Resursi hidroenergije imaju konačnu vrijednost, iako se smatraju obnovljivim. Oni su nacionalno bogatstvo, poput nafte, plina ili drugih minerala, i s njima treba postupati pažljivo i promišljeno.
Snaga vode
Još u davna vremena ljudi su primijetili da voda koja pada odozgo prema dolje može obaviti određeni posao, kao što je okretanje kotača. Ovo svojstvo padajuće vode počelo se koristiti za pokretanje kotača mlina. Tako su se pojavili prvi vodeni mlinovi, koji su se do danas održali gotovo u izvornom obliku. Mlin je prva hidroelektrana.
Manufaktorska proizvodnja, nastala u 17. stoljeću, također je koristila vodene kotače, a u 18. stoljeću, na primjer, u Rusiji je već bilo oko tri tisuće takvih manufaktura. Poznato je da su najsnažnije instalacije takvih kotača korištene u manufakturi Krenholm (rijeka Narova). Vodeni kotači bili su promjera 9,5 metara i razvijali su do 500 konjskih snaga.
Hidroenergetski resursi: definicija, prednosti i nedostaci
U 19stoljeća nakon vodenih kotača pojavile su se hidroturbine, a nakon njih - električni strojevi. To je omogućilo pretvaranje energije padajuće vode u električnu energiju, a zatim prijenos na određenu udaljenost. U carskoj Rusiji je do 1913. bilo oko 50.000 jedinica opremljenih hidroturbinama koje su proizvodile električnu energiju.
Onaj dio energije rijeka koji se može pretvoriti u električnu energiju naziva se hidroenergetski resursi, a uređaj koji pretvara energiju padajuće vode u električnu energiju naziva se hidroelektrana (HE). Uređaj elektrane nužno uključuje hidrauličku turbinu, koja pokreće električni generator u rotaciji. Da bi se dobio protok vode koja pada, izgradnja elektrane uključuje izgradnju brana i akumulacija.
Prednosti korištenja hidroenergije:
- Energija rijeke je obnovljiva.
- Bez zagađenja okoliša.
- Ispada jeftina struja.
- Klimatski uvjeti u blizini akumulacije se poboljšavaju.
Nedostaci korištenja hidroenergije:
- Poplava neke površine zemlje radi izgradnje akumulacije.
- Promjena mnogih ekosustava duž korita, smanjenje ribljih populacija, uznemiravanje mjesta gniježđenja ptica, zagađivanje rijeka.
- Opasnost od izgradnje u planinskom području.
Koncept hidroenergetskog potencijala
Za procjenu hidroenergetskih resursa rijeke, zemlje ili cijelog planeta na SvijetuEnergetska konferencija (MIREC) definirala je hidroenergetski potencijal kao zbroj kapaciteta svih dijelova promatranog teritorija koji se mogu koristiti za proizvodnju električne energije. Postoji nekoliko varijanti hidroenergetskog potencijala:
- Bruto potencijal, koji predstavlja potencijalne hidroenergetske resurse.
- Tehnički potencijal je onaj dio bruto potencijala koji se može tehnički iskoristiti.
- Ekonomski potencijal je onaj dio tehničkog potencijala čija je upotreba ekonomski izvediva.
Teoretska snaga neke vodene struje određena je formulom
N (kW)=9, 81QH, gdje je Q brzina protoka vode (m3/sec); H je visina pada vode (m).
Najmoćnija svjetska hidroelektrana
Dana 14. prosinca 1994. u Kini, na rijeci Yangtze, započela je izgradnja najveće hidroelektrane, nazvane Tri klanca. Godine 2006. dovršena je izgradnja brane, a puštena je i prva hidroelektrana. Ova hidroelektrana trebala je postati središnja hidroelektrana u Kini.
Pogled na branu ove stanice podsjeća na dizajn hidroelektrane Krasnojarsk. Visina brane je 185 metara, a dužina 2,3 km. U središtu brane nalazi se preljev dizajniran za ispuštanje 116.000 m3 vode u sekundi, odnosno s visine od oko 200 m pada više od 100 tona vode. jedna sekunda.
Rijeka Jangce, na kojoj je izgrađena hidroelektrana Tri klanca, jedna je odmoćne rijeke svijeta. Izgradnja hidroelektrane na ovoj rijeci omogućuje korištenje prirodnih hidroenergetskih resursa područja. Počevši od Tibeta, na nadmorskoj visini od 5600 m, rijeka stječe značajan hidroenergetski potencijal. Najatraktivnije mjesto za izgradnju brane pokazalo se područje Tri klanca, gdje rijeka izbija iz planina u ravnicu.
HPP dizajn
Hidroelektrana Tri klanca ima tri elektrane koje sadrže 32 hidroelektrane, svaka kapaciteta 700 MW, i dvije hidroelektrane snage 50 MW. Ukupni kapacitet HE je 22,5 GW.
Kao rezultat izgradnje brane formiran je rezervoar zapremine 39 km3. Izgradnja brane rezultirala je preseljenjem stanovnika dvaju gradova s ukupno 1,24 milijuna stanovnika u novo mjesto. Osim toga, iz poplavnog područja uklonjeno je 1300 arheoloških predmeta. Na sve pripreme za izgradnju brane utrošeno je 11,25 milijardi dolara. Ukupni trošak izgradnje hidroelektrane Three Gorges je 22,5 milijardi dolara.
Izgradnja ove hidroelektrane ispravno osigurava plovidbu, štoviše, nakon izgradnje akumulacije protok teretnih brodova se povećao 5 puta.
Putnički brodovi prolaze kroz brodsku dizalicu, koja omogućuje prolazak brodova težine ne više od 3000 tona. Za prolaz teretnih brodova izgrađene su dvije linije petostupanjskih brava. U tom slučaju, težina plovila mora biti manja od 10.000 tona.
Yangtze HE Cascade
Vodni i hidroenergetski resursi rijeke Yangtze omogućuju izgradnju na ovomrijeka ima više od jedne hidroelektrane, što je poduzeto u Kini. Iznad hidroelektrane Tri klanca izgrađena je cijela kaskada hidroelektrana. Ovo je najsnažnija kaskada hidroelektrana snage preko 80 GW.
Izgradnjom kaskade izbjegava se začepljenje akumulacije Tri klanca, jer smanjuje eroziju u koritu uzvodno od hidroelektrane. Nakon toga, ima manje mulja za nošenje u vodi.
Osim toga, kaskada HE vam omogućuje regulaciju protoka vode do HE Tri klanca i ujednačenu proizvodnju energije.
Itaipu na rijeci Parana
Paraná znači "srebrna rijeka", druga je najveća rijeka u Južnoj Americi i duga je 4380 km. Ova rijeka teče kroz vrlo tvrda tla, stoga, svladavajući ga, na svom putu stvara brzake i vodopade. Ova okolnost ukazuje na povoljne uvjete za gradnju hidroelektrana ovdje.
HE Itaipu izgrađena je na rijeci Parana, 20 km od grada Foz do Iguacu u Južnoj Americi. Po snazi ova hidroelektrana je druga nakon HE Tri klanca. Smještena na granici Brazila i Paragvaja, HE Itaipu osigurava punu električnu energiju Paragvaju i 20% Brazilu.
Izgradnja hidroelektrane započela je 1970., a završila 2007. godine. Deset generatora snage 700 MW instalirano je na paragvajskoj strani i isto toliko na brazilskoj strani. Budući da je oko hidroelektrane bila tropska šuma koja je bila podložna poplavama, životinje s ovih mjesta su preseljene na druga područja. Dužina brane je 7240 metara,a visina je 196 m, trošak izgradnje procjenjuje se na 15,3 milijarde dolara. Kapacitet HE je 14.000 GW.
ruski hidroenergetski resursi
Ruska Federacija ima veliki vodni i energetski potencijal, ali hidroenergetski resursi zemlje raspoređeni su krajnje neravnomjerno na njenom teritoriju. 25% tih resursa nalazi se u europskom dijelu, 40% - u Sibiru i 35% - na Dalekom istoku. U europskom dijelu države, prema procjenama stručnjaka, hidroenergetski potencijal koristi se 46%, a cjelokupni hidroenergetski potencijal države procjenjuje se na 2500 milijardi kWh. Ovo je drugi rezultat u svijetu nakon Kine.
Izvori hidroenergije u Sibiru
Sibir ima ogromne rezerve hidroenergije, istočni Sibir je posebno bogat hidroenergetskim resursima. Tamo teku rijeke Lena, Angara, Yenisei, Ob i Irtysh. Hidropotencijal ove regije procjenjuje se na 1.000 milijardi kWh.
Sayano-Shushenskaya HE nazvana po P. S. Neporozhny
Kapacitet ove hidroelektrane je 6400 MW. Ovo je najsnažnija hidroelektrana u Ruskoj Federaciji, a zauzima 14. mjesto na svjetskoj ljestvici.
Dionica Jeniseja, koja se zove Sajanski koridor, pogodna je za izgradnju hidroelektrana. Ovdje rijeka prolazi kroz planine Sayan, tvoreći mnoge brzake. Na tom mjestu je izgrađena HE Sayano-Shushenskaya, kao i druge HE koje čine kaskadu. HE Sayano-Shushenskaya najviša je stepenica u ovoj kaskadi.
Izgradnja se odvijala od 1963. do 2000. godine. Dizajn stanicesastoji se od brane visine 245 metara i dužine 1075 metara, zgrade elektrane, razvodnog uređaja i preljevne konstrukcije. U zgradi HE nalazi se 10 hidrauličnih jedinica snage 640 MW svaka.
Akumulacija nastala nakon izgradnje brane ima volumen veću od 30 km3, a njegova ukupna površina je 621 km2.
Velike HE Ruske Federacije
Hidroenergetski resursi Sibira trenutno se koriste za 20%, iako su ovdje izgrađene mnoge prilično velike hidroelektrane. Najveća među njima je HE Sayano-Shushenskaya, a slijede sljedeće hidroelektrane:
- Krasnoyarskaya HE kapaciteta 6000 MW (na Jeniseju). Ima lift, jedini do sada u Ruskoj Federaciji.
- Bratska HE kapaciteta 4500 MW (na Angari).
- Ust-Ilimskaya HE kapaciteta 3840 MW (na Angari).
Daleki istok ima najmanje razvijen potencijal. Prema procjenama stručnjaka, hidropotencijal ove regije koristi se za 4%.
Izvori hidroenergije u zapadnoj Europi
U zapadnoeuropskim zemljama hidroenergetski potencijal je gotovo u potpunosti iskorišten. Ako je i prilično visoka, onda se takve zemlje u potpunosti opskrbljuju električnom energijom iz hidroelektrana. To su zemlje poput Norveške, Austrije i Švicarske. Norveška je prva u svijetu po proizvodnji električne energije po stanovniku zemlje. U Norveškoj ta brojka iznosi 24.000 kWh godišnje, a 99,6% te energije proizvode hidroelektrane.
Hidroenergetski potencijalirazličite zemlje zapadne Europe međusobno se značajno razlikuju. To je zbog različitih uvjeta terena i različitog formiranja otjecanja. 80% ukupnog hidroenergetskog potencijala Europe koncentrirano je u planinama s visokim protokom: zapadni dio Skandinavije, Alpe, Balkanski poluotok i Pirineji. Ukupni hidroenergetski potencijal Europe iznosi 460 milijardi kWh godišnje.
Zalihe goriva u Europi su vrlo male, pa su energetski resursi rijeka razvijeni vrlo značajno. Na primjer, u Švicarskoj su ti resursi razvijeni za 91%, u Francuskoj - za 92%, u Italiji - za 86%, au Njemačkoj - za 76%.
Kaskada HE na rijeci Rajni
Na ovoj rijeci izgrađena je kaskada hidroelektrana, koja se sastoji od 27 hidroelektrana ukupne snage oko 3.000 MW.
Jedna od stanica izgrađena je 1914. godine. Ovo je HE Laufenburg. Dva puta je rekonstrukcija, nakon čega je njen kapacitet 106 MW. Osim toga, postaja pripada arhitektonskim spomenicima i nacionalno je blago Švicarske.
HE Rheinfelden je moderna hidroelektrana. Njegovo lansiranje izvedeno je 2010. godine, a kapacitet je 100 MW. Projekt uključuje 4 hidraulične jedinice od 25 MW svaka. Ova hidroelektrana izgrađena je kao zamjena stare stanice izgrađene 1898. godine. Stara stanica je trenutno u renoviranju.
Izvori hidroenergije u Africi
Afrički hidroenergetski resursi su zahvaljujući rijekama koje teku kroz njen teritorij: Kongo, Nil, Limpopo, Niger i Zambezi.
Rijeka Kongoima značajan hidroelektrični potencijal. Dio toka ove rijeke ima kaskadu vodopada poznatih kao Inga Rapids. Ovdje se vodena struja spušta s visine od 100 metara brzinom od 26.000 m3 u sekundi. Na ovom području izgrađene su 2 hidroelektrane: "Inga-1" i "Inga-2".
Vlada Demokratske Republike Kongo je 2002. godine odobrila projekt izgradnje kompleksa Big Inga, kojim je predviđena rekonstrukcija postojećih hidroelektrana Inga-1 i Inga-2 i izgradnja hidroelektrana treći - Inga-3. Nakon provedbe ovih planova, odlučeno je da se izgradi najveći kompleks Bolshaya Inga na svijetu.
O ovom projektu se raspravljalo na Međunarodnoj energetskoj konferenciji. Uzimajući u obzir stanje vodnih i hidroenergetskih resursa Afrike, predstavnici gospodarstva i vlada iz središnje i južne Afrike, koji su bili prisutni na konferenciji, odobrili su ovaj projekt i postavili njegove parametre: kapacitet "Big Inga" postavljen je na 40.000 MW, što je gotovo 2 puta više od najmoćnije hidroelektrane "Tri klanca". Puštanje HE u rad predviđen je za 2020. godinu, a očekuje se da će troškovi izgradnje iznositi 80 milijardi dolara.
Kada projekt bude dovršen, DRC će postati najveći dobavljač električne energije na svijetu.
Sjevernoafrička električna mreža
Sjeverna Afrika nalazi se uz obalu Sredozemnog mora i Atlantskog oceana. Ova regija Afrike naziva se Magreb, ili arapski zapad.
Hidroenergetski resursi u Africi su neravnomjerno raspoređeni. Na sjeveru kontinenta nalazi se najtoplija pustinja na svijetu – Sahara. Ovaj teritorij osjeća nestašicu vode, pa je opskrba ovih regija vodom glavni zadatak. Njegovo rješenje je izgradnja rezervoara.
Prvi rezervoari pojavili su se u Magrebu još 30-ih godina prošlog stoljeća, zatim ih je mnogo izgrađeno 60-ih godina, ali posebno intenzivna gradnja počinje u 21. stoljeću.
Hidroenergetski resursi Sjeverne Afrike prvenstveno su određeni rijekom Nil. Ovo je najduža rijeka na svijetu. Šezdesetih godina prošlog stoljeća na ovoj rijeci izgrađena je Asuanska brana, nakon čije izgradnje je nastala ogromna akumulacija, duga oko 500 km i široka oko 9 km. Punjenje rezervoara vodom odvijalo se tijekom 5 godina od 1970. do 1975.
Asuansku branu izgradio je Egipat u suradnji sa Sovjetskim Savezom. Riječ je o međunarodnom projektu, zahvaljujući kojem je moguće proizvesti do 10 milijardi kWh električne energije godišnje, kontrolirati razinu vode u rijeci Nil tijekom poplava i dugo akumulirati vodu u akumulaciji. Mreža kanala za navodnjavanje polja odvaja se od akumulacije, a na mjestu pustinje pojavile su se oaze, sve se više površina koristi za poljoprivredu. Vodni i hidroenergetski resursi Sjeverne Afrike koriste se s maksimalnom učinkovitošću.
Dijeljenje svjetskog hidroenergetskog potencijala
- Azija - 42%.
- Afrika - 21%.
- Sjeverna Amerika - 12%.
- Južna Amerika - 13%.
- Europa - 9%.
- Australija i Oceanija – 3%
Globalni hidroenergetski potencijal procjenjuje se na 10 trilijuna kWh električne energije.
20. stoljeće se može nazvati stoljećem hidroenergije. 21. stoljeće donosi svoje dodatke u povijest ove industrije. Svijet je povećao pozornost na crpne elektrane (PSPP) i elektrane na plimu (TE), koje koriste snagu morske plime za proizvodnju električne energije. Razvoj hidroenergije se nastavlja.
