lovesouthernsocial.com

Понять, как гидроэнергетика преобразует энергию воды в электричество, ее преимущества и недостатки

Изображение: плотина Итайпу, Парагвай / Бразилия Международной гидроэнергетической ассоциацией (IHA) под лицензией CC BY 2.0

Что такое гидравлическая (гидроэлектрическая) энергия?

Гидроэнергетика - это использование кинетической энергии, содержащейся в потоке водоемов. Кинетическая энергия способствует вращению лопаток турбины, составляющих систему гидроэлектростанции, которая позже преобразуется в электрическую энергию генератором системы.

Что такое гидроэлектростанция (или гидроэлектростанция)?

Гидроэлектростанция - это комплекс работ и оборудования, используемых для производства электроэнергии за счет использования гидравлического потенциала реки. Гидравлический потенциал определяется гидравлическим потоком и концентрацией существующих неровностей вдоль русла реки. Разрывы могут быть естественными (водопады) или построены в виде плотин или за счет отвода реки от естественного русла к образованию водохранилищ. Водохранилища бывают двух типов: накопительные и русловые. Скопления обычно образуются в верховьях рек, в местах с высокими водопадами и состоят из крупных водоемов с большим скоплением воды. В речных водохранилищах скорость речной воды используется для выработки электроэнергии, что приводит к минимальному накоплению воды или ее отсутствию.

В свою очередь, установки классифицируются по следующим факторам: высота водопада, расход, установленная мощность или мощность, тип турбины, используемой в системе, плотина и водохранилище. Строительная площадка дает высоту падения и потока, и эти два фактора определяют мощность или установленную мощность гидроэлектростанции. Установленная мощность определяет тип турбины, плотины и водохранилища.

Согласно отчету Национального агентства по электроэнергетике (Aneel), Национальный справочный центр малых гидроэлектростанций (Cerpch, Федеральный университет Итажуба - Унифей) определяет высоту водопада как низкую (до 15 метров), среднюю. (От 15 до 150 метров) и высотой (более 150 метров). Однако эти меры не являются согласованными. Размер станции также определяет размер распределительной сети, которая будет передавать произведенную электроэнергию потребителям. Чем крупнее завод, тем больше он склонен располагаться вдали от городских центров. Это требует строительства больших линий передачи, которые часто пересекают состояния и вызывают потери энергии.

Как работает гидроэлектростанция?

Для производства гидроэлектроэнергии необходимо учитывать речной сток, неровность местности (естественную или нет) и количество доступной воды.

В систему гидроэлектростанции входят:

Плотина

Цель плотины - прервать естественный цикл реки, создав водохранилище. У водохранилища есть и другие функции, помимо хранения воды, такие как создание водного промежутка, улавливание воды в достаточном объеме для производства энергии и регулирование стока рек в периоды дождя и засухи.

Система сбора (отвода) воды

Состоит из туннелей, каналов и металлических трубопроводов, по которым вода поступает в электростанцию.

Электростанция

В этой части системы находятся турбины, подключенные к генератору. Турбинное движение преобразует кинетическую энергию движения воды в электрическую через генераторы.

Есть несколько типов турбин, основными из которых являются пельтон, каплан, фрэнсис и лампочка. Наиболее подходящая турбина для каждой гидроэлектростанции зависит от напора и расхода. Пример: луковица используется на русловых заводах, поскольку не требует наличия водоемов и показана при низких и высоких стоках.

канал эвакуации

Пройдя через турбины, вода возвращается в естественное русло реки через отвод.

Отводной канал расположен между электростанцией и рекой, и его размер зависит от размера электростанции и реки.

Водосброс

Водослив позволяет сливать воду всякий раз, когда уровень в резервуаре превышает рекомендуемые пределы. Обычно это происходит в периоды дождя.

Водосброс открывается, когда производство электроэнергии снижается из-за того, что уровень воды выше идеального; или чтобы избежать переполнения и, как следствие, затопления вокруг завода, что может произойти в очень дождливые периоды.

Социальные и экологические последствия внедрения гидроэлектростанций

Первая гидроэлектростанция была построена в конце 19 века на участке Ниагарского водопада, между США и Канадой, когда уголь был основным топливом, а нефть еще не использовалась широко. До этого гидравлическая энергия использовалась только как механическая.

Несмотря на то, что гидроэнергетика является возобновляемым источником энергии, в отчете Aneel указывается, что ее участие в мировой электрической матрице невелико и становится еще меньше. Растущая незаинтересованность может быть результатом негативных внешних эффектов, возникающих в результате реализации проектов такого размера.

Негативным влиянием реализации крупных гидроэнергетических проектов является изменение образа жизни населения, проживающего в регионе или в окрестностях того места, где будет размещаться ГЭС. Также важно подчеркнуть, что эти общины часто представляют собой группы людей, определяемые как традиционные народы (коренные народы, киломболы, прибрежные общины Амазонки и другие), выживание которых зависит от использования ресурсов из места, в котором они живут, и которые связаны между собой. с территорией культурного порядка.

Насколько чиста гидроэлектростанция?

Несмотря на то, что многие считают его «чистым» источником энергии, поскольку он не связан с сжиганием ископаемого топлива, выработка гидроэлектроэнергии способствует выбросу двуокиси углерода и метана, двух газов, потенциально вызывающих глобальное потепление.

Выброс углекислого газа (CO2) происходит из-за разложения деревьев, которые остаются над уровнем воды в водохранилищах, а выброс метана (CH4) происходит в результате разложения органических веществ, находящихся на дне водохранилища. По мере увеличения столба воды концентрация метана (CH4) также увеличивается. Когда вода попадает на турбины завода, разница в давлении вызывает выброс метана в атмосферу. Метан также попадает в путь воды через водосброс завода, когда, помимо изменения давления и температуры, вода разбрызгивается каплями.

CO2 выделяется в результате гниения мертвых деревьев над водой. В отличие от метана, только часть выбросов CO2 считается воздействующей, поскольку большая часть CO2 уходит за счет поглощения, происходящего в резервуаре. Поскольку метан не участвует в процессах фотосинтеза (хотя он может медленно превращаться в двуокись углерода), считается, что в этом случае он оказывает большее влияние на парниковый эффект.

Проект Балкар (Выбросы парниковых газов из водохранилищ гидроэлектростанций) был создан для исследования вклада искусственных водоемов в усиление парникового эффекта через выбросы углекислого газа и метана. Первые исследования проекта были проведены в 1990-х годах на водохранилищах в районе Амазонки: Балбина, Тукуруи и Самуэль. В ходе исследования основное внимание уделялось региону Амазонки, поскольку он характеризуется массивным растительным покровом и, следовательно, большим потенциалом выбросов газов в результате разложения органических веществ. Позже, в конце 1990-х, в проект также вошли Миранда, Трес Мариас, Сегредо, Синго и Барра Бонита.

Согласно статье, опубликованной д-ром Филипом М. Фирнсайдом из Исследовательского института Амазонки, о выбросах газа на заводе Тукуруи в 1990 году выбросы парниковых газов на заводе (CO2 и CH4) варьировались от 7 миллионов до 10 миллионов тонн в тот год. . Автор проводит сравнение с городом Сан-Паулу, который за тот же год выбросил 53 миллиона тонн CO2 от ископаемого топлива. Другими словами, только Тукуруи будет отвечать за выбросы, эквивалентные от 13% до 18% выбросов парниковых газов в городе Сан-Паулу, что является значительной ценностью для источника энергии, который долгое время считался «свободным от выбросов». . Считалось, что со временем органическое вещество подвергнется полному разложению и, в результате, больше не будет выделять эти газы. Однако исследования, проведенные группой Balcar, показали, что процесс добычи газа осуществляется за счет поступления новых органических материалов, приносимых реками и дождями.

Утрата видов растений и животных

Особенно в регионе Амазонки, который отличается высоким биоразнообразием, неизбежна гибель организмов флоры в том месте, где образуется резервуар. Что касается животных, даже если тщательно спланировать попытку удалить организмы, нельзя гарантировать, что все организмы, составляющие экосистему, будут спасены. Кроме того, создание плотин вызывает изменения в окружающей среде обитания.

потеря почвы

Почва на затопленном участке обязательно придет в негодность для других целей. Это становится центральной проблемой, особенно в преимущественно равнинных регионах, таких как сам регион Амазонки. Поскольку мощность растения определяется соотношением между речным потоком и неровностями местности, если местность имеет небольшую неровность, необходимо хранить большее количество воды, что подразумевает наличие обширной площади водохранилища.

Изменения гидравлической геометрии реки

Реки обычно имеют динамический баланс между расходом, средней скоростью воды, наносами и морфологией русла. Строительство водохранилищ влияет на этот баланс и, как следствие, вызывает изменения гидрологического и осадочного порядка не только в водохранилище, но также в окружающей местности и в пласте под водохранилищем.

Номинальная мощность x фактическое произведенное количество

Другой вопрос, который необходимо поднять, заключается в том, что существует разница между номинальной установленной мощностью и фактическим количеством электроэнергии, производимой станцией. Количество производимой энергии зависит от течения реки.

Таким образом, бесполезно устанавливать систему, способную производить больше энергии, чем может обеспечить поток реки, как это произошло в случае гидроэлектростанции Балбина, установленной на реке Уатума.

Неизменная мощь завода

Еще один важный момент, который следует учитывать, - это концепция твердой мощности завода. По словам Анила, стабильная мощность станции - это максимальная непрерывная выработка энергии, которую можно было получить, исходя из самой засушливой последовательности, зафиксированной в историческом течении реки, в которой она установлена. Этот вопрос имеет тенденцию приобретать все большее значение перед лицом все более частых и суровых периодов засухи.

Гидроэнергетика в Бразилии

Бразилия - страна с самым большим гидроэнергетическим потенциалом в мире. Таким образом, 70% его сосредоточено в бассейнах Амазонки и Токантинс / Арагуайя. Первой крупной бразильской гидроэлектростанцией, которая была построена, была Пауло Афонсу I в 1949 году в Баии с мощностью, эквивалентной 180 МВт. В настоящее время Paulo Afonso I является частью гидроэлектрического комплекса Paulo Afonso, состоящего в общей сложности из четырех станций.

Balbine

Гидроэлектростанция Балбина была построена на реке Уатума в Амазонасе. Балбина была построена для удовлетворения потребностей Манауса в энергии. Прогноз предусматривал установку мощности 250 МВт через пять генераторов мощностью по 50 МВт каждый. Однако сток реки Уатума обеспечивает гораздо более низкое среднегодовое производство энергии, что-то около 112,2 МВт, из которых только 64 МВт можно рассматривать как гарантированную мощность. Учитывая, что потери при передаче электроэнергии от станции до центра потребления составляют примерно 2,5%, всего 109,4 МВт (62,4 МВт в гарантированной мощности). Стоимость значительно ниже номинальной мощности 250 МВт.

Итайпу

Гидроэлектростанция Итайпу считается второй по величине электростанцией в мире с установленной мощностью 14 тыс. МВт и уступает только ущелью Трес в Китае с 18 200 МВт. Построенный на реке Парана и расположенный на границе между Бразилией и Парагваем, это двухнациональный завод, поскольку он принадлежит обеим странам. Энергия, вырабатываемая Итайпу, который снабжает Бразилию, соответствует половине ее общей мощности (7000 МВт), что эквивалентно 16,8% энергии, потребляемой в Бразилии, а другая половина энергии используется Парагваем и соответствует 75% парагвайской энергии. потребление энергии.

Тукуруи

Станция Тукуруи была построена на реке Токантинс, в Пара, и ее установленная мощность эквивалентна 8 370 МВт.

Белу Монте

Гидроэлектростанция Белу-Монте, расположенная в муниципалитете Альтамира, к юго-западу от Пара и открытая президентом Дилмой Руссеф, была построена на реке Шингу. Станция является крупнейшей гидроэлектростанцией на 100% в стране и третьей по величине в мире. Установленной мощностью 11 233,1 мегаватт (МВт). Это означает, что нагрузки достаточно для обслуживания 60 миллионов человек в 17 штатах, что составляет около 40% бытового потребления по всей стране. Эквивалентная установленная производственная мощность составляет 11 тысяч МВт, иными словами, это крупнейшая установка по установленной мощности в стране. , заняв место завода Тукуруи как крупнейшего 100% национального завода. Белу-Монте также является третьей по величине гидроэлектростанцией в мире после Трес Гаргантас и Итайпу соответственно.

Многие вопросы связаны со строительством электростанции Белу-Монте. Несмотря на установленную мощность в 11 000 МВт, по данным Министерства окружающей среды, гарантированная мощность станции составляет 4500 МВт, то есть всего 40% от общей мощности. Поскольку Белу-Монте построен в районе Амазонки, он может выделять большие концентрации метана и углекислого газа. И все это без учета большого влияния на жизнь традиционных популяций и большого влияния на фауну и флору. Еще одним фактором является то, что от его строительства выигрывают в основном компании, а не население. Примерно 80% электроэнергии предназначается компаниям в центре-юге страны.

Применимость

Несмотря на упомянутые негативные социальные и экологические последствия, гидроэнергетика имеет преимущества по сравнению с невозобновляемыми источниками энергии, такими как ископаемое топливо. Несмотря на то, что гидроэлектростанции способствуют выбросу метана и диоксида серы, они не выбрасывают и не выделяют другие типы токсичных газов, например, выделяемые термоэлектрическими станциями, что очень вредно для окружающей среды и здоровья человека.

Однако недостатки гидроэлектростанций по сравнению с другими возобновляемыми источниками энергии, такими как солнце и ветер, которые оказывают меньшее воздействие на окружающую среду по сравнению с воздействием гидроэлектростанций, более очевидны. Проблема по-прежнему в жизнеспособности новых технологий. Альтернативой снижению воздействия, связанного с производством гидроэлектроэнергии, является строительство малых гидроэлектростанций, для которых не требуется строительство крупных водохранилищ.

• Что такое солнечная энергия, преимущества и недостатки
• Что такое ветровая энергия?

Кроме того, плотины имеют полезный срок службы около 30 лет, что ставит под сомнение их долгосрочную жизнеспособность.

Исследование «Устойчивая гидроэнергетика в 21 веке», проведенное Университетом штата Мичиган, обращает внимание на тот факт, что большие плотины гидроэлектростанций могут стать еще менее устойчивым источником энергии в условиях изменения климата.

Необходимо учитывать истинные затраты на гидроэнергетику, не только экономические и инфраструктурные, но также социальные, экологические и культурные затраты.