HIDRAULINĖ GALIA: CHARAKTERISTIKOS, KAIP JI VEIKIA, PRANAŠUMAI, PANAUDOJIMAS - APLINKA - 2025

Hidraulinis yra galimybė iš vandens gaminti darbui su judesio, šviesos ir šilumos forma, remiantis jų potencialą ir kinetinė energija. Ji taip pat laikoma švaria, efektyvia atsinaujinančia energija.

Šią energiją lemia srautas, nelygumai tarp žemės taškų, per kuriuos vanduo juda, ir gravitacijos jėga. Žmonės nuo seno naudojo įvairius darbus.

Itaipú užtvanka (Brazilija ir Paragvajus). Šaltinis: Angelo Leithold

Vienas iš pirmųjų hidraulinės energijos panaudojimo būdų buvo vandens malūnų, naudojančių srovės galią, maitinimas. Tokiu būdu, naudojant įrankius, girnos galėjo būti perkeltos į kviečius.

Šiuo metu svarbiausias jo pritaikymas yra elektros energijos generavimas per hidraulines jėgaines arba hidroelektrines. Šiuos augalus iš esmės sudaro užtvanka ir turbinų bei generatorių sistema.

Vanduo kaupiasi užtvankoje tarp dviejų kanalo lygių (geodezinis nelygumas), sukurdamas gravitacinę potencialo energiją. Vėliau vandens srovė (kinetinė energija) suaktyvina turbinas, kurios perduoda energiją generatoriams, kad būtų galima gaminti energiją.

Tarp hidraulinės energijos pranašumų yra tai, kad ji, kitaip nei kiti energijos šaltiniai, yra atsinaujinanti ir neteršianti. Kita vertus, jis yra labai efektyvus, jo išeiga svyruoja nuo 90 iki 95%.

Hidroelektrinių poveikis aplinkai yra susijęs su temperatūros ir fizinio vandens pakitimo pokyčiais. Taip pat gaminamos alyvų ir riebalų atliekos, kurios filtruojamos iš mašinų.

Pagrindinis jo trūkumas yra fizinis pakitimas, kurį jis sukelia dėl didelių žemės plotų potvynio, ir pakitusi natūrali upių tėkmė ir eiga.

Didžiausia hidroelektrinė pasaulyje yra Trys tarpekliai, esantys Kinijoje, prie Jangdzės upės. Kiti du svarbūs yra Itaipú, esantis ant Brazilijos ir Paragvajaus sienos, ir Simón Bolívar arba Guri hidroelektrinė Venesueloje.

charakteristikos

Hidraulinės energijos šaltinis yra vanduo ir ji laikoma atsinaujinančia energija tol, kol nepakeičiamas vandens ciklas. Panašiai, jis gali gaminti darbą nesukurdamas kietų atliekų ar neteršdamas dujų, todėl laikomas švaria energija.

spektaklis

Energijos vartojimo efektyvumas reiškia santykį tarp energijos, gautos proceso metu, ir energijos, kuri buvo reikalinga į jį investuoti. Hidraulinės energijos atveju našumas pasiekiamas nuo 90 iki 95%, atsižvelgiant į vandens greitį ir naudojamą turbinos sistemą.

Kaip veikia hidroenergija?

Hidroelektrinės schema. Šaltinis: vartotojas: Tomia

Saulės energijos pavertimas kinetine energija

Hidraulinės energijos pagrindas yra saulės energija, žemės topografija ir žemės gravitacija. Vandens cikle saulės energija sukelia garavimą, tada vanduo kondensuojasi ir nusėda žemėje.

Dėl nelygaus žemės paviršiaus ir gravitacijos jėgos žemės paviršiuje susidaro paviršinio vandens srovės. Tokiu būdu saulės energija virsta kinetine energija dėl vandens judėjimo, veikiant nelygumams ir gravitacijai.

Vėliau vandens kinetinę energiją galima paversti mechanine energija, galinčia atlikti darbą. Pavyzdžiui, peilius galima perkelti, kurie perduoda judėjimą į pavarų sistemą, galinčią valdyti įvairius įrenginius.

Hidraulinės energijos dydį parodo nelygumai tarp dviejų nurodytų upės vagos taškų ir jo tėkmės. Kuo didesnis žemės nelygumas, tuo didesnė vandens potencinė ir kinetinė energija, taip pat jo galimybė kurti darbą.

Šia prasme potenciali energija yra ta, kuri kaupiasi vandens telkinyje ir yra susijusi su jo aukščiu žemės atžvilgiu. Kita vertus, kinetinė energija yra ta, kurią vanduo atpalaiduoja krisdamas, atsižvelgiant į topografiją ir gravitaciją.

Elektros energijos gamyba iš hidroelektrinės (hidroelektrinės)

Kinetinė energija, kurią sukuria krintantis vanduo, gali būti naudojama elektros energijai gaminti. Tai pasiekiama statant užtvankas, kuriose kaupiasi vanduo ir yra laikomas skirtinguose aukščiuose.

Taigi potenciali vandens energija yra tiesiogiai proporcinga lygio skirtumui tarp vieno taško ir kito, o kai vanduo krinta, jis virsta kinetine energija. Vėliau vanduo praeina per besisukančių menčių sistemą ir sukuria sukimosi kinetinę energiją.

Sukimasis leidžia judėti pavarų sistemoms, kurios gali suaktyvinti mechanines sistemas, tokias kaip malūnai, ratai ar generatoriai. Konkrečiu hidroelektrinės energijos generavimo atveju, norint generuoti elektrą, sistemai reikalinga turbinos sistema ir generatorius.

Turbinos

Turbina susideda iš horizontalios arba vertikalios ašies su ašmenų sistema, kuri suka ašį vandens jėga.

Yra trys pagrindiniai hidraulinių turbinų tipai:

Peltono turbina

Peltono turbina. Šaltinis: Robertk9410

Tai yra aukšto slėgio impulsinė turbina su horizontalia ašimi, kuri veikia visiškai nesinerdama. Darbinis ratas turi įgaubtų mentių (ašmenų ar dantų), kurias varo vandens purkštukai, seriją.

Kuo daugiau vandens turbinų pateks į turbiną, tuo daugiau energijos ji generuos. Šio tipo turbina naudojama kriokliams nuo 25 iki 200 metrų aukščio, o jų efektyvumas siekia iki 90%.

Pranciškaus turbina

Pranciškaus turbina. Šaltinis: originalus įkėlėjas buvo Stahlkocheris vokiečių Vikipedijoje.

Tai vidutinio slėgio reakcijos turbina su vertikalia ašimi ir visiškai panardinta į vandenį. Darbaratis yra sudarytas iš ašmenų, kurias varo vanduo, vedamas per skirstytuvą.

Jis gali būti naudojamas kriokliuose nuo 20 iki 200 metrų aukščio ir pasiekia 90% efektyvumą. Tai turbinos rūšis, dažniausiai naudojama didelėse hidroelektrinėse pasaulyje.

„Kaplan“ turbina

„Kaplan“ turbina. Šaltinis: „TheRunnerUp“

Tai yra Pranciškaus turbinos variantas ir, kaip ir ji, turi vertikalią ašį, tačiau sparnuotę sudaro keletas valdomų menčių. Tai yra aukšto slėgio reakcija ir visiškai panardinamas į vandenį.

„Kaplan“ turbina naudojama nuo 5 iki 20 metrų aukščio kriokliuose, o jos efektyvumas gali siekti iki 95%.

Kintamosios srovės generatorius

Kintamosios srovės generatorius yra įtaisas, turintis galimybę mechaninę energiją paversti elektros energija per elektromagnetinę indukciją. Taigi, magnetiniai poliai (induktorius) sukami ritėje su kintamais laidžios medžiagos poliais (pavyzdžiui, vario žaizda minkštoje geležyje).

Jo veikimas pagrįstas tuo, kad laidininkas, tam tikrą laiką veikiamas kintamo magnetinio lauko, sukuria elektros įtampą.

Privalumas

Hidraulinė galia yra plačiai naudojama, nes ji turi daug teigiamų aspektų. Tarp jų galime išskirti:

Tai ekonomiška

Nors hidroelektrinių atveju pradinės investicijos yra didelės, apskritai ilgainiui tai yra pigi energija. Taip yra dėl jo stabilumo ir mažų priežiūros išlaidų.

Be to, turi būti pridėta ekonominė kompensacija, kurią teikia rezervuarai su akvakultūros, vandens sporto ir turizmo galimybėmis.

Jis yra atsinaujinantis

Kadangi jis pagrįstas vandens ciklu, tai yra atsinaujinantis ir nuolatinis energijos šaltinis. Tai reiškia, kad jis, palyginti su iškastinio kuro energija, neišsenka laiku.

Tačiau jo tęstinumas priklauso nuo to, ar vandens ciklas nebus keičiamas tam tikrame regione ar visame pasaulyje.

Aukštas našumas

Manoma, kad hidraulinė energija yra labai efektyvi ir pasižymi dideliu našumu, kuris yra nuo 90 iki 95%.

Tai neteršia

Šios rūšies energijai naudojamas natūralus šaltinis, pavyzdžiui, vanduo, taip pat nesusidaro atliekų ar teršiančių dujų. Todėl jo poveikis aplinkai yra nedidelis ir laikomas švarios energijos pavidalu.

Rezervuarų buvimas

Tais atvejais, kai statomi rezervuarai, skirti naudoti hidroelektrinę energiją, tai yra keletas papildomų privalumų:

- Jie leidžia reguliuoti upės tėkmę ir išvengti potvynių.
- Jie yra vandens rezervuaras, skirtas vartoti žmonėms, laistyti ir naudoti pramonėje.
- Jie gali būti naudojami kaip poilsio zonos ir užsiimant vandens sportu.

Trūkumai

Priklausomybė nuo kritulių

Hidroelektrinės gamybos apribojimas yra jos priklausomybė nuo kritulių režimo. Todėl ypač sausais metais vandens tiekimas gali drastiškai sumažėti, o rezervuaro lygis sumažėjęs.

Sumažinus vandens srautą, mažesnė elektros energija. Regionuose, kurie labai priklauso nuo hidroelektrinės energijos tiekimo, gali kilti problemų.

Natūralios upės tėkmės keitimas

Upės užtvankos statyba keičia jos natūralų kelią, potvynio režimą, mažėjantį srautą (nuosėdų sumažėjimą) ir nuosėdų tempimo procesą. Todėl vandens ir augalų, esančių netoli vandens telkinio, biologijoje vyksta pokyčiai.

Kita vertus, nuosėdų išlaikymas užtvankoje keičia deltų susidarymą upių žiotyse ir keičia dirvožemio sąlygas.

Pavojus užtvankai nutrūkti

Dėl didelio vandens tūrio, esančio kai kuriose hidroelektrinėse užtvankose, atraminės sienos ar netoliese esančių šlaitų pažeidimas gali sukelti rimtų avarijų. Pavyzdžiui, per 1963 metus Vajonto užtvankos (dabar nebenaudojamos) Italijoje šlaitas nužudė 2000 žmonių.

Programos

Didmeniniai ratai ir vandens siurbliai

Rato sukimasis, kurį lemia vandens kinetinė energija, leidžia vandenį iš seklaus šulinio ar kanalo nukreipti į padidintą kanalą ar rezervuarą. Taip pat mechaninė rato energija gali valdyti hidraulinį siurblį.

Paprasčiausią modelį sudaro ratas su ašmenimis su dubenėliais, kurie surenka vandenį tuo pačiu metu, kai juos varo srovė. Tada, sukdami, jie nuleidžia vandenį į baką ar kanalą.

Mills

Graikai ir romėnai daugiau nei 2000 metų naudojo hidraulinę energiją, kad perkeltų malūnus malti javų. Vandens srove varomo rato sukimasis suaktyvina pavaras, kurios suka girnos akmenį.

Kaltiniai

Kitas senovinis hidraulinės jėgos pagrįsto pritaikymo būdas yra jo panaudojimas kalvių dumplių suaktyvinimui kalvystės ir metalurgijos darbuose.

Hidraulinis lūžis

Kalnakasyboje ir naftoje vandens kinetinė energija naudojama uolienoms išnaikinti, suskaidyti ir palengvinti įvairių mineralų išgavimą. Tam naudojamos milžiniškos slėgio vandens patrankos, kurios smogia į substratą, kol jis jį ardys.

Tai yra griaunanti dirvožemio technika, labai užteršianti vandens kelius.

Frakavimas

Naftos pramonėje populiarėja labai prieštaringai vertinama technika. Tai reiškia, kad padidinamas pamatinio akmens, kuriame yra naftos ir dujų, akytumas, kad būtų lengviau jį pašalinti.

Tai pasiekiama įpurškiant didelį vandens ir smėlio kiekį dideliu slėgiu kartu su daugybe cheminių priedų. Buvo abejojama, ar ši technika vartoja daug vandens, užteršia dirvožemį ir vandenis ir sukelia geologinius pokyčius.

Hidroelektriniai augalai

Šiuo metu dažniausiai naudojamasi elektrą gaminančiomis elektrinėmis, vadinamosiomis hidroelektrinėmis ar hidraulinėmis jėgainėmis.

Hidroelektrinių pavyzdžiai

Trys tarpekliai

Trijų tarpeklių užtvanka (Kinija). Šaltinis: „Le Grand Portage“ Išvestinis darbas: „Rehman“

Trijų tarpeklių hidroelektrinė yra Kinijos Hubei provincijoje Jangdzės upės krante. Šios užtvankos statyba buvo pradėta 1994 m. Ir buvo baigta 2010 m., Jos užtvindytas plotas buvo 1 045 km², o instaliuota galia - 22 500 MW (megavatų).

Įrenginyje yra 34 Pranciškaus turbinos (32 iš 700 MW ir dvi iš 50 MW), kurių metinė elektros energija pagaminama 80,8 GWh. Tai pagal struktūrą ir instaliuotą galią didžiausia hidroelektrinė pasaulyje.

Trijų tarpeklių užtvanka sugebėjo suvaldyti periodišką upės potvynį, kuris padarė didelę žalą gyventojams. Tai taip pat garantuoja regiono elektros tiekimą.

Tačiau jo statyba turėjo tam tikrų neigiamų padarinių, tokių kaip maždaug 2 milijonų žmonių persikėlimas. Be to, tai prisidėjo prie kritiškai nykstančio Kinijos upės delfino (Lipotes vexillifer) išnykimo.

Itaipu

Itaipu užtvanka. Šaltinis: Herr stahlhoefer

Itaipú hidroelektrinė yra Brazilijos ir Paragvajaus pasienyje, Parano upės krante. Jos statyba prasidėjo 1970 m. Ir baigėsi trimis etapais - 1984, 1991 ir 2003 m.

Užtvankos užtvindytas plotas yra 1 350 km², jos instaliuota galia yra 14 000 MW. Įrenginyje yra 20 Pranciškaus turbinų, kurių kiekviena yra 700 MW, o jos metinė elektros energija pagaminama 94,7 GWh.

Itaipu laikoma didžiausia hidroelektrine pasaulyje pagal energijos gamybą. Tai sudaro 16% Brazilijoje suvartotos elektros energijos ir 76% Paragvajaus elektros energijos.

Atsižvelgiant į neigiamą poveikį, ši užtvanka paveikė salų ekologiją ir Parano upės deltą.

Simonas Bolivaras (Guri)

Simón Bolívar hidroelektrinė (Gurí, Venesuela). Šaltinis: „Warairarepano“ ir „Guaicaipuro“

Simono Bolívaro hidroelektrinė, dar vadinama Guri užtvanka, yra Venesueloje, ties Caroní upe. Užtvankos statyba prasidėjo 1957 m., Pirmasis etapas buvo baigtas 1978 m., O baigtas 1986 m.

Guri užtvanka užlieta 4250 km² plotu, o įrengta 10 200 MW galia. Jo gamykloje yra 21 Pranciškaus turbinos (10 iš 730 MW, 4 iš 180 MW, 3 iš 400 MW, 3 iš 225 MW ir viena iš 340 MW).

Metinė produkcija yra 46 GWh ir yra laikoma trečia pagal dydį hidroelektrine pasaulyje pagal struktūrą ir instaliuotą galią. Hidroelektrinė pagamina 80% Venesuelos sunaudotos elektros energijos, o dalis jos parduodama Brazilijai.

Statant šią hidroelektrinę, buvo užlieti dideli ekosistemų plotai Venesuelos Gvianoje - regione, kuriame didelė biologinė įvairovė.

Šiandien dėl gilios ekonominės krizės Venesueloje šios gamyklos gamybos pajėgumai buvo žymiai sumažinti.

Nuorodos

1.- Hadzičius M (2013). Hidraulinė energija, 7 skyrius. PUCP grupės techninis mokymo kursas. Ekologiškų namų ir viešbučių technologijos. Popiežiškasis Peru katalikų universitetas.
2.- Raabe J (1985). Hidroenergija. Hidromechaninių, hidraulinių ir elektrinių įrenginių projektavimas, naudojimas ir funkcijos. Vokietija: N. p.
3.- Sandovalis Erazo, Vašingtonas. (2018 m.). 6 skyrius: Pagrindinės hidroelektrinių sąvokos.https: //www.researchgate.net/publication/326560960_Capitulo_6_Conceptos_Basicos_de_Centrales_Hidroelectricas
4.- Stickler CM, Coe MT, Costa MH, Nepstad DC, Bresas Rods, Rodsas Bresas, Rodrysas Bresas, L.Scresas, L.G.Scresas, L.G.Scresas, D.G.L.Scresas.Lt (2013). Vandens energijos gamybos nuo Amazonės baseino miškų priklausomybė vietos ir regionų mastu. Nacionalinės mokslų akademijos leidiniai, 110 (23), 9601–9606.
5.- Sorija E (s / f). Hidraulika. Atsinaujinanti energija visiems. IBERDROLA. 19 psl.