Хотя гидроэлектроэнергия быстро исчезает, возобновляемые источники энергии, такие как солнечная и ветровая, быстро наверстывают упущенное, и на них по-прежнему приходится самая большая часть электроэнергии в мире.
Гидроэнергетика была настолько распространена в 20 веке, что получила прозвище «белый уголь» за свою силу и изобилие.
Первоначальным и самым основным методом производства энергии была гидроэнергетика.
Проще говоря, гидроэнергетика — это создание энергии из падающей или движущейся воды. На реках строят плотины для выработки электроэнергии.
Затем турбины вращаются непрерывным потоком воды.
Самый популярный Возобновляемая энергия источником в начале 21 века была гидроэлектроэнергия, на долю которой в 2019 году приходилось более 18% от общей мощности по производству электроэнергии в мире.
В разделе «Как работает гидроэлектроэнергия» мы рассмотрим принцип работы гидроэлектроэнергии.
Содержание
Что такое Гидроэнергетика?
Гидроэнергетика является экологически чистой и возобновляемый источник энергии, который вырабатывает электроэнергию за счет использования плотины или отводной конструкции для изменения естественного течения реки или другого водоема.
Гидроэлектроэнергия, также называемая гидроэнергетикой, производит электричество от генераторов, которые приводятся в движение Турбины конвертироватьв потенциальная энергия падающего или быстротекущего воды в механическая энергия.
Преимущества гидроэнергетики
По данным Геологической службы США (USGS), ни один вид производства энергии не предлагает идеального решения, однако гидроэнергетика все же может предложить несколько преимуществ.
Источник: Каковы некоторые преимущества и недостатки гидроэлектроэнергии? (Солнечный веб-сайт)
1. Источник возобновляемой энергии
Поскольку вода на планете используется для выработки электроэнергии, гидроэлектроэнергия рассматривается как возобновляемый ресурс.
Когда светит солнце, вода с поверхности земли испаряется, создает облака и в конце концов возвращается на планету в виде дождя и снега.
Поскольку мы не можем исчерпать его, нас не беспокоит рост его цены в результате дефицита.
Поэтому гидроэлектростанции делаются на века. В других случаях машины, рассчитанные на 25 лет эксплуатации, все еще используются после того, как были в эксплуатации. использовать в два раза дольше.
2. Чистый источник энергии
Одним из многих «зеленых» и «чистых» альтернативных источников энергии является гидроэлектроэнергия. Производство гидроэлектроэнергии не загрязняет окружающую среду.
Гидроэлектростанции не выбрасывают в атмосферу вредных и парниковых газов при выработке энергии.
Период, когда загрязнение является наиболее сильным, приходится на период строительства электростанций.
Поскольку гидроэнергетика не выбрасывает в воздух загрязняющие вещества, она помогает улучшить качество воздуха, которым мы дышим.
Кроме того, заводы не производят никаких опасных побочных продуктов.
Сегодня использование гидроэнергетики предотвращает выбросы парниковых газов, эквивалентные более чем 4.5 миллионам баррелей нефти, что ускорит темпы глобального потепления.
3. Доступный источник энергии
Несмотря на высокие первоначальные затраты на строительство, гидроэнергетика является экономически эффективным источником энергии.
Речная вода — безграничный ресурс, на который не влияют колебания рынка.
Цена на источники энергии на основе ископаемого топлива, включая уголь, нефть и природный газ, сильно зависит от волатильности рынка, которая может привести к ее резкому росту или падению.
Гидроэлектростанции со средним сроком службы от 50 до 100 лет представляют собой долгосрочные инвестиции, которые могут принести пользу многим грядущим поколениям.
Они также предлагают гораздо более низкие эксплуатационные расходы и затраты на техническое обслуживание и могут быть легко модифицированы в соответствии с современными техническими требованиями.
4. Помогает удаленным сообществам в развитии
Эти объекты возобновляемой энергии не только создают рабочие места, но и производят чистую энергию для использования местными жителями и предприятиями.
Удаленные районы, нуждающиеся в электричестве, обслуживаются гидроэлектростанциями, которые также привлекают промышленность, торговлю, транспорт и другие жизненно важные сообщества.
Все эти инициативы помогают улучшить местную экономику, доступ к здравоохранению и образованию, а также общее качество жизни жителей.
EIA утверждает, что этот надежный и адаптируемый источник питания повышает привлекательность сообщества для других разработчиков.
5. Возможности для отдыха
Рыбалка, катание на лодках и плавание - все это возможные виды отдыха на озере, которое образовалось за плотиной.
Вода из озера потенциально может использоваться для орошения. Большие плотины также становятся популярными местами для туристов.
Гидроэлектростанции могут хранить огромное количество воды для использования по мере необходимости и для орошения, когда дождей мало.
Выгодно иметь возможность хранить воду, поскольку это снижает нашу восприимчивость к засухам и наводнениям и защищает уровень воды от истощения.
6. Поддержка пикового спроса
Геологическая служба США хвалит гидроэнергетику за ее быструю и надежную работу от нулевого спроса до пиковой производительности.
Быстрее, чем любой другой источник энергии, производители могут преобразовывать этот вид возобновляемой энергии в электроэнергию и добавлять ее в электрические сети.
Благодаря этой особенности гидроэнергетика является лучшим вариантом для адаптации к изменяющимся потребностям потребителей.
7. Предлагает универсальное энергетическое решение
Например, производство гидроэлектроэнергии увеличивает жизнеспособность других возобновляемых источников энергии, таких как вода и солнечная энергия.
Гидроэлектростанции являются идеальным дополнением к солнечной и ветровой энергии, поскольку они могут колебаться в зависимости от климата.
В результате гидроэнергетика имеет большой потенциал в будущем. только возобновляемые источники энергии.
Недостатки гидроэнергетики
Гидроэлектростанции имеют много преимуществ, но, как и любой источник энергии, их необходимо развивать и использовать с умом, чтобы свести к минимуму риски и недостатки.
Хотя некоторые из этих недостатков могут относиться практически к любой электростанции, проблемы с отводом воды характерны только для гидроэнергетики.
Источник: 5 недостатков гидроэнергетики (PMCAOnline).
1. Ущерб окружающей среде
Нарушения естественного стока воды могут существенно повлиять на окружающую среду и речную экосистему.
Когда есть нехватка пищи или начало сезона размножения, некоторые виды рыб и других диких животных обычно мигрируют.
Строительство плотин может блокировать их маршруты, останавливая поток воды, что приводит к исчезновению мест обитания вдоль рек.
Из-за перекрытия воды, изменения стока рек, строительства улиц и прокладки линий электропередач естественные эффекты гидроэнергетики связаны с нарушениями в природе.
Хотя трудно изучать этот процесс и делать выводы, основываясь только на одном компоненте, гидроэлектростанции могут оказывать влияние на рыбу и на то, как она мигрирует.
Больше инвестиций клиентов было связано с жестоким обращением с видами рыб, что указывает на то, что многие люди серьезно относятся к этой теме.
2. Воздействие строительства плотины на окружающую среду
Хотя гидроэнергетика является возобновляемым ресурсом, производство стали и бетона, необходимых для строительства плотин, может привести к выбросам парниковых газов.
В мире не так много мест, подходящих для строительства заводов.
Кроме того, некоторые из этих мест находятся далеко от крупных городов, где энергия может быть использована с максимальным потенциалом.
3. Высокие первоначальные капитальные затраты
Строительство любой электростанции сложно и дорого, но гидроэлектростанциям нужна плотина, чтобы остановить поток воды.
В результате они дороже, чем установки на ископаемом топливе сопоставимого масштаба.
Из-за логистических трудностей, таких как география, установка фундаментов под водой и материалы, необходимые для их строительства, строительство гидроэлектростанций чрезвычайно дорого.
Единственным преимуществом является то, что он не будет нуждаться в таком большом обслуживании после того, как он будет закончен.
Чтобы окупить вложенные в строительство деньги, гидроэлектростанция еще должна будет проработать значительное время.
4. Возможность конфликта
Чтобы использовать воду, страны с богатыми источниками гидроэлектроэнергии часто строят плотины на реках.
Хотя этот поступок заслуживает похвалы, он может помешать естественному течению воды с одного направления на другое.
Для размещения людей, желающих строить плотины в различных регионах, вода, которая не нужна в одном месте, отводится в другое.
Но если там будет нехватка воды, это может привести к войне, поэтому необходимо перекрыть подачу воды на дамбы.
5. Может вызвать засуху
Хотя гидроэнергетика является наиболее надежным возобновляемым источником энергии, она зависит от наличия воды в определенной местности.
Таким образом, засуха может иметь большое влияние на то, насколько хорошо работает гидроэлектростанция.
Общая стоимость энергии и мощности рассчитывается исходя из наличия воды.
Засушливые периоды могут иметь большое влияние на способность людей получать воду, поскольку они мешают им получать необходимую им энергию.
И поскольку наш земной шар продолжает нагреваться из-за изменения климата, это может произойти чаще.
6. Риск наводнений в долинах
Сообщества, живущие ниже по течению, подвергаются риску затопления, когда плотины возводятся на большей высоте, что увеличивает вероятность выхода мощных потоков воды из плотины, вызывающих наводнение.
Несмотря на прочность конструкции дамб, опасности все же есть. Разрушение плотины Баньцяо является крупнейшей катастрофой плотины в истории человечества.
Плотина прорвалась из-за обильных осадков, вызванных тайфуном. В результате погибла 171,000 XNUMX человек.
7. Выбросы углекислого газа и метана
Из водохранилища ГЭС выбрасывается большое количество углекислого газа и метана.
Растительность под водой начинает разлагаться и деградировать в этих влажных местах вблизи плотины.
Кроме того, растения выделяют много углерод и метан как они умирают.
8. Геологический ущерб
Серьезный геологический ущерб может быть нанесен строительством крупномасштабных плотин.
Строительство плотины Гувера в США, вызвавшее взрыв землетрясение и вдавленной земной поверхности поблизости, является ярким примером геологического вреда.
9. Использование местной гидрологии
Поскольку гидроэнергетика зависит исключительно от потока воды, изменения в окружающей среде могут повлиять на то, насколько успешно эти плотины вырабатывают электроэнергию.
Например, плотина гидроэлектростанции может быть менее продуктивной, чем предполагалось, если изменение климата снизит расход воды в определенных местах.
Например, 66 процентов энергетических потребностей Кении удовлетворяются за счет гидроэлектростанций.
Кения уже давно страдает от нехватки энергии, вызванной засухой. Международные реки, группа, посвященная сохранению рек мира.
С другой стороны, некоторые районы теперь сталкиваются с большей опасностью затопления в результате изменения климата.
В этих ситуациях плотины могут обеспечить как защиту от наводнений, так и производство возобновляемой энергии.
Как работает гидроэнергетика?
Как работает гидроэнергетика
Источник: Как работает гидроэлектростанция? Краткая история и базовая механика (Блог WIKA – WIKA Россия)
Плотина или другое сооружение, изменяющее естественное течение реки или другого водоема, используется для создания гидроэлектроэнергия, часто известный как гидроэнергетика.
Для выработки энергии гидроэнергетика использует вечный, бесконечный круговорот воды, при котором вода используется в качестве топлива и не оставляет отходов.
Хотя есть много разных виды гидроэлектростанций, они всегда движутся за счет кинетической энергии воды, движущейся вниз по течению.
Чтобы превратить эту кинетическую энергию в электричество, которое впоследствии может быть использовано для питания зданий, предприятий и других учреждений, гидроэнергетика использует турбины и генераторы.
Гидроэнергетические объекты обычно располагаются на источнике воды или рядом с ним, поскольку они используют воду для производства энергии.
Количество энергии, которое может быть извлечено из проточной воды, зависит как от ее объема, так и от изменения высоты или «напора» между двумя точками.
Количество энергии, которое может быть произведено, увеличивается с расходом и напором.
На уровне завода вода циркулирует по трубе, также называемой водоводом, который вращает лопасти турбины, которая вращает генератор, вырабатывающий энергию.
Именно так работает большинство обычных гидроэлектростанций, включая гидроаккумулирующие и русловые системы.
Схема гидроэлектростанции
Схема гидроэлектростанции
Компоненты гидроэлектростанции
Основные узлы гидроэлектростанции следующие.
- Предварительная и приемная структура
- Головная часть или впускные трубопроводы
- Шлюзовый затвор
- Уравнительная камера
- Гидравлические турбины
- Дом силы
- Тяговая труба и хвостовик
1. Первичные и водозаборные сооружения
Передний залив, как следует из названия, представляет собой более крупный водоем перед водозабором. Когда водовод забирает воду прямо из резервуара, резервуар служит аванзаливом.
Участок канала перед турбинами расширяется, чтобы создать аванзалив, когда канал транспортирует воду к турбинам.
Для подачи воды на турбины в форбазе временно хранится вода. Нельзя допускать, чтобы вода текла, когда она попадает в канал или водохранилище.
Для управления притоком воды на водозаборных затворах устанавливаются подъемники. Чтобы мусор, деревья и т. д. не попадали в водовод, перед воротами устанавливаются мусорные стеллажи.
Кроме того, доступны грабли для периодической очистки стеллажей для мусора.
2. Головная часть или впускные трубопроводы
Они транспортируют воду из резервуара к турбинам. В зависимости от обстоятельств на площадке может быть выбран открытый канал или напорный трубопровод (затвор).
Напорный трубопровод может представлять собой расширяющийся водозаборный канал в теле плотины, длинный стальной или бетонный трубопровод, а иногда и туннель, который проходит на несколько километров между водохранилищем и электростанцией.
Уклон напорного трубопровода определяется условиями площадки и не повторяет контуры земли. Вода движется с большей скоростью в кабелепроводе, чем в открытом канале.
Скорость может варьироваться от 2.5 до 3 м/с до высоты головы примерно 60 метров.
Скорость может быть даже выше для более высоких напоров. Иногда целесообразно или экономически выгодно использовать открытый канал в качестве основного канала полностью или частично.
Напорный канал обычно используется в системах с низким напором, где потери напора значительны. Он может направлять воду к водоводам или турбинам.
Открытый канал имеет то преимущество, что его можно использовать для навигации или орошения.
3. Пенсток
Водоводы действуют как большие наклонные трубы, по которым вода транспортируется из резервуаров или водозаборных сооружений к турбинам.
Они работают под определенным давлением, поэтому резкое закрытие или открытие затворов затворов может привести к гидравлическому удару по затворам.
Таким образом, помимо того, что затвор похож на обычную трубу, они сделаны так, чтобы выдерживать воздействие гидравлического удара.
Чтобы уменьшить это давление, для длинных напорных колодцев доступны уравнительные резервуары, а для коротких напорных колодцев — прочные стенки.
Затворы изготавливаются из стали или железобетона. Для каждой турбины используется отдельный затвор, если длина небольшая.
Точно так же, если длина большая, используется один большой затвор, который на конце делится на ответвления.
4. Ударная камера
Уравнительная камера, иногда называемая уравнительной емкостью, представляет собой цилиндр с верхним отверстием для контроля давления в затворе.
Он расположен настолько близко к электростанции, насколько это практически возможно, и соединен с напорным трубопроводом.
Уровень воды в уравнительном резервуаре увеличивается и контролирует давление в напорном трубопроводе всякий раз, когда электростанция отклоняет водяную нагрузку, поступающую из напорного трубопровода.
Подобно этому, расширительный бак ускоряет поток воды в электростанцию, когда есть высокий спрос, что приводит к падению уровня воды.
Уровень воды в уравнительном баке стабилизируется, когда разрядка электростанции постоянна.
Уравнительные баки бывают разных видов, и их выбирают в зависимости от потребностей завода, длины напорного трубопровода и т. д.
5. Гидравлические турбины
Гидравлическая турбина представляет собой устройство, которое преобразует гидравлическую энергию в механическую энергию, которая затем преобразуется в электрическую энергию путем соединения вала турбины с генератором.
Механизм в этом случае заключается в том, что генератор вырабатывает электричество всякий раз, когда вода из затвора вступает в контакт с круглыми лопастями или рабочим колесом под высоким давлением.
Как правило, гидравлические турбины бывают двух типов: реактивные турбины и импульсные турбины.
Турбина скорости - это другое название импульсной турбины. Примером импульсной турбины является турбина с колесом Пелтона.
Турбина давления - это другое название реактивной турбины. В эту группу входят турбины Каплана и турбины Фрэнсиса.
6. Дом силы
Объект, известный как «электростанция», создан для защиты электрического и гидравлического оборудования.
Как правило, фундамент или подконструкция, построенные для электростанции, поддерживают все оборудование.
При создании фундамента для реактивных турбин часть оборудования, например, отсасывающие трубы и спиральный кожух, закрепляют внутри. В результате фундамент строится масштабно.
Что касается надстройки, вертикальные турбины расположены под генераторами на первом этаже.
Дополнительно предлагаются горизонтальные турбины. На первом этаже или антресольном этаже находится диспетчерская.
7. Тяговая труба и хвостовая часть
Хвостовая часть относится к каналу, в который выходит турбина в случае импульсного колеса и через отсасывающую трубу в случае реактивной турбины.
Всасывающая труба, также известная как отводная труба, представляет собой просто герметичную трубу, устанавливаемую на выпускной стороне каждой реактивной турбины.
Он начинается с напорного конца рабочего колеса турбины и спускается до уровня нижнего бьефа, который находится на 0.5 метра ниже поверхности.
Раструб от 4 до 6 градусов обычно применяется к прямым вытяжным трубам для постепенного замедления потока воды.
Заключение
Когда принцип работы гидроэлектростанции стал известен, хорошо знать, что что-то столь сложное, как это, является возобновляемым и может прослужить 50-100 лет. Как здорово.
Часто задаваемые вопросы
Для чего используется гидроэнергетика?
Гидроэнергетика используется для выработки электроэнергии путем преобразования кинетической энергии в электроэнергию, которая впоследствии может использоваться для питания зданий, предприятий и других учреждений. Для этих процессов гидроэнергетика использует турбины и генераторы.
Является ли гидроэнергетика возобновляемой?
Гидроэлектроэнергия — это форма возобновляемой энергии, да. Почему? из-за воды. Вы можете наблюдать, как вода испаряется в облака и возвращается в виде осадков на поверхность земли. Круговорот воды постоянно обновляется и может многократно использоваться для производства электроэнергии.
Рекомендации
Страстный эколог в душе. Ведущий автор контента в EnvironmentGo.
Я стремлюсь информировать общественность об окружающей среде и ее проблемах.
Это всегда было о природе, мы должны защищать, а не разрушать.