Hidroenergija (vandens energija): apibrėžimas, istorija ir panaudojimas

Sužinokite apie hidroenergiją — vandens energijos apibrėžimą, istoriją ir šiuolaikinius panaudojimus elektros gamyboje, pramonėje bei tvarioje energetikoje.

Hidroenergija - tai judančio vandens energijos panaudojimas tam tikram naudingam tikslui. Vandens judėjimo (srauto arba kritimo) energija gali būti tiesiogiai paverčiama mechanine galia arba per generatorius – elektros energija.

1830-aisiais, kai buvo pats kanalo statybos įkarštis, hidroenergija buvo naudojama baržų eismui į stačias kalvas ir žemyn, naudojant nuožulniosios plokštumos geležinkelius. Tiesioginiam mechaniniam energijos perdavimui hidroenergiją naudojančios pramonės šakos turėjo būti netoli krioklio. Pavyzdžiui, XIX a. paskutinėje pusėje prie Sent Antonijaus krioklio buvo pastatyta daug malūnų, kad būtų galima išnaudoti 50 pėdų (15 m) Misisipės upės kritimą. Malūnai buvo svarbūs Mineapolio augimui. Šiandien hidroenergija dažniausiai naudojama elektros energijos gamybai. Tai leidžia naudoti pigią energiją dideliais atstumais nuo vandens telkinio.

Trumpas istorinis kontekstas

Hidroenergija yra viena iš seniausių žmogaus naudotų energijos formų: nuo paprastų vandens malūnų iki sudėtingų hidroelektrinių. Per pramoninę revoliuciją ji buvo svarbi gamybos mašinų varomajai jėgai. XX a. antroje pusėje, kai atsirado efektyvūs elektros generatoriai ir dideli užtvankų statiniai, hidroenergija tapo pagrindiniu atsinaujinančios energijos šaltiniu daugelyje šalių.

Hidroenergijos tipai

• Užtvankų (impoundment) hidroelektrinės: didelė užtvanka sukuria rezervuarą; vanduo paleidžiamas per turbinas, kai reikia gaminti elektros energiją.
• Upių (run-of-river) hidroelektrinės: naudoja tekančio upės srautą be didelio rezervuaro; tinka vietovėms su pastoviu srautu.
• Pumpt storage (siurblių-turbinų) sistemos: naktimis pigesnę elektros energiją naudoja vandeniui siurbti į aukštesnį rezervuarą, o pikiniu metu vanduo leidžiamas per turbinas; tai efektyvus energijos saugojimo būdas.
• Smulkios ir mikro hidroinstaliacijos: nedideli įrenginiai vietinėms bendruomenėms ar kaimo ūkio reikmėms.
• Pajūrinė (tide) ir bangų energija: panaudoja jūros bangavimą arba potvynius ir atoslūgius; techniškai skiriasi nuo tradicinės upių hidroenergijos, bet priklauso nuo vandens judėjimo.

Kaip veikia hidroelektrinė

Paprasta hidroelektrinės schema susideda iš kelių pagrindinių dalių:

• Užtvanka ir rezervuaras: kaupia vandenį ir reguliuoja jo prieinamumą.
• Intakos vamzdžiai (penstock): nukreipia vandenį prie turbinos.
• Turbina: vandenį paverčia mechanine sukimo galia.
• Generatorius: sujungtas su turbina, gamina elektros energiją.
• Transformatoriai ir perdavimo tinklas: paverčia ir siunčia elektros energiją vartotojams.

Privalumai

• Atsinaujinanti ir mažo CO2 pėdsako: hidroelektrinės gamina mažai tiesioginių šiltnamio dujų emisijų, palyginti su iškastiniu kuru.
• Patikimumas ir ilgaamžiškumas: tinkamai prižiūrimos hidroelektrinės gali veikti dešimtmečius.
• Reguliavimas ir greitas atsakas: galimybė greitai keisti gamybos lygį, todėl tinkamos tinklo stabilizavimui ir piko valdymui.
• Energijos saugojimas: siurblių-turbinų sistemos suteikia galimybę laikyti elektros energiją.

Trūkumai ir poveikis aplinkai

Nors hidroenergija turi daug privalumų, ji taip pat gali sukelti reikšmingų aplinkos ir socialinių pasekmių:

• Ecosistemų pokyčiai: užtvenktos upės pakeičia vandens tėkmę, temperatūrą, deguonies lygį – tai gali pakenkti žuvims ir kitiems organizmams.
• Migruojančių žuvų kliūtis: užtvankos trukdo migracijai; sprendimai – žuvų liftai, laiptai arba nukreipimo sistemos.
• Potvynių ir papročių pakeitimai: rezervuarai gali užtvindyti dideles teritorijas, reikalauti žmonių persikėlimo ir pakeisti kraštovaizdį.
• Metano emisijos iš rezervuarų: organinė medžiaga skiedžiasi ir gali skleisti metaną, ypač tropinėse zonose.
• Didelės pradžios investicijos: užtvankų statyba reikalauja daug kapitalo ir laiko.

Mitigavimo priemonės

• Ekologinių srautų palaikymas – išleidžiant vandenį taip, kad būtų išsaugotas upės mikroklimatas ir biologinė įvairovė.
• Žuvų perėjų įrengimas arba modernūs turbinos sprendimai, saugūs žuvims.
• Rizikos vertinimas ir geresnis planavimas – tarpdisciplininiai vertinimai prieš statant užtvanką.
• Rekultivacija ir kompensuojamos priemonės – buveinių atkūrimas, naujų buveinių kūrimas.

Šiuolaikinis panaudojimas ir tendencijos

Dabar hidroenergija sudaro reikšmingą dalį atsinaujinančios energijos pasaulyje. Vystomos mažos ir vidutinės paskirties hidroinstaliacijos, kurios kelia mažesnę ekologinę grėsmę ir tinka decentralizuotam tiekimui. Didelės užtvankos vis dar statomos kai kuriose valstybėse, ypač ten, kur reikalinga daug energijos ir vandens reguliavimas (laistymui, potvynių kontrolei).

Pavyzdžiai ir mastas

Žinomiausios pasaulinės hidroelektrinės yra didžiulės jėgainės, tokios kaip Kinijos Trijų tarpeklių užtvanka (Three Gorges), JAV Hooverio užtvanka ir Brazilijos/Paragvajaus Itaipu. Šios stotelės rodo, kiek energijos galima gauti panaudojant didelius vandens telkinius, tačiau jos taip pat iliustruoja socialinius ir ekologinius iššūkius.

Mažos hidroinstaliacijos ir bendruomeninis panaudojimas

Mažos hidroelektrinės (angl. small hydro) ir mikrohidro įrenginiai yra populiarūs kaimo vietovėse ir atokiose bendruomenėse. Jie leidžia vietinei gamybai ir mažina priklausomybę nuo centralizuotų tinklų. Tokio tipo sprendimai dažnai sujungti su kitais atsinaujinančiais šaltiniais ir baterijomis, kad būtų užtikrintas patikimas energijos tiekimas.

Išvados

Hidroenergija – patikimas ir efektyvus atsinaujinančios energijos šaltinis su dideliu potencialu prisidėti prie klimato kaitos švelninimo. Tačiau planuojant naujus projektus būtina atsižvelgti į ekologinius ir socialinius aspektus bei taikyti tinkamas mitigavimo priemones. Kombinuojant skirtingus hidroenergijos tipus ir modernias technologijas, galima sumažinti neigiamą poveikį ir padidinti naudą vietinėms bendruomenėms bei energetinei sistemai.

Vandens energijos rūšys

Yra daugybė vandens energijos rūšių:

• Vandens ratai, šimtus metų naudoti malūnams ir mašinoms varyti
• Hidroenergija - terminas, paprastai skirtas hidroelektrinių užtvankoms.
• potvynių ir atoslūgių energija, kai energija gaunama iš potvynių ir atoslūgių horizontalia kryptimi.
• potvynių ir atoslūgių energija, kuri veikia taip pat, tik vertikaliai
• Bangų energija, kai naudojama bangų energija

Hidroelektrinės energija

Pagrindinis straipsnis: Hidroelektrinė

Hidroelektrinė - tai būdas gaminti elektros energiją nedeginant kuro. Hidroelektrinės energija tiekia apie 715 000 MWe arba 19 % pasaulio elektros energijos (2003 m. - 16 %). Didelės užtvankos vis dar projektuojamos. Išskyrus kelias šalis, kuriose jos daug, hidroenergija paprastai naudojama didžiausios apkrovos poreikiams tenkinti, nes ją lengva sustabdyti ir paleisti. Nepaisant to, hidroenergija tikriausiai nėra pagrindinė energijos gamybos galimybė ateityje išsivysčiusiose šalyse, nes dauguma svarbiausių vietų šiose šalyse jau yra eksploatuojamos arba yra neprieinamos dėl kitų priežasčių, pavyzdžiui, aplinkosauginių sumetimų.

Priešingai nei deginant iškastinį kurą, hidroenergija iš esmės neišskiria anglies dioksido ar kitų kenksmingų teršalų ir dėl CO ₂

Hidroelektrinės energija gali būti daug pigesnė nei elektra, pagaminta naudojant iškastinį kurą ar branduolinę energiją. Teritorijos, kuriose gausu hidroelektrinių, pritraukia pramonę. Ekonomiškų hidroenergijos šaltinių plėtrą gali stabdyti susirūpinimas dėl vandens telkinių poveikio aplinkai.

Potvynių ir atoslūgių energija

Potvynių ir atoslūgių panaudojimas įlankose ar estuarijose buvo pasiektas Prancūzijoje (nuo 1966 m.), Kanadoje ir Rusijoje, ir galėtų būti panaudotas kitose vietovėse, kuriose yra didelis potvynių ir atoslūgių diapazonas. Sulaikytas vanduo suka turbinas, kai jis išleidžiamas per potvynių užtvanką bet kuria kryptimi. Kitas galimas trūkumas yra tas, kad sistema efektyviausiai gamintų elektros energiją kas šešias valandas (kartą per potvynį). Tai riboja potvynių ir atoslūgių energijos panaudojimo galimybes.

Potvynių ir atoslūgių energija

Palyginti nauja technologija - potvynių ir atoslūgių srovių generatoriai energiją iš srovių semia panašiai kaip vėjo generatoriai. Didesnis vandens tankis reiškia, kad vienas generatorius gali teikti didelę galią. Ši technologija dar tik pradedama vystyti, todėl reikės atlikti daugiau tyrimų, kad būtų galima gaminti didesnį energijos kiekį.

Tačiau keli prototipai buvo išbandyti Jungtinėje Karalystėje, Prancūzijoje ir JAV. Jau 2003 m. Jungtinėje Karalystėje buvo išbandyta 300 kW galios turbina.

Kanados bendrovė "Blue Energy" planuoja įvairiose pasaulio vietose įrengti labai didelius potvynių ir atoslūgių srovės įrenginių masyvus, sumontuotus vadinamojoje "potvynių ir atoslūgių tvoroje", pagrįstoje vertikalios ašies turbinos konstrukcija.

Bangų galia

Vandenyno paviršiaus bangų judėjimas gali pagaminti daug daugiau energijos nei potvyniai ir atoslūgiai. Išbandyta, kad energiją iš bangų galima gaminti, ypač Jungtinėje Karalystėje, Škotijoje. Tačiau vis dar yra daug techninių problemų.

Australijoje, Port Kemblos uoste, statomas kranto bangų energijos generatoriaus prototipas, kuris, kaip tikimasi, per metus pagamins iki 500 MWh energijos. Bangų energiją fiksuoja oru varomas generatorius ir paverčia ją elektra. Šalyse, turinčiose dideles pakrantes ir atšiaurias jūros sąlygas, bangų energija suteikia galimybę gaminti elektros energiją dideliais kiekiais. Energijos perteklius audringos jūros metu galėtų būti naudojamas vandeniliui gaminti.

Hidraulinė turbina ir elektros generatorius.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra hidroenergija?

K.: Kokia buvo hidroenergijos paskirtis XVIII a. trečiajame dešimtmetyje?

K: Kokiose pramonės šakose hidroenergija buvo naudojama tiesioginiam mechaniniam galios perdavimui?

K: Kur XIX a. paskutinėje pusėje buvo pastatyta daug malūnų?

K: Kodėl prie Sent Antonijaus krioklio pastatyti malūnai buvo svarbūs Mineapolio augimui?

Klausimas: Kokia hidroenergija šiandien naudojama dažniausiai?

K: Ką leidžia hidroenergijos naudojimas elektros energijos gamybai?

Paieška pagal raidę