Hoci vodná energia rýchlo mizne, obnoviteľné zdroje energie ako slnečná a veterná energia ich rýchlo dobiehajú a stále tvoria najväčšiu časť svetovej elektriny.
Vodná energia bola v 20. storočí taká rozšírená, že si pre svoju silu a hojnosť vyslúžila prezývku „biele uhlie“.
Pôvodným a najzákladnejším spôsobom výroby energie bola vodná energia.
Jednoducho povedané, vodná energia je vytváranie energie z padajúcej alebo pohybujúcej sa vody. Na riekach sa stavajú priehrady na výrobu elektriny.
Turbíny sa potom otáčajú nepretržitým prúdom vody.
Najpopulárnejší energie z obnoviteľných zdrojov zdrojom na začiatku 21. storočia bola vodná elektrina, ktorá v roku 2019 predstavovala viac ako 18 % celkovej svetovej kapacity výroby energie.
V časti „Ako funguje vodná energia“ sa pozrieme na princíp fungovania vodnej energie.
Obsah
Čo je to hydroelektrická energia?
Vodná energia je šetrná k životnému prostrediu a obnoviteľný zdroj energie, ktorý generuje energiu pomocou priehrady alebo diverznej štruktúry na zmenu prirodzeného toku rieky alebo iného vodného útvaru.
Vodná energia, tiež nazývaná vodná energia vyrába elektrina z generátorov, ktoré sú poháňané turbíny konvertovaťv potenciálna energia padajúce alebo rýchlo tečúce voda do mechanická energia.
Výhody vodnej energie
Žiadny druh výroby energie podľa americkej geologickej služby (USGS) neponúka dokonalé riešenie, no vodná energia môže stále ponúkať niekoľko výhod.
Zdroj: Aké sú niektoré výhody a nevýhody hydroelektrickej energie? (Web Solar)
1. Zdroj obnoviteľnej energie
Pretože využíva vodu na planéte na výrobu elektriny, vodná energia sa považuje za obnoviteľný zdroj.
Keď svieti slnko, voda na zemskom povrchu sa vyparuje, vytvára oblaky a nakoniec sa vracia na planétu ako dážď a sneh.
Keďže ho nedokážeme vyčerpať, neobávame sa, že jeho cena bude v dôsledku nedostatku stúpať.
Vodné elektrárne sú preto vyrobené tak, aby vydržali. V iných situáciách sa strojové zariadenie, ktoré malo vydržať 25 rokov, stále používa po tom, čo bolo v ňom používať dvakrát tak dlho.
2. Čistý zdroj energie
Jedným z mnohých „zelených“ a „čistých“ alternatívnych zdrojov energie je vodná elektrina. Výroba elektrickej energie z vodných elektrární neznečisťuje životné prostredie.
Vodné elektrárne počas výroby energie neuvoľňujú do atmosféry žiadne škodlivé alebo skleníkové plyny.
Obdobie, kedy je znečistenie najvážnejšie, je obdobie výstavby elektrární.
Keďže hydroelektrická energia neuvoľňuje látky znečisťujúce ovzdušie, pomáha zlepšovať kvalitu vzduchu, ktorý dýchame.
Okrem toho rastliny nevytvárajú žiadne nebezpečné vedľajšie produkty.
Využívanie vodnej energie dnes bráni uvoľňovaniu emisií skleníkových plynov zodpovedajúcich viac ako 4.5 miliónom barelov ropy, čo by urýchlilo tempo globálneho otepľovania.
3. Cenovo dostupný zdroj energie
Napriek drahým počiatočným nákladom na výstavbu je vodná energia nákladovo efektívnym zdrojom energie.
Riečna voda je neobmedzený zdroj, ktorý nie je ovplyvnený výkyvmi na trhu.
Cenu zdrojov energie na báze fosílnych palív vrátane uhlia, ropy a zemného plynu výrazne ovplyvňuje volatilita trhu, ktorá môže spôsobiť jej prudký nárast alebo pokles.
S priemernou životnosťou 50 až 100 rokov sú vodné elektrárne dlhodobými investíciami, z ktorých môžu mať úžitok mnohé budúce generácie.
Ponúkajú tiež oveľa nižšie náklady na prevádzku a údržbu a možno ich jednoducho upraviť tak, aby spĺňali súčasné technické požiadavky.
4. Pomáha vzdialeným komunitám vo vývoji
Tieto zariadenia na výrobu obnoviteľnej energie nielenže vytvárajú pracovné miesta, ale aj čistú energiu, ktorú využívajú miestni obyvatelia a podniky.
Odľahlé oblasti, ktoré potrebujú elektrinu, sú obsluhované vodnými elektrárňami, ktoré tiež priťahujú priemysel, obchod, dopravu a ďalší životne dôležitý rozvoj komunity.
Všetky tieto iniciatívy pomáhajú zlepšovať miestne ekonomiky, prístup k zdravotnej starostlivosti a vzdelaniu a celkovú kvalitu života obyvateľov.
EIA tvrdí, že tento spoľahlivý a prispôsobivý zdroj energie zvyšuje príťažlivosť komunity pre ostatných vývojárov.
5. Rekreačné príležitosti
Rybolov, člnkovanie a plávanie sú všetky možné rekreačné aktivity v jazere, ktoré sa vytvára za priehradou.
Voda z jazera môže byť potenciálne použitá na zavlažovanie. Obľúbeným cieľom turistov sa stávajú aj veľké priehrady.
Zariadenia na výrobu vodných elektrární môžu skladovať obrovské množstvo vody na použitie podľa potreby a na zavlažovanie, keď je zrážok málo.
Je výhodné mať možnosť skladovať vodu, pretože znižuje našu náchylnosť na suchá a povodne a chráni vodné hladiny pred vyčerpaním.
6. Posilnite maximálny dopyt
Vodnú elektráreň oceňuje USGS pre jej rýchlu a spoľahlivú kapacitu, ktorá môže fungovať od nulového dopytu až po špičkový výkon.
Výrobcovia môžu rýchlejšie ako ktorýkoľvek iný zdroj energie transformovať tento typ obnoviteľnej energie na elektrickú energiu a pridať ju do rozvodných sietí.
Vodná energia je vďaka tejto funkcii najlepšou voľbou na prispôsobenie sa meniacim sa potrebám spotrebiteľov.
7. Ponúka všestranné energetické riešenie
Napríklad výroba vodnej energie zvyšuje životaschopnosť iných obnoviteľných zdrojov energie, ako je voda a solárna energia.
Vodné elektrárne sú ideálnym doplnkom solárnej a veternej energie, pretože môžu kolísať v závislosti od klímy.
Výsledkom je, že vodná energia má v budúcnosti veľký potenciál len obnoviteľné zdroje energie.
Nevýhody vodnej energie
Vodné elektrárne majú mnoho výhod, ale ako každý zdroj energie musia byť vyvinuté a používané rozumne, aby sa minimalizovali riziká a nevýhody.
Zatiaľ čo niektoré z týchto nevýhod sa môžu vzťahovať na prakticky akúkoľvek elektráreň, problémy s odklonom vody sú jedinečné pre vodnú energiu.
Zdroj: 5 nevýhod hydroelektrickej energie (PMCAOnline)
1. Škody na životnom prostredí
Prirodzené prerušenia toku vody môžu výrazne ovplyvniť životné prostredie a riečny ekosystém.
Keď je nedostatok potravy alebo začína obdobie rozmnožovania, určité druhy rýb a iné voľne žijúce zvieratá zvyčajne migrujú.
Výstavba priehrad môže zablokovať ich trasy a zastaviť tok vody, čo spôsobí, že biotopy pozdĺž riek začnú miznúť.
Kvôli vodnej priehrade, zmenenému toku rieky, výstavbe ulíc a inštalácii elektrického vedenia sú prirodzené účinky vodnej energie spojené s prerušením prírody.
Hoci je ťažké študovať tento proces a robiť úsudky len na základe jednej zložky, vodné elektrárne môžu mať vplyv na ryby a spôsob, akým migrujú.
Viac klientskych investícií bolo spojených so zlým zaobchádzaním s druhmi rýb, čo naznačuje, že mnohí ľudia túto tému silne vnímajú.
2. Vplyv výstavby priehrady na životné prostredie
Hoci je vodná energia obnoviteľným zdrojom, výroba ocele a betónu, ktoré sú potrebné pri stavbe priehrad, môže produkovať skleníkové emisie.
Na celom svete nie je veľa miest, ktoré sú vhodné na stavbu rastlín.
Navyše, niektoré z týchto lokalít sú ďaleko od veľkých miest, kde možno energiu využiť na maximum.
3. Vysoké počiatočné kapitálové náklady
Výstavba akejkoľvek elektrárne je náročná a nákladná, ale vodné elektrárne potrebujú priehradu na zastavenie toku vody.
V dôsledku toho sú drahšie ako zariadenia na fosílne palivá porovnateľného rozsahu.
Kvôli logistickým ťažkostiam, ako je geografia, kladenie základov pod vodu a materiály potrebné na ich vybudovanie, je výstavba vodných elektrární mimoriadne nákladná.
Jedinou výhodou je, že po dokončení nebude potrebovať toľko údržby.
Na návratnosť peňazí investovaných do výstavby bude ešte potrebné, aby vodná elektráreň bola v prevádzke ešte značný čas.
4. Potenciál pre konflikt
Na využitie vody národy s bohatými zdrojmi hydroelektrickej energie často stavajú priehrady cez rieky.
Aj keď je tento počin chvályhodný, môže zabrániť prirodzenému prúdeniu vody z jedného smeru do druhého.
Aby sa vyhovelo ľuďom, ktorí chcú stavať priehrady v rôznych regiónoch, voda, ktorá nie je potrebná na jednom mieste, sa odvádza na iné miesto.
Ale ak je tam nedostatok vody, môže to viesť k vojne, preto je potrebné zastaviť tok vody do priehrad.
5. Môže spôsobiť sucho
Hoci je vodná energia najspoľahlivejším obnoviteľným zdrojom energie, závisí od dostupnosti vody v konkrétnej oblasti.
Tak, a sucho môže mať veľký vplyv na to, ako dobre funguje vodná elektráreň.
Celkové náklady na energiu a energiu sa vypočítavajú na základe dostupnosti vody.
Suché kúzla môžu mať veľký vplyv na schopnosť ľudí získať vodu, pretože im bránia získať potrebnú energiu.
A keďže sa naša zemeguľa v dôsledku klimatických zmien naďalej zahrieva, môže sa to stať častejšie.
6. Riziko povodní v nižších polohách
Komunitám žijúcim nižšie po prúde hrozí záplavy, keď sa priehrady postavia vo vyšších nadmorských výškach, čo zvyšuje pravdepodobnosť uvoľnenia silných vodných tokov z priehrady spôsobujúcich záplavy.
Napriek sile konštrukcie priehrad stále existuje nebezpečenstvo. The Porucha priehrady Banqiao je najväčšou katastrofou priehrady v zaznamenanej histórii.
Priehrada sa pretrhla v dôsledku nadmerných zrážok, ktoré priniesol tajfún. V dôsledku toho zomrelo 171,000 XNUMX ľudí.
7. Emisie oxidu uhličitého a metánu
Z vodnej nádrže sa uvoľňuje veľké množstvo oxidu uhličitého a metánu.
Na týchto vlhkých miestach v blízkosti priehrady začína chátrať a degradovať vegetácia pod vodou.
Okrem toho rastliny vyžarujú veľa uhlík a metán ako umierajú.
8. Geologické škody
V dôsledku výstavby veľkých priehrad môže dôjsť k vážnemu geologickému poškodeniu.
Stavba priehrady Hoover Dam v Spojených štátoch amerických, ktorá iskrila zemetrasenie a stlačený zemský povrch v blízkosti, je ukážkovým príkladom geologického poškodenia.
9. Spoliehanie sa na miestnu hydrológiu
Keďže vodná energia závisí výlučne od prietoku vody, zmeny v životnom prostredí môžu ovplyvniť úspešnosť výroby elektriny v týchto priehradách.
Napríklad vodná elektráreň môže byť menej produktívna, ako sa očakávalo, ak klimatické zmeny znížia prietok vody v konkrétnych lokalitách.
Napríklad 66 percent energetických požiadaviek Kene pokrýva vodná energia.
Keňu dlhodobo postihujú energetické obmedzenia spôsobené suchom, tvrdí Medzinárodné rieky, skupina venujúca sa ochrane svetových riek.
Na druhej strane niektoré lokality v súčasnosti čelia väčšiemu nebezpečenstvu záplav v dôsledku klimatických zmien.
V týchto situáciách môžu priehrady zabezpečiť ochranu pred povodňami aj výrobu obnoviteľnej energie.
Ako funguje vodná energia?
Ako funguje vodná energia
Zdroj: Ako funguje vodná elektráreň? Stručná história a základná mechanika (Blog WIKA – WIKA USA)
Na výrobu sa používa priehrada alebo iná stavba, ktorá mení prirodzený tok rieky alebo iného vodného útvaru vodné, často známy ako vodná elektráreň.
Vodná energia využíva na výrobu energie večný, nikdy nekončiaci vodný cyklus, ktorý využíva vodu ako palivo a nezanecháva žiadne odpadové produkty.
Aj keď existuje veľa rôznych druhy vodných elektrární, sú vždy poháňané kinetickou energiou vody pohybujúcej sa po prúde.
Na premenu tejto kinetickej energie na elektrinu, ktorá sa môže následne použiť na pohon budov, podnikov a iných zariadení, využíva vodná energia turbíny a generátory.
Vodné elektrárne sa zvyčajne nachádzajú na vodnom zdroji alebo blízko neho, pretože využívajú vodu na výrobu energie.
Množstvo energie, ktoré je možné získať z tečúcej vody, závisí od jej objemu aj od zmeny nadmorskej výšky alebo „hlavy“ medzi dvoma bodmi.
Množstvo energie, ktoré je možné vyrobiť, sa zvyšuje s prietokom a výškou.
Na úrovni závodu voda cirkuluje potrubím, nazývaným aj privádzač, ktorý otáča lopatky turbíny, ktorá roztáča generátor, ktorý generuje energiu.
Takto funguje väčšina konvenčných vodných elektrární – vrátane prečerpávacích a prietočných systémov.
Schéma vodnej elektrárne
Schéma vodnej elektrárne
Komponenty vodnej elektrárne
Hlavné komponenty vodnej elektrárne sú nasledovné.
- Forebay a sacia štruktúra
- Hlavný závod alebo prívodné potrubia
- Penstock
- Prepäťová komora
- Hydraulické turbíny
- Power house
- Ťaháková trubica a chvostová časť
1. Predné a sacie štruktúry
Predhradie, ako už názov napovedá, je väčšia vodná plocha pred vpustom. Keď privádzač čerpá vodu priamo z nádrže, nádrž slúži ako predhradie.
Segment kanála pred turbínami je rozšírený, aby vytvoril predhradie, keď kanál prepravuje vodu do turbín.
Na napájanie turbín vodou je v predhradí dočasne uskladnená voda. Voda nemôže tiecť, keď vstupuje do kanála alebo nádrže.
Na riadenie prítoku vody sú na prívodných bránach inštalované kladkostroje. Aby sa zabránilo vniknutiu odpadu, stromov atď. do privádzača, sú pred bránami umiestnené koše na odpadky.
Okrem toho sú k dispozícii hrable na pravidelné čistenie košov na odpadky.
2. Hlavný náhon alebo sacie potrubie
Dopravujú vodu z nádrže do turbín. V závislosti od okolností na mieste je možné zvoliť otvorený kanál alebo tlakové potrubie (Penstock).
Tlakovým potrubím môže byť rozšírený sací kanál v telese priehrady, dlhé oceľové alebo betónové potrubie alebo príležitostne tunel, ktorý vedie niekoľko kilometrov medzi nádržou a elektrárňou.
Gradient tlakového potrubia je určený podmienkami miesta a nekopíruje obrysy zeme. Voda sa v napájacom potrubí pohybuje rýchlejšie ako v otvorenom kanáli.
Rýchlosť sa môže meniť medzi 2.5 a 3 m/s až do výšky hlavy približne 60 metrov.
Pri vyšších hlavách môže byť rýchlosť ešte vyššia. Niekedy je praktické alebo nákladovo efektívne použiť úplne alebo čiastočne otvorený kanál ako primárne vedenie.
Hlavový kanál sa zvyčajne používa v systémoch s nízkou hlavou, kde sú straty hlavy značné. Môže nasmerovať vodu do privádzačov alebo turbín.
Otvorený kanál má tú výhodu, že ho možno použiť na navigáciu alebo zavlažovanie.
3. Penstock
Privádzače fungujú ako veľké, šikmé potrubia, ktoré prepravujú vodu z nádrží alebo nasávacích štruktúr do turbín.
Pracujú pod určitým tlakom, preto náhle zatvorenie alebo otvorenie brán privádzača môže spôsobiť vodné rázy na privádzače.
Takže okrem skutočnosti, že privádzač je ako bežná rúra, sú vyrobené tak, aby odolali nárazom vodného kladiva.
Na uvoľnenie tohto tlaku sú k dispozícii vyrovnávacie nádrže pre dlhé privádzače a silné steny pre krátke privádzače.
Privádzače sa vyrábajú z ocele alebo železobetónu. Pre každú turbínu sa používa samostatný privádzač, ak je dĺžka malá.
Podobne, ak je dĺžka veľká, použije sa jeden veľký privádzač, ktorý sa na konci rozdelí na vetvy.
4. Prepäťová komora
Vyrovnávací komora, niekedy známa ako vyrovnávacia nádrž, je valec s horným otvorom na riadenie tlaku privádzača.
Nachádza sa čo najbližšie k elektrárni, ako je praktické a je napojený na privádzač.
Hladina vody v vyrovnávacej nádrži sa zvyšuje a riadi tlak v privádzači vždy, keď elektráreň odmietne zaťaženie vodou prichádzajúce z privádzača.
Podobne aj vyrovnávacia nádrž pri vysokej potrebe zrýchľuje prietok vody do elektrárne, čo spôsobuje pokles hladiny vody.
Hladina vody v vyrovnávacej nádrži sa stabilizuje, keď je vypúšťanie elektrárne konzistentné.
Vybíjacie nádrže sa dodávajú v rôznych variantoch a vyberajú sa v závislosti od potrieb závodu, dĺžky privádzača atď.
5. Hydraulické turbíny
Hydraulická turbína je zariadenie, ktoré premieňa hydraulickú energiu na mechanickú energiu, ktorá sa potom premení na elektrickú energiu spojením hriadeľa turbíny s generátorom.
Mechanizmus v tomto prípade spočíva v tom, že generátor generuje elektrickú energiu vždy, keď sa voda z privádzača dostane do kontaktu s kruhovými lopatkami alebo bežcom pod vysokým tlakom.
Vo všeobecnosti sú dva typy hydraulických turbín reakčné turbíny a impulzné turbíny.
Rýchlostná turbína je iný názov pre impulznú turbínu. Príkladom impulznej turbíny je Peltonova kolesová turbína.
Tlaková turbína je iný názov pre reakčnú turbínu. Do tejto skupiny patria Kaplanove turbíny a Francisove turbíny.
6. Power House
Zariadenie známe ako „elektráreň“ je zriadené na zabezpečenie elektrických a hydraulických strojov.
Základ alebo spodná konštrukcia postavená pre elektráreň zvyčajne podopiera celé zariadenie.
Pri vytváraní základov pre reakčné turbíny sú niektoré zariadenia, ako sú sacie rúry a špirálové puzdro, pripevnené vo vnútri. V dôsledku toho je nadácia postavená vo veľkom meradle.
Z hľadiska nadstavby sú vertikálne turbíny umiestnené pod generátormi na prízemí.
Okrem toho sú ponúkané horizontálne turbíny. Na prvom poschodí alebo medziposchodí je velín.
7. Dráha ťažnej rúrky a chvosta
Chvostový kanál označuje priechod, do ktorého sa turbína vypúšťa v prípade impulzného kolesa a cez saciu rúrku v prípade reakčnej turbíny.
Sacie potrubie, tiež známe ako sacia trubica, je jednoducho vzduchotesná trubica inštalovaná na výstupnej strane každej reakčnej turbíny.
Začína na výstupnom konci obežného kolesa turbíny a klesá k hladine zadnej vody, ktorá je 0.5 metra pod povrchom.
Vzplanutie 4 až 6 stupňov sa zvyčajne používa na priame sacie rúry, aby sa postupne spomalil tok vody.
záver
Pri oboznamovaní sa s princípom fungovania vodnej elektrárne je dobré vedieť, že niečo také sofistikované, ako je toto, je obnoviteľné a môže vydržať 50 – 100 rokov. Aké úžasné.
Často kladené otázky
Na čo sa využíva vodná energia?
Vodná energia sa používa na výrobu elektriny premenou kinetickej energie na elektrinu, ktorá sa následne môže použiť na pohon budov, podnikov a iných zariadení, vodná energia využíva na tieto procesy turbíny a generátory.
Je vodná energia obnoviteľná?
Vodná elektrina je forma obnoviteľnej energie, áno. prečo? kvôli vode. Môžete pozorovať, ako sa voda vyparuje do oblakov a ako zrážky sa vracia na zemský povrch. Vodný cyklus sa neustále obnovuje a možno ho opakovane využívať na výrobu energie.
Odporúčanie
Srdcom nadšený ekológ. Vedúci autor obsahu v EnvironmentGo.
Snažím sa vzdelávať verejnosť o životnom prostredí a jeho problémoch.
Vždy to bolo o prírode, ktorú by sme mali chrániť a nie ničiť.