Značilnosti hidravlične energije, kako deluje, prednosti, uporablja

The hidravlična energija To je sposobnost vode, da proizvaja delo v obliki gibanja, svetlobe in toplote, ki temelji na njegovi potencialni in kinetični energiji. Prav tako velja za čisto in visoko uspešno obnovljivo energijo.

Ta energija je določena s tokom, naklonom med točkami terena, skozi katerega se premika voda in sila gravitacije. Človek ga uporablja že od antičnih časov za izvajanje različnih del.

Jez Itaipú (Brazilija in Paragvaj). Vir: Angelo Leithold [CC BY-SA 3.0 (http: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/3.0/]]

Ena prvih uporab, ki jih je dana hidravlična energija, je bila vožnja z vodnimi mlini, ki so izkoristili moč toka. Na ta način bi lahko z zobniki lahko premikali mlinske kamne, da bi ga vrgli.

Trenutno je njegova najpomembnejša uporaba proizvodnja električne energije s hidravlično energijo ali hidroelektrarnami. Ti centrali so v bistvu sestavljeni iz jezu in sistema turbin in alternatorjev.

Voda se kopiči v jezu med dvema nivojem kanala (geodetski naklon), kar ustvarja gravitacijsko potencialno energijo. Nato vodni tok (kinetična energija) aktivira turbine, ki prenašajo energijo na alternatorje za proizvodnjo električne energije.

Med prednosti hidravlične energije je, da je obnovljiv in ne -obračun, za razliko od drugih virov energije. Po drugi strani je zelo učinkovit z zmogljivostjo, ki sega od 90 do 95%.

Okoljski vpliv hidroelektrarn je povezan z nihanjem temperature in fizikalne spremembe vodnega toka. Prav tako obstajajo odpadki in maščobni odpadki, ki filtrirajo iz strojev.

Njegova glavna pomanjkljivost je fizična sprememba, ki jo povzroča, ker so poplavljeni veliki podaljški zemlji.

Največja svetovna hidroelektrarna je tri grlo, ki se nahaja na Kitajskem, na reki Yangtsé. Druga dva sta pomembna tista Itaipu na meji med Brazilijo in Paragvajem ter hidroelektrarno Simón Bolívar ali Guri v Venezueli.

[TOC]

Značilnosti

Vir hidravlične energije je voda in velja za obnovljivo energijo, kolikor se vodni cikel ne spremeni. Prav tako lahko proizvede delo brez ustvarjanja trdnih odpadkov ali onesnaževanja plinov, zato se šteje za čisto energijo.

Izvedba

Energetska učinkovitost se nanaša na razmerje med količino energije, pridobljene v procesu, in energijo, ki je bila potrebna za vlaganje v isto. V primeru hidravlične energije dosežemo donos med 90 in 95%, odvisno od hitrosti vode in uporabljenega turbinskega sistema.

Kako deluje hidravlična energija?

Shema hidroelektrarne. Vir: Uporabnik: Tomia [CC do 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by/3.0)]

Preobrazba sončne energije v kinetično energijo

Temelj hidravlične energije je v sončni energiji, topografiji terena in kopenske gravitacije. V vodnem ciklu sončna energija povzroči izhlapevanje, nato pa voda kondenzira in obori na zemlji.

Zaradi pobočij terena in sile gravitacije se na zemeljski površini proizvajajo površinske vodne tokovi. Na ta način se sončna energija zaradi gibanja vode s kombiniranim delovanjem neenakosti in gravitacije spremeni v kinetično energijo.

Nato se lahko kinetična energija vode pretvori v mehansko energijo, ki je sposobna delati. Na primer, rezila, ki prenašajo gibanje v operacijski sistem, ki lahko naredi različne naprave, se lahko premaknejo.

Obseg hidravlične energije daje naklon med dvema točkama, ki sta dana kanala, in tokom istega. Večji kot je naklon terena, večji je potencial in kinetična energija vode, pa tudi njegova sposobnost ustvarjanja dela.

Vam lahko služi: 5 najpomembnejših dejavnikov onesnaževanja

V tem smislu je potencialna energija tista, ki se kopiči v masi vode in je povezana z njegovo višino glede na tla. Po drugi strani je kinetična energija tista, ki sprošča vodo v padajočem gibanju, odvisno od topografije in gravitacije.

Proizvodnja električne energije iz hidravlične energije (hidroelektrarna)

Kinetična energija, ki jo v padcu proizvaja voda, se lahko uporabi za proizvodnjo električne energije. To dosežemo z gradnjo jezov, kjer se voda nabira in zadržuje na različnih višini.

Tako je potencialna energija vode neposredno sorazmerna z neenakomernostjo med eno točko in eno in ko voda pade. Nato voda prehaja skozi sistem vrtečih se rezil in ustvarja energijo kinetične vrtenja.

Gibanje vrtenja omogoča premikanje operacijskih sistemov, ki lahko aktivirajo mehanske sisteme, kot so mlini, norias ali alternatorji. V posebnem primeru proizvodnje hidroelektrarne energije sistem potrebuje turbinski sistem in alternator za proizvodnjo električne energije.

Turbine

Turbina je sestavljena iz vodoravne ali navpične osi s sistemom rezil, ki s silo vode obrnejo osjo.

Obstajajo tri osnovne vrste hidravličnih turbin:

Pelton turbina

Pelton turbina. Vir: Robertk9410 [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/4.0)]

Gre za visokotlačno impulzno turbino z vodoravno osi, ki deluje, ne da bi bila popolnoma potopljena. Rodete nosi vrsto rezil (palete ali zob), ki jih poganjajo vodni curki.

Več vodnih curkov se zruši ob turbini, več moči bo. Ta vrsta turbine se uporablja za skoke vode, visok od 25 do 200 metrov in doseže učinkovitost do 90%.

Frančiška turbina

Frančiška turbina. Vir: Prvotni nalagalnik je bil Stahlkocher pri nemški Wikipediji. [CC BY-SA 3.0 (http: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/3.0/]]

To je srednje tlačna reakcijska turbina z navpično osi in deluje popolnoma potopljeno v vodo. Rodete sestavljajo palete, ki jih poganja voda, ki se izvaja prek distributerja.

Uporablja se lahko v skokih z vodo od 20 do 200 metrov visok in doseže 90 -odstotno učinkovitost. To je vrsta turbine, ki se pogosteje uporablja v velikih hidroelektrarnah sveta.

Kaplanska turbina

Kaplanska turbina. Vir: Therunnerup [CC BY-SA 3.0 at (https: // createCommons.Org/licence/by-sa/3.0/at/Deed.v)]

Je različica Francisove turbine in tako kot ta ima navpično os, toda rotor je oblikovan z vrsto orientabilnih rezil. Je visokotlačna reakcija in deluje popolnoma potopljeno v vodo.

Turbina Kaplana se uporablja v skokih z vodo 5 do 20 metrov, njegova učinkovitost pa lahko doseže do 95%.

Alternator

Alternator je aparat, ki lahko z elektromagnetno indukcijo pretvori mehansko energijo v električno energijo. Tako se magnetni drogovi (induktor) zasukajo v tuljavi z nadomestnimi drogovi prevodne materiala (na primer baker, valjan v sladko železo).

Njegovo delovanje temelji na dejstvu, da voznik, ki je nekaj časa podvržen spremenljivemu magnetnemu polju, ustvari električno napetost.

Prednosti

Hidravlična energija se pogosto uporablja, ker ima veliko pozitivnih vidikov. Med njimi lahko poudarimo:

Je ekonomičen

Čeprav je v primeru hidroelektrarn začetna naložba velika, je na splošno na splošno poceni energija. To je posledica njegove stabilnosti in nizkih stroškov vzdrževanja.

Poleg tega je treba dodati ekonomska nadomestila, ki jih nudijo rezervoarji z možnostmi za ribogojstvo, vodni šport in turizem.

Vam lahko služi: samozvezjanje

Je obnovljivo

Ker temelji na vodnem ciklu, je obnovljiv in neprekinjen vir energije. To pomeni, da ni izčrpan pravočasno za razliko od energije iz fosilnih goriv.

Vendar je njegova kontinuiteta odvisna od vodnega cikla v določenem ali globalnem nivoju.

Visokozmogljivo

Hidravlična energija velja za zelo učinkovito in z visoko zmogljivostjo, ki je med 90 in 95%.

Ni onesnaževanje

Ta vrsta energije uporablja naravni vir, kot je voda in tudi ne proizvaja odpadkov ali onesnaževanja plinov. Zato se njegov vpliv na okolje zmanjšuje in velja za čisto energijsko obliko.

Prisotnost rezervoarjev

V primerih, ko so rezervoarji zgrajeni za uporabo hidroelektrarne, imajo ti vrsto dodatnih prednosti:

- Omogočajo uravnavanje pretoka reke in se izogibajo poplavam.
- Predstavljajo rezervoar za vodo za prehrano ljudi, namakanje in industrijsko uporabo.
- Uporabljajo jih lahko kot rekreativna območja in za vadbo vodnih športov.

Slabosti

Odvisnost od padavin

Omejitev hidroelektrarne proizvodnje energije je njegova odvisnost od režima padavin. Zato se v posebej sušnih letih lahko oskrba z vodo močno zmanjša in raven rezervoarja se zmanjša.

Ko se pretok vode zmanjša, je nastajanje električne energije nižje. Na tak način, da se lahko v regijah, ki so zelo odvisne od hidroelektrarne, težave pri oskrbi.

Sprememba naravnega toka reke

Konstrukcija jezu v reki spreminja naravno točko, poplavo, zmanjšanje režima (zmanjšanje toka) in postopek vlečenja usedlin. Zato se v bližini vodnega telesa nastajajo spremembe v biologiji vodnih rastlin in živali.

Po drugi strani zadrževanje usedlin v jezu spreminja nastanek deltov na ustju rek in spreminja razmere v tleh.

Nevarnost razpada jezu

Zaradi velike količine vode, shranjene v nekaterih hidroelektrarnah. Na primer, med letom 1963 se je v Italiji zgodil odred hribovja na jezu Vajont (danes v uporabi) in povzročil 2.000 mrtvih.

Prijave

Norije in vodne črpalke

Vrtenje kolesa, ki ga poganja kinetična energija vode. Prav tako lahko mehanska energija, ki jo ustvari kolo.

Najpreprostejši model je sestavljen iz kolesa s rezili s skledami, ki zbirajo vodo hkrati, ki ga poganja tok. Nato v njihovo vrtenje spustijo vodo v rezervoar ali kanal.

Mlini

Grki in Rimljani so več kot 2000 let uporabljali hidravlično energijo za premikanje mlinov, da bi mletje žit. Kolesa, ki ga poganjajo aktivni prestani vodnega toka, ki obrnejo mlinski kamen.

Forjas

Druga starodavna uporaba delovne zmogljivosti, ki temelji na hidravlični energiji.

Hidravlični zlom

Pri rudarjenju in olju se kinetična energija vode uporablja za razbijanje kamnine, zlomi in olajšanje ekstrakcije različnih mineralov. Za to so uporabljeni velikanski tlačni vodni topovi, ki zadenejo substrat, da ga uničujejo.

To je destruktivna tla in zelo onesnaževalna tehnika vodnih tečajev.

Vam lahko služi: oskrba z vodo

Fracking

Zelo sporna tehnika, ki je pridobivanje razcveta v naftni industriji Fracking. Sestavljen je iz povečanja poroznosti matične kamnine, ki vsebuje nafto in plin, da bi olajšal izhod.

To dosežemo z vbrizgavanjem velikih količin vode in peska pri visokih pritiskih poleg vrste kemičnih dodatkov. Tehniko je zaslišala njegova visoka poraba vode, onesnaževanje tal in voda ter povzroča geološke spremembe.

Hidroelektrarne

Najpogostejša sodobna uporaba je delovanje centralne proizvodnje električne energije, tako imenovane hidroelektrarne ali hidravlične rastline.

Primeri hidravličnih energetskih rastlin

Tri grlo

Jez treh sotesk (Kitajska). Vir: Le Grand Portagegerivative Work: Rehman [CC do 2.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by/2.0)]

Hidroelektrarn Las Tres Gulfantas se nahaja v provinci Hubei na Kitajskem na tečaju reke Yangtsé. Ta jez se je začel graditi leta 1994 in je bil dokončan leta 2010, dosegel je območje, poplavljeno z 1.045 km² in nameščena zmogljivost 22.500 MW (Megawatts).

Obrat vključuje 34 turbin Francis (32 od 700 MW in dva od 50 MW) z letno električno proizvodnjo 80,8 GWh. Je največja hidroelektrarna na svetu glede na strukturo in nameščeno moč.

Tri grlo plen je uspelo nadzorovati občasne poplave reke, ki so povzročile resne škode za prebivalstvo. Zagotavlja tudi oskrbo z električno energijo v regiji.

Vendar je imela njegova gradnja nekaj negativnih posledic, kot je razseljevanje približno 2 milijona ljudi. Poleg tega je prispeval k izumrtju delfina kitajskega ali baijija (lipotes vexillifer), ki je bil v kritični nevarnosti.

Itaipú

Jez Itaipú. Vir: Herr Stahlhoefer [javna domena]

Hidroelektrarna Itaipu se nahaja na meji med Brazilijo in Paragvajem v času reke Paraná. Njegova konstrukcija se je začela leta 1970, končala pa se je v treh fazah v letih 1984, 1991 in 2003.

Poplavljeno območje jezu je 1.350 km² in ima nameščeno zmogljivost 14.000 MW. Obrat vključuje 20 frančiških turbin po 700 MW in ima letno proizvodnjo električne energije 94,7 GWh.

Itaipú velja za največjo svetovno hidroelektrarno pri proizvodnji energije. Prispeva 16% porabljene električne energije v Braziliji in 76% Paragvaja.

Kar zadeva svoje negativne vplive, je ta jez vplival na ekologijo otokov in Delta del Río Paraná.

Simón Bolívar (Guri)

Hidroelektrarna Simón Bolívar (Gurí, Venezuela). Vir: Warairapano & Guaicaipuro [CC0]

Hidroelektrarna Simón Bolívar, znana tudi kot jez Guri, se nahaja v Venezueli na tečaju reke Caroní. Jez je začel graditi leta 1957, prva faza se je končala leta 1978 in je bila dokončana leta 1986.

Jez Guri ima območje poplavljeno s 4.250 km² in nameščena zmogljivost 10.200 MW. Njegova rastlina vključuje 21 Francis turbin (10 od 730 MW, 4 od 180 MW, 3 od 400 MW, 3 od 225 MW in eno od 340 MW)

Letna proizvodnja je 46 GWh in velja za tretjo največjo hidroelektrarno na svetu glede na strukturo in nameščeno moč. Hidroelektrarna zagotavlja 80% električne energije, ki jo porabi Venezuela, del pa se proda Braziliji.

Med gradnjo te hidroelektrarne so bile poplavljene velike podaljške venezuelskih Guayanskih ekosistemov, ki je regija z visoko biotsko raznovrstnostjo.

Danes se je zaradi globoke gospodarske krize Venezuele proizvodna zmogljivost tega centra znatno zmanjšala.

Reference

1.- Hadzich M (2013). Hidravlična energija, poglavje 7. Tečaj tehničnega usposabljanja skupine PUCP. Ekološke hiše in tehnologije hotelov. Papeška katoliška univerza v Peruju.
2.- Raabe J (1985). Hidroelektrarna. Zasnova, uporaba in delovanje hidromehanične, hidravlične in električne opreme. Nemčija: n. str.
3.- Sandoval Erazo, Washington. (2018). Poglavje 6: Osnovni koncepti hidroelektrarn.https: // www.ResearchGate.Net/publikacija/326560960_Capitulo_6_conceptos_bosicos_de_centrales_hidroelectrica
4.- Nalepka CM, Coe MT, MH stroški. Odvisnost proizvodnje hidroelektrarne energije na pregledih v porečju Amazon na lokalnih in regionalnih lestvicah. Zbornik Nacionalne akademije znanosti, 110 (23), 9601-9606.
5.- Soria e (s/f). Hidravlika. Obnovljive energije za vse. Iberdrola. 19 str.