lovesouthernsocial.com

Зрозумійте, як гідроенергетика перетворює енергію води в електрику, її переваги та недоліки

Зображення: Гребля Ітайпу, Парагвай/Бразилія, Міжнародна гідроенергетична асоціація (IHA) має ліцензію CC BY 2.0

Що таке гідравлічна (гідроелектрична) енергія?

Гідроелектрична енергія — це використання кінетичної енергії, що міститься в потоці водойм. Кінетична енергія сприяє обертанню лопатей турбіни, які складають систему гідроелектростанції, щоб потім перетворюватися в електричну енергію генератором системи.

Що таке гідроелектростанція (або гідроелектростанція)?

Гідроелектростанція — це сукупність робіт і обладнання, що використовуються для виробництва електроенергії з використанням гідравлічного потенціалу річки. Гідравлічний потенціал визначається гідравлічним потоком і концентрацією наявних нерівностей уздовж течії річки. Розриви можуть бути природними (водоспади) або побудованими у вигляді дамб або через відведення річки від природного русла до утворення водосховищ. Розрізняють два типи водосховищ: акумуляційні та проточні. Скупчення зазвичай утворюються в верхів'ях річок, у місцях високих водоспадів і складаються з великих водойм з великим скупченням води. Річкові водосховища використовують швидкість річкової води для вироблення електроенергії, таким чином створюючи мінімальне накопичення води або взагалі не накопичуючи її.

Установки, у свою чергу, класифікуються за такими факторами: висота водоспаду, витрата, встановлена ​​потужність або потужність, тип турбіни, що використовується в системі, дамба і водосховище. Будівельний майданчик дає висоту падіння і потоку, і ці два фактори визначають потужність або встановлену потужність гідроелектростанції. Встановлена ​​потужність визначає тип турбіни, греблі та водосховища.

Згідно зі звітом Національного енергетичного агентства (Aneel), Національний довідковий центр малих гідроелектростанцій (Cerpch, з Федерального університету Ітажуба – Unifei) визначає висоту водоспаду як низьку (до 15 метрів), середню (від 15 до 150 метрів) і високі (більше 150 метрів). Однак ці заходи не є консенсусними. Розмір станції також визначає розмір розподільної мережі, яка буде доставляти вироблену електроенергію до споживачів. Чим більше завод, тим більша його тенденція до віддаленості від міських центрів. Це вимагає будівництва великих ліній електропередачі, які часто перетинають стани і викликають втрати енергії.

Як працює гідроелектростанція?

Для виробництва гідроелектроенергії необхідна інтеграція річкового стоку, нерівності місцевості (природна чи ні) та кількість доступної води.

Система гідроелектростанції складається з:

гребля

Мета дамби – перервати природний кругообіг річки, створивши водосховище. Водосховище виконує й інші функції, крім зберігання води, наприклад створення водного проміжку, уловлювання води в обсязі, достатньому для виробництва енергії та регулювання стоку річок у періоди дощу та посухи.

Система збору (приведення) води

Складається з тунелів, каналів і металевих трубопроводів, які подають воду до електростанції.

Електростанція

У цій частині системи знаходяться турбіни, підключені до генератора. Рух турбіни перетворює кінетичну енергію руху води в електричну через генератори.

Існує кілька типів турбіни, основними з яких є пельтонова, каплановая, френсісська і колбова. Найбільш підходяща турбіна для кожної гідроелектростанції залежить від напору та витрати. Приклад: цибулина використовується на проточно-річкових установках, оскільки не вимагає наявності водойм і показана для низьких падінь і великих потоків.

евакуаційний канал

Пройшовши через турбіни, вода повертається в природне русло річки через зливну трубу.

Евакуаційний канал розташований між електростанцією та річкою, і його розмір залежить від розміру електростанції та річки.

Водослив

Злив дозволяє відтік води, коли рівень у резервуарі перевищує рекомендовані межі. Зазвичай це відбувається в періоди дощу.

Водозбір відкривається, коли виробництво електроенергії погіршується, оскільки рівень води вище ідеального рівня; або щоб уникнути переповнення і, як наслідок, затоплення навколо рослини, що, ймовірно, станеться в дуже дощові періоди.

Соціальні та екологічні наслідки, викликані впровадженням гідроелектростанцій

Перша гідроелектростанція була побудована в кінці 19 століття на ділянці Ніагарського водоспаду, між США і Канадою, коли вугілля було основним паливом, а нафта ще не використовувалася широко. До цього гідравлічна енергія використовувалася лише як механічна.

Незважаючи на те, що гідроелектроенергетика є відновлюваним джерелом енергії, у звіті Aneel вказується, що її участь у світовій електричній матриці невелика і стає ще меншою. Зростаюча незацікавленість буде результатом негативних зовнішніх ефектів від реалізації проектів такого масштабу.

Негативним впливом реалізації великих гідроелектростанцій є зміна способу життя населення, яке проживає в регіоні, або в околицях місця, де буде реалізована станція. Важливо також підкреслити, що ці спільноти часто є групами людей, які ідентифікуються як традиційні популяції (корінні народи, квіломболи, громади на березі річки Амазонки та інші), чиє виживання залежить від використання ресурсів з місця, де вони живуть, і які мають зв’язки. з територією культурного порядку.

Чи чиста гідроелектростанція?

Незважаючи на те, що багато хто вважає його «чистим» джерелом енергії, оскільки воно не пов’язане зі спалюванням викопного палива, виробництво електроенергії на гідроелектростанції сприяє викидам вуглекислого газу та метану, двох газів, які потенційно можуть викликати глобальне потепління.

Викид вуглекислого газу (CO2) відбувається внаслідок розкладання дерев, які залишаються вище рівня води водоймищ, а виділення метану (CH4) відбувається за рахунок розкладання органічної речовини, що є на дні водойми. Зі збільшенням товщі води збільшується і концентрація метану (CH4). Коли вода потрапляє на турбіни заводу, різниця тисків викликає викид метану в атмосферу. Метан також викидається у шлях води через водозлив заводу, коли, крім зміни тиску та температури, вода розбризкується крапельно.

CO2 виділяється в результаті гниття мертвих дерев над водою. На відміну від метану, лише частина CO2, що викидається, вважається впливовою, оскільки велика частина CO2 скасовується через поглинання, що відбуваються в резервуарі. Оскільки метан не включається в процеси фотосинтезу (хоча він може повільно перетворюватися на вуглекислий газ), вважається, що в даному випадку він має більший вплив на парниковий ефект.

Проект Balcar (Викиди парникових газів з резервуарів гідроелектростанцій) був створений для дослідження внеску штучних водойм в посилення парникового ефекту через викиди вуглекислого газу та метану. Перші дослідження проекту були проведені в 1990-х роках у водоймах в регіоні Амазонки: Бальбіна, Тукуруї та Самуель. У дослідженні було зосереджено на регіоні Амазонки, оскільки він характеризується масивним рослинним покривом, а отже, і більшим потенціалом викиду газів при розкладанні органічної речовини. Пізніше, наприкінці 1990-х, до проекту також увійшли Міранда, Трес Маріас, Сегредо, Ксінго та Барра Боніта.

Згідно зі статтею доктора Філіпа М. Фернсайда з Дослідницького інституту Амазонки, опублікованої про викиди газу на заводі Тукуруї, у 1990 році викиди парникових газів (CO2 та CH4) заводу коливалися від 7 до 10 мільйонів тонн того року. . Автор порівнює з містом Сан-Паулу, яке в тому ж році викинуло 53 мільйони тонн CO2 від викопного палива. Іншими словами, лише Тукуруї відповідатиме за викиди, еквівалентні 13-18% викидів парникових газів у місті Сан-Паулу, що є значною цінністю для джерела енергії, який довгий час вважався «вільним від викидів». . Вважалося, що з часом органічна речовина зазнає повного розкладання і, як наслідок, більше не буде виділяти ці гази. Однак дослідження групи Balcar показали, що процес видобутку газу живиться завдяки надходженню нових органічних матеріалів, принесених річками та дощами.

Втрата видів рослин і тварин

Особливо в регіоні Амазонки, який має високе біорізноманіття, неминуча загибель організмів флори в місці формування водойми. Що стосується тварин, то навіть якщо буде здійснено ретельне планування з метою видалення організмів, не можна гарантувати, що всі організми, які складають екосистему, будуть врятовані. Крім того, нарощування дамб спричиняє зміни в навколишніх місцях проживання.

втрати ґрунту

Грунт на затопленій ділянці обов’язково прийде в непридатність для інших цілей. Це стає центральним питанням, особливо в переважно рівнинних регіонах, таких як сама Амазонка. Оскільки потужність заводу визначається співвідношенням між течією річки та нерівністю місцевості, то якщо місцевість має низьку нерівність, необхідно зберігати більшу кількість води, що означає велику площу водойми.

Зміни гідравлічної геометрії річки

Річки, як правило, мають динамічний баланс між стоком, середньою швидкістю води, навантаженням на наноси та морфологією русла. Будівництво водосховищ впливає на цей баланс і, як наслідок, спричиняє зміни гідрологічного та осадового порядку не лише на місці водосховища, а й на прилеглій території та в руслі під водоймою.

Номінальна потужність х фактична кількість виробленої продукції

Інше питання, яке необхідно підняти, полягає в тому, що існує різниця між номінальною встановленою потужністю та фактичною кількістю електроенергії, виробленої станцією. Кількість виробленої енергії залежить від течії річки.

Таким чином, марно встановлювати систему, яка може виробляти більше енергії, ніж може забезпечити річковий потік, як це сталося у випадку з гідроелектростанцією Бальбіна, встановленою на річці Уатума.

Міцна потужність рослини

Ще один важливий момент, який слід враховувати, це концепція твердої потужності заводу. За словами Анеля, міцна потужність заводу – це максимальне безперервне виробництво енергії, яке можна отримати, виходячи з найсухішої послідовності, зафіксованої в історичному потоці річки, в якій вона встановлена. Ця проблема, як правило, стає все більш центральною в умовах дедалі частіших і серйозних періодів посухи.

Гідроелектроенергетика в Бразилії

Бразилія — країна з найбільшим гідроелектропотенціалом у світі. Таким чином, 70% його зосереджено в басейнах Амазонки та Токантінс/Арагуайя. Першою великомасштабною бразильською гідроелектростанцією, яка була побудована, була Паулу Афонсу I в 1949 році в Баїї з потужністю, еквівалентною 180 МВт. В даний час Паулу Афонсу I є частиною гідроелектростанції Паулу Афонсу, що складається з чотирьох електростанцій.

балбін

Бальбіна гідроелектростанція була побудована на річці Уатума, в Амазонасі. Бальбіна була побудована для забезпечення потреби Манауса в енергії. Передбачалося встановлення потужності 250 МВт через п'ять генераторів, потужністю 50 МВт кожен. Однак потік річки Уатума забезпечує набагато нижчу середньорічну виробництво енергії, приблизно 112,2 МВт, з яких лише 64 МВт можна вважати потужною потужністю. З огляду на те, що при передачі електроенергії від станції до центру споживачів відбувається приблизно 2,5% втрат, лише 109,4 МВт (62,4 МВт у твердій потужності). Значення значно нижче номінальної потужності 250 МВт.

Ітайпу

Гідроелектростанція Ітайпу вважається другою за величиною електростанцією у світі з 14 тис. МВт встановленої потужності і поступається лише ущелинам Трес у Китаї з 18 200 МВт. Побудований на річці Парана і розташований на кордоні між Бразилією та Парагваєм, це двонаціональний завод, оскільки він належить обома країнам. Енергія, вироблена Ітайпу, яка постачає Бразилію, відповідає половині її загальної потужності (7000 МВт), що еквівалентно 16,8% енергії, спожитої в Бразилії, а інша половина електроенергії використовується Парагваєм і відповідає 75% парагвайської споживання енергії.

Тукуруї

Завод Tucuruí був побудований на річці Токантінс в Пара і має встановлену потужність, еквівалентну 8370 МВт.

Белу Монте

Гідроелектростанція Белу-Монте, розташована в муніципалітеті Альтаміра, на південний захід від Пара і відкрита президентом Ділмою Русеф, була побудована на річці Шінгу. Станція є найбільшою гідроелектростанцією на 100% у країні та третьою за величиною у світі. При встановленій потужності 11 233,1 мегават (МВт). Це означає, що навантаження достатньо для обслуговування 60 мільйонів людей у ​​17 штатах, що становить близько 40% житлового споживання по всій країні.Еквівалент встановленої виробничої потужності становить 11 тис. МВт, тобто найбільша установка за встановленими потужностями країни , що займає місце заводу Тукуруї як найбільшого 100% національного заводу. Белу Монте також є третьою за величиною гідроелектростанцією у світі, після Трес Гаргантас та Ітайпу відповідно.

Багато питань крутиться навколо будівництва електростанції Белу Монте. Незважаючи на встановлену потужність 11 тис. МВт, за даними Мінприроди, тверда потужність станції становить 4,5 тис. МВт, тобто лише 40% від загальної потужності. Оскільки він побудований в регіоні Амазонки, Бело-Монте має потенціал для викидів у великій концентрації метану та вуглекислого газу. Все це без урахування великого впливу на життя традиційних популяцій і великого впливу на фауну і флору. Іншим фактором є те, що його будівництво вигідно переважно компаніям, а не населенню. Приблизно 80% електроенергії призначається компаніям Центр-Південь країни.

Придатність

Незважаючи на згадані негативні соціальні та екологічні наслідки, гідроенергія має переваги порівняно з невідновлюваними джерелами енергії, такими як викопне паливо. Незважаючи на те, що гідроелектростанції сприяють викидам метану та діоксиду сірки, гідроелектростанції не виділяють і не виділяють інші види токсичних газів, наприклад ті, які видихають термоелектростанції – дуже шкідливі для навколишнього середовища та здоров’я людей.

Проте недоліки гідроелектростанцій порівняно з іншими відновлюваними джерелами енергії, такими як сонце та вітер, які мають менший вплив на навколишнє середовище порівняно з впливом гідроелектростанцій, є більш очевидними. Проблема все ще полягає в життєздатності нових технологій. Альтернативою зменшення впливу, пов'язаного з виробництвом гідроелектроенергії, є будівництво малих гідроелектростанцій, які не потребують будівництва великих водосховищ.

• Що таке сонячна енергія, переваги та недоліки
• Що таке енергія вітру?

Крім того, термін служби гребель становить близько 30 років, що ставить під сумнів їх довгострокову життєздатність.

Дослідження «Стала гідроенергетика у 21 столітті», проведене Університетом штату Мічиган, звертає увагу на той факт, що великі греблі гідроелектростанцій можуть стати ще менш стійким джерелом енергії в умовах зміни клімату.

Необхідно враховувати справжні витрати на гідроелектроенергію, не тільки економічні та інфраструктурні витрати, а й соціальні, екологічні та культурні витрати.