Supraskite, kaip hidroelektrinė vandens energiją paverčia elektra, jos privalumus ir trūkumus
Vaizdas: Tarptautinės hidroenergijos asociacijos (IHA) Itaipu užtvanka, Paragvajus / Brazilija yra licencijuota pagal CC BY 2.0
Kas yra hidraulinė (hidroelektrinė) energija?
Hidroelektrinė energija yra kinetinės energijos, esančios vandens telkinių sraute, naudojimas. Kinetinė energija skatina hidroelektrinės sistemą sudarančių turbinų mentių sukimąsi, kad sistemos generatorius vėliau jas transformuotų į elektros energiją.
Kas yra hidroelektrinė (arba hidroelektrinė)?
Hidroelektrinė - tai darbų ir įrangos rinkinys, naudojamas elektros energijai gaminti naudojant upės hidraulinį potencialą. Hidraulinį potencialą suteikia hidraulinis srautas ir esamo nelygumo koncentracija upės eigoje. Netolygumas gali būti natūralus (kriokliai) arba pastatytas užtvankų pavidalu arba nukreipiant upę iš natūralios vagos, kad susidarytų rezervuarai. Yra dviejų tipų rezervuarai: kaupiamieji ir upių nuotėkio rezervuarai. Kaupiamieji paprastai susidaro upių ištakose tose vietose, kur būna aukšti kriokliai ir susideda iš didelių vandens telkinių, kuriuose kaupiasi didelis vandens kiekis. Upių telkiniai naudoja upės vandens greitį, kad generuotų elektrą, taigi vandens kaupimasis yra minimalus arba jo nėra.
Savo ruožtu gamyklos klasifikuojamos pagal šiuos veiksnius: krioklio aukštį, srautą, įrengtą galią ar galią, sistemoje naudojamos turbinos tipą, užtvanką ir rezervuarą. Statybos vietoje nurodomas kritimo aukštis ir srautas, ir šie du veiksniai lemia hidroelektrinės įrengtą galią ar galią. Įrengta galia lemia turbinos, užtvankos ir rezervuaro tipą.
Remiantis Nacionalinės elektros energijos agentūros (Aneel) ataskaita, Nacionalinis mažų hidroelektrinių pavyzdinis centras (Cerpch, iš Italijos federalinio universiteto - Unifei) krioklio aukštis apibrėžiamas kaip žemas (iki 15 metrų), vidutinis ( Nuo 15 iki 150 metrų) ir aukšta (didesnė nei 150 metrų). Tačiau šios priemonės nėra sutarimo. Gamyklos dydis taip pat lemia skirstomojo tinklo dydį, kuris vartotojams atiteks pagamintą elektros energiją. Kuo didesnis augalas, tuo didesnė tendencija, kad jis yra toli nuo miesto centrų. Tam reikia tiesti dideles perdavimo linijas, kurios dažnai kerta būsenas ir sukelia energijos nuostolius.
Kaip veikia hidroelektrinė?
Hidroelektrinei gaminti būtina integruoti upės tėkmę, reljefo skirtumą (natūralų ar ne) ir turimą vandens kiekį.
Hidroelektrinės sistemą sudaro:
Užtvanka
Užtvankos tikslas - nutraukti upės natūralų ciklą, sukuriant vandens rezervuarą. Rezervuaras, be vandens kaupimo, atlieka ir kitas funkcijas, pavyzdžiui, sukuria vandens tarpą, užfiksuoja pakankamo vandens kiekį energijos gamybai ir reguliuoja upių srautus lietaus ir sausros metu.
Vandens paėmimo (papildymo) sistema
Susideda iš tunelių, kanalų ir metalinių vamzdžių, kurie nuneša vandenį į elektrinę.
„Powerhouse“
Šioje sistemos dalyje yra turbinos, sujungtos su generatoriumi. Turbinų judėjimas vandens judėjimo kinetinę energiją paverčia elektros energija per generatorius.
Yra keletas turbinų tipų, kurių pagrindinis yra peltonas, kaplanas, frankis ir lemputė. Tinkamiausia turbina kiekvienai hidroelektrinei priklauso nuo kritimo aukščio ir srauto. Pavyzdys: svogūnėlis naudojamas gamyklose, nes tam nereikia rezervuarų, ji naudojama esant mažam kritimui ir dideliam srautui.
Pabėgimo kanalas
Pravažiavus turbinas, vanduo pabėgimo kanalu grąžinamas į natūralią upės vagą.
Pabėgimo kanalas yra tarp elektrinės ir upės, o jo dydis priklauso nuo elektrinės ir upės dydžio.
Išsiliejimas
Išpylimas leidžia vandeniui išbėgti, kai rezervuaro lygis viršija rekomenduojamas ribas. Tai dažniausiai būna lietaus laikotarpiais.
Išpylimas atidaromas, kai sutrinka elektros gamyba, nes vandens lygis yra aukštesnis už idealų lygį; arba išvengti perpildymo ir dėl to potvynio aplink augalą, o tai įmanoma labai lietingais laikotarpiais.
Socialinis ir aplinkos poveikis, kurį sukelia hidroelektrinių implantavimas
Pirmoji hidroelektrinė buvo pastatyta XIX amžiaus pabaigoje Niagaros krioklio ruože, tarp JAV ir Kanados, kai anglis buvo pagrindinis kuras, o nafta dar nebuvo plačiai naudojama. Prieš tai hidraulinė energija buvo naudojama tik kaip mechaninė energija.
Nepaisant to, kad hidroelektrinė yra atsinaujinantis energijos šaltinis, Aneel pranešime pabrėžiama, kad jos dalyvavimas pasaulio elektrinėje matricoje yra nedidelis ir tampa dar mažesnis. Didėjantį nesidomėjimą lemtų neigiami išoriniai veiksniai, atsirandantys įgyvendinant tokio dydžio projektus.
Neigiamas didelių hidroelektrinių projektų implantavimo poveikis yra regiono gyventojų ar vietos, kur bus implantuojamas augalas, gyvenimo būdo pasikeitimas. Taip pat svarbu pabrėžti, kad šios bendruomenės dažnai yra žmonių grupės, įvardijamos kaip tradicinės populiacijos (čiabuvių tautos, kvilombolos, Amazonės upės bendruomenės ir kitos), kurių išlikimas priklauso nuo išteklių naudojimo iš jų gyvenamos vietos ir turinčių ryšių su teritorija kultūrinė tvarka.
Ar hidroenergija švari?
Nepaisant to, kad daugelis jį laiko „švarios“ energijos šaltiniu, nes jis nėra susijęs su iškastinio kuro deginimu, hidroelektros gamyba prisideda prie anglies dvideginio ir metano, dviejų dujų, galinčių sukelti visuotinį atšilimą, išmetimo.
Anglies dioksido (CO2) išsiskyrimą lemia medžių, kurie lieka virš rezervuarų vandens lygio, irimas, o metano (CH4) išsiskyrimas vyksta skaidant rezervuaro dugne esančias organines medžiagas. Didėjant vandens stulpeliui, didėja ir metano (CH4) koncentracija. Kai vanduo pasiekia elektrinės turbinas, dėl slėgio skirtumo metanas patenka į atmosferą. Metanas taip pat išleidžiamas į vandens kelią per augalo išsiliejimo angą, kai, be slėgio ir temperatūros pokyčių, vanduo purškiamas lašais.
CO2 išsiskiria suardžius negyvus medžius virš vandens. Skirtingai nuo metano, tik dalis išmetamo CO2 yra laikoma įtakinga, nes didelė CO2 dalis pašalinama absorbuojant rezervuare. Kadangi metanas nėra įtrauktas į fotosintezės procesus (nors jis gali lėtai virsti anglies dioksidu), šiuo atveju manoma, kad jis labiau veikia šiltnamio efektą.
„Balcar“ projektas (Šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimas hidroelektrinių rezervuaruose) buvo sukurtas siekiant ištirti dirbtinių rezervuarų indėlį į šiltnamio efekto sustiprėjimą išmetant anglies dioksidą ir metaną. Pirmieji projekto tyrimai buvo atlikti devintajame dešimtmetyje Amazonės regiono rezervuaruose: Balbinoje, Tucuruí ir Samuelyje. Amazonės regionas buvo sutelktas į tyrimą, nes jam būdinga didžiulė augalijos danga ir todėl didesnis dujų išmetimo potencialas skaidant organines medžiagas. Vėliau, 1990-ųjų pabaigoje, projekte taip pat dalyvavo Miranda, Três Marias, Segredo, Xingo ir Barra Bonita.
Remiantis straipsniu, kurį dr. Philipas M. Fearnside'as iš Amazonės tyrimų instituto 1990 m. Paskelbė apie dujų išmetimą Tucuruí gamykloje, augalo šiltnamio efektą sukeliančių dujų (CO2 ir CH4) išmetimas Tais metais 7 milijonai ir 10 milijonų tonų. Autorius palygina San Paulo miestą, kuris tais pačiais metais iš iškastinio kuro išmetė 53 milijonus tonų CO2. Kitaip tariant, tik Tucuruí būtų atsakingas už 13–18% šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimą San Paulo mieste, o tai yra reikšminga energijos šaltinio, kuris ilgą laiką buvo laikomas „be teršalų“, išmetimu. Buvo tikima, kad laikui bėgant organinės medžiagos bus visiškai skaidomos ir dėl to jos nebebus išskiria šių dujų. Tačiau„Balcar“ grupės tyrimai parodė, kad dujų gamybos procesas maitinamas atėjus naujoms organinėms medžiagoms, kurias atneša upės ir lietūs.
Augalų ir gyvūnų rūšių praradimas
Ypač Amazonės regione, kuriame yra didelė biologinė įvairovė, neišvengiamai žūsta organizmai iš tos vietos, kurioje susidaro rezervuaras, floros. Kalbant apie gyvūnus, net jei kruopščiai planuojamas bandymas pašalinti organizmus, negalima garantuoti, kad visi organizmai, sudarantys ekosistemą, bus išgelbėti. Be to, užtvanka lemia aplinkinių buveinių pokyčius.
Dirvožemio praradimas
Užliejamos teritorijos dirvožemis taps netinkamas naudoti kitiems tikslams. Tai tampa pagrindine problema, ypač daugiausia plokščiuose regionuose, pavyzdžiui, pačiame Amazonės regione. Kadangi jėgainės jėgą suteikia upės tėkmės ir reljefo nelygumų santykis, jei reljefo nelygumai nedaug, reikia laikyti didesnį vandens kiekį, o tai reiškia didelę rezervuaro teritoriją.
Hidraulinės upės geometrijos pokyčiai
Upėse paprastai būna dinamiškas balansas tarp išleidimo, vidutinio vandens greičio, nuosėdų apkrovos ir vagų morfologijos. Rezervuarų statyba daro įtaką šiai pusiausvyrai ir dėl to sukelia hidrologinės ir nuosėdinės tvarkos pokyčius ne tik užtvankos vietoje, bet ir aplinkiniame rajone bei vagoje žemiau užtvankos.
Nominalus pajėgumas x faktinis pagamintas kiekis
Kitas klausimas, kurį reikia kelti, yra tas, kad yra skirtumas tarp nominalios instaliuotos galios ir faktinio elektrinės pagamintos elektros energijos kiekio. Pagamintos energijos kiekis priklauso nuo upės tėkmės.
Taigi nenaudinga įdiegti sistemą, galinčią pagaminti daugiau energijos, nei gali suteikti upės srautas, kaip nutiko Balbinos hidroelektrinės, įrengtos ant Uatumã upės, atveju.
Tvirta gamyklos galia
Kitas svarbus dalykas, į kurį reikia atsižvelgti, yra tvirtos jėgainės jėgos samprata. Aneel teigimu, tvirta elektrinės galia yra maksimali nepertraukiama energijos gamyba, kurią būtų galima gauti, atsižvelgiant į sausiausią seką, užfiksuotą upės, kurioje ji įrengta, srauto istorijoje, kaip pagrindą. Šis klausimas tampa vis svarbesnis vis dažnesnių ir sunkesnių sausrų laikotarpių metu.
Hidroelektrinė Brazilijoje
Brazilija yra šalis, turinti didžiausią hidroelektrinės potencialą pasaulyje. Taigi 70% jo koncentruota Amazonos ir Tocantins / Araguaia baseinuose. Pirmoji didelė Brazilijos hidroelektrinė, pastatyta, buvo Paulo Afonso I (1949 m.) Bahijoje, kurios galia prilygo 180 MW. Šiuo metu Paulo Afonso I yra Paulo Afonso hidroelektrinių komplekso dalis, kurį iš viso sudaro keturi įrenginiai.
Balbina
Balbinos hidroelektrinė buvo pastatyta prie Uatumã upės, Amazone. „Balbina“ buvo pastatyta siekiant patenkinti Manauso energijos poreikį. Prognozuojama, kad bus įrengta 250 MW galia per penkis generatorius, kurių galia po 50 MW. Tačiau Uatumã upės srautas suteikia daug mažesnę vidutinę metinę energijos gamybą - maždaug 112,2 MW, iš kurių tik 64 MW gali būti laikoma tvirta galia. Atsižvelgiant į tai, kad perduodant elektrą iš elektrinės į vartotojų centrą yra apytiksliai 2,5% nuostolių, tik 109,4 MW (62,4 MW tvirta galia). Vertė gerokai mažesnė už 250 MW vardinę galią.
Itaipu
Itaipu hidroelektrinė yra laikoma antra pagal dydį jėgainė pasaulyje, turinti 14 tūkst. MW instaliuotos galios, ir nusileidžia tik Trėso tarpekliams Kinijoje, turintiems 18,2 tūkst. MW. Pastatyta prie Paraná upės ir įsikūrusi pasienyje tarp Brazilijos ir Paragvajaus, yra dvinarė gamykla, nes priklauso abiem šalims. Braziliją tiekiančio „Itaipu“ pagaminta energija atitinka pusę visos jos galios (7 tūkst. MW), o tai atitinka 16,8% Brazilijoje suvartojamos energijos, o kitą pusę energijos naudoja Paragvajus ir atitinka 75% Paragvajaus energijos suvartojimas.
Tucuruí
Tucuruí gamykla buvo pastatyta prie Tocantins upės, Paroje, ir jos įrengta galia atitinka 8 370 MW.
Belo Monte
„Belo Monte“ hidroelektrinė, esanti Altamiros savivaldybėje, į pietvakarius nuo Paros, ir kurią atidarė prezidentė Dilma Roussef, buvo pastatyta prie Xingu upės. Gamykla yra didžiausia hidroelektrinė, 100% nacionalinė, ir trečia pagal dydį pasaulyje. Įrengta 11 233,1 megavato (MW) galia. Tai reiškia, kad pakanka krovinių aptarnauti 60 milijonų žmonių 17-oje valstijų, o tai sudaro apie 40% visos šalies suvartojamos energijos. Ekvivalentiškas instaliuotas gamybos pajėgumas yra 11 tūkstančių MW, tai yra didžiausia įrengta elektrinė šalis, užimdama Tucuruí gamyklos vietą kaip didžiausią 100% nacionalinį augalą. Belo Monte taip pat yra trečia pagal dydį hidroelektrinė pasaulyje, atitinkamai už Trės tarpeklių ir Itaipu.
Daugybė klausimų siejasi su „Belo Monte“ gamyklos statybomis. Nepaisant to, kad įrengta 11 tūkstančių MW galia, pasak Aplinkos ministerijos, pastovi gamyklos galia atitinka 4,5 tūkstančio MW, tai yra, tik 40% visos galios. Kadangi jis pastatytas Amazonės regione, Belo Monte gali išskirti didelę metano ir anglies dioksido koncentraciją. Visa tai neįvertinus didelio poveikio tradicinių populiacijų gyvenimui ir didelio poveikio faunai ir florai. Kitas veiksnys yra tas, kad jo statyba daugiausiai naudinga įmonėms, o ne gyventojams. Maždaug 80% elektros energijos skiriama šalies centro pietuose esančioms įmonėms.
Taikomumas
Nepaisant minėto neigiamo poveikio socialinei aplinkai, hidroelektrinė turi pranašumų, palyginti su neatsinaujinančiais energijos šaltiniais, tokiais kaip iškastinis kuras. Nepaisant to, kad prisideda prie metano ir sieros dioksido išmetimo, hidroelektrinės neišskiria ir neišskiria kitų rūšių toksinių dujų, pavyzdžiui, tų, kurias iškvepia termoelektriniai augalai - labai kenksmingi aplinkai ir žmonių sveikatai.
Tačiau akivaizdesni yra hidroelektrinių užtvankų trūkumai, palyginti su kitais atsinaujinančiais energijos šaltiniais, tokiais kaip saulės ir vėjo energija, kurie turi mažesnį poveikį aplinkai, palyginti su užtvankų daromu poveikiu. Vis dar problema yra naujų technologijų gyvybingumas. Alternatyva siekiant sumažinti su hidroelektros gamyba susijusį poveikį yra mažų hidroelektrinių statyba, kuriems nereikia statyti didelių rezervuarų.
- Kas yra saulės energija, privalumai ir trūkumai
- Kas yra vėjo energija?
Be to, užtvankų naudingo tarnavimo laikas yra apie 30 metų, o tai kelia abejonių dėl jų ilgalaikio gyvybingumo.
Mičigano valstijos universiteto atliktas tyrimas „Tvari hidroelektrinė XXI amžiuje“ atkreipia dėmesį į tai, kad didelės hidroelektrinės užtvankos gali tapti dar mažiau tvariu energijos šaltiniu klimato kaitos akivaizdoje.
Būtina atsižvelgti į tikrąsias hidroelektrinės sąnaudas, ne tik ekonomines ir infrastruktūros, bet ir socialines, aplinkosaugos ir kultūrines išlaidas.
