Charakterystyka energii hydraulicznej, sposób, w jaki działa, zalety, wykorzystują

Energia hydrauliczna Jest to zdolność wody do produkcji pracy w postaci ruchu, światła i ciepła w oparciu o jej potencjał i energię kinetyczną. Podobnie jest uważany za czystą i wysoką wydajność energii odnawialnej.

Energia ta zależy od przepływu, nachylenie między punktami terenu, przez które poruszają się woda i siła grawitacji. Był używany przez człowieka od czasów starożytnych do wykonywania różnych dzieł.

Itaipú Dam (Brazylia i Paragwaj). Źródło: Angelo Leithold [CC BY-SA 3.0 (http: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0/]]

Jednym z pierwszych zastosowań podanych dla energii hydraulicznej było prowadzenie młynów wodnych, które wykorzystały siłę prądu. W ten sposób przez biegi mógł przesunąć kamienie młyna.

Obecnie jego najistotniejszym zastosowaniem jest wytwarzanie energii elektrycznej poprzez energię hydrauliczną lub elektrownie hydroelektryczne. Te centrum te zasadniczo składają się z zapory i systemu turbin i alternatorów.

Woda gromadzi się w tamie między dwoma poziomami kanału (nachylenie geodezyjne), generując energię potencjalną grawitacyjną. Następnie strumień wody (energia kinetyczna) aktywuje turbiny, które przenoszą energię do alternatorów w celu wytwarzania energii elektrycznej.

Wśród zalet energii hydraulicznej jest to, że jest ona odnawialna i nieskrypcyjna, w przeciwieństwie do innych źródeł energii. Z drugiej strony jest wysoce wydajny z wydajnością z 90–95%.

Wpływ roślin wodnych na środowisko wiąże się ze zmiennością temperatury i fizyczną zmianą przebiegu wody. Podobnie istnieją odpady i tłuszczowe, które filtrują z maszyny.

Jego główną wadą jest fizyczna zmiana, którą powoduje, ponieważ duże przedłużenia ziemi są zalane, a kurs i naturalny przepływ rzek są zmieniane.

Największa na świecie roślina hydroelektryczna to trzy gardła, położone w Chinach, nad rzeką Yangtsé. Pozostałe dwa ważne są Itaipu na granicy Brazylii i Paragwaju a rośliną hydroelektryczną Simón Bolívar lub Guri w Wenezueli.

[TOC]

Charakterystyka

Źródłem energii hydraulicznej jest woda i jest uważana za energię odnawialną w zakresie, w jakim cykl wodny nie zmienia. Może również tworzyć prace bez generowania odpadów stałych lub zanieczyszczenia gazów, a zatem jest uważany za czystą energię.

Wydajność

Wydajność energii odnosi się do związku między ilością energii uzyskanej w procesie a energią, która była niezbędna do inwestowania w tym samym. W przypadku energii hydraulicznej wydajność osiąga się między 90 a 95% w zależności od prędkości wody i zastosowanego układu turbinowego.

Jak działa energia hydrauliczna?

Schemat rośliny hydroelektrycznej. Źródło: Użytkownik: Tomia [CC przez 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/według/3.0)]

Transformacja energii słonecznej w energię kinetyczną

Podstawą energii hydraulicznej jest energia słoneczna, topografia terenu i grawitacji naziemnej. W cyklu wodnym energia słoneczna powoduje parowanie, a następnie woda skrapla się i wytrąca się na ziemi.

W wyniku zboczy terenu i siły grawitacji prądy wody powierzchniowe są wytwarzane na powierzchni Ziemi. W ten sposób energia słoneczna przekształca się w energię kinetyczną z powodu ruchu wody przez połączone działanie nierówności i grawitacji.

Następnie energię kinetyczną wody można przekształcić w energię mechaniczną, która jest zdolna do wykonywania pracy. Na przykład ostrza, które przesyłają ruch do systemu przekładni, który może wytwarzać różne urządzenia, można przesuwać.

Wielkość energii hydraulicznej jest podawana przez nachylenie między dwoma punktami podanym kanałem a przepływem tego samego. Im większe nachylenie terenu, tym większy potencjał i energia kinetyczna wody, a także jego zdolność do generowania pracy.

Może ci służyć: 5 najważniejszych czynników zanieczyszczenia

W tym sensie energia potencjalna jest taka, która gromadzi się w masie wody i jest związana z jej wysokością w stosunku do ziemi. Z drugiej strony energia kinetyczna to taka, która uwalnia wodę w opadającym ruchu w zależności od topografii i grawitacji.

Produkcja energii hydraulicznej (hydroelektryczna)

Energia kinetyczna wytwarzana przez wodę jesienią może być wykorzystana do produkcji energii elektrycznej. Osiąga się to przez budowanie zapór, w których woda gromadzi się i zachowuje na różnych poziomach wysokości.

Zatem energia potencjalna wody jest wprost proporcjonalna do nierównomości między jednym punktem a jednym i gdy woda spada, jest przekształcana w energię kinetyczną. Następnie woda przechodzi przez system łopat obrotowych i generuje energię rotacji kinetycznej.

Ruch obrotowy pozwala przenosić systemy przekładni, które mogą aktywować systemy mechaniczne, takie jak młyny, norias lub alternatory. W szczególnym przypadku wytwarzania energii hydroelektrycznej system wymaga układu turbinowego i alternatora do generowania energii elektrycznej.

Turbiny

Turbina składa się z osi poziomej lub pionowej z układem ostrzy, które za pomocą siły wody obracają oś.

Istnieją trzy podstawowe rodzaje turbin hydraulicznych:

Turbina Pelton

Turbina Pelton. Źródło: Robertk9410 [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/nabrzeże/4.0)]

Jest to turbina impulsowa pod wysokim ciśnieniem o osi poziomej, która działa bez całkowitego zanurzenia. Rodet przenosi serię ostrzy (palet lub zębów) wklęsłe.

Im więcej strumieni wodnych rozbija się na turbinę, zostanie wygenerowana więcej mocy. Ten rodzaj turbiny jest używany do skoków wody o wysokości 25 do 200 metrów i osiąga wydajność do 90%.

Turbina Francisa

Turbina Francisa. Źródło: Oryginalnym przesyłaczem był Stahlkocher w Niemieckiej Wikipedii. [CC BY-SA 3.0 (http: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0/]]

Jest to turbina reakcji średniego ciśnienia o osi pionowej i działa całkowicie zanurzona w wodzie. Rodeta składa się z palet napędzanych przez wodę prowadzoną przez dystrybutora.

Może być stosowany w skokach wody o wysokości 20 do 200 metrów i osiąga wydajność 90%. Jest to rodzaj turbiny, która jest częściej stosowana w dużych roślinach hydroelektrycznych na świecie.

Turbina Kaplan

Turbina Kaplan. Źródło: Therunnerup [CC BY-SA 3.0 at (https: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0/at/czyn.W)]

Jest to wariant turbiny Francisa i, podobnie jak to, ma osi pionową, ale wirnik powstaje przez szereg orientacyjnych ostrzy. Jest to reakcja wysokiego ciśnienia i działa całkowicie zanurzona w wodzie.

Turbina Kaplana jest stosowana w skokach wodnych o wysokości 5 do 20 metrów, a jej wydajność może osiągnąć do 95%.

Alternator

Alternator to aparat, który ma zdolność przekształcania energii mechanicznej w energię elektryczną przez indukcję elektromagnetyczną. Zatem bieguny magnetyczne (induktor) są obracane wewnątrz cewki z naprzemiennymi biegunami materiału przewodzącego (na przykład miedzi zwiniętej w słodkie żelazo).

Jego działanie opiera się na fakcie, że kierowca poddany przez pewien czas na zmienne pole magnetyczne generuje napięcie elektryczne.

Zalety

Energia hydrauliczna jest szeroko stosowana, ponieważ ma wiele pozytywnych aspektów. Wśród nich możemy podkreślić:

To jest ekonomiczne

Chociaż w przypadku roślin hydroelektrycznych początkowa inwestycja jest wysoka, ogólnie w perspektywie długoterminowej jest to tani energia. Wynika to ze stabilności i niskich kosztów konserwacji.

Ponadto należy dodać rekompensaty ekonomiczne dostarczane przez zbiorniki z możliwościami akwakultury, sportu wodnego i turystyki.

Może ci służyć: samowystarczalność

Jest odnawialny

Na podstawie cyklu wody jest to odnawialne i ciągłe źródło energii. Oznacza to, że nie jest wyczerpany w czasie, w przeciwieństwie do energii z paliw kopalnych.

Jednak jego ciągłość zależy od cyklu wody.

Wysoka wydajność

Energia hydrauliczna jest uważana za bardzo wydajną i przy wysokiej wydajności, która wynosi od 90 do 95%.

To nie jest zanieczyszczające

Ten rodzaj energii wykorzystuje naturalne źródło, takie jak woda, a także nie wytwarza odpadów ani zanieczyszczenia gazy. Dlatego jego wpływ na środowisko jest zmniejszony i jest uważany za formę czystej energii.

Obecność zbiorników

W przypadkach, w których budowane są zbiorniki do wykorzystania energii hydroelektrycznej, mają one szereg dodatkowych korzyści:

- Pozwalają na regulację przepływu rzeki i unikanie powodzi.
- Reprezentują zbiornik wodny do konsumpcji ludzi, nawadniania i wykorzystania przemysłowego.
- Mogą być wykorzystywane jako obszary rekreacyjne i do praktyki sportów wodnych.

Niedogodności

Zależność opadów

Ograniczeniem wytwarzania energii hydroelektrycznej jest jego zależność od reżimu opadów. Dlatego w szczególnie suchych latach zaopatrzenie w wodę może znacznie zmniejszyć, a poziom zbiornika jest obniżony.

Gdy przepływ wody jest zmniejszony, wytwarzanie energii elektrycznej jest niższe. W taki sposób, że w regionach, które są wysoce zależne od energii hydroelektrycznej, problemy mogą wystąpić w dostawie.

Zmiana naturalnego przebiegu rzeki

Budowa zapory w rzece zmienia jej naturalny kurs, powódź, malejący reżim (spadek przepływu) i proces przeciągania osadów. Dlatego zmiany w biologii roślin wodnych i zwierząt są wytwarzane w pobliżu zbiornika wodnego.

Z drugiej strony zatrzymywanie osadów w zaporze zmienia tworzenie deltów u ujścia rzek i zmienia warunki glebowe.

Niebezpieczeństwo pęknięcia tam

Ze względu na dużą objętość wody przechowywaną w niektórych zaporach hydroelektrycznych rozkład ściany ograniczonej lub pobliskich zboczy może powodować poważne wypadki. Na przykład w 1963 r. Oddział wzgórza miało miejsce na zaporze Vajont (dziś z nieużywania) we Włoszech i spowodował 2.000 martwych.

Aplikacje

Norias i pompy wodne

Obrót koła napędzany energią kinetyczną wody umożliwia przenoszenie wody z płytkiej studni lub kanału do wysokiego kanału lub zbiornika. Podobnie energia mechaniczna wytwarzana przez koło może obsługiwać pompę hydrauliczną.

Najprostszy model składa się z koła z ostrzami z miskami, które zbierają wodę w tym samym czasie, które są napędzane przez prąd. Następnie, w ich rotacji, upuszczają wodę do zbiornika lub kanału.

Młyny

Przez ponad 2000 lat Grecy i Rzymianie używali energii hydraulicznej do przenoszenia młynów w celu szlifowania zbóż. Obrót kołem napędzany przez aktywne biegi prądu wody, które obracają kamień młyński.

Forjas

Kolejnym starożytnym zastosowaniem pojemności pracy opartej na energii hydraulicznej jest jego wykorzystanie do aktywowania mieszków kucy.

Złamanie hydrauliczne

W górnictwie i oleju energia kinetyczna wody służy do erodowania skały, złamania go i ułatwiania ekstrakcji różnych minerałów. W tym celu stosuje się gigantyczne armaty wodne, które uderzają w podłoże, aby go erodować.

Jest to destrukcyjna gleba i wysoce zanieczyszczająca technika kursów wodnych.

Może ci służyć: opieka wodna

Szczelinowanie

Bardzo kontrowersyjną techniką nabycia boomu w przemyśle naftowym jest Szczelinowanie. Polega na zwiększeniu porowatości skały macierzystej, która zawiera ropę i gaz w celu ułatwienia jej wyjścia.

Osiąga się to poprzez wstrzyknięcie dużych ilości wody i piasku pod wysokim ciśnieniem obok serii dodatków chemicznych. Technika została zakwestionowana przez jej wysokie zużycie wody, zanieczyszczając gleby i wody i powodując zmiany geologiczne.

Rośliny hydroelektryczne

Najczęstszym nowoczesnym zastosowaniem jest funkcjonowanie centralnej energii elektrycznej, więc -Zakładane rośliny hydroelektryczne lub hydrauliczne.

Przykłady hydraulicznych roślin energii

Trzy gardła

Matka trzech Gorges (Chiny). Źródło: Le Grand Portageerivative Prace: Rehman [CC przez 2.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/według/2.0)]

Hydroelektryka Las Tres Gulfantas znajduje się w prowincji Hubei w Chinach. Ta tama zaczęła być budowana w 1994 roku i została ukończona w 2010 roku, osiągając obszar zalany 1.045 km² i zainstalowana pojemność 22.500 MW (Megawatts).

Roślina obejmuje 34 turbiny Francisa (32 z 700 MW i dwa z 50 MW) z roczną produkcją energii elektrycznej 80,8 GWh. Jest to największa na świecie roślina hydroelektryczna pod względem struktury i zainstalowanej energii.

Trzy gardła ofiary udało się kontrolować okresowe powodzie rzeki, które spowodowały poważne uszkodzenie ludności. Gwarantuje również podaż energii elektrycznej w regionie.

Jednak jego budowa miała pewne negatywne konsekwencje, takie jak wysiedlenie około 2 milionów ludzi. Ponadto przyczynił się do wyginięcia delfina chińskiego lub baiji (lipotes Vexillifer), który był w krytycznym niebezpieczeństwie.

Itaipú

Itaipú Dam. Źródło: Herr Stahlhoefer [domena publiczna]

W hydroelektrycznej fabryce Itaipu znajduje się na granicy między Brazylią a Paragwajiem w trakcie rzeki Paraná. Jego budowa rozpoczęła się w 1970 roku i zakończyła się w trzech etapach w 1984, 1991 i 2003 roku.

Zalanowany obszar tam wynosi 1.350 km² i ma zainstalowaną pojemność 14.000 MW. Zakład obejmuje 20 turbin Francisa o wartości 700 MW i ma roczną produkcję energii elektrycznej 94,7 GWh.

Itaipú jest uważany za największy na świecie elektrownia wodna w produkcji energii. Wpływa 16% energii elektrycznej zużywanej w Brazylii i 76% Paragwaju.

Jeśli chodzi o jego negatywne skutki, ta tama wpłynęła na ekologię wysp i Delta del Río Paraná.

Simón Bolívar (Guri)

Hydroelektryczna elektrownia Simón Bolívar (Gurí, Wenezuela). Źródło: Warairapano i guaicaipuro [CC0]

Zakład hydroelektryczny Simón Bolívar, znany również jako Dam Guri, znajduje się w Wenezueli na trasie rzeki Caroní. Tama zaczęła być budowana w 1957 roku, pierwszy etap zakończony w 1978 roku i został ukończony w 1986 roku.

Dam Guri ma obszar zalany 4.250 km² i zainstalowana pojemność 10.200 MW. Jego roślina obejmuje 21 turbin Francis (10 z 730 MW, 4 z 180 MW, 3 z 400 MW, 3 z 225 MW i jeden z 340 MW)

Coroczna produkcja wynosi 46 GWh i jest uważana za trzecią co do wielkości roślinę hydroelektryczną na świecie pod względem struktury i zainstalowanej energii. Zakład hydroelektryczny zapewnia 80% energii elektrycznej zużywanej przez Wenezuelę, a część jest sprzedawana Brazylii.

Podczas budowy tej rośliny hydroelektrycznej zalano duże przedłużenia wenezuelskiej guayana, które jest regionem o wysokiej różnorodności biologicznej.

Dzisiaj, z powodu głębokiego kryzysu gospodarczego Wenezueli, zdolności produkcyjne tego centrum zostały znacznie zmniejszone.

Bibliografia

1.- Hadzich M (2013). Energia hydrauliczna, rozdział 7. Kurs szkolenia technicznego grupy PUCP. Domy ekologiczne i technologie hoteli. Papieszczowy katolicki University of Peru.
2.- Raabe J (1985). Moc wodna. Projekt, użycie i funkcja sprzętu hydromechanicznego, hydraulicznego i elektrycznego. Niemcy: n. P.
3.- Sandoval Erazo, Waszyngton. (2018). Rozdział 6: Podstawowe pojęcia roślin hydroelektrycznych.https: // www.Researchgate.Net/Publication/326560960_capitulo_6_conceptos_bosicos_de_centrales_hidroelectrica
4.- Stickler CM, COE MT, MH COST. Zależność wytwarzania energii energii wodnej na forty w dorzeczu Amazon w skali lokalnej i regionalnej. Materiały z National Academy of Sciences, 110 (23), 9601-9606.
5.- Soria E (s/f). Hydraulika. Odnawialne energie dla wszystkich. Iberdrola. 19 p.