode. Na rekah so zgrajeni jezovi za proizvodnjo električne energije.
Turbine nato obrača neprekinjen tok vode.
Najbolj priljubljena obnovljiva energija vir v začetku 21. stoletja je bila hidroelektrična energija, ki je leta 2019 predstavljala več kot 18 % celotne svetovne zmogljivosti za proizvodnjo električne energije.
V članku »Kako deluje hidroelektrična energija« si oglejmo princip delovanja hidroelektrične energije.
Kazalo
Kaj je hidroelektrična energija?
Hidroelektrična energija je okolju prijazna in obnovljivi vir energije, ki ustvarja moč z uporabo jezu ali preusmeritvene strukture za spreminjanje naravnega toka reke ali drugega vodnega telesa.
Hidroelektrična energija, imenovana tudi hidroelektrarna, proizvaja elektrika iz generatorjev, ki jih poganja turbine pretvorboing the potencialna energija padajoče ali hitro tekoče vode v mehanska energija.
Prednosti hidroenergije
Nobena vrsta proizvodnje energije po podatkih ameriške geološke službe (USGS) ne ponuja popolne rešitve, vendar lahko hidroelektrarna še vedno nudi številne prednosti.
Vir: Katere so nekatere prednosti in slabosti hidroelektrične energije? (spletna stran Solar)
1. Vir obnovljive energije
Ker izkorišča vodo na planetu za proizvodnjo električne energije, se hidroelektrična energija obravnava kot obnovljiv vir.
Ko sije sonce, voda na zemeljski površini izhlapi, ustvari oblake in se sčasoma vrne na planet kot dež in sneg.
Ker ga ne moremo izčrpati, nas ne skrbi, da bi njegova cena zaradi pomanjkanja naraščala.
Hidroelektrarne so torej narejene, da trajajo. V drugih primerih so stroji, ki naj bi zdržali 25 let, še vedno v uporabi, potem ko so bili tam uporabljati dvakrat dlje.
2. Vir čiste energije
Eden izmed mnogih »zelenih« in »čistih« alternativnih virov energije je hidroelektrarna. Hidroelektrična energija ne onesnažuje okolja.
Hidroelektrarne med proizvodnjo energije v ozračje ne sproščajo nobenih škodljivih ali toplogrednih plinov.
Obdobje, ko je največje onesnaženje, je čas gradnje elektrarn.
Ker hidroelektrarna ne sprošča onesnaževal zraka, pomaga izboljšati kakovost zraka, ki ga dihamo.
Poleg tega rastline ne ustvarjajo nobenih nevarnih stranskih produktov.
Danes uporaba hidroenergije preprečuje sproščanje toplogrednih emisij v vrednosti več kot 4.5 milijona sodov nafte, kar bi pospešilo globalno segrevanje.
3. Ugoden vir energije
Kljub dragim začetnim stroškom gradnje je hidroelektrarna stroškovno učinkovit vir energije.
Rečna voda je neomejen vir, na katerega nihanja na trgu ne vplivajo.
Na ceno virov energije, ki temeljijo na fosilnih gorivih, vključno s premogom, nafto in zemeljskim plinom, močno vpliva nestanovitnost trga, zaradi česar lahko močno naraste ali pade.
S povprečno življenjsko dobo od 50 do 100 let so hidroelektrarne dolgoročne naložbe, ki lahko koristijo številnim prihodnjim generacijam.
Ponujajo tudi veliko nižje stroške delovanja in vzdrževanja in jih je mogoče preprosto prilagoditi, da ustrezajo današnjim tehničnim zahtevam.
4. Pomaga oddaljenim skupnostim pri razvoju
Ti obrati za obnovljivo energijo ne ustvarjajo le delovnih mest, temveč tudi čisto energijo za uporabo s strani domačinov in podjetij.
Odročna območja, ki potrebujejo elektriko, oskrbujejo hidroelektrarne, ki privabljajo tudi industrijo, trgovino, promet in drug vitalni razvoj skupnosti.
Vse te pobude pomagajo izboljšati lokalno gospodarstvo, dostop do zdravstvene oskrbe in izobraževanja ter splošno kakovost življenja prebivalcev.
EIA trdi, da ta zanesljiv in prilagodljiv vir energije povečuje privlačnost skupnosti za druge razvijalce.
5. Rekreacijske možnosti
Ribolov, čolnarjenje in plavanje so vse možne rekreacijske dejavnosti v jezeru, ki nastane za jezom.
Voda iz jezera se lahko potencialno uporablja za namakanje. Veliki jezovi postanejo tudi priljubljene destinacije za turiste.
Objekti za proizvodnjo hidroelektrarn lahko shranijo ogromne količine vode za uporabo po potrebi in za namakanje, ko je padavin malo.
Koristno je imeti možnost shranjevanja vode, saj zmanjšuje našo dovzetnost za suše in poplave ter ščiti vodostaj pred izčrpanjem.
6. Bolster Peak Demand
USGS hvali hidroelektrarno zaradi njene hitre in zanesljive zmogljivosti za obratovanje od nič povpraševanja do največje proizvodnje.
Proizvajalci lahko to vrsto obnovljive energije hitreje kot kateri koli drug vir energije pretvorijo v električno energijo in jo dodajo v električna omrežja.
Zaradi te lastnosti je hidroelektrarna najboljša možnost za prilagajanje spreminjajočim se potrebam potrošnikov.
7. Ponuja vsestransko energetsko rešitev
Proizvodnja električne energije iz hidroelektrarn na primer poveča sposobnost preživetja drugih obnovljivih virov energije, kot sta voda in sončna energija.
Hidroelektrarne so idealno dopolnilo sončni in vetrni energiji, saj lahko nihajo glede na podnebje.
Posledično ima hidroenergija velik potencial v prihodnosti samo obnovljivi viri energije.
Slabosti hidroelektrične energije
Hidroelektrarne imajo številne prednosti, vendar jih je treba kot vsak vir energije razvijati in uporabljati pametno, da zmanjšamo tveganja in slabosti.
Medtem ko se nekatere od teh pomanjkljivosti lahko nanašajo na skoraj vse energetske naprave, so težave s preusmerjanjem vode edinstvene za hidroelektrarne.
Vir: 5 pomanjkljivosti hidroelektrarne (PMCAOnline)
1. Okoljska škoda
Motnje naravnega toka vode lahko pomembno vplivajo na okolje in rečni ekosistem.
Ob pomanjkanju hrane ali začetku gnezditvene sezone se nekatere vrste rib in drugih divjih živali običajno selijo.
Gradnja jezov lahko zapre njihove poti, zaustavi vodni tok, kar povzroči, da habitati ob rekah začnejo izginjati.
Zaradi zajezitve vode, spremenjenega toka reke, gradnje ulic in postavitve daljnovodov so naravni učinki hidroelektrarn povezani s prekinitvami v naravi.
Čeprav je težko preučevati ta proces in soditi samo na podlagi ene komponente, lahko hidroelektrarne vplivajo na ribe in način njihove selitve.
Več naložb strank je bilo povezanih s slabim ravnanjem z ribjimi vrstami, kar kaže na to, da veliko ljudi močno razmišlja o tej temi.
2. Vpliv gradnje jezu na okolje
Čeprav je hidroenergija obnovljiv vir, lahko proizvodnja jekla in betona, potrebnega za gradnjo jezov, povzroči emisije toplogrednih plinov.
Na svetu ni veliko lokacij, ki bi bile primerne za gradnjo obratov.
Poleg tega so nekatere od teh lokacij daleč od velikih mest, kjer je mogoče energijo izkoristiti do maksimuma.
3. Visoki začetni kapitalski stroški
Gradnja vsake elektrarne je težka in draga, hidroelektrarne pa potrebujejo jez, da zaustavijo pretok vode.
Posledično so dražji od objektov na fosilna goriva primerljivega obsega.
Zaradi logističnih težav, kot so geografija, postavitev temeljev pod vodo in potrebni materiali za njihovo gradnjo, je gradnja hidroelektrarn izjemno draga.
Edina prednost je, da po dokončanju ne bo potreboval toliko vzdrževanja.
Za povrnitev vloženega denarja v gradnjo bo hidroelektrarna morala obratovati še precej časa.
4. Možnost konflikta
Da bi izkoristili vodo, države z bogatimi viri hidroelektrične energije pogosto gradijo jezove čez reke.
Čeprav je to dejanje hvale vredno, lahko prepreči naravni pretok vode iz ene smeri v drugo.
Da bi ustregli ljudem, ki želijo graditi jezove v različnih regijah, se voda, ki na enem mestu ni potrebna, preusmeri na drugega.
Če pa tam primanjkuje vode, lahko pride do vojne, zato je treba ustaviti dotok vode do jezov.
5. Lahko povzroči suše
Čeprav je hidroenergija najbolj zanesljiv obnovljiv vir energije, je odvisna od razpoložljivosti vode na določenem območju.
Tako je a suša lahko močno vpliva na to, kako dobro deluje hidroelektrarna.
Skupni stroški energije in moči se izračunajo na podlagi razpoložljivosti vode.
Sušna obdobja lahko močno vplivajo na sposobnost ljudi, da dobijo vodo, saj jim preprečujejo, da bi dobili potrebno energijo.
In ker se naš svet še naprej segreva zaradi podnebnih sprememb, se to lahko zgodi bolj pogosto.
6. Nevarnost poplav v nižjih legah
Skupnosti, ki živijo dolvodno, so v nevarnosti poplav, ko so jezovi postavljeni na višjih nadmorskih višinah, kar poveča verjetnost močnih vodnih tokov, ki se sprostijo iz jezu in povzročijo poplave.
Kljub trdnosti konstrukcije jezov še vedno obstajajo nevarnosti. The Okvara jezu Banqiao je največja katastrofa jezu v zgodovini.
Jez je počil zaradi obilnih padavin, ki jih je prinesel tajfun. Zaradi tega je umrlo 171,000 ljudi.
7. Emisije ogljikovega dioksida in metana
Iz rezervoarja hidroelektrarne se sproščajo velike količine ogljikovega dioksida in metana.
Rastlinstvo pod vodo začne propadati in se degradirati na teh mokrih mestih v bližini jezu.
Poleg tega rastline oddajajo veliko ogljik in metan ko umrejo.
8. Geološka škoda
Velika geološka škoda je lahko posledica gradnje obsežnih jezov.
Gradnja Hooverjevega jezu v ZDA, ki je sprožila potresi in stisnil zemeljsko površje v bližini, je odličen primer geološke škode.
9. Zanašanje na lokalno hidrologijo
Ker je hidroenergija odvisna izključno od pretoka vode, lahko spremembe v okolju vplivajo na to, kako uspešno ti jezovi proizvajajo električno energijo.
Na primer, jez hidroelektrarne je lahko manj produktiven, kot je bilo pričakovano, če podnebne spremembe zmanjšajo pretok vode na določenih lokacijah.
Na primer, 66 odstotkov kenijskih potreb po energiji pokriva hidroelektrarna.
Kenija že dolgo trpi zaradi energetskih omejitev, ki jih povzroča suša, trdijo Mednarodne reke, skupina, ki se posveča ohranjanju svetovnih rek.
Po drugi strani pa se nekatere lokacije soočajo z večjo nevarnostjo poplav zaradi podnebnih sprememb.
V teh situacijah lahko jezovi zagotovijo nadzor nad poplavami in proizvodnjo obnovljive energije.
Kako deluje hidroelektrarna?
Kako deluje hidroelektrarna
Vir: Kako deluje hidroelektrarna? Kratka zgodovina in osnovna mehanika (WIKA blog – WIKA ZDA)
Za ustvarjanje se uporablja jez ali druga konstrukcija, ki spremeni naravni tok reke ali drugega vodnega telesa hidroelektrarne, pogosto znana kot hidroelektrarna.
Za pridobivanje energije hidroenergija uporablja stalen, neskončen vodni cikel, ki uporablja vodo kot gorivo in ne pušča nobenih odpadkov.
Čeprav je veliko različnih vrste hidroelektrarn, jih vedno poganja kinetična energija vode, ki se premika navzdol.
Za pretvorbo te kinetične energije v električno energijo, ki se lahko nato uporabi za napajanje zgradb, podjetij in drugih ustanov, hidroelektrarna uporablja turbine in generatorje.
Hidroelektrarne se običajno nahajajo na vodnem viru ali blizu njega, saj uporabljajo vodo za proizvodnjo energije.
Količina energije, ki jo je mogoče pridobiti iz tekoče vode, je odvisna od njene prostornine in spremembe višine ali "glave" med dvema točkama.
Količina moči, ki jo je mogoče proizvesti, se poveča s pretokom in višino.
Na ravni obrata voda kroži po cevi, imenovani tudi cevovod, ki vrti lopatice turbine, ki vrti generator, ki proizvaja energijo.
Tako deluje večina običajnih hidroelektrarn, vključno s črpalnimi akumulacijami in pretočnimi sistemi.
Diagram hidroelektrarne
Diagram hidroelektrarne
Sestavni deli hidroelektrarne
Glavne komponente hidroelektrarne so naslednje.
- Prednja in dovodna struktura
- Glavni kanal ali dovodni vodi
- Vodovodna cev
- Prenapetostna komora
- Hidravlične turbine
- Električna hiša
- Vlečna cev in repna cev
1. Predvodne in dovodne strukture
Predzaliv, kot že ime pove, je večja vodna površina pred zajetjem. Ko cev črpa vodo naravnost iz rezervoarja, ta služi kot predvodnik.
Segment kanala pred turbinami se razširi, da se ustvari predvod, ko kanal dovaja vodo do turbin.
Za dovajanje vode v turbine se v prednjem delu začasno hrani voda. Voda ne sme teči, ko vstopi v kanal ali rezervoar.
Za upravljanje dotoka vode so na dovodnih vratih nameščena dvigala. Da preprečite, da bi odpadki, drevesa itd. prišli v cevovod, so pred vrati postavljeni regali za smeti.
Poleg tega so na voljo grablje za občasno čiščenje košev za smeti.
2. Glavni kanal ali dovodni vodi
Prevažajo vodo iz rezervoarja do turbin. Odvisno od okoliščin na lokaciji se lahko izbere odprt kanal ali tlačni vod (Penstock).
Tlačni vod je lahko razpršen dovodni kanal v telesu jezu, dolg jekleni ali betonski vod ali občasno tunel, ki poteka nekaj kilometrov med rezervoarjem in elektrarno.
Gradient tlačnega voda je določen s pogoji na lokaciji in ne sledi obrisom zemlje. Voda se v napajalnem vodu premika hitreje kot v odprtem kanalu.
Hitrost se lahko giblje med 2.5 in 3 m/s do višine glave približno 60 metrov.
Hitrost je lahko še večja pri višjih glavah. Včasih je praktično ali stroškovno učinkovito uporabiti odprt kanal kot primarni vod v celoti ali delno.
Kanal za vodilo se običajno uporablja v sistemih z nizkim tlakom, kjer so izgube tlaka velike. Vodo lahko usmeri v dovodne cevi ali turbine.
Prednost odprtega kanala je, da se lahko uporablja za navigacijo ali namakanje.
3. Cevni vod
Cevovodi delujejo kot velike, nagnjene cevi, ki prenašajo vodo iz rezervoarjev ali dovodnih struktur do turbin.
Delujejo pod določenim pritiskom, zato lahko nenadno zapiranje ali odpiranje zapornic cevi povzroči vodni udar na cevi.
Torej, poleg dejstva, da je cevovod kot običajna cev, so ti narejeni tako, da prenesejo udarec vodnega kladiva.
Za razbremenitev tega pritiska so za dolge dovodne cevi na voljo kompenzacijske posode, za kratke dovodne cevi pa močne stene.
Cevi so izdelane iz jekla ali armiranega betona. Za vsako turbino se uporablja ločen cevovod, če je dolžina majhna.
Podobno, če je dolžina velika, se uporabi en sam velik cevovod, ki je na koncu razdeljen na veje.
4. Prenapetostna komora
Kompenzacijska komora, včasih znana kot kompenzacijski rezervoar, je valj z zgornjo odprtino za nadzor tlaka v cevi.
Nahaja se čim bližje strojnici, kolikor je praktično, in je povezan s cevovodom.
Raven vode v kompenzacijski posodi se poveča in nadzoruje tlak v dovodnem vodu vsakič, ko strojnica zavrne vodno obremenitev, ki prihaja iz dovodnega voda.
Podobno kot to, kompenzacijski rezervoar pospeši pretok vode v strojnico, ko je povpraševanje veliko, kar povzroči padec nivoja vode.
Nivo vode v kompenzacijski posodi se stabilizira, ko je praznjenje strojnice dosledno.
Prenapetostne posode so na voljo v različnih različicah in so izbrane glede na potrebe obrata, dolžino dovodnega voda itd.
5. Hidravlične turbine
Hidravlična turbina je naprava, ki pretvarja hidravlično energijo v mehansko energijo, ki se nato pretvori v električno energijo s povezavo gredi turbine z generatorjem.
Mehanizem v tem primeru je, da generator proizvaja elektriko vsakič, ko voda iz cevnega voda pride v stik s krožnimi rezili ali vodilom pod visokim pritiskom.
Na splošno sta dve vrsti hidravličnih turbin reakcijske turbine in impulzne turbine.
Hitrostna turbina je drugo ime za impulzno turbino. Primer impulzne turbine je Peltonova kolesna turbina.
Tlačna turbina je drugo ime za reakcijsko turbino. V to skupino spadajo Kaplanove turbine in Francisove turbine.
6. Power House
Objekt, znan kot "elektrarna", je postavljen za zaščito električnih in hidravličnih strojev.
Običajno temelj ali podkonstrukcija, zgrajena za strojnico, podpira celoten kos opreme.
Pri izdelavi temeljev za reakcijske turbine je nekaj opreme, kot so vlečne cevi in drsno ohišje, pritrjeno znotraj. Posledično je temelj zgrajen v velikem obsegu.
V nadgradnji so vertikalne turbine nameščene pod generatorji v pritličju.
Poleg tega so na voljo horizontalne turbine. V prvem nadstropju ali medetaži je nadzorna soba.
7. Draft Tube in Tail Race
Zadnji obroč se nanaša na prehod, v katerega se turbina izprazni v primeru impulznega kolesa in skozi vlečno cev v primeru reakcijske turbine.
Sesalna cev, znana tudi kot vlečna cev, je preprosto nepredušna cev, nameščena na izhodni strani vsake reakcijske turbine.
Začne se na izpustnem koncu turbinskega tekača in se spusti do gladine repne vode, ki je 0.5 metra pod gladino.
Širitev od 4 do 6 stopinj se običajno uporablja za ravne vlečne cevi, da postopoma upočasni pretok vode.
zaključek
Ker je načelo delovanja hidroelektrarne znano, je dobro vedeti, da je nekaj tako sofisticiranega, kot je ta, obnovljivo in lahko traja 50-100 let. Kako super.
Pogosta vprašanja
Za kaj se uporablja hidroenergija?
Hidroenergija se uporablja za proizvodnjo električne energije s pretvorbo kinetične energije v električno energijo, ki se lahko nato uporabi za napajanje zgradb, podjetij in drugih ustanov, hidroenergija pa za te procese uporablja turbine in generatorje.
Ali je hidroelektrarna obnovljiva?
Hidroelektrika je oblika obnovljive energije, ja. Zakaj? zaradi vode. Lahko opazujete, kako voda izhlapeva v oblake in se kot padavine vrača na zemeljsko površje. Vodni cikel se nenehno obnavlja in ga je mogoče večkrat uporabiti za proizvodnjo energije.
Priporočila
Po duši strasten okoljevarstvenik. Vodilni pisec vsebin pri EnvironmentGo.
Prizadevam si za ozaveščanje javnosti o okolju in njegovih problemih.
Vedno je šlo za naravo, zaščititi moramo, ne uničevati.