Přestože vodní energie rychle mizí, obnovitelné zdroje energie, jako je slunce a vítr, je rychle dohánějí a stále tvoří největší část světové elektřiny.
Vodní energie byla ve 20. století tak rozšířená, že si pro svou sílu a hojnost vysloužila přezdívku „bílé uhlí“.
Původním a nejzákladnějším způsobem výroby energie byla vodní energie.
Jednoduše řečeno, vodní energie je vytváření energie z padající nebo pohybující se vody. Na řekách se staví přehrady na výrobu elektřiny.
Turbíny se pak roztáčí nepřetržitým proudem vody.
Nejpopulárnější energie z obnovitelných zdrojů zdrojem na počátku 21. století byla vodní elektřina, která v roce 2019 představovala více než 18 % celkové světové kapacity výroby elektřiny.
V části „Jak funguje vodní energie“ se podíváme na princip fungování vodní energie.
Obsah
Co je to vodní energie?
Vodní energie je šetrná k životnímu prostředí a obnovitelný zdroj energie, který vyrábí elektřinu pomocí přehrady nebo přehradní struktury ke změně přirozeného toku řeky nebo jiného vodního útvaru.
Vodní energie, také nazývaná vodní energie vyrábí elektřina z generátorů, které jsou poháněny turbíny konvertovating the potenciální energie padající nebo rychle tekoucí voda do mechanická energie.
Výhody vodní energie
Žádný druh výroby energie podle americké geologické služby (USGS) nenabízí dokonalé řešení, ale vodní energie může stále nabídnout několik výhod.
Zdroj: Jaké jsou některé výhody a nevýhody vodní energie? (Web Solar)
1. Zdroj obnovitelné energie
Protože využívá vodu na planetě k výrobě elektřiny, je vodní energie považována za obnovitelný zdroj.
Když svítí slunce, voda na zemském povrchu se vypařuje, vytváří mraky a nakonec se vrací na planetu jako déšť a sníh.
Protože ji nemůžeme vyčerpat, neobáváme se, že její cena v důsledku nedostatku poroste.
Vodní elektrárny jsou proto vyrobeny tak, aby vydržely. V jiných situacích je strojní zařízení, které mělo vydržet 25 let, po nasazení stále v provozu používat dvakrát tak dlouho.
2. Čistý zdroj energie
Jedním z mnoha „zelených“ a „čistých“ alternativních zdrojů energie je vodní elektřina. Výroba vodní energie nezatěžuje životní prostředí.
Vodní elektrárny při výrobě energie neuvolňují do atmosféry žádné škodlivé nebo skleníkové plyny.
Obdobím, kdy je znečištění nejzávažnější, je výstavba elektráren.
Vzhledem k tomu, že hydroelektrická energie neuvolňuje látky znečišťující ovzduší, pomáhá zlepšovat kvalitu vzduchu, který dýcháme.
Kromě toho rostliny nevytvářejí žádné nebezpečné vedlejší produkty.
Dnes využívání vodní energie brání uvolňování skleníkových emisí odpovídajících více než 4.5 milionům barelů ropy, což by urychlilo tempo globálního oteplování.
3. Cenově dostupný zdroj energie
Navzdory drahým počátečním stavebním nákladům je vodní energie nákladově efektivním zdrojem energie.
Říční voda je neomezený zdroj, který není ovlivněn výkyvy na trhu.
Cena zdrojů energie na bázi fosilních paliv, včetně uhlí, ropy a zemního plynu, je značně ovlivněna volatilitou trhu, která může způsobit její prudký růst nebo pokles.
S průměrnou životností 50 až 100 let jsou vodní elektrárny dlouhodobou investicí, která může být přínosem pro mnoho budoucích generací.
Nabízejí také mnohem nižší náklady na provoz a údržbu a lze je jednoduše upravit tak, aby vyhovovaly dnešním technickým požadavkům.
4. Pomáhá vzdáleným komunitám ve vývoji
Tato zařízení na obnovitelné zdroje energie nejen vytvářejí pracovní místa, ale také čistou energii pro použití místními obyvateli a podniky.
Odlehlé oblasti, které potřebují elektřinu, jsou obsluhovány vodními elektrárnami, které také přitahují průmysl, obchod, dopravu a další životně důležitý rozvoj komunity.
Všechny tyto iniciativy pomáhají zlepšit místní ekonomiku, přístup ke zdravotní péči a vzdělání a celkovou kvalitu života obyvatel.
EIA tvrdí, že tento spolehlivý a adaptabilní zdroj energie zvyšuje přitažlivost komunity pro ostatní vývojáře.
5. Rekreační příležitosti
Rybaření, plavba lodí a plavání jsou všechny možné rekreační aktivity v jezeře, které se vytváří za přehradou.
Voda z jezera může být potenciálně použita k zavlažování. Velké přehrady se také stávají oblíbeným cílem turistů.
Zařízení na výrobu vodních elektráren mohou ukládat obrovské množství vody pro použití podle potřeby a pro zavlažování, když je srážek málo.
Je výhodné mít možnost ukládat vodu, protože snižuje naši náchylnost k suchu a povodním a chrání vodní hladiny před vyčerpáním.
6. Posílení maximální poptávky
Vodní elektrárna je chválena USGS pro její rychlou a spolehlivou kapacitu pro provoz od nulové poptávky až po špičkový výkon.
Výrobci mohou rychleji než jakýkoli jiný zdroj energie přeměnit tento typ obnovitelné energie na elektřinu a přidat ji do rozvodných sítí.
Vodní energie je díky této funkci nejlepší možností, jak se přizpůsobit měnícím se potřebám spotřebitelů.
7. Nabízí všestranné energetické řešení
Například výroba vodní energie zvyšuje životaschopnost jiných obnovitelných zdrojů energie, jako je voda a solární energie.
Vodní elektrárny jsou ideálním doplňkem solární a větrné energie, protože mohou kolísat v závislosti na klimatu.
V důsledku toho má vodní energie do budoucna velký potenciál pouze obnovitelné zdroje energie.
Nevýhody vodní energie
Vodní elektrárny mají mnoho výhod, ale jako každý zdroj energie musí být vyvíjeny a používány rozumně, aby se minimalizovala rizika a nevýhody.
Zatímco některé z těchto nevýhod se mohou týkat prakticky jakékoli energetické elektrárny, problémy s odváděním vody jsou jedinečné pro vodní energii.
Zdroj: 5 nevýhod hydroelektrické energie (PMCAOnline)
1. Poškození životního prostředí
Přirozené narušení toku vody může významně ovlivnit životní prostředí a říční ekosystém.
Když je nedostatek potravy nebo začíná období rozmnožování, některé druhy ryb a další volně žijící zvířata obvykle migrují.
Výstavba přehrad může zablokovat jejich trasy a zastavit tok vody, což způsobí, že stanoviště podél řek začnou mizet.
Kvůli vodním hrázím, změněnému toku řeky, výstavbě ulic a instalaci elektrického vedení jsou přirozené účinky vodní energie spojeny s přerušeními přírody.
Ačkoli je obtížné tento proces studovat a soudit pouze na základě jedné složky, vodní elektrárny mohou mít dopad na ryby a způsob jejich migrace.
Více klientských investic bylo spojeno se špatným zacházením s druhy ryb, což naznačuje, že mnoho lidí toto téma silně vnímá.
2. Vliv výstavby přehrady na životní prostředí
Ačkoli vodní energie je obnovitelný zdroj, výroba oceli a betonu potřebného při stavbě přehrad může produkovat skleníkové emise.
Na celém světě není mnoho míst, která jsou vhodná pro stavbu rostlin.
Některá z těchto lokalit jsou navíc daleko od velkých měst, kde lze energii využít na maximum.
3. Vysoké počáteční kapitálové náklady
Stavba jakékoli elektrárny je obtížná a nákladná, ale vodní elektrárny potřebují přehradu, aby zastavily tok vody.
V důsledku toho jsou dražší než zařízení na fosilní paliva srovnatelného rozsahu.
Kvůli logistickým potížím, jako je geografie, kladení základů pod vodu a materiálů nezbytných k jejich vybudování, je výstavba vodních elektráren mimořádně nákladná.
Jedinou výhodou je, že po dokončení nebude potřebovat tolik údržby.
Pro navrácení peněz investovaných do stavby bude muset být vodní elektrárna ještě v provozu značnou dobu.
4. Potenciál ke konfliktu
Pro využití vody národy s bohatými vodními zdroji energie často staví přehrady přes řeky.
I když je tento počin chvályhodný, může bránit přirozenému proudění vody z jednoho směru do druhého.
Aby se vyhovělo lidem, kteří chtějí stavět přehrady v různých regionech, voda, která není potřeba na jednom místě, je odváděna do jiného.
Ale pokud je tam nedostatek vody, může to vést k válce, proto je nutné zastavit tok vody do přehrad.
5. Může způsobit sucha
Ačkoli je vodní energie nejspolehlivějším obnovitelným zdrojem energie, je závislá na dostupnosti vody v konkrétní oblasti.
Tak, a sucho může mít velký vliv na to, jak dobře vodní elektrárna funguje.
Celkové náklady na energii a energii se vypočítávají na základě dostupnosti vody.
Suchá kouzla mohou mít velký vliv na schopnost lidí získat vodu, protože jim brání získat sílu, kterou potřebují.
A protože se naše zeměkoule stále zahřívá kvůli změně klimatu, může se to stát běžněji.
6. Riziko povodní v nižších polohách
Komunitám žijícím níže po proudu hrozí záplavy, když se přehrady staví ve vyšších nadmořských výškách, což zvyšuje pravděpodobnost, že se z přehrady uvolní silné vodní proudy způsobí záplavy.
Navzdory pevnosti stavby přehrad stále existují nebezpečí. The Porucha přehrady Banqiao je největší katastrofou přehrady v zaznamenané historii.
Přehrada se protrhla kvůli nadměrným srážkám způsobeným tajfunem. V důsledku toho zemřelo 171,000 XNUMX lidí.
7. Emise oxidu uhličitého a metanu
Z vodní nádrže se uvolňuje velké množství oxidu uhličitého a metanu.
Na těchto vlhkých místech v blízkosti přehrady začíná chátrat a degradovat vegetace pod vodou.
Rostliny navíc hodně vypouštějí uhlík a metan jak umírají.
8. Geologické poškození
V důsledku výstavby rozsáhlých přehrad může dojít k vážnému geologickému poškození.
Stavba přehrady Hoover Dam ve Spojených státech, která jiskřila zemětřesení a stlačený zemský povrch poblíž, je ukázkovým příkladem geologického poškození.
9. Spolehlivost na místní hydrologii
Vzhledem k tomu, že vodní energie závisí pouze na průtoku vody, změny v prostředí mohou ovlivnit, jak úspěšně tyto přehrady vyrábějí elektřinu.
Například přehrada vodní elektrárny může být méně produktivní, než se předpokládalo, pokud změna klimatu sníží průtok vody v určitých lokalitách.
Například 66 procent energetických požadavků Keni pokrývá vodní energie.
Keňa je dlouhodobě ovlivněna energetickými omezeními způsobenými suchem, tvrdí Mezinárodní řeky, skupina věnující se ochraně světových řek.
Na druhou stranu některé lokality nyní čelí většímu nebezpečí záplav v důsledku klimatických změn.
V těchto situacích mohou přehrady zajistit jak protipovodňovou kontrolu, tak výrobu obnovitelné energie.
Jak funguje vodní energie?
Jak funguje vodní energie
Zdroj: Jak funguje vodní elektrárna? Stručná historie a základní mechanika (WIKA Blog – WIKA USA)
Ke generování se používá přehrada nebo jiná stavba, která mění přirozený tok řeky nebo jiné vodní plochy vodní, často známá jako hydroelektrárna.
K výrobě energie využívá vodní energie věčný, nikdy nekončící koloběh vody, který využívá vodu jako palivo a nezanechává žádné odpadní produkty.
I když existuje mnoho různých druhy vodních elektrárenjsou vždy poháněny kinetickou energií vody pohybující se po proudu.
K přeměně této kinetické energie na elektřinu, která může být následně použita k napájení budov, podniků a dalších zařízení, využívá vodní energie turbíny a generátory.
Vodní elektrárny jsou obvykle umístěny na vodním zdroji nebo v jeho blízkosti, protože využívají vodu k výrobě energie.
Množství energie, které lze získat z tekoucí vody, závisí jak na jejím objemu, tak na změně nadmořské výšky neboli „hlavě“ mezi dvěma body.
Množství energie, které lze vyrobit, se zvyšuje s průtokem a výškou.
Na úrovni závodu voda cirkuluje potrubím, nazývaným také přivaděč, který otáčí lopatkami turbíny, která roztáčí generátor, který generuje energii.
Takto funguje většina konvenčních vodních elektráren – včetně přečerpávacích a průtočných systémů.
Schéma vodní elektrárny
Schéma vodní elektrárny
Součásti vodní elektrárny
Hlavní součásti vodní elektrárny jsou následující.
- Forebay a sací struktura
- Head Race nebo přívodní potrubí
- Koryto stavidla
- Přepěťová komora
- Hydraulické turbíny
- Energetický dům
- Průvan a ocasní plocha
1. Přední a vstupní konstrukce
Předhradí, jak už název napovídá, je větší vodní plocha před nátokem. Když přivaděč čerpá vodu přímo z nádrže, nádrž slouží jako předhradí.
Segment kanálu před turbínami je rozšířen tak, aby vytvořil předhradí, když kanál dopravuje vodu k turbínám.
Pro přívod vody do turbín je v předhradí dočasně uložena voda. Voda nemůže téci, když vstupuje do kanálu nebo nádrže.
Pro řízení přítoku vody jsou u vtokových vrat instalovány kladkostroje. Aby se odpad, stromy atd. nedostaly do přivaděče, jsou před vraty umístěny koše na odpadky.
Kromě toho jsou k dispozici hrábě pro pravidelné čištění odpadkových košů.
2. Head Race nebo přívodní potrubí
Dopravují vodu z nádrže do turbín. V závislosti na okolnostech na místě lze zvolit otevřený kanál nebo tlakové potrubí (Penstock).
Tlakovým potrubím může být rozšířený sací kanál v tělese přehrady, dlouhé ocelové nebo betonové potrubí nebo příležitostně tunel, který vede několik kilometrů mezi nádrží a elektrárnou.
Spád tlakového potrubí je dán podmínkami místa a nekopíruje obrysy země. Voda se v elektrickém vedení pohybuje rychleji než v otevřeném kanálu.
Rychlost se může pohybovat mezi 2.5 a 3 m/s až do výšky hlavy zhruba 60 metrů.
Pro vyšší hlavy může být rychlost ještě vyšší. Někdy je praktické nebo nákladově efektivní použít zcela nebo zčásti otevřený kanál jako primární vedení.
Kanál horního okruhu se obvykle používá v systémech s nízkou spádem, kde jsou ztráty hlavy značné. Může směrovat vodu do přivaděčů nebo turbín.
Otevřený kanál má tu výhodu, že může být použit pro navigaci nebo zavlažování.
3. Přivaděč
Přihrádky fungují jako velké šikmé trubky, které dopravují vodu z nádrží nebo sacích konstrukcí do turbín.
Pracují pod určitým tlakem, proto náhlé uzavření nebo otevření šoupátek může mít za následek vodní ráz na přivaděče.
Takže kromě skutečnosti, že přivaděč je jako běžná trubka, jsou vyrobeny tak, aby vydržely náraz vodního rázu.
Pro uvolnění tohoto tlaku jsou k dispozici vyrovnávací nádrže pro dlouhé přivaděče a silné stěny pro krátké přivaděče.
Přivaděče se vyrábějí z oceli nebo železobetonu. Pro každou turbínu se používá samostatný přivaděč, pokud je délka malá.
Podobně, pokud je délka velká, použije se jeden velký přivaděč, který je na konci rozdělen na větve.
4. Přepěťová komora
Vyrovnávací komora, někdy známá jako vyrovnávací nádrž, je válec s horním otvorem pro řízení tlaku přivaděče.
Je situován co nejblíže k elektrárně, jak je praktické, a je připojen k přivaděči.
Hladina vody ve vyrovnávací nádrži se zvyšuje a kontroluje tlak v přivaděči vždy, když elektrárna odmítne vodní zátěž přicházející z přivaděče.
Podobně vyrovnávací nádrž zrychluje proudění vody do elektrárny při vysoké potřebě, což způsobuje pokles hladiny vody.
Hladina vody ve vyrovnávací nádrži se stabilizuje, když je vybíjení elektrárny konzistentní.
Vyrovnávací nádrže se dodávají v různých variantách a vybírají se v závislosti na potřebách závodu, délce přihrádky atd.
5. Hydraulické turbíny
Hydraulická turbína je zařízení, které přeměňuje hydraulickou energii na mechanickou energii, která se následně přeměňuje na elektrickou energii připojením hřídele turbíny ke generátoru.
Mechanismus v tomto případě spočívá v tom, že generátor generuje elektřinu, kdykoli se voda z přivaděče dostane do kontaktu s kruhovými lopatkami nebo běžcem pod vysokým tlakem.
Obecně platí, že dva typy hydraulických turbín jsou reakční turbíny a impulsní turbíny.
Rychlostní turbína je jiný název pro impulsní turbínu. Příkladem impulsní turbíny je Peltonova kolová turbína.
Tlaková turbína je jiný název pro reakční turbínu. Do této skupiny patří Kaplanovy turbíny a Francisovy turbíny.
6. Power House
Zařízení známé jako „elektrárna“ je zřízeno k zabezpečení elektrických a hydraulických strojů.
Základ nebo spodní konstrukce postavená pro elektrárnu obvykle nese celé zařízení.
Při vytváření základů pro reakční turbíny jsou uvnitř upevněna některá zařízení, jako jsou sací trubky a spirálová skříň. V důsledku toho je nadace postavena ve velkém měřítku.
Z hlediska nástavby jsou vertikální turbíny umístěny pod generátory v přízemí.
Kromě toho jsou nabízeny horizontální turbíny. V prvním patře nebo mezipatře je velín.
7. Závod tahu a ocasu
Ocasní dráha označuje průchod, do kterého se turbína vypouští v případě impulsního kola a sací trubkou v případě reakční turbíny.
Sací potrubí, také známé jako sací trubka, je jednoduše vzduchotěsná trubka instalovaná na výstupní straně každé reakční turbíny.
Začíná na výtlačném konci oběžného kola turbíny a klesá k hladině zadní vody, která je 0.5 metru pod povrchem.
Vzplanutí 4 až 6 stupňů se typicky aplikuje na rovné sací trubky, aby se postupně zpomalil tok vody.
Proč investovat do čističky vzduchu?
Vzhledem k tomu, že princip fungování vodní elektrárny je znám, je dobré vědět, že něco tak sofistikovaného, jako je toto, je obnovitelné a může vydržet 50–100 let. Jak úžasné.
Nejčastější dotazy
K čemu slouží vodní energie?
Vodní energie se používá k výrobě elektřiny přeměnou kinetické energie na elektřinu, kterou lze následně využít k pohonu budov, podniků a dalších zařízení, vodní energie k těmto procesům využívá turbíny a generátory.
Je vodní energie obnovitelná?
Vodní elektřina je forma obnovitelné energie, ano. Proč? kvůli vodě. Můžete pozorovat, jak se voda vypařuje do mraků a vrací se jako srážky na zemský povrch. Koloběh vody se neustále obnovuje a lze jej opakovaně využívat k výrobě energie.
Doporučení
Srdcem nadšený ochránce životního prostředí. Hlavní autor obsahu ve společnosti EnvironmentGo.
Snažím se osvětu veřejnosti o životním prostředí a jeho problémech.
Vždy šlo o přírodu, kterou bychom měli chránit a ne ničit.