A vízenergia-források értéke véges, bár megújulónak minősülnek. A kőolajhoz, a gázhoz vagy más ásványokhoz hasonlóan nemzeti vagyont képviselnek, és óvatosan és átgondoltan kell bánni velük.
Vízenergia
Még az ókorban is észrevették az emberek, hogy a felülről lefelé hulló víz bizonyos feladatokat, például egy kereket forgathat. Ezt a zuhanó víz tulajdonságát kezdték használni a malom kerekeinek mozgásba hozására. Így jelentek meg az első vízimalmok, amelyek szinte eredeti formájukban máig fennmaradtak. A vízimalom az első vízierőmű.
A 17. századból kiinduló manufaktúragyártásban vízikereket is használtak, a 18. században például már körülbelül háromezer ilyen manufaktúra működött Oroszországban. Ismeretes, hogy az ilyen kerekek legerősebb felszerelését a Krenholm manufaktúrában (Narova folyó) használták. A vízikerekek 9,5 méter átmérőjűek voltak, és akár 500 lóerőt is fejlesztettek.
Vízenergia-források: meghatározás, előnyei és hátrányai
A 19. szszázadban a vízikerekek után megjelentek a hidroturbinák, utánuk pedig az elektromos gépek. Ez lehetővé tette, hogy a zuhanó víz energiáját elektromos energiává alakítsák, majd egy bizonyos távolságra továbbítsák. A cári Oroszországban 1913-ra körülbelül 50 000 olyan hidroturbinával felszerelt egység volt, amelyek elektromos áramot termeltek.
A folyók energiájának azt a részét, amely elektromos energiává alakítható, vízenergia-forrásoknak, a lehulló víz energiáját elektromos energiává alakító berendezést pedig vízierőműnek (HPP) nevezzük. Az erőmű eszköze szükségszerűen tartalmaz egy hidraulikus turbinát, amely egy elektromos generátort hajt meg. A lehulló víz áramlásának biztosítására egy erőmű építése gátak és tározók építésével jár.
A vízenergia használatának előnyei:
- A folyó energiája megújuló.
- Nincs környezetszennyezés.
- Kiderült, hogy olcsó áram.
- Javulnak az éghajlati viszonyok a tározó közelében.
A vízenergia használatának hátrányai:
- Egyes terület elárasztása víztározó építéséhez.
- Számos ökoszisztéma megváltozása a meder mentén, halpopulációk csökkenése, madárfészkelőhelyek megzavarása, folyók szennyezése.
- Építésveszély hegyvidéken.
A vízenergia-potenciál fogalma
Egy folyó, ország vagy az egész bolygó vízenergia-forrásainak felméréséreAz Energiakonferencia (MIREC) a vízenergia potenciált a vizsgált terület valamennyi szakaszának villamosenergia-termelésre felhasználható kapacitásainak összegeként határozta meg. A vízenergia potenciálnak többféle változata létezik:
- Bruttó potenciál, amely potenciális vízenergia-forrásokat jelent.
- A műszaki potenciál a bruttó potenciálnak az a része, amely műszakilag felhasználható.
- A gazdasági potenciál a műszaki potenciál azon része, amelynek felhasználása gazdaságilag megvalósítható.
Egy vízáram elméleti erejét a képlet határozza meg
N (kW)=9, 81QH, ahol Q a víz áramlási sebessége (m3/mp); H a vízesés magassága (m).
A világ legerősebb vízerőműve
1994. december 14-én Kínában, a Jangce folyón megkezdődött a legnagyobb vízerőmű, a Három-szoros építése. 2006-ban befejeződött a gát építése, és elindult az első vízerőmű. Ez a vízerőmű lesz Kína központi vízerőműve.
Az állomás gátjának kilátása a krasznojarszki vízierőmű tervére emlékeztet. A gát magassága 185 méter, hossza 2,3 km. A gát közepén 116 000 m3 vizet eresztenek ki másodpercenként, vagyis kb. 200 m magasságból több mint 100 tonna víz hullik alá. egy másodperc.
A Jangce folyó, amelyen a Három-szoros vízierőmű épült, az egyika világ hatalmas folyói. Ezen a folyón egy vízierőmű építése lehetővé teszi a térség természetes vízenergia-kincseinek hasznosítását. Tibetből kiindulva, 5600 m magasságban a folyó jelentős vízenergia-potenciálra tesz szert. A gátépítés legvonzóbb helyének a Három-szoros régió bizonyult, ahol a folyó a hegyek közül a síkságba szakad.
HPP tervezés
A Három-szoros Vízerőműben három erőmű található, amelyek 32 vízerőművet tartalmaznak, egyenként 700 MW-os kapacitással, és két vízerőművet, amelyek teljesítménye 50 MW. A HPP teljes kapacitása 22,5 GW.
A gátépítés eredményeként 39 km térfogatú tározó alakult ki3. A gát megépítésének eredményeként két, összesen 1,24 millió lakosú város lakói új helyre költöztek. Emellett 1300 régészeti tárgyat távolítottak el az árvízi övezetből. A gát építésének minden előkészületére 11,25 milliárd dollárt költöttek. A Three Gorges vízierőmű építésének teljes költsége 22,5 milliárd dollár.
A vízerőmű építése megfelelően biztosítja a hajózást, sőt a tározó megépítése után a teherhajók áramlása ötszörösére nőtt.
A személyszállító hajók elhaladnak a felvonó mellett, amely lehetővé teszi a legfeljebb 3000 tonnás hajók áthaladását. Két sor ötlépcsős zsilip épült a teherhajók áthaladására. Ebben az esetben a hajók tömegének 10 000 tonnánál kisebbnek kell lennie.
Jangce HPP Cascade
A Jangce folyó víz- és vízenergia-készletei lehetővé teszik az építkezésta folyónak egynél több vízierőműve van, amelyet Kínában építettek. A Három-szoros vízierőmű fölé vízerőművek egész kaszkádja épült. Ez a vízerőművek legerősebb kaszkádja, több mint 80 GW kapacitással.
A kaszkád megépítése elkerüli a Három-szoros tározó eltömődését, mivel csökkenti az eróziót a vízerőmű előtti mederben. Ezt követően kevesebb iszapot kell hordani a vízben.
Ezen túlmenően a HPP kaszkád lehetővé teszi a víz áramlásának szabályozását a Három-szoros HPP-be, és egyenletes energiatermelést biztosít.
Itaipu a Parana folyón
Paraná jelentése "ezüst folyó", ez a második legnagyobb folyó Dél-Amerikában, hossza 4380 km. Ez a folyó nagyon kemény talajon folyik át, ezért ezt leküzdve zuhatagokat és vízeséseket hoz létre útközben. Ez a körülmény a vízerőművek itteni építésének kedvező feltételeit jelzi.
Az Itaipu HPP a Parana folyón épült, 20 km-re a dél-amerikai Foz do Iguacu városától. Teljesítményét tekintve ez a vízerőmű csak a Három-szurdok Erőmű mögött áll. A Brazília és Paraguay határán található Itaipu HPP teljes árammal látja el Paraguayt és 20%-át Brazíliának.
A vízerőmű építése 1970-ben kezdődött és 2007-ben fejeződött be. Tíz 700 MW-os generátort telepítettek a paraguayi oldalon és ugyanennyit a brazil oldalon. Mivel a vízerőmű körül trópusi erdő volt, amely árvíznek volt kitéve, az ezekről a helyekről származó állatokat más területekre telepítették át. A gát hossza 7240 méter,és a magassága 196 m, az építési költséget 15,3 milliárd dollárra becsülik. A HPP kapacitása 14 000 GW.
Oroszország vízenergia-forrásai
Az Orosz Föderáció nagy víz- és energiapotenciállal rendelkezik, de az ország vízenergia-készletei rendkívül egyenlőtlenül oszlanak meg a területén. Ezen erőforrások 25%-a az európai részen, 40%-a Szibériában és 35%-a a Távol-Keleten található. Az állam európai részén a szakértők szerint 46%-ban használják ki a vízenergia-potenciált, az állam teljes vízenergia-potenciálját pedig 2500 milliárd kWh-ra becsülik. Kína után ez a második eredmény a világon.
Vízenergia-források Szibériában
Szibéria hatalmas vízenergia-tartalékokkal rendelkezik, Kelet-Szibéria pedig különösen gazdag vízenergia-forrásokban. Ott folyik a Léna, Angara, Jenyiszej, Ob és Irtis folyó. Ennek a régiónak a vízpotenciálját 1000 milliárd kWh-ra becsülik.
P. S. Neporozhnyról elnevezett Sayano-Shushenskaya HPP
Ennek a vízerőműnek a teljesítménye 6400 MW. Ez az Orosz Föderáció legerősebb vízierőműve, és a világranglistán a 14. helyen áll.
A Jenyiszej szakasza, amelyet Sayan folyosónak neveznek, kedvező vízerőművek építésére. Itt a folyó áthalad a Sayan-hegységen, sok zuhatagot képezve. Ezen a helyen épült a Sayano-Shushenskaya HPP, valamint más, kaszkádot alkotó HPP. A Sayano-Shushenskaya HPP a legmagasabb lépcsőfok ebben a kaszkádban.
Az építkezés 1963 és 2000 között zajlott. Állomás tervezéseegy 245 méter magas és 1075 méter hosszú gátból, egy erőmű épületéből, egy kapcsolóberendezésből és egy átfolyó szerkezetből áll. A HPP épületében 10 db, egyenként 640 MW teljesítményű hidraulikus blokk található.
A gát építése után kialakított tározó térfogata több mint 30 km3, összterülete 621 km2.
Az Orosz Föderáció nagy erőművei
Szibéria vízenergia-készleteit jelenleg 20%-ban használják ki, bár sok meglehetősen nagy vízerőmű épült itt. Közülük a legnagyobb a Sayano-Shushenskaya HPP, amelyet a következő vízerőművek követnek:
- Krasznojarszkaja Erőmű 6000 MW teljesítménnyel (a Jenyiszejnél). Hajólifttel rendelkezik, ez az egyetlen az Orosz Föderációban.
- Bratskaya HPP 4500 MW kapacitással (az Angaránál).
- Ust-Ilimskaya HPP 3840 MW kapacitással (az Angaránál).
A Távol-Kelet rendelkezik a legkevésbé fejlett potenciállal. Szakértők szerint ennek a régiónak a vízpotenciálját 4% használja ki.
Vízenergia-források Nyugat-Európában
A nyugat-európai országokban a vízenergia-potenciál szinte teljesen ki van használva. Ha ez is elég magas, akkor az ilyen országok teljes mértékben ellátják magukat a vízerőművekből származó árammal. Ezek olyan országok, mint Norvégia, Ausztria és Svájc. Norvégia a világon az első helyen áll az ország lakosára jutó villamosenergia-termelés tekintetében. Norvégiában ez a szám évi 24 000 kWh, és ennek az energiának 99,6%-át vízerőművek állítják elő.
Vízenergia-potenciálokNyugat-Európa különböző országai markánsan különböznek egymástól. Ennek oka az eltérő terepviszonyok és az eltérő lefolyásképződés. Európa teljes vízenergia-potenciáljának 80%-a magas áramlási sebességű hegyekben összpontosul: Skandinávia nyugati részén, az Alpokban, a Balkán-félszigeten és a Pireneusokban. Európa teljes vízenergia-potenciálja évi 460 milliárd kWh.
Az üzemanyag-tartalékok Európában nagyon kicsik, így a folyók energiaforrásai igen jelentős mértékben fejlettek. Például Svájcban ezeket az erőforrásokat 91%-ban, Franciaországban 92%-ban, Olaszországban 86%-ot, Németországban pedig 76%-ot fejlesztettek ki.
HPP-vízesés a Rajna folyón
A folyón vízerőművek kaszkádja épült, amely 27 vízerőműből áll, összesen körülbelül 3000 MW teljesítménnyel.
Az egyik állomás 1914-ben épült. Ez a HPP Laufenburg. Kétszer átépítették, majd teljesítménye 106 MW. Ezenkívül az állomás az építészeti emlékek közé tartozik, és Svájc nemzeti kincse.
HPP Rheinfelden egy modern vízerőmű. Indítására 2010-ben került sor, teljesítménye 100 MW. A kialakítás 4 db, egyenként 25 MW-os hidraulikus egységet tartalmaz. Ez a vízerőmű az 1898-ban épült régi állomás helyére épült. A régi állomás jelenleg felújítás alatt áll.
Vízenergia-források Afrikában
Afrika vízenergia-készletei a területén átfolyó folyóknak köszönhetők: Kongó, Nílus, Limpopo, Niger és Zambezi.
Kongó folyójelentős vízi potenciállal rendelkezik. A folyó folyásának egy része az Inga-zuhatag néven ismert vízesésekkel rendelkezik. Itt a vízfolyam 100 méter magasból ereszkedik le másodpercenként 26 000 m3 sebességgel. Ezen a területen 2 vízerőmű épült: "Inga-1" és "Inga-2".
A Kongói Demokratikus Köztársaság kormánya 2002-ben jóváhagyta a Big Inga komplexum építésének projektjét, amely a meglévő Inga-1 és Inga-2 vízerőművek rekonstrukcióját, valamint a a harmadik - Inga-3. E tervek megvalósítása után úgy döntöttek, hogy megépítik a világ legnagyobb Bolshaya Inga komplexumát.
Ez a projekt volt a vita tárgya a Nemzetközi Energiakonferencián. Figyelembe véve Afrika víz- és vízenergia-készleteinek állapotát, a konferencián jelen lévő közép- és dél-afrikai vállalkozások és kormányok képviselői jóváhagyták ezt a projektet és meghatározták annak paramétereit: a „Big Inga” kapacitását 40 000 főben határozták meg. MW, ami több, mint a legerősebb vízerőmű " Three Gorges "csaknem 2-szer. A HPP üzembe helyezését 2020-ra tervezik, az építési költség pedig várhatóan 80 milliárd dollár lesz.
A projekt befejeztével a Kongói Demokratikus Köztársaság a világ legnagyobb áramszolgáltatójává válik.
Észak-afrikai villamosenergia-hálózat
Észak-Afrika a Földközi-tenger és az Atlanti-óceán partján fekszik. Afrika ezen régióját Maghrebnek vagy arab Nyugatnak nevezik.
A vízenergia-források Afrikában egyenetlenül oszlanak el. A kontinens északi részén található a világ legforróbb sivataga - a Szahara. Ez a terület vízhiányos, ezért ezeknek a régióknak a vízellátása nagy feladat. A megoldás a tározók építése.
Az első tározók még a múlt század 30-as éveiben jelentek meg a Maghrebben, majd sok közülük a 60-as években épült, de különösen intenzív építkezés a 21. században kezdődött.
Észak-Afrika vízenergia-forrásait elsősorban a Nílus határozza meg. Ez a világ leghosszabb folyója. A múlt század 60-as éveiben ezen a folyón megépült az Asszuán-gát, melynek megépítése után hatalmas, mintegy 500 km hosszú és mintegy 9 km széles tározó alakult ki. A tározó vízzel való feltöltése 5 év alatt, 1970-től 1975-ig történt.
Az asszuáni gátat Egyiptom építette a Szovjetunióval együttműködve. Ez egy nemzetközi projekt volt, melynek eredményeként akár évi 10 milliárd kWh áramot is lehet termelni, árvíz idején szabályozni lehet a Nílus vízszintjét, és hosszú ideig lehet vizet felhalmozni a tározóban. A tározótól elválik a mezőket öntöző csatornahálózat, a sivatag helyén oázisok jelentek meg, egyre több területet használnak mezőgazdaságra. Észak-Afrika víz- és vízenergia-készleteit maximális hatékonysággal használják fel.
A világ vízenergia-potenciáljának megosztása
- Ázsia – 42%.
- Afrika – 21%.
- Észak-Amerika – 12%.
- Dél-Amerika – 13%.
- Európa - 9%.
- Ausztrália és Óceánia – 3%
A globális vízenergia-potenciál becslések szerint 10 billió kWh villamos energia.
A 20. század a vízenergia évszázadának nevezhető. A 21. század meghozza a maga adalékait ennek az iparágnak a történetéhez. A világ fokozott figyelmet fordít a szivattyús tárolós erőművekre (PSPP) és az árapály-erőművekre (TPP), amelyek a tengeri árapály erejét használják elektromos energia előállítására. Folytatódik a vízenergia-fejlesztés.
