HIDRAULIČKA SNAGA: KARAKTERISTIKE, NAČIN RADA, PREDNOSTI, KORISTI - OKOLIŠ - 2026

Hidrauličkim je sposobnost od vode za proizvodnju posao u u obliku pokreta, svjetla i topline na temelju njihovih potencijala i kinetičke energije. Također se smatra čistom, visoko učinkovitom obnovljivom energijom.

Ta se energija određuje protokom, neravnomjernošću između točaka na tlu kroz koje se voda kreće i silom gravitacije. Čovjek ga je od davnina koristio za obavljanje različitih poslova.

Brana Itaipú (Brazil i Paragvaj). Izvor: Angelo Leithold

Jedno od prvih korištenja hidrauličke energije bilo je napajanje vodenica koje su iskoristile snagu struje. Na taj se način pomoću zupčanika mlinovi mogu pomicati za usitnjavanje pšenice.

Trenutno je njegova najrelevantnija primjena proizvodnja električne energije kroz hidrauličke elektrane ili hidroelektrane. Te se biljke u osnovi sastoje od brane i sustava turbina i alternatora.

Voda se akumulira u brani između dvije razine kanala (geodetske neravnine), stvarajući gravitacijsku potencijalnu energiju. Nakon toga struja vode (kinetička energija) aktivira turbine koje energiju prenose na alternatore za proizvodnju električne energije.

Među prednostima hidrauličke energije je ta što je obnovljiva i ne zagađuje, za razliku od drugih izvora energije. S druge strane, vrlo je učinkovit s prinosom od 90 - 95%.

Utjecaj hidroelektrana na okoliš povezan je s promjenom temperature i fizičkim promjenama vodotoka. Isto tako, nastaju otpadna ulja i masti koji se filtriraju iz strojeva.

Glavni mu je nedostatak fizička promjena koju uzrokuje zbog poplave velikih površina zemlje, a prirodni tok i tok rijeka je promijenjen.

Najveća hidroelektrana na svijetu su Tri klisure, smještene u Kini, na rijeci Yangtze. Druga dva po važnosti su ona Itaipú na granici između Brazila i Paragvaja i hidroelektrana Simón Bolívar ili Guri u Venezueli.

karakteristike

Izvor hidrauličke energije je voda i smatra se obnovljivom energijom sve dok se vodni ciklus ne promijeni. Isto tako, može proizvesti posao bez stvaranja čvrstog otpada ili zagađivati ​​plinove, pa se stoga smatra čistom energijom.

izvođenje

Energetska učinkovitost odnosi se na odnos između količine energije dobivene u nekom procesu i energije koja je potrebna da bi se u nju uložilo. U slučaju hidrauličke energije postiže se učinak između 90 do 95%, ovisno o brzini vode i turbinskom sustavu koji se koristi.

Kako djeluje hidroelektrana?

Shema hidroelektrane. Izvor: Korisnik: Tomia

Transformacija solarne energije u kinetičku energiju

Temelj hidrauličke energije nalazi se u solarnoj energiji, topografiji kopna i zemaljskoj gravitaciji. U vodenom ciklusu solarna energija uzrokuje isparavanje i tada se voda kondenzira i taloži na zemlji.

Kao rezultat neravnog tla i sile gravitacije, na površini Zemlje nastaju struje površinskih voda. Na taj se način solarna energija pretvara u kinetičku energiju uslijed kretanja vode kombiniranim djelovanjem neravnina i gravitacije.

Kasnije se kinetička energija vode može transformirati u mehaničku energiju koja je sposobna za rad. Na primjer, mogu se premjestiti noževi koji prenose pokret na sustav zupčanika koji može upravljati različitim uređajima.

Jačina hidrauličke energije je izražena zbog neravnina između dviju datih točaka korita i njegovog toka. Što su zemlje veće neravnine, to je veća potencijalna i kinetička energija vode, kao i njezina sposobnost stvaranja rada.

U tom smislu, potencijalna energija je ona koja se akumulira u vodenom tijelu i povezana je s njegovom visinom u odnosu na tlo. S druge strane, kinetička energija je ona koju voda oslobađa u padu kao funkcija topografije i gravitacije.

Proizvodnja električne energije iz hidroelektrana (Hidroelektrana)

Kinetička energija nastala padom vode može se koristiti za proizvodnju električne energije. To se postiže izgradnjom brana u kojima se akumulira voda i zadržava se na različitim razinama visine.

Dakle, potencijalna energija vode izravno je proporcionalna razlici između jedne točke i druge točke, a kada voda padne transformira se u kinetičku energiju. Nakon toga voda prolazi kroz sustav okretnih lopatica i stvara rotacijsku kinetičku energiju.

Rotacijski pokret omogućuje pokretne sustave zupčanika koji mogu aktivirati mehaničke sustave poput mlinova, kotača ili alternatora. U konkretnom slučaju proizvodnje hidroelektrane, sustav zahtjeva turbinu i alternator za proizvodnju električne energije.

turbine

Turbina se sastoji od vodoravne ili okomite osi sa sustavom lopatica koje okreću osovinu silom vode.

Postoje tri osnovne vrste hidrauličnih turbina:

Peltonova turbina

Peltonova turbina. Izvor: Robertk9410

To je impulzna turbina visokog pritiska s vodoravnom osi koja djeluje, a da nije u potpunosti potopljena. Impeler ima niz konkavnih lopatica (lopatica ili zubi) koje pokreću mlazovi vode.

Što više mlaza vode udari u turbinu, to će više energije stvarati. Ova vrsta turbine koristi se za slapove visoke od 25 do 200 metara i dostiže učinkovitost do 90%.

Francis turbina

Francis turbina. Izvor: Izvorni učitavač bio je Stahlkocher s njemačke Wikipedije.

To je reakcijska turbina srednjeg pritiska s okomitom osi i djeluje potpuno potopljena u vodi. Impeler se sastoji od lopatica koje pokreće voda vodena kroz razdjelnik.

Može se koristiti u vodopadima visine od 20 do 200 metara i dostiže učinkovitost od 90%. Ovo je vrsta turbine koja se najčešće koristi u velikim hidroelektranama u svijetu.

Kaplanova turbina

Kaplanova turbina. Izvor: TheRunnerUp

To je varijanta Francisove turbine i poput nje ima okomitu os, ali rotor je sastavljen od niza upravljanih noža. Reakcija je pod visokim tlakom i djeluje potpuno potopljena u vodi.

Kaplanova turbina koristi se na vodopadima visokim od 5 do 20 metara, a njegova učinkovitost može doseći i do 95%.

Alternator

Alternator je uređaj koji ima mogućnost pretvaranja mehaničke energije u električnu energiju putem elektromagnetske indukcije. Tako se magnetski stubovi (induktor) rotiraju unutar zavojnice s naizmjeničnim polovima vodljivog materijala (na primjer, bakreni namotaj u mekom željezu).

Njegov rad temelji se na činjenici da vodič koji je podvrgnut određenom vremenu promjenjivom magnetskom polju generira električni napon.

Prednost

Hidraulička snaga široko se koristi jer ima mnogo pozitivnih aspekata. Među njima možemo istaknuti:

To je ekonomično

Iako je u slučaju hidroelektrana početna investicija velika, dugoročno gledano, to je jeftina energija. To je zbog njegove stabilnosti i niskih troškova održavanja.

K tome, treba dodati i ekonomsku nadoknadu koju pružaju akumulacije s mogućnostima za akvakulturu, vodene sportove i turizam.

Obnavlja se

Kako se temelji na vodenom ciklusu, on je obnovljivi i kontinuirani izvor energije. To znači da se ne troši na vrijeme za razliku od energije iz fosilnih goriva.

Međutim, njegov kontinuitet ovisi o tome da se vodeni ciklus ne mijenja u određenoj regiji ili globalno.

Visoke performanse

Hidraulička energija smatra se vrlo učinkovitom i visokom izvedbom koja je između 90 do 95%.

Ne zagađuje

Ova vrsta energije koristi prirodni izvor kao što je voda i također ne stvara otpad niti zagađuje plinove. Stoga je njegov utjecaj na okoliš malen i smatra se oblikom čiste energije.

Prisutnost rezervoara

U slučajevima u kojima su akumulacije izgrađene za upotrebu hidroelektrane, to ima niz dodatnih prednosti:

- Omogućuju regulaciju protoka rijeke i sprječavanje poplave.

- Predstavljaju rezervoar vode za prehranu ljudi, navodnjavanje i industrijsku upotrebu.

- Mogu se koristiti kao rekreacijski prostori i za bavljenje vodenim sportovima.

Nedostaci

Ovisnost o kiši

Ograničenje proizvodnje hidroelektrane ovisi o režimu oborina. Stoga se u posebno sušnim godinama opskrba vodom može drastično smanjiti i razina rezervoara smanjiti.

Kad se protok vode smanji, proizvodnja električne energije je manja. Na takav način da se mogu pojaviti u područjima koja su visoko ovisna o hidroelektrani.

Izmjena prirodnog toka rijeke

Izgradnja brane u rijeci mijenja njezin prirodni tok, režim poplave, sušenje (smanjenje protoka) i proces povlačenja sedimenata. Stoga se događaju promjene u biologiji biljaka i životinja koje su vodene ili se nalaze u blizini vodnog tijela.

S druge strane, zadržavanje sedimenata u brani mijenja stvaranje delta na ušću rijeka i mijenja uvjete tla.

Opasnost od pucanja brane

Zbog velike količine vode pohranjene u nekim hidroelektranskim branama, probijanje potpornog zida ili padina u blizini može uzrokovati ozbiljne nesreće. Na primjer, tijekom 1963. godine dogodio se nagib brane Vajont (koja se sada koristi) u Italiji, koja je prouzročila 2.000 smrti.

Prijave

Ferris kotači i pumpe za vodu

Rotacija kotača pokretana kinetičkom energijom vode omogućava povlačenje vode iz plitkog bunara ili kanala u povišen kanal ili rezervoar. Isto tako, mehanička energija dobijena kotačem može pokrenuti hidrauličku pumpu.

Najjednostavniji model sastoji se od kotača s lopaticama s posudama koje sakupljaju vodu istodobno kad ih pokreće struja. Zatim u svojoj rotaciji spuštaju vodu u rezervoar ili kanal.

Mills

Više od 2000 godina Grci i Rimljani koristili su hidrauličku energiju za pomicanje mlinova za mljevenje žitarica. Zakretanje kotača pokretano strujom vode aktivira zupčanike koji okreću mlinski kamen.

Forges

Još jedna drevna primjena radnih svojstava koja se temelji na hidrauličkoj energiji je njezina upotreba za aktiviranje kovačke kulise u kovačkom i metalurškom radu.

Hidraulički lom

U rudarstvu i nafti kinetička energija vode koristi se za erodiranje stijena, lomljenje i olakšavanje vađenja različitih minerala. Za to se koriste gigantski vodeni topovi pod pritiskom koji udaraju o supstrat dok ga ne erodiraju.

Ovo je razorna tehnika za tlo i visoko zagađuje vodene putove.

fracking

Vrlo kontroverzna tehnika koja dobiva na značaju u naftnoj industriji je fracking. Sastoji se od povećanja poroznosti korita koje sadrži naftu i plin kako bi se olakšalo njegovo uklanjanje.

To se postiže ubrizgavanjem velike količine vode i pijeska pod visokim pritiskom zajedno s nizom kemijskih dodataka. Ova tehnika je dovedena u pitanje zbog velike potrošnje vode, zagađuje tla i vode i uzrokuje geološke promjene.

Hidroelektrane

Najčešća moderna uporaba je pokretanje postrojenja za proizvodnju električne energije, takozvane hidroelektrane ili hidroelektrane.

Primjeri hidroelektrana

Tri klisure

Brana s tri klisure (Kina). Izvor: Le Grand PortageDerivativno djelo: Rehman

Hidroelektrana Three Gorges nalazi se u kineskoj provinciji Hubei na toku rijeke Yangtze. Izgradnja ove brane započela je 1994. godine, a završena je 2010. godine, dosegnuvši poplavljenu površinu od 1.045 km² i instalirani kapacitet od 22.500 MW (megavata).

Postrojenje uključuje 34 Francisove turbine (32 od 700 MW i dvije od 50 MW) s godišnjom proizvodnjom električne energije od 80,8 GWh. Po strukturi i instaliranoj snazi ​​najveća je hidroelektrana na svijetu.

Brana s tri klisure uspjela je kontrolirati povremene poplave rijeke koje su donijele ozbiljnu štetu stanovništvu. Također jamči opskrbu električne energije u regiji.

Međutim, njegova izgradnja imala je negativne posljedice, poput raseljavanja oko 2 milijuna ljudi. Osim toga, pridonio je istrebljenju kritično ugroženog kineskog riječnog dupina (Lipotes vexillifer).

Itaipu

Brana Itaipu Izvor: Herr stahlhoefer

Hidroelektrana Itaipú smještena je na granici između Brazila i Paragvaja na toku rijeke Parane. Izgradnja je započela 1970. godine, a završila je u tri faze u 1984., 1991. i 2003. godini.

Poplavljeno područje brane je 1.350 km² i instalirane snage je 14.000 MW. Postrojenje uključuje 20 Francisovih turbina snage 700 MW i ima godišnju proizvodnju električne energije od 94,7 GWh.

Itaipu se smatra najvećom hidroelektranom na svijetu što se tiče proizvodnje energije. Doprinosi 16% električne energije koja se troši u Brazilu i 76% u Paragvaju.

S obzirom na negativne utjecaje, ova brana je utjecala na ekologiju otoka i deltu rijeke Parane.

Simon Bolivar (Guri)

Hidroelektrana Simón Bolívar (Gurí, Venezuela). Izvor: Warairarepano & Guaicaipuro

Hidroelektrana Simón Bolívar, poznata i kao brana Guri, nalazi se u Venezueli na toku rijeke Caroní. Gradnja brane započela je 1957., prva faza je završena 1978., a završena je 1986. godine.

Brana Guri ima poplavljeno područje od 4.250 km² i instalirani kapacitet od 10.200 MW. Njegovo postrojenje uključuje 21 Francisove turbine (10 od 730 MW, 4 od 180 MW, 3 od 400 MW, 3 od 225 MW i jedna od 340 MW)

Godišnja proizvodnja je 46 GWh i smatra se trećom najvećom hidroelektranom na svijetu s obzirom na strukturu i instaliranu snagu. Hidroelektrana osigurava 80% električne energije koju Venezuela troši, a dio se prodaje Brazilu.

Tijekom izgradnje ove hidroelektrane poplavljene su velike površine ekosustava u Venezuelanskoj Gvajani, regiji s visokom biološkom raznolikošću.

Danas je zbog duboke ekonomske krize u Venezueli proizvodni kapacitet ove biljke znatno smanjen.

Reference

1.- Hadzich M (2013). Hidraulička energija, Poglavlje 7. Tečaj obuke PUCP Grupe. Tehnologije za ekološke kuće i hotele. Papinsko katoličko sveučilište u Peruu.

2.- Raabe J (1985). Hidroelektrana. Dizajn, upotreba i funkcioniranje hidromehaničke, hidrauličke i električne opreme. Njemačka: N. str.

3.- Sandoval Erazo, Washington. (2018.). Poglavlje 6: Osnovni koncepti hidroelektrane Plants.https: //www.researchgate.net/publication/326560960_Capitulo_6_Conceptos_Basicos_de_Centrales_Hidroelectricas

4.- plakat CM, Coe MT, Costa MH, Nepstad DC, McGrath DG, Dias HO i Rodrigues BS-Soares-BS LCP, Rodrigues-Soares-BS LCP (2013). Ovisnost proizvodnje hidroenergetske energije o šumama u Amazonskom bazenu na lokalnoj i regionalnoj razini. Zbornik radova Nacionalne akademije znanosti, 110 (23), 9601–9606.

5.- Soria E (s / ž). Hidraulika. Obnovljivi izvori energije za sve. Iberdrola. 19 str.