Хоча гідроелектроенергія швидко зникає, відновлювані джерела енергії, такі як сонце та вітер, швидко наздоганяють, і на них все ще припадає найбільша частка світової електроенергії.
Гідроелектроенергетика була настільки поширена в 20-му столітті, що вона отримала прізвисько «біле вугілля» за свою потужність і велику кількість.
Початковим і основним способом виробництва енергії була гідроелектростанція.
Простіше кажучи, гідроелектроенергетика - це створення енергії від падаючої або рухомої води. На річках будують дамби для виробництва електроенергії.
Потім турбіни обертаються безперервним потоком води.
Найпопулярніший відновлювальна енергія Джерелом на початку 21 століття була гідроенергетика, на яку в 2019 році припадало понад 18% загальної світової потужності з виробництва електроенергії.
У розділі «Як працює гідроелектроенергія» ми розглянемо принцип роботи гідроелектроенергії.
Зміст
Що таке гідроелектроенергетика?
Гідроенергетика є екологічно чистою і відновлюване джерело енергії, яке генерує електроенергію за допомогою дамби або відводної споруди для зміни природного течії річки чи іншої водойми.
Гідроелектроенергію, яку також називають гідроенергією, виробляє електрика від генераторів, які приводяться в дію турбіни конвертуватиing потенційна енергія падаючих або швидкоплинних води в механічна енергія.
Переваги гідроенергетики
За даними Геологічної служби США (USGS), жоден вид виробництва енергії не пропонує ідеального рішення, але гідроелектроенергетика все ще може запропонувати кілька переваг.
Джерело: які деякі переваги та недоліки гідроелектроенергії? (веб-сайт Solar)
1. Джерело відновлюваної енергії
Оскільки вона використовує воду на планеті для виробництва електроенергії, гідроелектроенергію розглядають як відновлюваний ресурс.
Коли світить сонце, вода з поверхні землі випаровується, утворює хмари та зрештою повертається на планету у вигляді дощу та снігу.
Оскільки ми не можемо його вичерпати, нас не хвилює підвищення його ціни внаслідок дефіциту.
Отже, гідроелектростанції створені для довговічності. В інших ситуаціях обладнання, термін служби якого було розраховане на 25 років, все ще використовується після того, як він був у ньому використовувати вдвічі довше.
2. Джерело чистої енергії
Одним із багатьох «зелених» і «чистих» альтернативних джерел енергії є гідроелектростанція. Виробництво гідроелектроенергії не забруднює навколишнє середовище.
Під час виробництва енергії гідроелектростанції не викидають в атмосферу шкідливих або парникових газів.
Період, коли забруднення найбільше, це час будівництва електростанцій.
Оскільки гідроелектростанція не виділяє забруднювачів повітря, вона допомагає покращити якість повітря, яким ми дихаємо.
Крім того, рослини не створюють небезпечних побічних продуктів.
Сьогодні використання гідроенергії запобігає викидам парникових газів, еквівалентних понад 4.5 мільйонам барелів нафти, що може прискорити темпи глобального потепління.
3. Доступне джерело енергії
Незважаючи на дорогі початкові витрати на будівництво, гідроелектростанція є економічно ефективним джерелом енергії.
Річкова вода — це безмежний ресурс, на який не впливають коливання ринку.
На ціну джерел енергії, що базуються на викопному паливі, включаючи вугілля, нафту та природний газ, сильно впливає нестабільність ринку, яка може спричинити її різке зростання або падіння.
Із середньою тривалістю життя від 50 до 100 років гідроелектростанції є довгостроковими інвестиціями, які можуть принести користь багатьом майбутнім поколінням.
Вони також пропонують значно нижчі витрати на експлуатацію та обслуговування, і їх можна просто модифікувати відповідно до сучасних технічних вимог.
4. Допомога віддалених громад у розвитку
Ці об’єкти відновлюваної енергетики створюють не лише робочі місця, але й чисту енергію для використання місцевими жителями та підприємствами.
Віддалені райони, які потребують електроенергії, обслуговуються гідроелектростанціями, які також сприяють розвитку промисловості, торгівлі, транспорту та іншого життєво важливого розвитку громади.
Усі ці ініціативи допомагають покращити місцеву економіку, доступ до охорони здоров’я та освіти та загальну якість життя мешканців.
EIA стверджує, що це надійне та адаптоване джерело живлення підвищує привабливість спільноти для інших розробників.
5. Рекреаційні можливості
Риболовля, катання на човнах і плавання — усі можливі види відпочинку в озері, яке утворюється за дамбою.
Воду з озера потенційно можна використовувати для зрошення. Великі греблі також стають популярними напрямками для туристів.
Гідроелектростанції можуть накопичувати величезну кількість води для використання за потреби та для зрошення, коли опадів мало.
Зберігати воду вигідно, оскільки це зменшує нашу сприйнятливість до посух і повеней і захищає рівень води від виснаження.
6. Підтримуйте пік попиту
Гідроелектроенергію високо оцінює USGS за її швидку та надійну здатність працювати від нульового попиту до максимальної потужності.
Швидше, ніж будь-яке інше джерело енергії, виробники можуть перетворювати цей тип відновлюваної енергії в електроенергію та додавати її до електромереж.
Завдяки цій особливості гідроенергетика є найкращим варіантом для адаптації до мінливих потреб споживачів.
7. Пропонує універсальне енергетичне рішення
Наприклад, гідроелектростанція підвищує життєздатність інших відновлюваних джерел енергії, таких як вода та сонячна енергія.
Гідроелектростанції є ідеальним доповненням до сонячної та вітрової енергії, оскільки вони можуть коливатися залежно від клімату.
Як результат, гідроенергетика має великий потенціал у майбутньому лише відновлювані джерела енергії.
Недоліки гідроелектроенергетики
Гідроелектростанції мають багато переваг, але, як і будь-яке джерело енергії, їх необхідно розвивати та використовувати з розумом, щоб мінімізувати ризики та недоліки.
Хоча деякі з цих недоліків можуть стосуватися практично будь-якої енергетичної установки, проблеми з відведенням води характерні лише для гідроенергетики.
Джерело: 5 недоліків гідроелектроенергії (PMCAOnline)
1. Екологічна шкода
Порушення природного стоку води може суттєво вплинути на навколишнє середовище та річкову екосистему.
У разі нестачі їжі або початку сезону розмноження деякі види риб та інші тварини зазвичай мігрують.
Будівництво дамб може перекрити їхні маршрути, зупинити потік води, що спричинить зникнення місць проживання вздовж річок.
Через загородження води, зміну течії річки, будівництво вулиць і встановлення ліній електропередач природний вплив гідроенергетики пов’язаний із перебоями в природі.
Хоча важко досліджувати цей процес і робити висновки на основі лише одного компонента, гідроелектростанції можуть впливати на рибу та спосіб її міграції.
Більше інвестицій клієнтів було пов’язано з поганим поводженням з видами риб, що свідчить про те, що багато людей сильно ставляться до цієї теми.
2. Вплив будівництва греблі на навколишнє середовище
Незважаючи на те, що гідроенергетика є відновлюваним ресурсом, виробництво сталі та бетону, необхідних для будівництва дамб, може спричинити викиди парникових газів.
У світі небагато місць, придатних для будівництва рослин.
Крім того, деякі з цих місць розташовані далеко від великих міст, де енергію можна використовувати максимально.
3. Високі початкові капітальні витрати
Будівництво будь-якої електростанції складне і дороге, але гідроелектростанціям потрібна гребля, щоб зупинити потік води.
Як наслідок, вони дорожчі, ніж об’єкти, що працюють на викопному паливі, порівнянного масштабу.
Через логістичні труднощі, такі як географія, підводний фундамент і матеріали, необхідні для їх будівництва, будівництво гідроелектростанцій є надзвичайно дорогим.
Єдина перевага полягає в тому, що після завершення роботи він не потребуватиме додаткового догляду.
Щоб окупити кошти, вкладені в будівництво, гідроелектростанція має працювати ще значний час.
4. Потенціал для конфлікту
Щоб використовувати воду, країни з багатими джерелами гідроелектроенергії часто будують дамби на річках.
Хоча цей вчинок заслуговує похвали, він може перешкодити природному потоку води з одного напрямку в інший.
Щоб задовольнити бажаючих побудувати греблі в різних регіонах, воду, яка не потрібна в одному місці, відводять в інше.
Але якщо там буде нестача води, це може призвести до війни, тому потрібно зупинити надходження води до дамб.
5. Може викликати посуху
Хоча гідроенергетика є найнадійнішим відновлюваним джерелом енергії, вона залежить від наявності води в певній місцевості.
Таким чином, a посуха може мати великий вплив на те, наскільки добре працює гідростанція.
Загальна вартість енергії та електроенергії розраховується виходячи з наявності води.
Посушливі періоди можуть мати великий вплив на здатність людей отримувати воду, оскільки вони не дозволяють їм отримати необхідну електроенергію.
І оскільки наша земна куля продовжує нагріватися через зміну клімату, це може статися частіше.
6. Ризик повеней у низинах
Громади, які живуть нижче за течією, піддаються ризику затоплення, коли дамби зводяться на високих висотах, що збільшує ймовірність виходу потужних потоків води з дамби, що спричинить затоплення.
Незважаючи на міцність конструкції дамб, небезпеки все ще існують. The Провал дамби Баньцяо є найбільшою катастрофою дамби в історії.
Дамбу прорвало через надмірні опади, викликані тайфуном. У результаті пішла з життя 171,000 тисяча людей.
7. Викиди вуглекислого газу та метану
Велика кількість вуглекислого газу і метану виділяється з водосховища гідроелектростанції.
Рослинність під водою починає гнити та деградувати у цих вологих місцях поблизу дамби.
Крім того, рослини виділяють багато вуглець і метан як вони вмирають.
8. Геологічні пошкодження
Будівництво великомасштабних дамб може завдати серйозної геологічної шкоди.
Будівництво дамби Гувера в США, яке спалахнуло землетрус і опустив земну поверхню поблизу, є яскравим прикладом геологічної шкоди.
9. Покладення на місцеву гідрологію
Оскільки гідроенергетика залежить виключно від потоку води, зміни в навколишньому середовищі можуть вплинути на те, наскільки успішно ці греблі виробляють електроенергію.
Наприклад, гребля гідроелектростанції може бути менш продуктивною, ніж очікувалося, якщо зміна клімату зменшить потік води в певних місцях.
Наприклад, 66 відсотків енергетичних потреб Кенії задовольняються гідроелектроенергією.
Кенія вже давно страждає від енергетичних обмежень, спричинених посухою, стверджує Міжнародні річки, група, присвячена збереженню річок світу.
З іншого боку, деякі місця зараз стикаються з більшою небезпекою затоплення внаслідок зміни клімату.
У таких ситуаціях греблі можуть забезпечити як контроль повеней, так і виробництво відновлюваної енергії.
Як працює гідроелектростанція?
Як працює гідроелектростанція
Джерело: Як працює гідроелектростанція? Коротка історія та основи механіки (Блог WIKA – WIKA США)
Для генерації використовується дамба чи інша споруда, яка змінює природний потік річки чи іншої водойми гідроелектроенергія, часто відомий як гідроелектростанція.
Щоб генерувати енергію, гідроенергетика використовує постійний безкінечний кругообіг води, який використовує воду як паливо та не залишає відходів.
Хоча є багато різних види гідроелектростанцій, їх завжди рухає кінетична енергія води, що рухається за течією.
Щоб перетворити цю кінетичну енергію в електрику, яка згодом може використовуватися для живлення будівель, підприємств та інших установ, гідроенергетика використовує турбіни та генератори.
Гідроелектростанції зазвичай розташовані на джерелі води або поблизу нього, оскільки вони використовують воду для виробництва енергії.
Кількість енергії, яку можна отримати з текучої води, залежить як від її об’єму, так і від зміни висоти, або «напору» між двома точками.
Кількість потужності, яку можна виробити, збільшується разом із витратою та напором.
На рівні заводу вода циркулює по трубі, яка також називається напірним трубопроводом, яка обертає лопаті турбіни, яка обертає генератор, який генерує енергію.
Саме так працює більшість звичайних гідроелектростанцій, включаючи гідроакумулюючі та руслові системи.
Схема гідроелектростанції
Схема гідроелектростанції
Компоненти гідроелектростанції
Основні компоненти гідроелектростанції такі.
- Структура форбей та водозабору
- Головний канал або впускні труби
- Пенсток
- Розвантажувальна камера
- Гідравлічні турбіни
- Силовий дім
- Тягова труба та хвостова труба
1. Передні та водозабірні споруди
Затока, як випливає з назви, є більшою водоймою перед водозабором. Коли напірний трубопровід забирає воду прямо з резервуара, резервуар служить форваком.
Сегмент каналу перед турбінами розширено, щоб створити передову частину, коли канал транспортує воду до турбін.
Для подачі води в турбіни передня частина тимчасово накопичує воду. Воду не можна пускати, коли вона потрапляє в канал або резервуар.
Для управління надходженням води на водозабірних затворах встановлюють підйомники. Щоб сміття, дерева та інше не потрапляли в напірний трубопровід, перед воротами встановлюють сміттєзбірники.
Крім того, доступні граблі для періодичного очищення сміттєвих полиць.
2. Головний канал або впускні труби
Вони транспортують воду з водойми до турбін. Залежно від обставин на місці може бути обраний відкритий канал або напірний трубопровід (Penstock).
Напірний трубопровід може бути розширеним водозабірним каналом у тілі греблі, довгим сталевим або бетонним трубопроводом або іноді тунелем, який пролягає кілька кілометрів між резервуаром і електростанцією.
Нахил напірної труби визначається умовами ділянки і не повторює контури землі. Вода рухається з більшою швидкістю в трубопроводі живлення, ніж у відкритому каналі.
Швидкість може коливатися від 2.5 до 3 м/с на висоті голови приблизно 60 метрів.
Швидкість може бути ще вищою для вищих напорів. Іноді практично або економічно вигідно повністю або частково використовувати відкритий канал як основний канал.
Напорний канал зазвичай використовується в системах з низьким напором, де значні втрати напору. Він може направляти воду до напірних труб або турбін.
Відкрите русло має ту перевагу, що його можна використовувати для навігації чи зрошення.
3. Напірний трубопровід
Напірні трубопроводи діють як великі похилі труби, які транспортують воду від резервуарів або водозабірних споруд до турбін.
Вони працюють під певним тиском, тому різке закриття або відкриття затворів напірного трубопроводу може призвести до гідроудару по напірному трубопроводу.
Таким чином, окрім того факту, що напірний патрубок схожий на звичайну трубу, вони зроблені таким чином, щоб витримувати удари гідроудару.
Щоб зменшити цей тиск, розширювальні резервуари доступні для довгих напірних трубопроводів і міцні стінки доступні для коротких напірних трубопроводів.
Напірні труби виготовляються зі сталі або залізобетону. Для кожної турбіни використовується окремий напірний патрубок, якщо довжина невелика.
Так само, якщо довжина велика, використовується один великий напірний трубопровід, який розділяється на гілки в кінці.
4. Розвантажувальна камера
Розширювальна камера, іноді відома як розширювальний бак, являє собою циліндр із верхнім отвором для контролю тиску в напірному трубопроводі.
Він розташований якомога ближче до електростанції та з’єднаний з напірним трубопроводом.
Рівень води в розширювальному резервуарі підвищується і контролює тиск у напірному трубопроводі кожного разу, коли електроцентр відхиляє навантаження води, що надходить із напірного трубопроводу.
Подібно до цього, розширювальний резервуар прискорює потік води в електростанцію, коли є високий попит, що спричиняє падіння рівня води.
Рівень води в розширювальному резервуарі стабілізується, коли скидання електростанції стабільне.
Розширювальні резервуари бувають різних варіантів, і їх вибирають залежно від потреб підприємства, довжини напірного трубопроводу тощо.
5. Гідравлічні турбіни
Гідравлічна турбіна - це пристрій, який перетворює гідравлічну енергію в механічну, яка потім перетворюється в електричну шляхом з'єднання вала турбіни з генератором.
Механізм у цьому випадку полягає в тому, що генератор генерує електроенергію щоразу, коли вода з напірного трубопроводу контактує з круглими лопатями або бігуном під високим тиском.
Загалом існує два типи гідравлічних турбін: реакційні та імпульсні.
Швидкісна турбіна — інша назва імпульсної турбіни. Прикладом імпульсної турбіни є турбіна з колесом Пелтона.
Напірна турбіна — інша назва реакційної турбіни. До цієї групи відносяться турбіни Каплана і турбіни Френсіса.
6. Електричний будинок
Об’єкт, відомий як «електростанція», створено для захисту електричних і гідравлічних машин.
Як правило, фундамент або підконструкція, побудована для електростанції, підтримує все обладнання.
При створенні фундаменту для реакційних турбін всередині закріплюють деяке обладнання, наприклад, тягучі труби та спіральний корпус. В результаті фундамент будується масштабно.
З точки зору надбудови, вертикальні турбіни розташовані під генераторами на першому поверсі.
Додатково пропонуються горизонтальні турбіни. На першому поверсі або антресольному поверсі знаходиться диспетчерська.
7. Осадкова труба та хвіст
Хвостове колесо відноситься до проходу, в який турбіна виходить у разі імпульсного колеса та через тягову трубу у випадку реактивної турбіни.
Всмоктувальна труба, також відома як тяга, — це просто герметична труба, встановлена на стороні випуску кожної реакційної турбіни.
Він починається на випускному кінці турбіни і спускається до рівня нижньої води, що знаходиться на 0.5 метра нижче поверхні.
Факел від 4 до 6 градусів, як правило, застосовується до прямих труб, щоб поступово сповільнити потік води.
Висновок
Оскільки принцип роботи гідроелектростанції відомий, добре знати, що така складна річ, як ця, є відновлюваною і може прослужити 50-100 років. Як чудово.
Питання і відповіді
Для чого використовується гідроенергетика?
Гідроенергетика використовується для виробництва електроенергії шляхом перетворення кінетичної енергії в електроенергію, яка згодом може використовуватися для живлення будівель, підприємств та інших закладів; для цих процесів гідроенергетика використовує турбіни та генератори.
Чи відновлюється гідроелектроенергія?
Так, гідроелектроенергетика є формою відновлюваної енергії. чому завдяки воді. Ви можете спостерігати, як вода випаровується в хмари і повертається у вигляді опадів на поверхню землі. Кругообіг води постійно поновлюється і може використовуватися неодноразово для виробництва енергії.
Рекомендації
Завзятий еколог у душі. Провідний автор контенту в EnvironmentGo.
Я прагну інформувати громадськість про довкілля та його проблеми.
Це завжди було про природу, ми повинні берегти, а не руйнувати.