Plik energia hydrauliczna to zdolność wody do wytwarzania pracy w postaci ruchu, światła i ciepła w oparciu o jej potencjał i energię kinetyczną. Jest również uważana za czystą i wysokowydajną energię odnawialną.
Energia ta jest określana przez przepływ, nierówności między punktami na ziemi, przez które porusza się woda, oraz siłę grawitacji. Był używany przez ludzi od czasów starożytnych do wykonywania różnych zadań.
Jednym z pierwszych zastosowań energii hydraulicznej było zasilanie młynów wodnych, które wykorzystywały siłę prądu. W ten sposób za pomocą kół zębatych można było przesuwać kamienie młyńskie do młócenia pszenicy..
Obecnie jej najważniejszym zastosowaniem jest wytwarzanie energii elektrycznej w elektrowniach hydraulicznych lub hydroelektrowniach. Te elektrownie składają się zasadniczo z zapory oraz systemu turbin i alternatorów..
Woda gromadzi się w tamie pomiędzy dwoma poziomami koryta (nierówności geodezyjne), generując grawitacyjną energię potencjalną. Następnie prąd wody (energia kinetyczna) uruchamia turbiny, które przekazują energię do alternatorów w celu wytworzenia energii elektrycznej.
Jedną z zalet energii hydraulicznej jest to, że jest odnawialna i nie zanieczyszcza środowiska, w przeciwieństwie do innych źródeł energii. Z drugiej strony jest bardzo wydajny z wydajnością w przedziale 90 - 95%..
Wpływ elektrowni wodnych na środowisko jest związany ze zmianami temperatury i fizycznymi zmianami cieku wodnego. Podobnie powstają oleje i tłuszcze odpadowe, które są odfiltrowywane z maszyn.
Jego główną wadą są fizyczne zmiany, które powoduje w wyniku zalania dużych obszarów lądu oraz zmiany naturalnego przebiegu i przepływu rzek..
Największą elektrownią wodną na świecie jest The Three Gorges, znajdująca się w Chinach, na rzece Jangcy. Pozostałe dwa ważne to Itaipú na granicy Brazylii i Paragwaju oraz hydroelektrownia Simón Bolívar lub Guri w Wenezueli..
Indeks artykułów
Źródłem energii hydraulicznej jest woda i jest uważana za energię odnawialną, o ile cykl wodny nie ulega zmianie. Podobnie może produkować pracę bez generowania odpadów stałych lub zanieczyszczających gazów, dlatego jest uważany za czystą energię.
Efektywność energetyczna odnosi się do relacji między ilością energii uzyskiwanej w procesie a energią niezbędną do zainwestowania w niego. W przypadku energii hydraulicznej osiąga się sprawność od 90 do 95% w zależności od prędkości wody i zastosowanego układu turbinowego..
Podstawą energii hydraulicznej jest energia słoneczna, topografia terenu i grawitacja ziemska. W cyklu wodnym energia słoneczna powoduje parowanie, a następnie woda skrapla się i wytrąca na ziemi..
W wyniku nierówności terenu i siły grawitacji na powierzchni ziemi występują prądy wód powierzchniowych. W ten sposób energia słoneczna jest przekształcana w energię kinetyczną w wyniku ruchu wody w wyniku połączonego działania nierówności i grawitacji..
Później energię kinetyczną wody można przekształcić w energię mechaniczną zdolną do pracy. Na przykład, można przesuwać ostrza, które przenoszą ruch na układ przekładni, który może obsługiwać różne urządzenia..
Wielkość energii hydraulicznej wynika z nierówności między dwoma danymi punktami kanału i ich przepływem. Im większa nierówność terenu, tym większy potencjał i energia kinetyczna wody oraz jej zdolność do generowania pracy..
W tym sensie energia potencjalna to ta, która gromadzi się w zbiorniku wodnym i jest związana z jej wysokością względem ziemi. Z drugiej strony energia kinetyczna to energia uwalniana przez wodę w jej opadającym ruchu jako funkcja topografii i grawitacji..
Energia kinetyczna wytwarzana przez spadającą wodę może być wykorzystana do produkcji energii elektrycznej. Osiąga się to poprzez budowę tam, w których woda gromadzi się i jest zatrzymywana na różnych wysokościach..
Zatem energia potencjalna wody jest wprost proporcjonalna do różnicy poziomów między jednym a drugim punktem, a kiedy woda spada, jest przekształcana w energię kinetyczną. Następnie woda przepływa przez system obracających się łopatek i generuje obrotową energię kinetyczną.
Ruch obrotowy umożliwia przesuwanie układów przekładni, które mogą aktywować układy mechaniczne, takie jak młyny, koła lub alternatory. W szczególnym przypadku wytwarzania energii wodnej system wymaga układu turbinowego i alternatora do wytwarzania energii elektrycznej..
Turbina składa się z osi poziomej lub pionowej z układem łopatek, które siłą wody wprawiają oś w ruch.
Istnieją trzy podstawowe typy turbin hydraulicznych:
Jest to wysokociśnieniowa turbina impulsowa o poziomej osi, która pracuje bez całkowitego zanurzenia. Wirnik ma szereg wklęsłych łopatek (łopatek lub zębów) napędzanych strumieniami wody.
Im więcej strumieni wody zderza się z turbiną, tym więcej energii będzie generować. Ten typ turbiny jest używany do wodospadów o wysokości od 25 do 200 metrów i osiąga sprawność do 90%.
Jest to średniociśnieniowa turbina reakcyjna o osi pionowej pracująca w całkowitym zanurzeniu w wodzie. Wirnik składa się z łopatek napędzanych wodą prowadzoną przez dystrybutor.
Może być stosowany przy wodospadach o wysokości od 20 do 200 metrów i osiąga wydajność 90%. Jest to typ turbiny najczęściej stosowany w dużych elektrowniach wodnych na świecie..
Jest to odmiana turbiny Francisa i podobnie jak ta ma oś pionową, ale wirnik składa się z szeregu regulowanych łopatek. Ma reakcję wysokociśnieniową i działa całkowicie zanurzony w wodzie.
Turbina Kaplana stosowana jest przy wodospadach o wysokości od 5 do 20 metrów, a jej sprawność może sięgać nawet 95%.
Alternator to urządzenie, które ma zdolność przekształcania energii mechanicznej w energię elektryczną poprzez indukcję elektromagnetyczną. W ten sposób bieguny magnetyczne (cewka indukcyjna) są obracane w cewce z naprzemiennymi biegunami materiału przewodzącego (na przykład miedź nawinięta w miękkim żelazie).
Jego działanie polega na tym, że przewodnik poddany przez pewien czas zmiennemu polu magnetycznemu generuje napięcie elektryczne.
Moc hydrauliczna jest szeroko stosowana, ponieważ ma wiele pozytywnych aspektów. Wśród nich możemy wyróżnić:
Choć w przypadku hydroelektrowni początkowa inwestycja jest wysoka, to generalnie w dłuższej perspektywie jest to tania energia. Wynika to z jego stabilności i niskich kosztów utrzymania..
Ponadto należy dodać rekompensatę ekonomiczną zapewnianą przez zbiorniki z możliwością uprawiania akwakultury, sportów wodnych i turystyki..
Oparta na obiegu wody jest odnawialnym i ciągłym źródłem energii. Oznacza to, że nie wyczerpuje się w czasie, w przeciwieństwie do energii z paliw kopalnych..
Jednak jego ciągłość zależy od tego, czy cykl wodny nie zostanie zmieniony w danym regionie lub w skali globalnej..
Energia hydrauliczna jest uważana za bardzo wydajną i ma wysoką wydajność, która wynosi od 90 do 95%.
Ten rodzaj energii wykorzystuje naturalne źródło, takie jak woda, a także nie wytwarza odpadów ani zanieczyszczających gazów. Dlatego jego wpływ na środowisko jest niewielki i uważany jest za formę czystej energii..
W przypadkach, w których budowane są zbiorniki na energię hydroelektryczną, niosą one ze sobą szereg dodatkowych korzyści:
- Pozwalają regulować przepływ rzeki i zapobiegać powodziom.
- Stanowią rezerwuar wody do spożycia przez ludzi, nawadniania i użytku przemysłowego..
- Mogą być wykorzystywane jako tereny rekreacyjne i do uprawiania sportów wodnych.
Ograniczeniem wytwarzania energii wodnej jest jej zależność od reżimu opadów. Dlatego w szczególnie suchych latach może nastąpić drastyczny spadek zaopatrzenia w wodę i obniżenie poziomu w zbiorniku..
Kiedy przepływ wody jest zmniejszony, wytwarzanie energii elektrycznej jest mniejsze. W taki sposób, że w regionach, które są silnie uzależnione od hydroelektrowni mogą wystąpić problemy z dostawami energii..
Budowa tamy w rzece zmienia jej naturalny przebieg, reżim powodziowy, zanikanie (zmniejszenie przepływu) i proces ciągnięcia osadów. W związku z tym zachodzą zmiany w biologii roślin i zwierząt wodnych lub znajdujących się w pobliżu akwenu..
Z drugiej strony, zatrzymywanie osadów w zaporze zmienia tworzenie się delt u ujścia rzek i zmienia warunki glebowe..
Ze względu na dużą ilość wody zmagazynowanej w niektórych zaporach hydroelektrycznych, naruszenie muru oporowego lub pobliskich zboczy może spowodować poważne wypadki. Na przykład w roku 1963 zbocze zapory Vajont (obecnie nieużywanej) wystąpiło we Włoszech i spowodowało 2000 zgonów..
Obrót koła napędzanego energią kinetyczną wody umożliwia czerpanie wody z płytkiej studni lub kanału do podwyższonego kanału lub zbiornika. Podobnie energia mechaniczna wytwarzana przez koło może napędzać pompę hydrauliczną..
Najprostszy model składa się z koła z łopatkami z miskami, które zbierają wodę w tym samym czasie, gdy są one napędzane przez prąd. Następnie, obracając się, wrzucają wodę do zbiornika lub kanału..
Przez ponad 2000 lat Grecy i Rzymianie używali energii hydraulicznej do przenoszenia młynów do mielenia zbóż. Obrót koła napędzanego strumieniem wody uruchamia koła zębate, które obracają kamień młyński.
Innym starożytnym zastosowaniem urabialności opartej na mocy hydraulicznej jest jego użycie do aktywacji miechów kuźniczych w pracach kowalskich i metalurgicznych..
W górnictwie i przemyśle naftowym energia kinetyczna wody jest wykorzystywana do erodowania skał, kruszenia ich i ułatwiania wydobywania różnych minerałów. W tym celu stosuje się gigantyczne działka wodne pod ciśnieniem, które uderzają w podłoże, aż ulegnie erozji..
Jest to technika niszcząca glebę i silnie zanieczyszczająca cieki wodne..
Bardzo kontrowersyjną techniką, która nabiera rozpędu w przemyśle naftowym jest szczelinowanie. Polega na zwiększeniu porowatości podłoża skalnego zawierającego ropę i gaz w celu ułatwienia jego usunięcia..
Osiąga się to poprzez wtryskiwanie dużych ilości wody i piasku pod wysokim ciśnieniem wraz z szeregiem dodatków chemicznych. Technika ta została zakwestionowana ze względu na duże zużycie wody, zanieczyszczenie gleb i wód oraz spowodowanie zmian geologicznych..
Najpowszechniejszym współczesnym zastosowaniem jest zasilanie elektrowni, tzw. Hydroelektrowni lub hydroelektrowni.
Elektrownia wodna Three Gorges znajduje się w chińskiej prowincji Hubei na biegu rzeki Jangcy. Budowa tej tamy rozpoczęła się w 1994 r. I została zakończona w 2010 r., Osiągając zalany obszar 1045 km² i moc zainstalowaną 22 500 MW (megawatów)..
W skład elektrowni wchodzą 34 turbiny Francisa (32 o mocy 700 MW i dwie o mocy 50 MW) o rocznej produkcji energii elektrycznej na poziomie 80,8 GWh. Jest to największa elektrownia wodna na świecie pod względem konstrukcji i zainstalowanej mocy.
Zapora Trzech Przełomów zdołała opanować okresowe wylewy rzeki, które spowodowały poważne szkody dla ludności. Gwarantuje również dostawy energii elektrycznej do regionu.
Jednak jego budowa miała pewne negatywne konsekwencje, takie jak przesiedlenie około 2 milionów ludzi. Ponadto przyczynił się do wyginięcia krytycznie zagrożonego chińskiego delfina rzecznego (Lipotes vexillifer)..
Elektrownia wodna Itaipú znajduje się na granicy Brazylii i Paragwaju na biegu rzeki Parana. Jego budowa rozpoczęła się w 1970 roku i zakończyła się w trzech etapach w latach 1984, 1991 i 2003..
Obszar zalany zapory wynosi 1350 km², a moc zainstalowana 14 000 MW. Zakład składa się z 20 turbin Francisa o mocy 700 MW każda i ma roczną produkcję energii elektrycznej na poziomie 94,7 GWh.
Itaipu jest uważane za największą elektrownię wodną na świecie pod względem produkcji energii. Dostarcza 16% energii elektrycznej zużywanej w Brazylii i 76% w Paragwaju..
Ze względu na negatywne skutki zapora ta wpłynęła na ekologię wysp i deltę rzeki Paraná..
Elektrownia wodna Simón Bolívar, znana również jako tama Guri, znajduje się w Wenezueli na biegu rzeki Caroní. Budowa tamy rozpoczęła się w 1957 r., Pierwszy etap zakończono w 1978 r., A zakończono w 1986 r.
Tama Guri ma zalaną powierzchnię 4250 km² i moc zainstalowaną 10 200 MW. Jego instalacja obejmuje 21 turbin Francisa (10 o mocy 730 MW, 4 o mocy 180 MW, 3 o mocy 400 MW, 3 o mocy 225 MW i jedna o mocy 340 MW)
Roczna produkcja wynosi 46 GWh i jest uważana za trzecią co do wielkości elektrownię wodną na świecie pod względem konstrukcji i zainstalowanej mocy. Elektrownia wodna dostarcza 80% energii elektrycznej zużywanej przez Wenezuela, a część jest sprzedawana do Brazylii.
Podczas budowy tej elektrowni wodnej zalane zostały duże obszary ekosystemów w Gujanie Wenezuelskiej, regionie o dużej różnorodności biologicznej..
Dziś, w związku z głębokim kryzysem gospodarczym w Wenezueli, moce produkcyjne tej fabryki zostały znacznie ograniczone..
1. - Hadzich M (2013). Energia hydrauliczna, Rozdział 7. Szkolenie techniczne Grupy PUCP. Technologie dla ekologicznych domów i hoteli. Papieski Uniwersytet Katolicki w Peru.
2. - Raabe J (1985). Energia wodna. Konstrukcja, zastosowanie i funkcja urządzeń hydromechanicznych, hydraulicznych i elektrycznych. Niemcy: N. p.
3. - Sandoval Erazo, Waszyngton. (2018). Rozdział 6: Podstawowe koncepcje elektrowni wodnych. Https://www.researchgate.net/publication/326560960_Capitulo_6_Conceptos_Basicos_de_Centrales_Hidroelectricas
4. - Stickler CM, Coe MT, Costa MH, Nepstad DC, McGrath DG, Dias LCP, Rodrigues HO i Soares-Filho BS (2013). Zależność wytwarzania energii wodnej od lasów w dorzeczu Amazonki w skali lokalnej i regionalnej. Proceedings of the National Academy of Sciences, 110 (23), 9601-9606.
5. - Soria E (s / f). Hydraulika. Odnawialne źródła energii dla wszystkich. IBERDROLA. 19 pkt.
Jeszcze bez komentarzy