Kuigi hüdroelektrienergia kaob kiiresti, jõuavad taastuvad energiaallikad, nagu päike ja tuul, kiiresti järele ning need moodustavad endiselt suurima osa maailma elektrienergiast.
Hüdroelektrienergia oli 20. sajandil nii levinud, et pälvis oma tugevuse ja külluse tõttu hüüdnime "valge kivisüsi".
Algne ja kõige elementaarsem energiatootmisviis oli hüdroelektrienergia.
Lihtsamalt öeldes on hüdroelektrienergia energia loomine kukkuvast või liikuvast veest. Jõgedele ehitatakse elektri tootmiseks tammid.
Seejärel pööratakse turbiine vee pidev vool.
Kõige populaarsem taastuv energia 21. sajandi alguse allikaks oli hüdroelektrienergia, mis 2019. aastal moodustas enam kui 18% maailma kogu elektritootmisvõimsusest.
Artiklis “Kuidas hüdroelektrienergia töötab” heidame pilgu hüdroelektrienergia tööpõhimõttele.
Sisukord
Mis on hüdroelektrienergia?
Hüdroelektrienergia on keskkonnasõbralik ja taastuv energiaallikas, mis toodab elektrit tammi või ümbersuunamisstruktuuri abil, et muuta jõe või muu veekogu loomulikku voolu.
Hüdroelektrienergia, mida nimetatakse ka hüdroenergiaks, toodab elekter generaatoritest, mida juhivad turbiinid muutmaing the potentsiaalne energia kukkumisest või kiirest voolust vesi sisse mehaaniline energia.
Hüdroelektrienergia eelised
USA geoloogiateenistuse (USGS) andmetel ei paku ükski energiatootmine ideaalset lahendust, kuid hüdroelektrienergia võib siiski pakkuda mitmeid eeliseid.
Allikas: Millised on hüdroelektrienergia eelised ja puudused? (päikeseenergia veebisait)
1. Taastuvenergia allikas
Kuna hüdroelektrienergiat kasutatakse elektri tootmiseks planeedil, peetakse seda taastuvaks ressursiks.
Kui päike paistab, aurustub maapinnal olev vesi, tekitab pilvi ning naaseb lõpuks vihma ja lumena planeedile.
Kuna me ei saa seda ammendada, ei muretse me selle hinnatõusu pärast nappuse tõttu.
Hüdroelektrijaamad on seega loodud kestma. Muudel juhtudel kasutatakse masinaid, mis pidid kestma 25 aastat, ka pärast sisselülitamist kasutada kaks korda kauem.
2. Puhas energiaallikas
Üks paljudest "rohelistest" ja "puhtadest" alternatiivsetest energiaallikatest on hüdroelekter. Hüdroelektri tootmine ei saasta keskkonda.
Hüdroelektrijaamad ei eralda energia tootmise ajal atmosfääri kahjulikke ega kasvuhoonegaase.
Ajavahemik, mil reostus on kõige suurem, on elektrijaamade ehitamise ajal.
Kuna see ei eralda õhusaasteaineid, aitab hüdroelektrienergia parandada meie sissehingatava õhu kvaliteeti.
Lisaks ei tekita taimed ohtlikke kõrvalsaadusi.
Tänapäeval takistab hüdroenergia kasutamine kasvuhoonegaaside heidet, mis võrdub üle 4.5 miljoni barreli naftaga, mis kiirendaks globaalset soojenemist.
3. Taskukohane energiaallikas
Hoolimata kallitest esialgsetest ehituskuludest on hüdroelektrienergia kulutõhus energiaallikas.
Jõevesi on piiramatu ressurss, mida turukõikumised ei mõjuta.
Fossiilkütustel põhinevate energiaallikate, sealhulgas kivisöe, nafta ja maagaasi hinda mõjutab suuresti turu volatiilsus, mis võib põhjustada selle järsu tõusu või langust.
Keskmise elueaga 50–100 aastat on hüdroelektrijaamad pikaajalised investeeringud, mis võivad tuua kasu paljudele tulevastele põlvkondadele.
Need pakuvad ka palju madalamaid kasutus- ja hoolduskulusid ning neid saab lihtsalt muuta, et need vastaksid tänapäeva tehnilistele nõuetele.
4. Aitab kaugkogukondi arengus
Need taastuvenergia rajatised ei tooda mitte ainult töökohti, vaid ka puhast energiat kohalike elanike ja ettevõtete jaoks.
Elektrit vajavaid kaugemaid piirkondi teenindavad hüdroelektrijaamad, mis tõmbavad ligi ka tööstust, kaubandust, transporti ja muud olulist kogukonna arengut.
Kõik need algatused aitavad parandada kohalikku majandust, juurdepääsu tervishoiule ja haridusele ning elanike üldist elukvaliteeti.
EIA väidab, et see töökindel ja kohandatav toiteallikas suurendab kogukonna atraktiivsust teistele arendajatele.
5. Vaba aja veetmise võimalused
Kalapüük, paadisõit ja ujumine on kõik võimalikud harrastustegevused tammi taha tekkivas järves.
Järve vett võib potentsiaalselt kasutada niisutamiseks. Turistide seas saavad populaarseks sihtkohaks ka suured tammid.
Hüdroelektrijaamad suudavad salvestada tohutul hulgal vett, et seda vajadusel kasutada ja kastmiseks, kui sademeid napib.
Vett on kasulik hoida, kuna see vähendab meie vastuvõtlikkust põudadele ja üleujutustele ning kaitseb veetaset ammendumise eest.
6. Bolster Peak Demand
USGS kiidab hüdroelektrienergiat selle kiire ja töökindla suutlikkuse eest töötada nullnõudlusest kuni tippvõimsuseni.
Tootjad saavad seda tüüpi taastuvenergiat kiiremini kui ükski teine energiaallikas muuta elektriks ja lisada selle elektrivõrkudesse.
Hüdroenergia on selle funktsiooni tõttu parim valik tarbijate muutuvate vajadustega kohanemiseks.
7. Pakub mitmekülgset energialahendust
Näiteks suurendab hüdroelektrienergia tootmine teiste taastuvate energiaallikate, nagu vesi ja päikeseenergia, elujõulisust.
Hüdroelektrijaamad on ideaalne täiendus päikese- ja tuuleenergiale, kuna need võivad kliimast olenevalt kõikuda.
Selle tulemusena on hüdroenergial tulevikus suur potentsiaal ainult taastuvad energiaallikad.
Hüdroelektrienergia puudused
Hüdroelektrijaamadel on palju eeliseid, kuid nagu igal energiaallikal, tuleb neid arendada ja kasutada targalt, et minimeerida riske ja puudusi.
Kuigi mõned neist puudustest võivad kehtida peaaegu kõigi energiajaamade puhul, on vee ümbersuunamisega seotud probleemid ainulaadsed hüdroenergia puhul.
Allikas: 5 hüdroelektrienergia puudust (PMCAOnline)
1. Keskkonnakahju
Looduslikud veevooluhäired võivad oluliselt mõjutada keskkonda ja jõe ökosüsteemi.
Toidupuuduse või pesitsusperioodi alguses rändavad tavaliselt teatud kalaliigid ja muu elusloodus.
Tammide rajamine võib ummistada nende marsruute, peatades veevoolu, mistõttu hakkavad jõgede äärsed elupaigad kaduma.
Vee paisutamise, muutunud jõevoolu, tänavate ja elektriliinide rajamise tõttu on hüdroenergia loomulik mõju seotud katkestustega looduses.
Kuigi seda protsessi on raske uurida ja otsuseid teha vaid ühe komponendi põhjal, võivad hüdroelektrijaamad mõjutada kalu ja nende rändeviisi.
Rohkem klientide investeeringuid on seostatud kalaliikide väärkohtlemisega, mis näitab, et paljud inimesed suhtuvad sellesse teemasse tugevalt.
2. Tammide ehitamise keskkonnamõju
Kuigi hüdroenergia on taastuv ressurss, võib tammiehituses vajaliku terase ja betooni tootmine tekitada kasvuhoonegaase.
Maailmas ei ole palju kohti, mis sobivad tehaste ehitamiseks.
Lisaks on mõned neist asukohtadest kaugel suurlinnadest, kus saab energiat maksimaalselt ära kasutada.
3. Kõrged algkapitalikulud
Iga elektrijaama ehitamine on keeruline ja kallis, kuid hüdroelektrijaamad vajavad veevoolu peatamiseks tammi.
Seetõttu on need kallimad kui võrreldava mastaabiga fossiilkütuste rajatised.
Logistiliste raskuste, nagu geograafia, vundamentide vee alla panemine ja nende ehitamiseks vajalikud materjalid, tõttu on hüdroelektrijaamade ehitamine ülimalt kulukas.
Ainus eelis on see, et see ei vaja pärast valmimist nii palju hooldust.
Ehitusse investeeritud raha tagasisaamiseks peab hüdroelektrijaam veel arvestatava aja töös olema.
4. Konflikti potentsiaal
Vee ärakasutamiseks ehitavad rikkalike hüdroelektriallikatega riigid jõgedele sageli tamme.
Kuigi see tegu on kiiduväärt, võib see takistada looduslikku veevoolu ühest suunast teise.
Erinevates piirkondades tammide ehitamise soovijate majutamiseks juhitakse ühes kohas mittevajalik vesi teise kohta.
Aga kui seal on veepuudus, võib see kaasa tuua sõja, mistõttu on vaja peatada veevool paisudesse.
5. Võib põhjustada põuda
Kuigi hüdroenergia on kõige töökindlam taastuvenergiaallikas, sõltub see vee olemasolust konkreetses piirkonnas.
Seega a põud võib hüdrojaama toimimist oluliselt mõjutada.
Energia ja elektri kogumaksumus arvutatakse vee olemasolu alusel.
Kuivad ilmingud võivad oluliselt mõjutada inimeste võimet vett hankida, kuna need ei lase neil saada vajalikku jõudu.
Ja kuna meie maakera soojeneb kliimamuutuste tõttu, võib see juhtuda sagedamini.
6. Üleujutuste oht madalamates kõrgustes
Allavoolu elavatel kogukondadel on üleujutusoht, kui tammid püstitatakse kõrgemale, mis suurendab tõenäosus, et tammist pääsevad välja võimsad veevoolud, mis põhjustavad üleujutusi.
Vaatamata tammide ehituse tugevusele on ohte siiski olemas. The Banqiao tammi rike on registreeritud ajaloo suurim tammikatastroof.
Tamm purunes taifuuni põhjustatud liigse sademete tõttu. Selle tulemusena suri 171,000 XNUMX inimest.
7. Süsinikdioksiid ja metaani emissioon
Hüdroelektrireservuaarist eraldub suures koguses süsihappegaasi ja metaani.
Veealune taimestik hakkab nendes tammi lähedal asuvates märgades kohtades lagunema ja lagunema.
Lisaks eraldavad taimed palju süsinik ja metaan kui nad surevad.
8. Geoloogilised kahjustused
Suuremahuliste tammide rajamine võib põhjustada tõsist geoloogilist kahju.
Hooveri tammi hoone USA-s, mis tekitas sädemeid maavärinad ja maakera pinda lähedal, on suurepärane näide geoloogilisest kahjust.
9. Toetumine kohalikule hüdroloogiale
Kuna hüdroenergia sõltub ainult veevoolust, võivad muutused keskkonnas mõjutada seda, kui edukalt need tammid elektrit toodavad.
Näiteks võib hüdroelektrijaama tamm olla oodatust vähem tootlik, kui kliimamuutus vähendab veevoolu teatud kohtades.
Näiteks 66 protsenti Kenya energiavajadusest katab hüdroelektrienergia.
Väidavad, et Keeniat on pikka aega mõjutanud põua põhjustatud energiapiirangud Rahvusvahelised jõedrühm, mis on pühendunud maailma jõgede kaitsmisele.
Teisest küljest on mõnes kohas praegu kliimamuutuste tõttu suurem üleujutusoht.
Sellistes olukordades võivad tammid pakkuda nii üleujutuste kontrolli kui ka taastuvenergia tootmist.
Kuidas hüdroelektrienergia töötab?
Kuidas hüdroelektrienergia töötab
Allikas: Kuidas hüdroelektrijaam töötab? Lühiajalugu ja põhimehaanika (WIKA ajaveeb – WIKA USA)
Tootmiseks kasutatakse tammi või muud ehitist, mis muudab jõe või muu veekogu loomulikku voolu hüdroenergia, mida sageli nimetatakse hüdroelektrijaamaks.
Energia tootmiseks kasutab hüdroenergia pidevat, lõputut veeringet, mis kasutab kütusena vett ega jäta maha jääkaineid.
Kuigi neid on palju erinevaid tüüpi hüdroelektrijaamad, juhib neid alati allavoolu liikuva vee kineetiline energia.
Selle kineetilise energia muutmiseks elektriks, mida saab hiljem kasutada hoonete, ettevõtete ja muude asutuste toiteks, kasutab hüdroenergia turbiine ja generaatoreid.
Hüdroelektrijaamad asuvad tavaliselt veeallikal või selle läheduses, kuna need kasutavad energia tootmiseks vett.
Voolavast veest eraldatav energia hulk sõltub nii selle mahust kui ka kõrguse muutusest ehk „peast” kahe punkti vahel.
Toota võimsuse hulk suureneb voolu ja tõusuga.
Tehase tasandil ringleb vesi toru kaudu, mida nimetatakse ka penstockiks ja mis pöörab turbiini labasid, mis pöörleb generaatorit, mis toodab energiat.
Nii töötab suurem osa tavapärastest hüdroelektrijaamadest, sealhulgas pumbajaamadest ja jõevoolusüsteemidest.
Hüdroelektrijaama diagramm
Hüdroelektrijaama skeem
Hüdroelektrijaama komponendid
Hüdroelektrijaama peamised komponendid on järgmised.
- Forebay ja sisselaske struktuur
- Peajooksu või sisselaskekanalid
- Penstock
- Pingekamber
- Hüdraulilised turbiinid
- Elektrimaja
- Draft toru ja Tailrace
1. Forebay ja sisselaske struktuurid
Eeslaht, nagu nimigi ütleb, on suurem veekogu sissevõtu ees. Kui pliiats tõmbab vett otse reservuaarist, toimib reservuaar eesruumina.
Turbiinide ees olevat kanali segmenti laiendatakse, et luua eesruum, kui kanal transpordib vett turbiinidesse.
Turbiinidesse vee andmiseks salvestab eeslaht ajutiselt vett. Vett ei tohi lasta voolata, kui see siseneb kanalisse või reservuaari.
Vee sissevoolu juhtimiseks paigaldatakse sisselaskeväravatele tõstukid. Et vältida jäätmete, puude jms sattumist aedikusse, asetatakse väravate ette prügikastid.
Lisaks on saadaval rehad prügikastide perioodiliseks puhastamiseks.
2. Peajooksu või sisselaskekanalid
Nad transpordivad vett reservuaarist turbiinidesse. Sõltuvalt objekti tingimustest võib valida avatud kanali või survekanali (Penstock).
Survetorustik võib olla paisu korpuses laienev sisselaskeava, pikk terasest või betoonist toru või mõnikord tunnel, mis kulgeb mõne kilomeetri pikkune veehoidla ja elektrijaama vahel.
Survekanali gradient on määratud asukohatingimustega ja see ei järgi maapinna kontuure. Vesi liigub toitekanalis kiiremini kui avatud kanalis.
Kiirus võib varieeruda vahemikus 2.5–3 m/s kuni pea kõrguseni umbes 60 meetrit.
Kõrgemate peade puhul võib kiirus olla isegi suurem. Mõnikord on otstarbekas või kuluefektiivne kasutada täielikult või osaliselt avatud kanalit peamise kanalina.
Peajooksu kanalit kasutatakse tavaliselt madala peaga süsteemides, kus peakaod on märkimisväärsed. See võib suunata vett pliiatsidele või turbiinidele.
Avatud kanali eeliseks on see, et seda saab kasutada navigeerimiseks või niisutamiseks.
3. Penstock
Penstocks toimivad suurte, kaldus torudena, mis transpordivad vett reservuaaridest või sisselaskekonstruktsioonidest turbiinidesse.
Need töötavad teatud rõhu all, seetõttu võib väravate järsk sulgemine või avamine põhjustada veehaamri lööki.
Seega, peale selle, et penstock on nagu tavaline toru, on need valmistatud veehaamri löökidele vastu pidama.
Selle rõhu leevendamiseks on pikkade pliiatsite jaoks saadaval ülepingepaagid ja lühikeste pastakate jaoks on saadaval tugevad seinad.
Penstocks toodetakse terasest või raudbetoonist. Iga turbiini jaoks kasutatakse eraldi penstocki, kui pikkust on vähe.
Samamoodi, kui pikkus on suur, kasutatakse ühte suurt pliiatsi, mis jagatakse lõpus harudeks.
4. Pingekamber
Ülepingekamber, mida mõnikord tuntakse ka ülepingepaagina, on ülemise avaga silinder, mis võimaldab reguleerida pliiatsi survet.
See asub elektrimajale võimalikult lähedal ja on ühendatud penstockiga.
Veetase survepaagis tõuseb ja kontrollib rõhku pliiatsis alati, kui elektrijaam lükkab tagasi pliiatsilt tuleva veekoormuse.
Sarnaselt sellele kiirendab liigpaak suure nõudluse korral veevoolu elektrimajja, mis põhjustab veetaseme langust.
Ülepingepaagi veetase stabiliseerub, kui elektrijaama tühjendus on ühtlane.
Ülepingepaake on mitmesuguseid ja need valitakse sõltuvalt taime vajadustest, aluse pikkusest jne.
5. Hüdraulilised turbiinid
Hüdrauliline turbiin on seade, mis muundab hüdraulilise energia mehaaniliseks energiaks, mis seejärel muundatakse elektrienergiaks, ühendades turbiini võlli generaatoriga.
Antud juhul seisneb mehhanism selles, et generaator toodab elektrit alati, kui penstocki vesi puutub kõrge rõhu all kokku ümmarguste labade või jooksuriga.
Üldiselt on kahte tüüpi hüdroturbiinid reaktsiooniturbiinid ja impulssturbiinid.
Kiirusturbiin on impulssturbiini teine nimi. Impulssturbiini näiteks on Peltoni ratasturbiin.
Surveturbiin on reaktsiooniturbiini teine nimi. Sellesse rühma kuuluvad Kaplani turbiinid ja Francise turbiinid.
6. Jõumaja
Elektri- ja hüdraulikamasinate kaitsmiseks luuakse rajatis, mida tuntakse elektrijaamana.
Tavaliselt toetab elektrimaja jaoks ehitatud vundament või aluskonstruktsioon kogu seadet.
Reaktsiooniturbiinide vundamendi loomisel kinnitatakse mõned seadmed, näiteks tõmbetorud ja kerimiskorpus. Selle tulemusena ehitatakse vundament suures mahus.
Pealisehituse osas on vertikaalsed turbiinid esimesel korrusel generaatorite all.
Lisaks pakutakse horisontaalseid turbiine. Esimesel korrusel ehk poolkorrusel on juhtimisruum.
7. Toru ja sabajooks
Sabajooks viitab läbipääsule, kuhu turbiin väljub impulssratta korral ja läbi tõmbetoru reaktsiooniturbiini puhul.
Imitoru, tuntud ka kui tõmbetoru, on lihtsalt õhukindel toru, mis on paigaldatud iga reaktsiooniturbiini väljalaskeküljele.
See algab turbiini jooksuri väljalaskeotsast ja laskub alla sadevee tasemeni, mis on 0.5 meetrit maapinnast allpool.
Veevoolu järk-järguliseks aeglustamiseks rakendatakse sirge tõmbetorude puhul tavaliselt 4–6-kraadist valgust.
Järeldus
Hüdroelektrijaama tööpõhimõtte teatavaks tegemisel on hea teada, et midagi nii peent nagu see on taastuv ja võib kesta 50-100 aastat. Kui vinge.
KKK
Milleks hüdroenergiat kasutatakse?
Hüdroenergiat kasutatakse elektrienergia tootmiseks kineetilise energia muundamise teel elektrienergiaks, mida saab hiljem kasutada hoonete, ettevõtete ja muude asutuste toiteks, hüdroenergia kasutab nendeks protsessideks turbiine ja generaatoreid.
Kas hüdroelektrienergia on taastuv?
Hüdroelekter on taastuvenergia vorm, jah. Miks? vee tõttu. Võite jälgida, kuidas vesi aurustub pilvedeks ja naaseb sademetena maapinnale. Veeringet uuendatakse pidevalt ja seda saab korduvalt kasutada elektri tootmiseks.
Soovitused
Hingelt kirest juhitud keskkonnakaitsja. EnvironmentGo juhtiv sisukirjutaja.
Püüan avalikkust keskkonna ja selle probleemide alal harida.
See on alati olnud seotud loodusega, me peaksime kaitsma, mitte hävitama.