lovesouthernsocial.com

Shvatite kako hidroenergija pretvara energiju vode u električnu, njene prednosti i mane

Slika: Brana Itaipu, Paragvaj/Brazil od strane Međunarodne hidroenergetske asocijacije (IHA) je licencirana pod CC BY 2.0

Šta je hidraulična (hidroelektrična) energija?

Hidroelektrična energija je korišćenje kinetičke energije sadržane u toku vodenih tela. Kinetička energija podstiče rotaciju lopatica turbine koje čine sistem hidroelektrane, da bi se kasnije transformisala u električnu energiju pomoću generatora sistema.

Šta je hidroelektrana (ili hidroelektrana)?

Hidroelektrana je skup radova i opreme koji se koriste za proizvodnju električne energije korišćenjem hidrauličkog potencijala reke. Hidraulički potencijal je dat hidrauličkim protokom i koncentracijom postojećih neravnina duž toka reke. Praznine mogu biti prirodne (vodopadi) ili izgrađene u obliku brana ili skretanjem reke iz njenog prirodnog korita do formiranja rezervoara. Postoje dve vrste rezervoara: akumulacioni i protočni rezervoari. Akumulacije se obično formiraju u izvorima reka, na mestima gde su visoki vodopadi i sastoje se od velikih rezervoara sa velikom akumulacijom vode. Protočni rezervoari koriste prednost brzine rečne vode za proizvodnju električne energije, stvarajući minimalnu akumulaciju vode ili nikakvu akumulaciju.

Postrojenja se, pak, klasifikuju prema sledećim faktorima: visina vodopada, protok, instalisani kapacitet ili snaga, tip turbine koja se koristi u sistemu, brana i rezervoar. Gradilište daje visinu pada i protoka, a ova dva faktora određuju kapacitet ili instalisanu snagu hidroelektrane. Instalisani kapacitet određuje tip turbine, brane i rezervoara.

Prema izveštaju Nacionalne agencije za električnu energiju (Aneel), Nacionalni referentni centar za male hidroelektrane (Cerpch, sa Federalnog univerziteta Itajuba – Unifei) definiše visinu vodopada kao nisku (do 15 metara), srednju (15 do 150 metara) i visoke (više od 150 metara). Međutim, ove mere nisu konsenzusne. Veličina postrojenja određuje i veličinu distributivne mreže koja će proizvedenu električnu energiju prenositi potrošačima. Što je fabrika veća, to je veća njena tendencija da bude udaljena od urbanih centara. Ovo zahteva izgradnju velikih dalekovoda koji često prelaze države i izazivaju gubitke energije.

Kako funkcioniše hidroelektrana?

Za proizvodnju hidroelektrične energije neophodna je integracija rečnog toka, neravnina terena (prirodna ili ne) i količine raspoložive vode.

Sistem hidroelektrane se sastoji od:

Dam

Svrha brane je da prekine prirodni ciklus reke, stvarajući rezervoar vode. Akumulacija ima i druge funkcije pored skladištenja vode, kao što je stvaranje vodenog jaza, zahvatanje vode u adekvatnoj količini za proizvodnju energije i regulisanje toka reka u periodima kiše i suše.

Sistem sakupljanja (adukcije) vode

Sastoji se od tunela, kanala i metalnih vodova koji vode vodu do elektrane.

Powerhouse

U ovom delu sistema su turbine povezane sa generatorom. Pokret turbine pretvara kinetičku energiju kretanja vode u električnu energiju preko generatora.

Postoji nekoliko tipova turbina, od kojih su glavne pelton, kaplan, francis i bulb. Najpogodnija turbina za svaku hidroelektranu zavisi od napona i protoka. Primer: sijalica se koristi u rečnim postrojenjima jer ne zahteva postojanje rezervoara i indikovana je za male padove i velike protoke.

kanal za bekstvo

Nakon prolaska kroz turbine, voda se kroz ispust vraća u prirodno korito reke.

Kanal za bekstvo se nalazi između elektrane i reke i njegova dimenzija zavisi od veličine elektrane i reke.

Preliv

Preliv omogućava oticanje vode kad god nivo u rezervoaru pređe preporučene granice. Ovo se obično dešava u periodima kiše.

Preliv se otvara kada je proizvodnja električne energije smanjena jer je nivo vode iznad idealnog nivoa; ili da se izbegne prelivanje i posledično poplave oko postrojenja, što će se verovatno desiti u veoma kišnim periodima.

Društveni i ekološki uticaji izazvani implementacijom hidroelektrana

Prva hidroelektrana izgrađena je krajem 19. veka na delu Nijagarinih vodopada, između Sjedinjenih Država i Kanade, kada je ugalj bio glavno gorivo, a nafta još nije bila u širokoj upotrebi. Pre toga, hidraulična energija se koristila samo kao mehanička energija.

Uprkos tome što je hidroelektrična energija obnovljivi izvor energije, Aneel izveštaj ističe da je njeno učešće u svetskoj električnoj matrici malo i da postaje još manje. Rastuća nezainteresovanost bila bi rezultat negativnih eksternih efekata koji proizilaze iz implementacije projekata ove veličine.

Negativan uticaj realizacije velikih hidroelektrana je promena u načinu života stanovništva koje borave u regionu, odnosno u okruženju lokacije na kojoj će se elektrana realizovati. Takođe je važno naglasiti da su ove zajednice često ljudske grupe identifikovane kao tradicionalne populacije (autohtoni narodi, kilombole, amazonske zajednice na obali reke i drugi), čiji opstanak zavisi od korišćenja resursa iz mesta u kome žive i koje imaju veze. sa teritorijom kulturnog poretka.

Da li je hidroelektrana čista?

Iako je mnogi smatraju „čistim“ izvorom energije jer nije povezan sa sagorevanjem fosilnih goriva, proizvodnja hidroelektrične energije doprinosi emisiji ugljen-dioksida i metana, dva gasa koja potencijalno izazivaju globalno zagrevanje.

Emisija ugljen-dioksida (CO2) nastaje zbog raspadanja drveća koje ostaje iznad nivoa vode u rezervoarima, a oslobađanje metana (CH4) nastaje razgradnjom organske materije prisutne na dnu rezervoara. Kako se vodeni stub povećava, povećava se i koncentracija metana (CH4). Kada voda udari u turbine postrojenja, razlika u pritisku dovodi do oslobađanja metana u atmosferu. Metan se takođe ispušta u put vode kroz prelivanje postrojenja, kada se, pored promene pritiska i temperature, voda prska u kapljicama.

CO2 se oslobađa propadanjem mrtvih stabala iznad vode. Za razliku od metana, samo deo emitovanog CO2 se smatra uticajnim, pošto se veliki deo CO2 poništava kroz apsorpciju koja se dešava u rezervoaru. Kako se metan ne uključuje u procese fotosinteze (iako se može polako transformisati u ugljen-dioksid), smatra se da u ovom slučaju ima veći uticaj na efekat staklene bašte.

Balcar projekat (Emisije gasova sa efektom staklene bašte iz rezervoara hidroelektrana) je kreiran da bi se istražio doprinos veštačkih rezervoara intenziviranju efekta staklene bašte kroz emisiju ugljen-dioksida i metana. Prve studije projekta sprovedene su 1990-ih, u rezervoarima u regionu Amazona: Balbina, Tucuruí i Samuel. U istraživanju se fokusiralo područje Amazona jer ga karakteriše masivni vegetacijski pokrivač, a samim tim i veći potencijal za emisiju gasova razgradnjom organske materije. Kasnije, krajem 1990-ih, projekat je uključivao i Mirandu, Tres Marijas, Segredo, Ksingo i Bara Bonita.

Prema članku koji je dr Filip M. Fernsajd, iz Amazonskog istraživačkog instituta, objavio o emisiji gasova u fabrici Tucuruí, 1990. godine, emisije gasova staklene bašte (CO2 i CH4) te godine varirale su između 7 miliona i 10 miliona tona. . Autor pravi poređenje sa gradom Sao Paulo, koji je iste godine emitovao 53 miliona tona CO2 iz fosilnih goriva. Drugim rečima, samo Tucurui bi bio odgovoran za emisiju ekvivalentnih 13% do 18% emisije gasova staklene bašte u gradu Sao Paulo, što je značajna vrednost za izvor energije koji se dugo vremena smatrao „bez emisija”. . Verovalo se da će se tokom vremena organska materija potpuno raspasti i kao rezultat toga više neće emitovati ove gasove. Međutim, studije Balcar grupe pokazale su da se proces proizvodnje gasa napaja dolaskom novih organskih materijala koje donose reke i kiša.

Gubitak biljnih i životinjskih vrsta

Naročito u regionu Amazonije, koji ima visok biodiverzitet, dolazi do neizbežne smrti biljnih organizama na mestu gde se formira rezervoar. Što se tiče životinja, čak i ako se izvrši pažljivo planiranje u pokušaju da se organizmi uklone, ne može se garantovati da će svi organizmi koji čine ekosistem biti spaseni. Štaviše, brana nameće promene u okolnim staništima.

gubitak tla

Zemljište u poplavljenom području će nužno postati neupotrebljivo za druge svrhe. Ovo postaje centralno pitanje posebno u pretežno ravnim regionima, kao što je sam region Amazona. Pošto je snaga postrojenja data odnosom rečnog toka i neravnina terena, ako teren ima male neravnine, mora se skladištiti veća količina vode, što podrazumeva veliku akumulaciju.

Promene hidrauličke geometrije reke

Reke imaju tendenciju da imaju dinamičku ravnotežu između proticaja, prosečne brzine vode, opterećenja sedimentom i morfologije korita. Izgradnja akumulacija utiče na ovu ravnotežu i, posledično, izaziva promene hidrološkog i sedimentnog poretka, ne samo u akumulaciji, već iu okolini iu koritu ispod akumulacije.

Nominalni kapacitet x stvarna proizvedena količina

Još jedno pitanje koje treba pokrenuti je da postoji razlika između nominalnog instalisanog kapaciteta i stvarne količine električne energije proizvedene u postrojenju. Količina proizvedene energije zavisi od toka reke.

Dakle, beskorisno je instalirati sistem sa potencijalom da proizvede više energije nego što može da obezbedi tok reke, kao što se desilo u slučaju hidroelektrane Balbina, instalirane na reci Uatumã.

Čvrsta snaga postrojenja

Još jedna važna tačka koju treba uzeti u obzir je koncept čvrste snage postrojenja. Prema Aneelu, čvrsta snaga fabrike je maksimalna kontinuirana proizvodnja energije koja se može dobiti, na osnovu najsušnijeg niza zabeleženog u istorijskom toku reke u kojoj je instalirana. Ovo pitanje ima tendenciju da postaje sve centralnije u suočenju sa sve češćim i ozbiljnijim periodima suše.

Hidroelektrana u Brazilu

Brazil je zemlja sa najvećim hidroelektranskim potencijalom na svetu. Dakle, 70% je koncentrisano u basenima Amazona i Tocantins/Aragvaia. Prva velika brazilska hidroelektrana koja je izgrađena bila je Paulo Afonso I, 1949. godine, u Baiji, snage ekvivalentne 180 MW. Trenutno je Paulo Afonso I deo hidroelektrane Paulo Afonso, koji se sastoji od ukupno četiri postrojenja.

balbine

Hidroelektrana Balbina je izgrađena na reci Uatumã, u Amazonasu. Balbina je izgrađena da zadovolji potrebe Manausa za energijom. Predviđena je ugradnja 250 MW kapaciteta, preko pet generatora, snage po 50 MW. Međutim, tok reke Uatumã obezbeđuje mnogo nižu prosečnu godišnju proizvodnju energije, nešto oko 112,2 MW, od čega se samo 64 MW može smatrati čvrstom snagom. S obzirom da postoji približno 2,5% gubitka tokom prenosa električne energije od postrojenja do potrošačkog centra, samo 109,4 MW (62,4 MW u čvrstoj snazi). Vrednost znatno niža od nominalnog kapaciteta od 250 MW.

Itaipu

Hidroelektrana Itaipu se smatra drugom po veličini elektranom na svetu, sa 14 hiljada MW instalisanog kapaciteta, i druga je posle Três Gorges, u Kini, sa 18.200 MW. Izgrađena na reci Parana i smeštena na granici između Brazila i Paragvaja, to je dvonacionalna fabrika, jer pripada obema zemljama. Energija koju proizvodi Itaipu koja snabdeva Brazil odgovara polovini njegove ukupne snage (7.000 MW) što je ekvivalentno 16,8% energije koja se troši u Brazilu, a drugu polovinu energije koristi Paragvaj i odgovara 75% paragvajske Потрошња енергије.

Tucuruí

Postrojenje Tucuruí je izgrađeno na reci Tocantins, u Para, i ima instalirani kapacitet ekvivalentan 8.370 MW.

Belo Monte

Hidroelektrana Belo Monte, koja se nalazi u opštini Altamira, jugozapadno od Para i koju je otvorila predsednica Dilma Rusef, izgrađena je na reci Šingu. Postrojenje je najveća hidroelektrana 100% u zemlji i treća po veličini u svetu. Sa instaliranom snagom od 11.233,1 megavata (MW). To znači dovoljno opterećenja da opslužuje 60 miliona ljudi u 17 država, što predstavlja oko 40% stambene potrošnje u celoj zemlji.Ekvivalentni instalisani proizvodni kapacitet je 11 hiljada MW, drugim rečima, najveće postrojenje po instalisanom kapacitetu u zemlji , zauzimajući mesto fabrike Tucuruí kao najveće 100% nacionalne fabrike. Belo Monte je takođe treća najveća hidroelektrana na svetu, iza Três Gargantasa i Itaipua, respektivno.

Mnoga pitanja se vrte oko izgradnje elektrane Belo Monte. I pored instalisane snage od 11.000 MW, prema podacima Ministarstva životne sredine, čvrsta snaga elektrane odgovara 4.500 MW, odnosno samo 40% ukupne snage. Pošto je izgrađen u regionu Amazona, Belo Monte ima potencijal da emituje velike koncentracije metana i ugljen-dioksida. Sve to ne računajući veliki uticaj na život tradicionalnih populacija i veliki uticaj na faunu i floru. Drugi faktor je da od njegove izgradnje imaju koristi uglavnom kompanije, a ne stanovništvo. Otprilike 80% električne energije namenjeno je preduzećima u centru-jug zemlje.

Primenljivost

Uprkos pomenutim negativnim društvenim i ekološkim uticajima, hidroelektrična energija ima prednosti u poređenju sa neobnovljivim izvorima energije kao što su fosilna goriva. Uprkos tome što doprinose emisiji metana i sumpor-dioksida, hidroelektrane ne emituju i ne ispuštaju druge vrste toksičnih gasova, poput onih koje izdišu termoelektrane – veoma štetne po životnu sredinu i zdravlje ljudi.

Međutim, očigledniji su nedostaci hidroelektrana u odnosu na druge obnovljive izvore energije poput sunca i vetra, koji imaju smanjene uticaje na životnu sredinu u odnosu na uticaje hidroelektrana. Problem je i dalje održivost novih tehnologija. Alternativa za smanjenje uticaja koji se odnose na proizvodnju hidroelektrane je izgradnja malih hidroelektrana, za koje nije potrebna izgradnja velikih rezervoara.

• Šta je solarna energija, prednosti i mane
• Šta je energija vetra?

Štaviše, brane imaju korisni vek trajanja od oko 30 godina, što dovodi u pitanje njihovu dugoročnu održivost.

Studija „Održiva hidroenergija u 21. veku“, koju je sproveo Univerzitet Mičigen State, skreće pažnju na činjenicu da bi velike hidroelektrane mogle postati još manje održiv izvor energije u uslovima klimatskih promena.

Neophodno je uzeti u obzir stvarne troškove hidroelektrične energije, ne samo ekonomske i infrastrukturne troškove, već i socijalne, ekološke i kulturne troškove.