Hydraulická energetická charakteristika, ako funguje, výhody, použitie

Ten hydraulická energia Je to schopnosť vody vyrábať prácu vo forme pohybu, svetla a tepla na základe jej potenciálu a kinetickej energie. Podobne sa považuje za čistú a vysokú energiu z obnoviteľnej energie.

Táto energia je určená prietokom, sklonom medzi bodmi terénu, cez ktoré sa pohybuje voda a sila gravitácie. Ľudská bytosť ju používa už od staroveku na vykonávanie rôznych diel.

Priehrada Itaipú (Brazília a Paraguay). Zdroj: Angelo Leithold [CC BY-SA 3.0 (http: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/3.0/]]

Jedným z prvých použití pri hydraulickej energii bolo poháňanie vodných mlynov, ktoré využili silu prúdu. Týmto spôsobom by spoločnosť Gears mohla presunúť Mill Stones, aby hodila.

V súčasnosti je jej najrelevantnejšou aplikáciou výroba elektriny prostredníctvom hydraulickej energie alebo hydroelektrických elektrární. Tieto centrály v podstate pozostávajú z priehrady a systému turbín a alternátorov.

Voda sa hromadí v priehrade medzi dvoma úrovňami kanála (geodetický svah), čím vytvára energiu gravitačného potenciálu. Následne prúd vody (kinetická energia) aktivuje turbíny, ktoré prenášajú energiu do alternátorov na výrobu elektriny.

Medzi výhody hydraulickej energie patrí to, že je obnoviteľná a neznečistená, na rozdiel od iných zdrojov energie. Na druhej strane je vysoko efektívny s výkonom, ktorý prechádza od 90 do 95%.

Vplyv hydroelektrických rastlín na životné prostredie je spojený s zmenou teploty a fyzickej zmeny vodného priebehu. Podobne existujú odpady z odpadu a tukov, ktoré sa filtrujú zo strojov.

Jeho hlavnou nevýhodou je fyzická zmena, ktorú spôsobuje, pretože veľké rozšírenia pôdy sú zaplavené a priebeh a prirodzený tok riek sa zmenia.

Najväčšia vodná elektráreň na svete je tri krky, ktoré sa nachádzajú v Číne, na rieke Yangtsé. Ďalšími dvoma dôležitými sú tie, ktoré majú Itaipu na hranici medzi Brazíliou a Paraguajom a hydroelektrickým závodom Simón Bolívar alebo Guri vo Venezuele.

[TOC]

Charakteristika

Zdroj hydraulickej energie je voda a považuje sa za obnoviteľnú energiu do tej miery, že vodný cyklus nemení. Môže tiež produkovať prácu bez vytvorenia tuhého odpadu alebo znečisťujúcich plynov, a preto sa považuje za čistú energiu.

Výkonnosť

Energetická výkonnosť sa týka vzťahu medzi množstvom energie získanej v procese a energiou, ktorá bola potrebná na to, aby sa investovala. V prípade hydraulickej energie sa výťažok dosiahne medzi 90 a 95% v závislosti od rýchlosti vody a použitého turbínového systému.

Ako funguje hydraulická energia?

Schéma vodnej energie. Zdroj: Používateľ: Tomia [CC BY 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencie/o/3.0)]

Transformácia slnečnej energie na kinetickú energiu

Základ hydraulickej energie je v slnečnej energii, topografii terénu a pozemskej gravitácie. Vo vodnom cykle slnečná energia spôsobuje odparovanie a potom voda kondenzuje a vyzráža sa na Zemi.

V dôsledku svahov terénu a sily gravitácie sa na zemskom povrchu vyrábajú povrchové vodné prúdy. Týmto spôsobom sa slnečná energia transformuje na kinetickú energiu v dôsledku pohybu vody kombinovaným pôsobením nerovnosti a gravitácie.

Následne sa môže kinetická energia vody transformovať na mechanickú energiu, ktorá je schopná robiť prácu. Napríklad čepele, ktoré prenášajú pohyb do systému prevodovky, ktorý môže vyrábať rôzne zariadenia, sa dajú presunúť.

Veľkosť hydraulickej energie je daná sklonom medzi dvoma bodmi danými kanálom a tokom rovnakého. Čím väčší je sklon terénu, tým väčší je potenciál a kinetická energia vody, ako aj jej schopnosť vytvárať prácu.

Môže vám slúžiť: 5 najdôležitejších faktorov znečistenia

V tomto zmysle je potenciálna energia, ktorá sa hromadí v množstve vody a súvisí s jej výškou vo vzťahu k zemi. Na druhej strane, kinetická energia je taká, ktorá uvoľňuje vodu vo svojom padajúcom pohybe v závislosti od topografie a gravitácie.

Výroba elektriny z hydraulickej energie (hydroelektrická)

Kinetická energia generovaná vodou v jej páde sa môže použiť na výrobu elektriny. Dosahuje sa to výstavbou priehrad, v ktorých sa voda hromadí a zachováva na rôznych úrovniach výšky.

Potenciálna energia vody je teda priamo úmerná nerovnosti medzi jedným bodom a jedným a keď voda spadne, transformuje sa na kinetickú energiu. Následne voda prechádza systémom rotácie a vytvára energiu kinetickej rotácie.

Pohyb rotácie umožňuje pohybovať prevodové systémy, ktoré môžu aktivovať mechanické systémy, ako sú mlyny, Norias alebo alternátory. V konkrétnom prípade výroby vodnej energie systém vyžaduje systém turbíny a alternátor na výrobu elektriny.

Turbíny

Turbina sa skladá z horizontálnej alebo vertikálnej osi so systémom čepelí, ktoré silou vody otáčajú osi.

Existujú tri základné typy hydraulických turbín:

Turbína Pelton

Turbína Pelton. Zdroj: Robertk9410 [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/4.0)]

Je to vysokotlaková impulzná turbína s horizontálnou osou, ktorá funguje bez toho, aby bola úplne ponorená. Rodete nesie sériu čepelí (palety alebo zuby) konkávne, ktoré sú poháňané vodnými tryskami.

Čím viac vodných trysiek padá proti turbíne, vytvorí sa viac energie. Tento typ turbíny sa používa na vodné skoky 25 až 200 metrov vysoký a dosahuje účinnosť až 90%.

Frankisová turbína

Frankisová turbína. Zdroj: Pôvodný uploader bol Stahlkocher na nemeckej Wikipédii. [CC BY-SA 3.0 (http: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/3.0/]]

Je to stredne tlaková turbína s vertikálnou osou a funguje úplne ponorená vo vode. Rodete sa skladá z paliet, ktoré sú poháňané vodou vykonávanou prostredníctvom distribútora.

Môže byť použitý vo vodných skokoch z vysokej z 20 na 200 metrov a dosiahne účinnosť 90%. Toto je typ turbíny, ktorý sa používa častejšie vo veľkých vodných rastlinách sveta.

Kaplaná turbína

Kaplaná turbína. Zdroj: TherunnerUp [CC BY-SA 3.0 at (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/3.0/at/skutok.in)]

Je to variant Francisovej turbíny a, rovnako ako toto, má vertikálnu os, ale obežné koleso je tvorené sériou orientabilných čepelí. Je to vysokotlaková reakcia a funguje úplne ponorená do vody.

Kaplanská turbína sa používa vo vode s výškou 5 až 20 metrov a jej účinnosť môže dosiahnuť až 95%.

Alternátor

Alternátor je prístroj, ktorý má schopnosť transformovať mechanickú energiu na elektrickú energiu elektromagnetickou indukciou. Magnetické póly (induktor) sa teda otáčajú vo vnútri cievky s alternatívnymi pólmi vodivého materiálu (napríklad meď valcovaná do sladkého železa).

Jeho prevádzka je založená na skutočnosti, že vodič vystavený nejakú dobu pre premenlivé magnetické pole generuje elektrické napätie.

Výhody

Hydraulická energia sa široko používa, pretože má veľa pozitívnych aspektov. Medzi nimi môžeme zdôrazniť:

Je to ekonomické

Aj keď v prípade hydroelektrických závodov je počiatočná investícia vysoká, z dlhodobého hľadiska je to lacná energia. Dôvodom je jeho stabilita a nízke náklady na údržbu.

Okrem toho sa musia pridať hospodárske kompenzácie poskytované nádržami s možnosťami akvakultúry, vodných športov a cestovného ruchu.

Môže vám slúžiť: sebaúcta

Je obnoviteľný

Je založený na vodnom cykle, je obnoviteľný a nepretržitý zdroj energie. To znamená, že nie je vyčerpaný v čase na rozdiel od energie z fosílnych palív.

Jeho kontinuita však závisí od vodného cyklu, v určitom alebo globálne sa nezmení.

Vysoký výkon

Hydraulická energia sa považuje za veľmi účinnú a s vysokým výkonom, ktorá je medzi 90 a 95%.

Nie je to znečisťujúce

Tento typ energie využíva prírodný zdroj, ako je voda, a tiež nevytvára odpad alebo znečisťujúce plyny. Preto je jeho vplyv na životné prostredie znížený a považuje sa za formu čistej energie.

Prítomnosť nádrží

V prípadoch, keď sú nádrže zostavené na využívanie hydroelektrickej energie, majú rad ďalších výhod:

- Umožňujú reguláciu toku rieky a vyhýbanie sa povodniam.
- Predstavujú vodnú nádrž pre ľudskú spotrebu, zavlažovanie a priemyselné použitie.
- Môžu sa používať ako rekreačné oblasti a na prax vodných športov.

Nevýhody

Závislosť

Obmedzenie výroby vodnej energie je jej závislosť od zrážkových režimov. Preto v obzvlášť suchých rokoch môže dodávka vody dramaticky znížiť a hladina nádrže sa zníži.

Keď sa zníži prietok vody, výroba elektriny je nižšia. Takým spôsobom, že v regiónoch, ktoré sú vysoko závislé od vodnej energie, sa môžu vyskytnúť problémy v dodávke.

Zmena prírodného priebehu rieky

Výstavba priehrady v rieke mení jej prirodzený priebeh, jej povodeň, zmenšujúci sa režim (zníženie prietoku) a proces ťahania sedimentov. Preto sa v blízkosti vodného tela vyrábajú zmeny v biológii vodných rastlín a zvierat.

Na druhej strane zadržiavanie sedimentov v priehrade mení tvorbu deltov v ústach riek a mení pôdne podmienky.

Nebezpečenstvo prasknutia priehrady

V dôsledku veľkého objemu vody uloženej v niektorých vodných priehradách môže rozpad kontajntnej steny alebo svahov v okolí spôsobiť vážne nehody. Napríklad v roku 1963 došlo k oddeleniu svahu na priehrade Vajont (dnes v nepoužívaní) v Taliansku a spôsobilo 2.000 mŕtvych.

Žiadosti

Norias a vodné čerpadlá

Rotácia kolesa poháňaného kinetickou energiou vody umožňuje prepravu vody z plytkej studne alebo kanála do vysokého kanála alebo nádrže. Podobne môže mechanická energia generovaná kolesom prevádzkovať hydraulické čerpadlo.

Najjednoduchší model pozostáva z kolesa s čepeľami s miskami, ktoré zhromažďujú vodu súčasne, ktoré sú poháňané prúdom. Potom v ich rotácii padajú vodu do nádrže alebo kanála.

Mlyny

Už viac ako 2000 rokov Gréci a Rimania používali hydraulickú energiu na pohyby mlynov, aby mohli brúsiť obilniny. Koleso otáčanie poháňané aktívnymi prevodmi prúdu vody, ktoré otáčajú mlynský kameň.

Forjáky

Ďalším starodávnym uplatňovaním pracovnej kapacity založenej na hydraulickej energii je jej použitie na aktiváciu vlnovcov v práci Herrería a Metalurgy.

Hydraulická zlomenina

V ťažbe a oleji sa kinetická energia vody používa na erodovanie horniny, jej zlomenie a uľahčenie extrakcie rôznych minerálov. Na tento.

Toto je deštruktívna pôda a vysoko znečisťujúca technika vodných kurzov.

Môže vám slúžiť: starostlivosť o vodu

Štiepenie

Veľmi kontroverzná technika, ktorá získava rozmach v ropnom priemysle, je Štiepenie. Skladá sa zo zvýšenia pórovitosti materskej horniny, ktorá obsahuje ropu a plyn, aby sa uľahčil jeho východ.

To sa dosiahne vstrekovaním veľkého množstva vody a piesku pri vysokých tlakoch vedľa série chemických prísad. Táto technika bola spochybnená jej vysokou spotrebou vody, kontaminujúcich pôdy a vody a spôsobuje geologické zmeny.

Hydroelektrické rastliny

Najbežnejším moderným použitím je fungovanie centrálnej výroby elektriny, tak zavolaných vodných alebo hydraulických rastlín.

Príklady hydraulických energetických rastlín

Tri krky

Priehrada troch roklín (Čína). Zdroj: Le Grand Portagederivational Work: Rehman [CC by 2.0 (https: // creativeCommons.Org/licencie/BY/2.0)]

Hydroelektrik Las Tres Gulfantas sa nachádza v provincii Hubei v Číne v kurze rieky Yangtsé. Táto priehrada sa začala vybudovať v roku 1994 a bola dokončená v roku 2010 a dosiahla oblasť zaplavenú 1.045 km² a inštalovaná kapacita 22.500 MW (Megawatts).

Závod zahŕňa 34 Francisových turbín (32 z 700 MW a dve z 50 MW) s ročnou výrobou elektrickej energie 80,8 GWH. Je to najväčšia vodná elektráreň na svete z hľadiska štruktúry a inštalovaného výkonu.

Tri krky koristi podarilo kontrolovať periodické povodne rieky, ktoré prišli spôsobiť vážne škody pre obyvateľstvo. Zaručuje tiež dodávku elektrickej energie v regióne.

Jeho výstavba však mala určité negatívne následky, ako napríklad vysídlenie približne 2 milióny ľudí. Okrem toho prispel k vyhynutiu delfínu čínskych alebo Baiji (Lipotes Vexillifer), ktorý bol v kritickom nebezpečenstve.

Itaipú

Itaipú priehrada. Zdroj: Herr Stahlhoefer [verejná doména]

Hydroelektrická elektráreň Itaipu sa nachádza na hranici medzi Brazíliou a Paraguajom v priebehu rieky Paraná. Jeho výstavba sa začala v roku 1970 a skončila v troch etapách v rokoch 1984, 1991 a 2003.

Zaplavená oblasť priehrady je 1.350 km² a má inštalovanú kapacitu 14.000 MW. Závod zahŕňa 20 Francisových turbín po 700 MW a má ročnú výrobu elektrickej energie 94,7 GWH.

Itaipú je považovaný za najväčšiu vodnú elektráreň na svete vo výrobe energie. Prispieva 16% elektriny spotrebovanej v Brazílii a 76% Paraguaja.

Pokiaľ ide o jeho negatívne vplyvy, táto priehrada ovplyvnila ekológiu ostrovov a Delta del Río Paraná.

Simón Bolívar (Guri)

Simón Bolívar Hydroelektrická elektráreň (Gurí, Venezuela). Zdroj: Wairapano a Guaicaipuro [CC0]

Hydroelektrická elektráreň Simón Bolívar, známa tiež ako priehrada Guri, sa nachádza vo Venezuele na priebehu rieky Caroní. Priehrada sa začala vybudovať v roku 1957, prvá etapa skončená v roku 1978 a bola dokončená v roku 1986.

Priehrada Guri má oblasť zaplavenú 4.250 km² a inštalovaná kapacita 10.200 MW. Jeho rastlina zahŕňa 21 turbín Francis (10 z 730 MW, 4 z 180 MW, 3 z 400 MW, 3 z 225 MW a jeden z 340 mW)

Ročná výroba je 46 GWh a je považovaná za tretiu najväčšiu vodnú elektráreň na svete z hľadiska štruktúry a inštalovaného výkonu. Hydroelektrický závod poskytuje 80% elektriny spotrebovanej Venezuela a časť sa predáva do Brazílie.

Počas výstavby tohto vodného zariadenia boli zaplavené veľké rozšírenia venezuelských guayanských ekosystémov, čo je región s vysokou biodiverzitou.

V dôsledku hlbokej hospodárskej krízy Venezuely sa výrobná kapacita tohto centra výrazne znížila.

Odkazy

1.- Hadzich M (2013). Hydraulická energia, kapitola 7. Technický školiaci kurz skupiny PUCP. Ekologické domy a technológie hotelov. Pontifická katolícka univerzita v Peru.
2.- Raabe J (1985). Vodná energia. Návrh, použitie a funkcia hydromechanických, hydraulických a elektrických zariadení. Nemecko: n. p.
3.- Sandoval Erazo, Washington. (2018). Kapitola 6: Základné koncepty vodných elektrární.https: // www.Výskumy.Net/publikácia/326560960_capitulo_6_conceptos_bosicos_de_centrales_hidroelektrica
4.- Stickler CM, Coe MT, MH Cena. Závislosť výroby energie vodnej energie na foretoch v povodí Amazonu v miestnych a regionálnych mierkach. Zborník Národnej akadémie vied, 110 (23), 9601-9606.
5.- Soria e (s/f). Hydraulika. Obnoviteľné energie pre všetkých. Iberdrola. 19 P.