Въпреки че водноелектрическата енергия бързо изчезва, възобновяемите източници на енергия като слънчевата и вятърната енергия бързо наваксват и все още представляват най-голямата част от световното електричество.
Водноелектрическата енергия е била толкова разпространена през 20-ти век, че си е спечелила прозвището „бели въглища“ заради своята сила и изобилие.
Първоначалният и най-основен метод за производство на енергия беше водноелектрическата енергия.
Просто казано, водноелектрическата енергия е създаването на енергия от падаща или движеща се вода. На реките се изграждат язовири за производство на електричество.
След това турбините се завъртат от непрекъснатия воден поток.
Най популярен възобновима енергия източник в началото на 21-ви век беше водноелектрическата енергия, която през 2019 г. представляваше повече от 18% от общия капацитет за производство на електроенергия в света.
В „как работи водноелектрическата енергия“ ще разгледаме принципа на работа на водноелектрическата енергия.
Съдържание
Какво е водноелектрическа енергия?
Водноелектрическата енергия е екологично чиста и възобновяем източник на енергия, който генерира енергия чрез използване на язовир или отклоняваща структура за промяна на естествения поток на река или друго водно тяло.
Водноелектрическата енергия, наричана още хидроенергия, произвежда електричество от генератори, които се задвижват от турбини превръщамing на потенциална енергия на падащи или бързо течащи вода в механична енергия.
Предимства на водноелектрическата енергия
Никой вид производство на енергия, според Геоложката служба на САЩ (USGS), не предлага перфектно решение, но водноелектрическата енергия все още може да предложи няколко предимства.
Източник: Какви са някои предимства и недостатъци на водноелектрическата енергия? (Слънчев уебсайт)
1. Източник на възобновяема енергия
Тъй като използва водата на планетата за генериране на електричество, водноелектрическата енергия се разглежда като възобновяем ресурс.
Когато слънцето грее, водата на земната повърхност се изпарява, създава облаци и в крайна сметка се връща на планетата като дъжд и сняг.
Тъй като не можем да го изчерпим, не се притесняваме от повишаването на цената му в резултат на недостига.
Следователно водноелектрическите централи са направени да издържат. В други ситуации машини, които са предназначени да издържат 25 години, все още се използват, след като са били вътре използвайте два пъти по-дълго.
2. Източник на чиста енергия
Един от многото „зелени“ и „чисти“ алтернативни енергийни източници е водноелектрическата енергия. Производството на водноелектрическа енергия не замърсява околната среда.
Водноелектрическите съоръжения не отделят никакви вредни или парникови газове в атмосферата, докато генерират енергия.
Периодът, в който замърсяването е най-голямо, е когато се строят електроцентрали.
Тъй като не отделя замърсители на въздуха, водноелектрическата енергия помага за подобряване на качеството на въздуха, който дишаме.
Освен това растенията не създават никакви опасни странични продукти.
Днес използването на водноелектрическа енергия предотвратява отделянето на парникови емисии, еквивалентни на над 4.5 милиона барела петрол, което би ускорило скоростта на глобалното затопляне.
3. Достъпен източник на енергия
Въпреки скъпите първоначални разходи за строителство, водноелектрическата енергия е рентабилен източник на енергия.
Речната вода е неограничен ресурс, който не се влияе от колебанията на пазара.
Цената на енергийните източници, базирани на изкопаеми горива, включително въглища, нефт и природен газ, е силно повлияна от нестабилността на пазара, което може да доведе до рязко покачване или спадане.
Със среден живот от 50 до 100 години водноелектрическите съоръжения са дългосрочни инвестиции, които могат да бъдат от полза за много поколения напред.
Те също така предлагат много по-ниски разходи за експлоатация и поддръжка и могат просто да бъдат модифицирани, за да отговорят на съвременните технически изисквания.
4. Подпомага развитието на отдалечените общности
Тези съоръжения за възобновяема енергия не само създават работни места, но и чиста енергия за използване от местните жители и бизнеса.
Отдалечените райони, нуждаещи се от електричество, се обслужват от водноелектрически централи, които също така привличат индустрията, търговията, транспорта и друго жизненоважно развитие на общността.
Всички тези инициативи спомагат за подобряване на местните икономики, достъпа до здравеопазване и образование и общото качество на живот на жителите.
EIA твърди, че този надежден и адаптивен източник на енергия увеличава привлекателността на общността за други разработчици.
5. Възможности за отдих
Риболов, разходка с лодка и плуване са всички възможни развлекателни дейности в езерото, което се създава зад язовира.
Водата от езерото може потенциално да се използва за напояване. Големите язовири също стават популярни дестинации за туристите.
Водноелектрическите съоръжения могат да съхраняват огромни количества вода за използване при необходимост и за напояване, когато валежите са оскъдни.
Изгодно е да можем да съхраняваме вода, тъй като намалява податливостта ни към суши и наводнения и предпазва водните нива от изчерпване.
6. Пиково търсене на Bolster
Водноелектрическата енергия е възхвалявана от USGS за нейния бърз и надежден капацитет да работи от нулево търсене до пикова мощност.
По-бързо от всеки друг енергиен източник производителите могат да трансформират този вид възобновяема енергия в електричество и да го добавят към електрическите мрежи.
Хидроенергията е най-добрият вариант за приспособяване към променящите се нужди на потребителите поради тази характеристика.
7. Предлага универсално енергийно решение
Например производството на водноелектрическа енергия увеличава жизнеспособността на други възобновяеми енергийни източници като вода и слънчева енергия.
Водноелектрическите съоръжения са идеалното допълнение към слънчевата и вятърната енергия, тъй като те могат да варират в зависимост от климата.
В резултат на това водноелектрическата енергия има голям потенциал в бъдеще само възобновяеми енергийни източници.
Недостатъци на хидроелектрическата енергия
Водноелектрическите централи имат много предимства, но като всеки източник на енергия, те трябва да бъдат разработени и използвани разумно, за да се сведат до минимум рисковете и недостатъците.
Въпреки че някои от тези недостатъци може да се отнасят за практически всяка енергийна централа, проблемите с отклоняването на водата са уникални за водноелектрическите централи.
Източник: 5 недостатъка на водноелектрическата енергия (PMCAOnline)
1. Екологични щети
Нарушаването на естествения воден поток може значително да повлияе на околната среда и речната екосистема.
Когато има недостиг на храна или началото на размножителния сезон, определени видове риби и други диви животни обикновено мигрират.
Изграждането на язовири може да блокира пътищата им, спирайки водния поток, което води до изчезването на местообитанията покрай реките.
Поради преграждането на водни стени, променения речен поток, изграждането на улици и инсталирането на електропроводи, естествените ефекти от водната енергия са свързани с прекъсвания в природата.
Въпреки че е трудно да се изследва този процес и да се правят преценки само на базата на един компонент, водноелектрическите централи могат да окажат влияние върху рибите и начина, по който те мигрират.
Повече инвестиции на клиенти са свързани с неправилното третиране на рибни видове, което показва, че много хора се чувстват силно по тази тема.
2. Въздействие върху околната среда от изграждането на язовир
Въпреки че водната енергия е възобновяем ресурс, производството на стомана и бетон, необходими за изграждането на язовир, може да доведе до парникови емисии.
Няма много места по света, които са подходящи за изграждане на растения.
Освен това някои от тези места са далеч от големите градове, където енергията може да се използва максимално.
3. Високи първоначални капиталови разходи
Изграждането на всяка електроцентрала е трудно и скъпо, но водноелектрическите централи се нуждаят от язовир, за да спрат водния поток.
В резултат на това те са по-скъпи от съоръжения за изкопаеми горива със сравним мащаб.
Поради логистични трудности като география, поставяне на основи под водата и необходимите материали за изграждането им, водноелектрическите съоръжения са изключително скъпи за изграждане.
Единственото предимство е, че няма да се нуждае от толкова много поддръжка, след като приключи.
За да се възвърнат парите, инвестирани в строителството, водноелектрическата централа ще трябва да работи още доста време.
4. Потенциал за конфликт
За да овладеят водата, нациите с изобилие от водноелектрически източници често изграждат язовири през реките.
Въпреки че това дело е похвално, то може да предотврати естествения воден поток от една посока в друга.
За да се посрещнат хората, които желаят да строят язовири в различни региони, вода, която не е необходима на едно място, се пренасочва към друго.
Но ако там има недостиг на вода, може да се стигне до война, затова трябва да се спре притока на вода към язовирите.
5. Може да причини суши
Въпреки че хидроенергията е най-надеждният възобновяем енергиен източник, тя зависи от наличието на вода в определен район.
По този начин, a суша може да има голямо влияние върху това колко добре работи една водноцентрала.
Общите разходи за енергия и мощност се изчисляват въз основа на наличието на вода.
Сухите периоди могат да окажат голямо влияние върху способността на хората да си набавят вода, тъй като им пречат да получат енергията, от която се нуждаят.
И тъй като нашето земно кълбо продължава да се нагрява поради изменението на климата, това може да се случи по-често.
6. Риск от наводнения в ниските райони
Общностите, живеещи надолу по течението, са изложени на риск от наводнения, когато язовирите са издигнати на по-високи височини, което увеличава вероятност от изпускане на мощни водни течения от язовира, причиняващи наводнение.
Въпреки здравината на конструкцията на язовирите, все още има опасности. The Повреда на язовир Banqiao е най-голямата катастрофа на язовир в историята.
Язовирната стена се скъса заради прекомерните валежи, причинени от тайфун. В резултат на това загинаха 171,000 XNUMX души.
7. Емисии на въглероден диоксид и метан
Големи количества въглероден диоксид и метан се отделят от водноелектрическия резервоар.
Растителността под водата започва да се разлага и деградира в тези влажни места близо до язовира.
Освен това растенията отделят много въглерод и метан като умрат.
8. Геоложки щети
Сериозни геоложки щети могат да бъдат резултат от изграждането на големи язовири.
Изграждането на язовира Хувър в Съединените щати, което предизвика искра земетресения и потисна земната повърхност наблизо, е отличен пример за геоложки щети.
9. Разчитане на местната хидрология
Тъй като хидроенергията зависи единствено от водния поток, промените в околната среда могат да повлияят на това колко успешно тези язовири генерират електричество.
Например водноелектрически язовир може да бъде по-малко продуктивен от очакваното, ако изменението на климата намали водния поток на определени места.
Например, 66 процента от енергийните нужди на Кения се покриват от водноелектрическа енергия.
Твърди се, че Кения отдавна е засегната от енергийни ограничения, причинени от сушата Международни реки, група, посветена на опазването на световните реки.
От друга страна, някои места сега са изправени пред по-голяма опасност от наводнения в резултат на изменението на климата.
В тези ситуации язовирите могат да осигурят както контрол на наводненията, така и производство на възобновяема енергия.
Как работи хидроелектрическата енергия?
Как работи водноелектрическата енергия
Източник: Как работи хидроелектрическата централа? Кратка история и основна механика (Блог на WIKA – WIKA САЩ)
За генериране се използва язовир или друга конструкция, която променя естествения поток на река или друго водно тяло водноелектрически централи, често известна като водноелектрическа енергия.
За генериране на енергия хидроенергията използва постоянния, безкраен воден цикъл, който използва водата като гориво и не оставя отпадъчни продукти.
Въпреки че има много различни видове водноелектрически централи, те винаги се задвижват от кинетичната енергия на водата, движеща се надолу по течението.
За да превърне тази кинетична енергия в електричество, което впоследствие може да се използва за захранване на сгради, предприятия и други заведения, хидроенергията използва турбини и генератори.
Хидроенергийните съоръжения обикновено са разположени върху или близо до водоизточник, тъй като използват вода за производство на енергия.
Количеството енергия, което може да бъде извлечено от течаща вода, зависи както от нейния обем, така и от промяната на надморската височина или „главата“ между две точки.
Количеството мощност, което може да се произведе, се увеличава с потока и напора.
На ниво инсталация водата циркулира през тръба, наричана също тръбопровод, която върти перките на турбина, която завърта генератор, който генерира енергия.
Ето как работят по-голямата част от конвенционалните водноелектрически съоръжения — включително помпено-акумулиращите и отточните системи.
Схема на водноелектрическа централа
Схема на водноелектрическа централа
Компоненти на водноелектрическа централа
Основните компоненти на водноелектрическата централа са както следва.
- Forebay и структура на прием
- Главен канал или всмукателни тръбопроводи
- Напорна тръба
- Пренапрежение камера
- Хидравлични турбини
- Електрическа къща
- Газова тръба и опашка
1. Конструкции за нос и прием
Заливът, както подсказва името му, е по-голямо водно тяло пред водозабора. Когато напорен тръбопровод черпи вода направо от резервоар, резервоарът служи като преден залив.
Сегментът на канала пред турбините се разширява, за да се създаде преден залив, когато каналът транспортира вода към турбините.
За подаване на вода към турбините предната част временно съхранява вода. Не може да се остави водата да тече, тъй като влиза в канала или резервоара.
За управление на притока на вода, телфери са монтирани на входните порти. За да се предотврати навлизането на отпадъци, дървета и др. в напорния тръбопровод, пред портите се поставят кошчета за боклук.
Освен това има налични гребла за периодично почистване на кошчетата за боклук.
2. Главен канал или всмукателни тръбопроводи
Те транспортират вода от резервоара до турбините. В зависимост от обстоятелствата на обекта може да се избере отворен канал или тръбопровод под налягане (Penstock).
Напорният тръбопровод може да бъде разширен всмукателен канал в тялото на язовира, дълъг стоманен или бетонен тръбопровод или понякога тунел, който минава в продължение на няколко километра между резервоара и електроцентралата.
Наклонът на напорния тръбопровод се определя от условията на площадката и не следва контурите на земята. Водата се движи с по-бърза скорост в захранващия тръбопровод, отколкото в отворен канал.
Скоростта може да варира между 2.5 и 3 м/сек до височина на главата от около 60 метра.
Скоростта може да бъде дори по-висока за по-високи глави. Понякога е практично или рентабилно да се използва изцяло или частично отворен канал като първичен тръбопровод.
Каналът на главата обикновено се използва в системи с нисък напор, където загубите на напор са значителни. Може да насочи водата към напорните тръбопроводи или турбините.
Отвореният канал има предимството, че може да се използва за навигация или напояване.
3. Тръбопровод
Тръбопроводите действат като големи, наклонени тръби, които транспортират вода от резервоари или всмукателни конструкции към турбините.
Те работят под определено налягане, поради което рязкото затваряне или отваряне на портите на тръбопроводите може да доведе до воден удар върху тръбопроводите.
Така че, освен факта, че тръбопроводът е като обикновена тръба, те са направени да издържат на удара с воден чук.
За облекчаване на това налягане се предлагат компенсационни резервоари за дълги напорни тръбопроводи и здрави стени за къси тръбопроводи.
Тръбопроводите се произвеждат от стомана или стоманобетон. За всяка турбина се използва отделен тръбопровод, ако дължината е малка.
По същия начин, ако дължината е голяма, се използва единичен голям тръбопровод, който се разделя на клонове в края.
4. Камера за пренапрежение
Компенсационната камера, понякога известна като компенсационен резервоар, е цилиндър с горен отвор за контролиране на налягането в тръбопровода.
Той е разположен възможно най-близо до електроцентралата и е свързан с напорния тръбопровод.
Нивото на водата в компенсационния резервоар се увеличава и контролира налягането в напорния тръбопровод винаги, когато електроцентралата отхвърли водния товар, идващ от напорния тръбопровод.
Подобно на това, компенсационният резервоар ускорява водния поток в електроцентралата, когато има голямо търсене, което води до спад на нивото на водата.
Нивото на водата в компенсационния резервоар се стабилизира, когато изпразването на електроцентралата е постоянно.
Разширителните резервоари се предлагат в различни разновидности и се избират в зависимост от нуждите на инсталацията, дължината на тръбопровода и т.н.
5. Хидравлични турбини
Хидравличната турбина е устройство, което преобразува хидравличната енергия в механична енергия, която след това се трансформира в електрическа енергия чрез свързване на вала на турбината към генератора.
Механизмът в този случай е, че генераторът генерира електричество, когато водата от напорния тръбопровод влезе в контакт с кръглите лопатки или плъзгача под високо налягане.
Като цяло двата вида хидравлични турбини са реакционни и импулсни турбини.
Скоростната турбина е другото име за импулсна турбина. Пример за импулсна турбина е турбина с колело на Пелтон.
Турбина под налягане е другото име за реакционна турбина. Тази група включва турбини на Каплан и турбини на Франсис.
6. Електрическа къща
Съоръжение, известно като „електроцентрала“, е създадено за защита на електрически и хидравлични машини.
Обикновено основата или подструктурата, изградена за електроцентралата, поддържа цялото оборудване.
При създаването на основата за реактивни турбини, част от оборудването, като тръбопроводи и спирален корпус, се фиксират вътре. В резултат на това основата е изградена в голям мащаб.
По отношение на надстройката, вертикалните турбини са разположени под генераторите на приземния етаж.
Допълнително се предлагат хоризонтални турбини. На първия етаж или мецанина има контролна зала.
7. Състезание с гребна тръба и опашка
Опашният канал се отнася до прохода, в който турбината се разрежда в случай на импулсно колело и през тръба за газ в случай на реактивна турбина.
Смукателната тръба, известна също като тръба за тягата, е просто херметична тръба, монтирана от страната на изхода на всяка реактивна турбина.
Започва от нагнетателния край на въртящия се турбинен канал и слиза до нивото на долната вода, което е 0.5 метра под повърхността.
Увеличение от 4 до 6 градуса обикновено се прилага към прави тръби за теглене, за да се забави прогресивно потока на водата.
Заключение
С оповестяването на принципа на работа на водноелектрическа централа е добре да се знае, че нещо толкова сложно като това е възобновяемо и може да издържи 50-100 години. Колко страхотно.
Въпроси и Отговори
За какво се използва хидроенергия?
Хидроенергията се използва за генериране на електричество чрез преобразуване на кинетичната енергия в електричество, което впоследствие може да се използва за захранване на сгради, предприятия и други заведения, хидроенергията използва турбини и генератори за тези процеси.
Водноелектрическата енергия възобновяема ли е?
Хидроелектричеството е форма на възобновяема енергия, да. Защо? благодарение на водата. Може да наблюдавате как водата се изпарява в облаци и се връща като валежи на земната повърхност. Водният цикъл непрекъснато се подновява и може да се използва многократно за производство на енергия.
Препоръки
Страстен природозащитник по душа. Водещ писател на съдържание в EnvironmentGo.
Стремя се да образовам обществеността за околната среда и нейните проблеми.
Винаги е било за природата, ние трябва да пазим, а не да унищожаваме.