Értse meg, hogyan alakítja a vízerőmű a vízenergiát villamos energiává, annak előnyeivel és hátrányaival
Kép: Itaipu-gát, Paraguay / Brazília, a Nemzetközi Vízenergia Szövetség (IHA) CC BY 2.0 alapján engedélyezett
Mi a hidraulikus (hidroelektromos) energia?
A vízerő a kinetikus energia felhasználása, amelyet a víztestek áramlása tartalmaz. A kinetikus energia elősegíti a vízerőmű rendszerét alkotó turbinák lapátjainak forgását, hogy később a rendszer generátora elektromos energiává alakítsa át.
Mi a vízerőmű (vagy vízerőmű)?
A vízierőmű olyan munkák és berendezések összessége, amelyeket a folyó hidraulikus potenciáljának felhasználásával villamos energia előállítására használnak. A hidraulikus potenciált a hidraulikus áramlás és az egyenetlenségek koncentrációja adja a folyó mentén. Az egyenetlenségek lehetnek természetesek (vízesések), vagy építhetők gátak formájában, vagy úgy, hogy a folyót elterelik természetes medréből tározók kialakítására. A víztározóknak két típusa van: felhalmozási és folyóvíz-tározók. A felhalmozódások általában a folyók folyóvizénél képződnek, olyan helyeken, ahol magas vízesések fordulnak elő, és nagy tárolókból állnak, nagy vízfelhalmozódással. A folyók kifutó víztározói kihasználják a folyó vízsebességét az áramtermeléshez, ezáltal minimális vagy egyáltalán nem vízfelhalmozódást eredményezve.
A növényeket pedig a következő tényezők szerint osztályozzák: a vízesés magassága, átfolyása, beépített teljesítménye vagy teljesítménye, a rendszerben használt turbina típusa, gát és tározó. Az építkezés megadja a zuhanás és az áramlás magasságát, és ez a két tényező határozza meg a vízerőmű beépített teljesítményét vagy teljesítményét. A beépített kapacitás meghatározza a turbina, a gát és a tározó típusát.
A Nemzeti Elektromos Energia Ügynökség (Aneel) jelentése szerint a Kis Vízerőművek Nemzeti Referencia Központja (Cerpch, az Itajubá - Unifei Szövetségi Egyetemtől) a vízesés magasságát alacsonynak (legfeljebb 15 méter), közepesnek ( 15–150 méter) és magas (150 méternél nagyobb). Ezek az intézkedések azonban nem konszenzusosak. Az erőmű mérete meghatározza az elosztóhálózat méretét is, amely a megtermelt áramot a fogyasztókhoz viszi. Minél nagyobb a növény, annál nagyobb a tendencia, hogy távol áll a városi központoktól. Ehhez nagy távvezetékek építése szükséges, amelyek gyakran keresztezik az állapotokat és energiaveszteséget okoznak.
Hogyan működik a vízerőmű?
A vízenergia előállításához integrálni kell a folyó áramlását, a terep különbségét (természetes vagy nem) és a rendelkezésre álló vízmennyiséget.
A vízerőmű rendszere a következőkből áll:
Gát
A gát célja a folyó természetes körforgásának megszakítása, víztározó létrehozása. A víztározónak a víz tárolása mellett más funkciói is vannak, például a víztér létrehozása, a víz megfelelő mennyiségű megkötése az energiatermeléshez és a folyók áramlásának szabályozása eső és szárazság idején.
Vízbevezető (adduktív) rendszer
Alagutakból, csatornákból és fémes vezetékekből áll, amelyek elvezetik a vizet az erőműhöz.
Erőmű
A rendszer ezen részében vannak a turbinák, amelyek egy generátorhoz vannak csatlakoztatva. A turbinák mozgása a víz mozgásának mozgási energiáját a generátorokon keresztül elektromos energiává alakítja.
A turbináknak több típusa létezik, amelyek közül a fő a pelton, a kaplan, a francis és az izzó. Az egyes vízerőművek számára a legmegfelelőbb turbina a cseppmagasságtól és az áramlástól függ. Példa: a hagymát malomfutó üzemekben használják, mert nem igényli a tárolók meglétét, és alacsony esésekre és nagy áramlási sebességekre van jelölve.
Menekülési csatorna
A turbinákon való áthaladás után a víz a menekülési csatornán keresztül visszatér a folyó természetes medrébe.
A menekülési csatorna az erőmű és a folyó között helyezkedik el, és mérete az erőmű és a folyó méretétől függ.
Spillway
A kifolyó lehetővé teszi a víz távozását, amikor a tározó szintje meghaladja az ajánlott határértékeket. Ez általában esős időszakokban fordul elő.
A kiömlőnyílást akkor nyitják meg, ha az áramtermelés romlik, mert a vízszint meghaladja az ideális szintet; vagy a növény körüli túlcsordulás és következményes áradás elkerülése, ami nagyon esős időszakokban lehetséges.
A vízierőművek beültetésének társadalmi-környezeti hatásai
Az első vízerőművet a 19. század végén építették a Niagara-vízesés szakaszán, az Egyesült Államok és Kanada között, amikor a szén volt a fő üzemanyag, és az olajat még nem használták széles körben. Előtte a hidraulikus energiát csak mechanikai energiaként használták fel.
Annak ellenére, hogy a vízenergia megújuló energiaforrás, az Aneel-jelentés rámutat arra, hogy részvétele a világ elektromos mátrixában kicsi és még kisebb. Az érdeklődés növekvő hiánya az ekkora projektek megvalósításából eredő negatív externáliák következménye lehet.
A nagy hidroelektromos projektek beültetésének negatív hatása a régióban élő lakosság életmódjának megváltozása, vagy annak a helynek a környezetében, ahol a növényt beültetik. Fontos hangsúlyozni azt is, hogy ezek a közösségek gyakran hagyományos népességként azonosított emberi csoportok (őslakos népek, quilombolák, amazóniai folyóparti közösségek és mások), akiknek túlélése attól függ, hogy hol élnek a források, és hol vannak kapcsolataik a területtel kulturális rend.
Tiszta a vízerő?
Annak ellenére, hogy sokan „tiszta” energiaforrásként tartják számon, mivel ez nem kapcsolódik a fosszilis tüzelőanyagok égetéséhez, a vízierőmű-termelés hozzájárul a szén-dioxid és a metán kibocsátásához, amely két gáz okozhatja a globális felmelegedést.
A szén-dioxid (CO2) kibocsátása a tározók vízszintje felett maradó fák bomlásának köszönhető, a metán (CH4) felszabadulása pedig a tározó alján található szerves anyag lebontásával történik. A vízoszlop növekedésével a metán (CH4) koncentrációja is növekszik. Amikor a víz eléri az üzem turbináit, a nyomáskülönbség metán kibocsátását okozza a légkörbe. A metán a növény kifolyó útján is a víz útjába kerül, amikor a nyomás és a hőmérséklet változásán kívül a vizet cseppenként permetezik.
A CO2 az elhalt fák víz feletti bomlásával szabadul fel. A metánnal ellentétben a kibocsátott CO2 csak egy része tekinthető hatásosnak, mivel a CO2 nagy részét a tározóban bekövetkező abszorpciók útján törölik. Mivel a metán nem épül be a fotoszintézis folyamataiba (bár lassan átalakulhat szén-dioxiddá), ebben az esetben hatásosabbnak tekintik az üvegházhatást.
A Balcar projektet (üvegházhatású gázkibocsátás a vízi erőművek tározóiban) azért hozták létre, hogy megvizsgálják a mesterséges tározók hozzájárulását az üvegházhatás intenzívebbé válásához szén-dioxid és metán kibocsátás révén. A projekt első tanulmányait a 90-es években végezték az Amazonas régió víztározóiban: Balbina, Tucuruí és Samuel. Az amazóniai régió a vizsgálatra összpontosult, mivel masszív növénytakaró jellemzi, ezért nagyobb a gázkibocsátás lehetősége a szerves anyagok lebontásával. Ezt követően, az 1990-es évek végén, a projektben Miranda, Três Marias, Segredo, Xingo és Barra Bonita is részt vett.
A cikk szerint, amelyet Dr. Philip M. Fearnside, az Amazon Kutatóintézet munkatársa tett közzé a Tucuruí üzem gázkibocsátásáról, 1990-ben a növény üvegházhatású gázainak (CO2 és CH4) kibocsátása változó volt 7 millió és 10 millió tonna abban az évben. A szerző összehasonlítást végez São Paulo városával, amely ugyanabban az évben 53 millió tonna CO2-t bocsátott ki fosszilis tüzelőanyagokból. Más szavakkal, csak Tucuruí felelne az üvegházhatást okozó gázok 13–18% -ának megfelelő kibocsátásáért São Paulo városában, ami jelentős érték egy olyan energiaforrás számára, amelyet sokáig „emissziómentesnek” tekintenek. Úgy gondolták, hogy idővel a szerves anyagok teljes mértékben lebomlanak, és ennek következtében megszűnik ezeknek a gázoknak a kibocsátása. Azonban,a Balcar csoport tanulmányai kimutatták, hogy a gáztermelési folyamatokat a folyók és az esőzések által behozott új szerves anyagok érkezése révén táplálják.
Növény- és állatfajok elvesztése
Különösen a magas biológiai sokféleséggel rendelkező Amazonas régióban következik be az organizmusok elkerülhetetlen pusztulása a víztározó kialakulásának helyén található flórából. Ami az állatokat illeti, még akkor is, ha alapos tervezésre kerül sor az organizmusok eltávolítására tett kísérlet során, nem garantálható, hogy az ökoszisztémát alkotó összes szervezet megmenekül. Ezen túlmenően a gát változásokat okoz a környező élőhelyeken.
Talajvesztés
Az elárasztott területen a talaj más célokra használhatatlanná válik. Ez központi kérdéssé válik, különösen a túlnyomórészt sík régiókban, például magában az Amazonas régióban. Mivel a növény erejét a folyó áramlása és a terep egyenetlensége közötti kapcsolat adja, ha a terep alacsony egyenetlenséggel rendelkezik, akkor nagyobb mennyiségű vizet kell tárolni, ami kiterjedt tározóterületet jelent.
Változások a folyó hidraulikus geometriájában
A folyók dinamikus egyensúlyban vannak a kibocsátás, az átlagos vízsebesség, az üledékterhelés és a meder morfológiája között. A tározók felépítése befolyásolja ezt az egyensúlyt, következésképpen hidrológiai és üledékrendbeli változásokat okoz, nemcsak a gát helyén, hanem a környéken és a gát alatti mederben is.
Névleges kapacitás x tényleges előállított mennyiség
Egy másik felvetendő kérdés, hogy van különbség a névleges beépített kapacitás és az erőmű által termelt tényleges elektromos energia mennyisége között. A megtermelt energia mennyisége a folyó áramlásától függ.
Így felesleges olyan rendszert telepíteni, amely több energiát képes előállítani, mint amennyit a folyó áramlása biztosítani tud, amint az az Uatumã folyóra telepített Balbina vízerőmű esetében történt.
Az üzem szilárd ereje
Egy másik fontos szempont, amelyet figyelembe kell venni, az erőmű szilárd erejének koncepciója. Aneel szerint az erőmű szilárd ereje a maximális folyamatos energiatermelés, amelyet el lehet érni, figyelembe véve a folyó áramlási történetében rögzített legszárazabb szekvenciát, amelyben bázisként van telepítve. Ez a kérdés az egyre gyakoribb és egyre súlyosabb aszályos időszakokban egyre inkább központi szerepet játszik.
Vízenergia Brazíliában
Brazília az az ország, amely a legnagyobb hidroelektromos potenciállal rendelkezik a világon. Tehát 70% -a az Amazonas és a Tocantins / Araguaia medencéiben koncentrálódik. Az első nagy brazil vízerőmű, amelyet megépítettek, I. Paulo Afonso volt, 1949-ben, Bahiában, 180 MW-nak megfelelő teljesítménnyel. Jelenleg I. Paulo Afonso a Paulo Afonso hidroelektromos komplexum része, amely összesen négy üzemet tartalmaz.
Balbina
A Balbina vízerőművet az Uatumã folyón, Amazonasban építették. A Balbina Manaus energiaigényének kielégítésére épült. Az előrejelzés 250 MW kapacitás telepítésére irányult öt generátoron keresztül, egyenként 50 MW teljesítménnyel. Az Uatumã folyó áramlása azonban jóval alacsonyabb éves átlagos energiatermelést eredményez, valahol 112,2 MW körül, amelyből csak 64 MW tekinthető szilárd energianak. Figyelembe véve, hogy az erőműből a fogyasztói központba történő villamos energia továbbítása során hozzávetőlegesen 2,5% -os veszteség tapasztalható, csak 109,4 MW (62,4 MW szilárd teljesítmény). Érték jóval a 250 MW névleges teljesítmény alatt van.
Itaipu
Az Itaipu vízerőművet a világ második legnagyobb erőműjének tartják, 14 ezer MW beépített kapacitással, és csak a kínai Kínai Três Gorges után, 18,2 ezer MW-mal. A Paraná folyón épült és Brazília és Paraguay határán helyezkedik el, és két országban működik. A Brazíliát ellátó Itaipu által termelt energia összteljesítményének (7 ezer MW) felének felel meg, amely a Brazíliában elfogyasztott energia 16,8% -ának felel meg, az energia másik felét pedig Paraguay használja fel, és 75% -nak felel meg. Paraguayi energiafogyasztás.
Tucuruí
A Tucuruí erőmű a Tocantins folyón, Pará-ban épült, és beépített kapacitása 8370 MW.
Belo Monte
A Belo Monte vízerőmű, amely Altamira községben található, Parától délnyugatra, és Dilma Roussef elnök avatta fel, a Xingu folyón épült. Az üzem a legnagyobb 100% -ban nemzeti vízierőmű, és a harmadik a világon. Telepített kapacitása 11 233,1 megavatt (MW). Ez elegendő rakományt jelent 17 államban 60 millió ember kiszolgálására, ami az országban a lakossági fogyasztás mintegy 40% -át teszi ki. Az ekvivalens telepített termelési kapacitás 11 ezer MW, vagyis a legnagyobb telepített villamos erőmű az ország, elfoglalva a tuucuruí üzem helyét, mint a legnagyobb 100% -ban nemzeti üzemet. A Belo Monte a harmadik legnagyobb vízerőmű a világon, a Três-szoros és az Itaipu mögött.
Sok kérdés forog a Belo Monte gyár építésén. Annak ellenére, hogy a telepített kapacitás 11 ezer MW, a Környezetvédelmi Minisztérium szerint az erőmű teljesítménye 4,5 ezer MW-nak felel meg, vagyis csak a teljes teljesítmény 40% -ának felel meg. Mivel egy amazóniai régióban épült, a Belo Monte nagy koncentrációban képes metánt és szén-dioxidot kibocsátani. Mindezt úgy, hogy nem számoljuk a hagyományos populációk életére gyakorolt nagy hatást, valamint az állatvilágra és a növényvilágra gyakorolt nagy hatást. Egy másik tényező, hogy építése leginkább a vállalatoknak, nem pedig a lakosságnak kedvez. A villamos energia körülbelül 80% -át az ország déli részén található vállalatok számára szánják.
Alkalmazhatóság
Az említett negatív társadalmi-környezeti hatások ellenére a vízenergiának előnyei vannak a nem megújuló energiaforrásokhoz, például a fosszilis tüzelőanyagokhoz képest. Annak ellenére, hogy hozzájárulnak a metán- és kén-dioxid-kibocsátáshoz, a vízierőművek nem bocsátanak ki és nem bocsátanak ki más típusú mérgező gázokat, például a termoelektromos üzemek által kilélegzett gázokat - amelyek nagyon károsak a környezetre és az emberi egészségre.
Nyilvánvalóbbak azonban a hidroelektromos gátak hátrányai más megújuló energiaforrásokkal, például a nap- és szélenergiával szemben, amelyek csökkentik a környezeti hatásokat a gátak okozta hatásokhoz képest. A probléma továbbra is az új technológiák életképessége. A vízenergia előállításával kapcsolatos hatások csökkentésének alternatívája a kis vízerőművek építése, amelyekhez nincs szükség nagy tározók építésére.
- Mi a napenergia, előnyei és hátrányai
- Mi a szélenergia?
Ezenkívül a gátak hasznos élettartama körülbelül 30 év, ami megkérdőjelezi hosszú távú életképességüket.
A "Fenntartható vízerő a 21. században" című, a Michigani Állami Egyetem által készített tanulmány arra hívja fel a figyelmet, hogy a nagy hidroelektromos gátak még kevésbé fenntartható energiaforrássá válhatnak az éghajlatváltozással szemben.
Figyelembe kell venni a vízenergia valós költségeit, nemcsak a gazdasági és infrastrukturális költségeket, hanem a társadalmi, környezeti és kulturális költségeket is.
