ГІДРАВЛІЧНА ПОТУЖНІСТЬ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СПОСІБ РОБОТИ, ПЕРЕВАГИ, ВИКОРИСТАННЯ - СЕРЕДОВИЩЕ - 2025

Гідроенергія є здатність з води , щоб виконати роботи в в вигляді руху, світла і тепла в залежності від їх потенційної і кінетичної енергії. Він також вважається чистою, високоефективною відновлюваною енергією.

Ця енергія визначається потоком, нерівномірністю між точками на землі, по яких рухається вода, і силою тяжіння. Його люди використовували з давніх часів для виконання різних робіт.

Гребля Ітаіпу (Бразилія та Парагвай). Джерело: Анджело Лейтольд

Одним із перших застосувань гідравлічної енергії було живлення водяних млинів, які скористалися силою струму. Таким чином, за допомогою зубчастих передач жорна можна було переміщувати для обмолоту пшениці.

В даний час найбільш актуальним його застосуванням є вироблення електричної енергії за допомогою гідростанцій або гідроелектростанцій. Ці установки в основному складаються з греблі та системи турбін та генераторів.

Вода накопичується в дамбі між двома рівнями русла (геодезична нерівномірність), генеруючи гравітаційну потенційну енергію. Згодом струм води (кінетична енергія) активує турбіни, які передають енергію генераторам для отримання електричної енергії.

Серед переваг гідравлічної енергії є те, що вона відновлюється та не забруднює, на відміну від інших джерел енергії. З іншого боку, він є високоефективним із врожайністю від 90 до 95%.

Вплив гідроелектростанцій на навколишнє середовище пов'язаний з різницею температур та фізичними змінами водного ходу. Так само утворюються відпрацьовані олії та жири, які фільтруються з машини.

Основним його недоліком є ​​фізичні зміни, які він спричиняє внаслідок затоплення великих земельних ділянок, а природний потік і перебіг річок змінюється.

Найбільша в світі гідроелектростанція - Три ущелини, розташовані в Китаї, на річці Янцзи. Інші два за значенням - це Ітаїпу на кордоні між Бразилією та Парагваєм та гідроелектростанція Сімон Болівар або Гурі у Венесуелі.

характеристики

Джерелом гідравлічної енергії є вода, і вона вважається відновлюваною енергією до тих пір, поки кругообіг води не буде змінений. Так само він може виробляти роботу без утворення твердих відходів або забруднення газів, і тому вважається чистою енергією.

виконання

Енергоефективність означає залежність між кількістю енергії, отриманої в процесі, та енергією, яка була необхідна для вкладення в неї. Що стосується гідравлічної енергії, то ефективність від 90 до 95% досягається залежно від швидкості води та використовуваної турбінної системи.

Як працює гідроенергетика?

Схема гідроелектростанції. Джерело: Користувач: Томія

Перетворення сонячної енергії в кінетичну

Основа гідравлічної енергії полягає в сонячній енергії, топографії суші та сили земної сили. У циклі води сонячна енергія викликає випаровування, а потім вода конденсується і осідає на землі.

Внаслідок нерівномірності ґрунту та сили тяжіння на земній поверхні виникають струми поверхневих вод. Таким чином сонячна енергія перетворюється в кінетичну енергію за рахунок руху води комбінованою дією нерівномірності і сили тяжіння.

Пізніше кінетична енергія води може перетворитися на механічну енергію, здатну виконувати роботу. Наприклад, лопатки можна переміщувати, які передають рух до редукторної системи, яка може працювати різними пристроями.

Величину гідравлічної енергії задають нерівномірність двох заданих точок русла річки та її течії. Чим більше нерівність землі, тим більше потенціал і кінетична енергія води, а також її здатність створювати роботу.

У цьому сенсі потенційна енергія - це та, яка накопичується у воді, і пов'язана з її висотою відносно землі. З іншого боку, кінетична енергія - це та, яку вода вивільняє в русі, що падає, як функція топографії та сили тяжіння.

Виробництво електроенергії з гідроенергетики (ГЕС)

Кінетична енергія, що утворюється при падінні води, може використовуватися для отримання електричної енергії. Це досягається будівництвом дамб, де накопичується вода і тримається на різних рівнях висоти.

Таким чином, потенційна енергія води прямо пропорційна різниці рівнів між однією точкою та іншою, і коли вода падає, вона перетворюється на кінетичну енергію. Згодом вода проходить через систему обертових лопатей і генерує ротаційну кінетичну енергію.

Обертальний рух дозволяє переміщати зубчасті системи, які можуть активувати механічні системи, такі як фрези, колеса або генератори. У конкретному випадку виробництва електроенергії, для отримання електроенергії система потребує турбінної системи та генератора.

Турбіни

Турбіна складається з горизонтальної або вертикальної осі з системою лопатей, які обертають вісь силою води.

Існує три основні типи гідравлічних турбін:

Пельтонна турбіна

Пельтонна турбіна. Джерело: Robertk9410

Це імпульсна турбіна високого тиску з горизонтальною віссю, яка працює без повного занурення. Крильчатка має ряд увігнутих лопатей (лопатей або зубів), які рухаються струменями води.

Чим більше струменів води потрапляє на турбіну, тим більше енергії вона буде генерувати. Цей тип турбіни використовується для водоспадів висотою від 25 до 200 метрів і досягає ККД до 90%.

Франциска турбіна

Франциска турбіна. Джерело: Оригінальним завантажувачем був Стахлкочер у німецькій Вікіпедії.

Це турбіна середнього тиску з вертикальною віссю і працює повністю зануреною у воду. Крильчатка складається з лопатей, які приводяться в рух за допомогою води через розподільник.

Він може використовуватися у водоспадах висотою від 20 до 200 метрів і досягає ККД 90%. Це тип турбіни, який найчастіше використовується у великих гідроелектростанціях у світі.

Турбіна Каплана

Турбіна Каплана. Джерело: TheRunnerUp

Це варіант турбіни Френсіса і, як і ця, має вертикальну вісь, але крильчатка складається з серії регульованих лопатей. Це реакція високого тиску і працює повністю зануреною у воду.

Турбіна «Каплан» використовується у водоспадах висотою від 5 до 20 метрів, а її ефективність може доходити до 95%.

Генератор

Генератор - це пристрій, який має можливість перетворювати механічну енергію в електричну енергію за допомогою електромагнітної індукції. Таким чином, магнітні полюси (індуктор) обертаються всередині котушки із змінними полюсами провідного матеріалу (наприклад, мідна намотка в м'якому залізі).

Його робота заснована на тому, що провідник, підданий певний час змінному магнітному полі, генерує електричну напругу.

Перевага

Гідравлічна потужність широко використовується, оскільки має багато позитивних аспектів. Серед них можна виділити:

Це економно

Хоча у випадку з гідроелектростанціями початкові інвестиції є високими, в цілому в перспективі це дешева енергія. Це пояснюється його стабільністю і низькими витратами на обслуговування.

Крім того, слід додати економічну компенсацію, яку забезпечують водойми з можливостями для аквакультури, водних видів спорту та туризму.

Він є поновлюваним

Оскільки він ґрунтується на водному циклі, він є поновлюваним та безперервним джерелом енергії. Це означає, що вона не закінчується в часі на відміну від енергії, що отримується з викопного палива.

Однак його безперервність залежить від того, чи не змінюється водний цикл у даному регіоні чи глобально.

Висока продуктивність

Гідравлічна енергія вважається дуже ефективною і з високою продуктивністю, яка становить від 90 до 95%.

Це не забруднює

Цей тип енергії використовує природне джерело, таке як вода, а також не утворює відходів та забруднюючих газів. Тому його вплив на навколишнє середовище низький, і це вважається формою чистої енергії.

Наявність водойм

У випадках, коли водойми побудовані для використання гідроелектричної енергії, вони надають низку додаткових переваг:

- Вони дозволяють регулювати течію річки та уникати повеней.
- Вони являють собою резервуар води для споживання людиною, зрошення та промислового використання.
- Їх можна використовувати як зони відпочинку та для занять водними видами спорту.

Недоліки

Залежність від опадів

Обмеженням виробництва електроенергії є її залежність від режиму опадів. Тому в особливо посушливі роки водопостачання може різко знизитися і рівень водойми знизитися.

При зменшенні потоку води генерація електричної енергії нижча. Таким чином, у регіонах, які сильно залежать від гідроелектричного енергопостачання, можуть виникнути проблеми.

Зміна природного ходу річки

Будівництво дамби в річці змінює її природний хід, режим повені, зменшення (зменшення течії) та процес затягування осаду. Тому зміни відбуваються в біології рослин і тварин, які перебувають у воді або розташовані поблизу водойми.

З іншого боку, утримання відкладень у дамбі змінює утворення дельт в гирлі річок і змінює ґрунтові умови.

Небезпека розриву греблі

Через великий об'єм води, що зберігається в деяких гідроелектричних дамбах, обрив підпірної стінки або прилеглих схилів може спричинити серйозні аварії. Наприклад, протягом 1963 року відбувся схил греблі Вайонт (зараз не використовується) в Італії, спричинивши 2000 загиблих.

Програми

Чортове колесо та водяні насоси

Обертання колеса, кероване кінетичною енергією води, дозволяє відводити воду з мілководного колодязя або каналу в піднесений канал або водойму. Так само механічна енергія, що генерується колесом, може приводити в рух гідравлічний насос.

Найпростіша модель складається з колеса з лезами з мисками, які збирають воду одночасно, коли вони рухаються струмом. Потім у своєму обертанні вони скидають воду в бак або канал.

Млини

Більше 2000 років греки та римляни використовували гідравлічну енергію для переміщення млинів для подрібнення зернових. Закручування колеса, що рухається потоком води, активує зубчасті колеса, які перетворюють жорна.

Кує

Ще одне стародавнє застосування гідравлічної оброблюваної енергетики - це його використання для активації ковальського сильфона в ковальській і металургійній роботі.

Гідравлічний перелом

У видобутку та нафті кінетична енергія води використовується для розмивання гірської породи, її руйнування та полегшення видобутку різних корисних копалин. Для цього використовуються гігантські водяні гармати під тиском, які потрапляють на субстрат, поки він не розмиває його.

Це руйнівна техніка для ґрунту та сильно забруднює водні шляхи.

Fracking

Дуже суперечлива техніка, яка набирає обертів у нафтовій промисловості, є фракінг. Він полягає у підвищенні пористості основи, що містить нафту та газ, щоб полегшити його видалення.

Це досягається шляхом введення великої кількості води та піску під високим тиском разом із низкою хімічних добавок. Метод поставив під сумнів велике споживання води, забруднюючи ґрунти та води та спричиняючи геологічні зміни.

ГЕС

Найпоширеніше сучасне використання - це експлуатація електрогенеруючих установок, так званих гідроелектростанцій або гідроелектростанцій.

Приклади гідроелектростанцій

Три ущелини

Гребля три ущелини (Китай). Джерело: Le Grand PortageПохідна робота: Rehman

ГЕС на трьох ущелинах розташована в провінції Хубей в Китаї на течії річки Янцзи. Будівництво цієї греблі розпочалося в 1994 році і було завершено у 2010 році, досягнувши затопленої площі 1045 км² та встановленої потужності 22 500 МВт (мегават).

Установка включає 34 турбіни Френсіса (32 потужністю 700 МВт і дві потужністю 50 МВт) із щорічним виробництвом електричної енергії 80,8 ГВт-год. Це найбільша в світі гідроелектростанція за структурою та встановленою потужністю.

Гребля «Три ущелини» зуміла контролювати періодичні затоплення річки, які спричинили серйозні збитки для населення. Це також гарантує електропостачання регіону.

Однак його будівництво мало деякі негативні наслідки, такі як переселення близько 2 мільйонів людей. Крім того, це сприяло вимирання критично зникаючого китайського річкового дельфіна (Lipotes vexillifer).

Ітаіпу

Гребля Ітаіпу. Джерело: Herr stahlhoefer

Гідроелектростанція Ітаіпу розташована на кордоні між Бразилією та Парагваєм на течії річки Парана. Його будівництво розпочалося в 1970 році і закінчилося в три етапи в 1984, 1991 та 2003 роках.

Площа затопленої дамби становить 1350 км² і встановлена ​​потужність 14 000 МВт. Установка включає в себе 20 турбін Френсіса потужністю 700 МВт і має щорічне виробництво електричної енергії 94,7 ГВт-год.

Ітаїпу вважають найбільшою в світі гідроелектростанцією за обсягом виробництва енергії. Це сприяє 16% споживаної електричної енергії в Бразилії та 76% в Парагваї.

Що стосується його негативного впливу, ця гребля вплинула на екологію островів та дельту річки Парана.

Саймон Болівар (Гурі)

Сімона Болівар гідроелектростанція (Гурі, Венесуела). Джерело: Warairarepano & Guaicaipuro

Гідроелектростанція Сімон Болівар, також відома як гребля Гурі, знаходиться у Венесуелі на течії річки Кароні. Будівництво греблі розпочалося в 1957 році, перший етап був завершений у 1978 році, а завершений у 1986 році.

Гребля Гурі має затоплену площу 2450 км² та встановлену потужність 10 200 МВт. Його установка включає 21 турбіну Френсіса (10 730 МВт, 4 потужністю 180 МВт, 3 потужністю 400 МВт, 3 потужністю 225 МВт і одна потужністю 340 МВт)

Щорічне виробництво складає 46 ГВт-год, і воно вважається третьою за величиною гідроелектростанцією у світі за структурою та встановленою потужністю. ГЕС забезпечує 80% електроенергії, яку споживає Венесуела, частина її продається Бразилії.

Під час будівництва цієї гідроелектростанції були затоплені значні площі екосистем у Венесуельській Гвіані, регіоні з високим біорізноманіттям.

Сьогодні через глибоку економічну кризу у Венесуелі виробничі потужності цього заводу значно скоротилися.

Список літератури

1.- Хадзіч М (2013). Гідравлічна енергія, Розділ 7. Курс технічної підготовки групи PUCP. Технології для екологічних будинків та готелів. Папський католицький університет Перу.
2.- Raabe J (1985). Гідроенергетика. Проектування, використання та функціонування гідромеханічного, гідравлічного та електричного обладнання. Німеччина: Н. с.
3.- Сандовал Еразо, Вашингтон. (2018). Глава 6: Основні поняття гідровузла Plants.https: //www.researchgate.net/publication/326560960_Capitulo_6_Conceptos_Basicos_de_Centrales_Hidroelectricas
4.- Стіклера CM, Коу MT, Коста - MH, Непстад DC, McGrath DG, Dias HO і Rodrigues BS-Соарес-BS LCP (2013). Залежність вироблення енергії гідроенергетики від лісів в басейні Амазонки в локальних та регіональних масштабах. Праці Національної академії наук, 110 (23), 9601–9606.
5.– Сорія Е (с / ф). Гідравліка. Поновлювані джерела енергії для всіх. ІБЕРДРОЛА. 19 стор.