Iako hidroelektrana ubrzano nestaje, obnovljivi izvori energije poput sunca i vjetra brzo ih sustižu te još uvijek čine najveći udio svjetske električne energije.
Hidroelektrana je bila toliko raširena u 20. stoljeću da je zbog svoje snage i izdašnosti dobila nadimak "bijeli ugljen".
Izvorni i najosnovniji način proizvodnje energije bila je hidroelektrana.
Jednostavno rečeno, hidroelektrana je stvaranje energije iz vode koja pada ili se kreće. Na rijekama se grade brane za proizvodnju električne energije.
Turbine se tada okreću kontinuiranim protokom vode.
Najpopularniji obnovljivih izvora energije Izvor početkom 21. stoljeća bila je hidroelektrična energija, koja je 2019. činila više od 18% ukupnog svjetskog kapaciteta za proizvodnju električne energije.
U odjeljku "Kako radi hidroelektrična energija", pogledat ćemo princip rada hidroelektrične energije.
Pregled sadržaja
Što je hidroelektrična energija?
Hidroelektrična energija je ekološki prihvatljiva i obnovljivi izvor energije koji stvara energiju korištenjem brane ili strukture za preusmjeravanje radi promjene prirodnog toka rijeke ili drugog vodenog tijela.
Hidroelektrična energija, koja se naziva i hidroenergija, proizvodi elektricitet od generatora koji se pokreću turbine pretvoritiing potencijalna energija padajućeg ili brzotekućeg voda u mehanička energija.
Prednosti hidroenergije
Niti jedna vrsta proizvodnje energije, prema Geološkoj službi SAD-a (USGS), ne nudi savršeno rješenje, ali hidroelektrana ipak može ponuditi nekoliko prednosti.
Izvor: Koje su neke prednosti i nedostaci hidroelektrične energije? (Solar web mjesto)
1. Izvor obnovljive energije
Budući da koristi vodu na planetu za proizvodnju električne energije, hidroelektrana se smatra obnovljivim resursom.
Kada sunce sja, voda na zemljinoj površini isparava, stvara oblake i na kraju se vraća na planet kao kiša i snijeg.
Budući da ga ne možemo iscrpiti, ne brinemo se o rastu njegove cijene kao rezultat nestašice.
Hidroelektrane su, dakle, stvorene da traju. U drugim situacijama, strojevi za koje je predviđeno da traju 25 godina još uvijek su u uporabi nakon što su bili u njima koristiti dvostruko duže.
2. Čisti izvor energije
Jedan od mnogih "zelenih" i "čistih" alternativnih izvora energije je hidroelektrična energija. Proizvodnja električne energije iz hidroelektrana ne zagađuje okoliš.
Hidroelektrane ne ispuštaju nikakve štetne ili stakleničke plinove u atmosferu dok proizvode energiju.
Razdoblje kada je najveće zagađenje je vrijeme izgradnje elektrana.
Budući da ne ispušta onečišćivače zraka, hidroelektrana pomaže poboljšati kvalitetu zraka koji udišemo.
Osim toga, biljke ne stvaraju nikakve opasne nusprodukte.
Danas korištenje hidroenergije sprječava ispuštanje stakleničkih emisija ekvivalentnih preko 4.5 milijuna barela nafte, što bi ubrzalo stopu globalnog zatopljenja.
3. Pristupačan izvor energije
Unatoč skupim početnim troškovima izgradnje, hidroelektrana je isplativ izvor energije.
Riječna voda je neograničeni resurs na koji ne utječu fluktuacije na tržištu.
Na cijenu izvora energije koji se temelje na fosilnim gorivima, uključujući ugljen, naftu i prirodni plin, uvelike utječu nestabilnosti tržišta, što može uzrokovati njezin nagli porast ili pad.
S prosječnim vijekom trajanja od 50 do 100 godina, hidroenergetski objekti dugoročna su ulaganja od kojih mogu imati koristi mnoge generacije koje dolaze.
Također nude daleko niže troškove rada i održavanja i mogu se jednostavno modificirati kako bi zadovoljili tehničke zahtjeve današnjice.
4. Pomaže udaljenim zajednicama u razvoju
Ova postrojenja za obnovljivu energiju ne samo da stvaraju radna mjesta, već i čistu energiju koju koriste lokalno stanovništvo i poduzeća.
Udaljena područja kojima je potrebna električna energija opslužuju hidroelektrane, koje također privlače industriju, trgovinu, transport i drugi vitalni razvoj zajednice.
Sve ove inicijative pomažu u poboljšanju lokalnih gospodarstava, pristupa zdravstvenoj skrbi i obrazovanju te ukupne kvalitete života stanovnika.
EIA tvrdi da ovaj pouzdan i prilagodljiv izvor energije povećava privlačnost zajednice drugim programerima.
5. Mogućnosti za rekreaciju
Ribolov, vožnja čamcem i plivanje sve su to moguće rekreacijske aktivnosti u jezeru koje nastaje iza brane.
Voda iz jezera potencijalno se može koristiti za navodnjavanje. Velike brane također postaju popularna odredišta za turiste.
Hidroelektrane mogu pohraniti goleme količine vode za korištenje prema potrebi i za navodnjavanje kada je kiša rijetka.
Korisno je imati mogućnost skladištenja vode jer smanjuje našu osjetljivost na suše i poplave i štiti razine vode od iscrpljivanja.
6. Podupirati vršnu potražnju
USGS hvali hidroelektranu zbog svoje brze i pouzdane sposobnosti rada od nulte potražnje do vršne proizvodnje.
Brže nego bilo koji drugi izvor energije, proizvođači mogu pretvoriti ovu vrstu obnovljive energije u električnu energiju i dodati je u električne mreže.
Hidroenergija je zbog ove značajke najbolja opcija za prilagodbu promjenjivim potrebama potrošača.
7. Nudi svestrano energetsko rješenje
Na primjer, proizvodnja električne energije iz hidroelektrana povećava održivost drugih obnovljivih izvora energije poput vode i sunčeve energije.
Hidroelektrane su idealna dopuna solarnoj energiji i energiji vjetra budući da mogu varirati ovisno o klimi.
Kao rezultat toga, hidroenergija ima veliki potencijal u budućnosti samo obnovljivi izvori energije.
Nedostaci hidroelektrične energije
Hidroelektrane imaju mnoge prednosti, ali kao i svaki izvor energije, moraju se razvijati i koristiti mudro kako bi se rizici i nedostaci sveli na minimum.
Dok se neki od ovih nedostataka mogu odnositi na gotovo bilo koje energetsko postrojenje, problemi s preusmjeravanjem vode jedinstveni su za hidroelektrane.
Izvor: 5 nedostataka hidroelektrične energije (PMCAOnline)
1. Šteta za okoliš
Poremećaji prirodnog protoka vode mogu značajno utjecati na okoliš i riječni ekosustav.
Kada postoji nestašica hrane ili početak sezone parenja, određene vrste riba i drugih divljih životinja obično migriraju.
Izgradnja brana može blokirati njihove rute, zaustaviti protok vode, što uzrokuje da staništa uz rijeke počnu nestajati.
Zbog pregrađivanja brane, promjene toka rijeke, izgradnje ulica i postavljanja dalekovoda, prirodni učinci hidroelektrana povezani su s prekidima u prirodi.
Iako je teško proučavati ovaj proces i donositi sudove na temelju samo jedne komponente, hidroelektrane mogu imati utjecaja na ribe i način njihove migracije.
Više ulaganja klijenata povezano je s lošim postupanjem s ribljim vrstama, što ukazuje na to da mnogi ljudi snažno razmišljaju o ovoj temi.
2. Utjecaj izgradnje brane na okoliš
Iako je hidroenergija obnovljivi izvor, proizvodnja čelika i betona potrebnih za izgradnju brana može proizvesti emisije stakleničkih plinova.
Nema mnogo mjesta na svijetu koja su prikladna za izgradnju postrojenja.
Dodatno, neke od tih lokacija daleko su od velikih gradova gdje se energija može maksimalno iskoristiti.
3. Visoki početni kapitalni troškovi
Izgradnja bilo koje elektrane je teška i skupa, ali hidroelektrane trebaju brane da bi zaustavile protok vode.
Kao rezultat toga, oni su skuplji od postrojenja na fosilna goriva usporedivih razmjera.
Zbog logističkih poteškoća poput geografije, postavljanja temelja pod vodom i materijala potrebnog za njihovu izgradnju, hidroelektrane su izuzetno skupe za izgradnju.
Jedina prednost je što neće trebati toliko održavanja nakon što bude gotov.
Kako bi se povratio novac uložen u izgradnju, hidroelektrana će morati još dosta vremena raditi.
4. Potencijal za sukob
Kako bi iskoristili vodu, države s obilnim izvorima hidroelektrične energije često grade brane na rijekama.
Iako je ovo djelo hvale vrijedno, ono bi moglo spriječiti prirodno strujanje vode iz jednog smjera u drugi.
Kako bi se izašlo u susret ljudima koji žele graditi brane u različitim regijama, voda koja nije potrebna na jednom mjestu preusmjerava se na drugo.
Ali ako tamo bude nestašica vode, to može dovesti do rata, stoga je potrebno zaustaviti dotok vode do brana.
5. Može uzrokovati suše
Iako je hidroenergija najpouzdaniji obnovljivi izvor energije, ona ovisi o dostupnosti vode na određenom području.
Dakle, a suša može imati veliki utjecaj na to koliko dobro hidroelektrana radi.
Ukupni trošak energije i snage izračunava se na temelju raspoloživosti vode.
Sušna razdoblja mogu imati veliki utjecaj na sposobnost ljudi da dođu do vode jer ih onemogućuju da dobiju potrebnu energiju.
I dok se naša kugla nastavlja zagrijavati zbog klimatskih promjena, ovo bi se moglo dogoditi češće.
6. Opasnost od poplava u nižim predjelima
Zajednice koje žive nizvodno izložene su riziku od poplava kada se brane podignu na višim nadmorskim visinama, što povećava vjerojatnost ispuštanja snažnih vodenih struja iz brane uzrokujući poplavu.
Unatoč čvrstoći konstrukcije brana, još uvijek postoje opasnosti. The Kvar brane Banqiao je najveća katastrofa brane u zabilježenoj povijesti.
Brana je pukla zbog obilnih padalina koje je donio tajfun. Od toga je preminula 171,000 ljudi.
7. Emisija ugljičnog dioksida i metana
Velike količine ugljičnog dioksida i metana oslobađaju se iz rezervoara hidroelektrane.
Vegetacija ispod vode počinje propadati i degradirati na tim vlažnim mjestima u blizini brane.
Osim toga, biljke emitiraju mnogo ugljika i metana dok umiru.
8. Geološka oštećenja
Ozbiljne geološke štete mogu proizaći iz izgradnje brana velikih razmjera.
Izgradnja Hooverove brane u Sjedinjenim Državama, koja je zaiskrila potresa i pritisnuo zemljinu površinu u blizini, najbolji je primjer geološke štete.
9. Oslanjanje na lokalnu hidrologiju
Budući da hidroenergija ovisi isključivo o protoku vode, promjene u okolišu mogu utjecati na to koliko uspješno ove brane proizvode električnu energiju.
Na primjer, brana hidroelektrane može biti manje produktivna od očekivanog ako klimatske promjene smanje protok vode na određenim mjestima.
Na primjer, 66 posto energetskih potreba Kenije zadovoljava hidroelektrana.
Kenija je dugo bila pogođena energetskim ograničenjima izazvanim sušom, tvrde Međunarodne rijeke, grupa posvećena očuvanju svjetskih rijeka.
S druge strane, neka mjesta sada su suočena s većom opasnošću od poplava kao posljedicom klimatskih promjena.
U takvim situacijama brane mogu osigurati i kontrolu poplava i proizvodnju obnovljive energije.
Kako radi hidroelektrična energija?
Kako radi hidroelektrična energija
Izvor: Kako radi hidroelektrana? Kratka povijest i osnovna mehanika (WIKA blog – WIKA USA)
Za proizvodnju se koristi brana ili druga konstrukcija koja mijenja prirodni tok rijeke ili drugog vodnog tijela hidroenergija, često poznata kao hidroelektrana.
Za proizvodnju energije, hidroenergija koristi trajni, neprestani ciklus vode, koji koristi vodu kao gorivo i ne ostavlja otpadne proizvode.
Iako ih ima mnogo različitih vrste hidroelektrana, uvijek ih pokreće kinetička energija vode koja se kreće nizvodno.
Kako bi se ova kinetička energija pretvorila u električnu energiju, koja se kasnije može koristiti za napajanje zgrada, poduzeća i drugih ustanova, hidroelektrane koriste turbine i generatore.
Hidroenergetski objekti obično se nalaze na izvoru vode ili blizu njega jer koriste vodu za proizvodnju energije.
Količina energije koja se može izvući iz vode koja teče ovisi i o njenom volumenu i o promjeni visine, ili "glavi", između dvije točke.
Količina snage koja se može proizvesti povećava se s protokom i visinom.
Na razini postrojenja, voda cirkulira kroz cijev, koja se naziva i cjevovod, koja rotira lopatice turbine, koja vrti generator, koji stvara energiju.
Ovako radi većina konvencionalnih hidroelektrana—uključujući pumpne akumulacije i protočne sustave.
Shema hidroelektrane
Dijagram hidroelektrane
Sastavni dijelovi hidroelektrane
Glavne komponente hidroelektrane su sljedeće.
- Prednja i usisna struktura
- Glavni kanal ili usisne cijevi
- Vodovod
- Prenaponska komora
- Hidrauličke turbine
- Power House
- Propusna cijev i repna traka
1. Prednje i usisne strukture
Preduvala je, kao što joj i samo ime kaže, veća vodena površina ispred ulaza. Kada cjevovod crpi vodu izravno iz rezervoara, rezervoar služi kao prednji zaljev.
Segment kanala ispred turbina se proširuje kako bi se stvorio predvodnik kada kanal transportira vodu do turbina.
Za dovod vode u turbine, prednji dio privremeno skladišti vodu. Ne smije se dopustiti da voda teče dok ulazi u kanal ili rezervoar.
Da bi se upravljalo dotokom vode, dizalice su postavljene na ulaznim vratima. Kako bi se spriječio dolazak otpada, drveća itd. u cjevovod, ispred vrata se postavljaju police za smeće.
Osim toga, dostupne su grablje za povremeno čišćenje polica za smeće.
2. Glavni kanal ili usisni vodovi
Oni prenose vodu iz rezervoara do turbina. Ovisno o okolnostima na gradilištu, može se odabrati otvoreni kanal ili tlačni vod (Penstock).
Tlačna cijev može biti prošireni usisni prolaz u tijelu brane, dugačak čelični ili betonski cjevovod ili povremeno tunel koji prolazi nekoliko kilometara između rezervoara i elektrane.
Gradijent tlačnog voda određen je uvjetima na lokaciji i ne prati obrise zemlje. Voda se kreće brže u cjevovodu nego u otvorenom kanalu.
Brzina može varirati između 2.5 i 3 m/s do visine glave od otprilike 60 metara.
Brzina može biti čak i veća za veće glave. Ponekad je praktično ili isplativo koristiti otvoreni kanal kao primarni cjevovod u cijelosti ili djelomično.
Kanal naglavnog kanala obično se koristi u sustavima s niskim naponom gdje su gubici napora značajni. Može usmjeravati vodu u cjevovode ili turbine.
Prednost otvorenog kanala je što se može koristiti za plovidbu ili navodnjavanje.
3. Cjevovod
Cjevovodi djeluju kao velike, nagnute cijevi koje prenose vodu iz rezervoara ili usisnih struktura do turbina.
Oni rade pod određenom količinom pritiska, stoga naglo zatvaranje ili otvaranje vrata dovodnih cijevi može dovesti do vodenog udara na dovodne cijevi.
Dakle, osim činjenice da je cjevovod poput obične cijevi, oni su napravljeni da izdrže udar vodenog čekića.
Kako bi se smanjio ovaj pritisak, za duge cjevovode dostupni su kompenzacijski spremnici, a za kratke cjevovode dostupni su jaki zidovi.
Cijevi se proizvode od čelika ili armiranog betona. Za svaku turbinu koristi se poseban cjevovod ako je duljina mala.
Slično, ako je duljina velika, koristi se jedan veliki cjevovod, koji se na kraju dijeli na grane.
4. Prenaponska komora
Kompenzacijska komora, ponekad poznata kao kompenzacijski spremnik, cilindar je s gornjim otvorom za kontrolu tlaka u cjevovodu.
Nalazi se što je moguće bliže strojarnici i povezan je s cjevovodom.
Razina vode u kompenzacijskom spremniku se povećava i kontrolira tlak u cjevovodu kad god strojarna odbije vodu koja dolazi iz cjevovoda.
Slično ovome, kompenzacijski spremnik ubrzava protok vode u strojarnicu kada postoji velika potražnja, što uzrokuje pad razine vode.
Razina vode u kompenzacijskom spremniku stabilizira se kada je pražnjenje strojarne konzistentno.
Prenaponski spremnici dolaze u raznim varijantama, a odabiru se ovisno o potrebama postrojenja, duljini cjevovoda itd.
5. Hidrauličke turbine
Hidraulička turbina je uređaj koji pretvara hidrauličku energiju u mehaničku energiju, koja se zatim spajanjem vratila turbine na generator pretvara u električnu energiju.
Mehanizam u ovom slučaju je da generator stvara električnu energiju kad god voda iz cjevovoda dođe u kontakt s kružnim lopaticama ili klizačem pod visokim pritiskom.
Općenito, dvije vrste hidrauličkih turbina su reakcijske turbine i impulsne turbine.
Brzinska turbina je drugi naziv za impulsnu turbinu. Primjer impulsne turbine je turbina s Peltonovim kotačem.
Tlačna turbina je drugi naziv za reakcijsku turbinu. U ovu skupinu spadaju Kaplanove turbine i Francisove turbine.
6. Power House
Objekt poznat kao "elektrana" postavljen je za zaštitu električnih i hidrauličkih strojeva.
Tipično, temelj ili podkonstrukcija izgrađena za strojarnicu podržava cijeli dio opreme.
Prilikom izrade temelja za reakcijske turbine, neka oprema, kao što su vučne cijevi i spiralno kućište, pričvršćena je unutra. Kao rezultat toga, temelj je izgrađen u velikom mjerilu.
Što se tiče suprastrukture, vertikalne turbine su smještene ispod generatora u prizemlju.
Dodatno se nude horizontalne turbine. Na prvom katu ili polukatu je kontrolna soba.
7. Draft Tube i Tail Race
Repni kanal odnosi se na prolaz u koji se turbina ispušta u slučaju impulsnog kotača i kroz vučnu cijev u slučaju reakcijske turbine.
Usisna cijev, također poznata kao propusna cijev, jednostavno je hermetički zatvorena cijev postavljena na izlaznoj strani svake reakcijske turbine.
Počinje na ispusnom kraju turbinskog klizača i spušta se do razine vode koja je 0.5 metara ispod površine.
Širenje od 4 do 6 stupnjeva obično se primjenjuje na ravne cijevi za propuh kako bi se progresivno usporio protok vode.
Zaključak
S obzirom na to da je princip rada hidroelektrane poznat, dobro je znati da je nešto ovako sofisticirano obnovljivo i može trajati 50-100 godina. Kako super.
PITANJA I ODGOVORI
Za što se koristi hidroenergija?
Hidroenergija se koristi za proizvodnju električne energije pretvorbom kinetičke energije u električnu energiju, koja se kasnije može koristiti za napajanje zgrada, poduzeća i drugih objekata, hidroenergija koristi turbine i generatore za te procese.
Je li hidroelektrična energija obnovljiva?
Hidroelektrična energija je oblik obnovljive energije, da. Zašto? zahvaljujući vodi. Možete promatrati kako voda isparava u oblake i vraća se kao oborina na površinu zemlje. Ciklus vode stalno se obnavlja i može se više puta koristiti za proizvodnju energije.
Preporuke
Ekolog vođen strašću u srcu. Vodeći pisac sadržaja u EnvironmentGo.
Nastojim educirati javnost o okolišu i njegovim problemima.
Uvijek se radilo o prirodi, trebamo je čuvati, a ne uništavati.