Vaikka vesivoima katoaa nopeasti, uusiutuvat energialähteet, kuten aurinko ja tuuli, ovat nopeasti kuromassa kiinni, ja ne muodostavat edelleen suurimman osan maailman sähköstä.
Vesivoima oli niin yleistä 20-luvulla, että se sai lempinimen "valkoinen hiili" vahvuudestaan ja runsaudesta.
Alkuperäinen ja yksinkertaisin tapa tuottaa energiaa oli vesivoima.
Yksinkertaisesti sanottuna vesivoima on energian tuottamista putoavasta tai liikkuvasta vedestä. Jokiin rakennetaan patoja sähkön tuottamiseksi.
Turbiinit käännetään sitten jatkuvalla veden virtauksella.
Suosituin uusiutuva energia 21-luvun alun lähde oli vesivoima, jonka osuus oli vuonna 2019 yli 18 % maailman kokonaisvoimantuotantokapasiteetista.
"Kuinka vesivoima toimii" -osiossa tarkastellaan vesivoiman toimintaperiaatetta.
Sisällysluettelo
Mitä on vesivoima?
Vesivoima on ympäristöystävällistä ja uusiutuva energialähde, joka tuottaa sähköä käyttämällä patoa tai kiertorakennetta muuttamaan joen tai muun vesistön luonnollista virtausta.
Vesivoima, jota kutsutaan myös vesivoimaksi, tuottaa sähkö generaattoreista, joita ohjataan turbiinit muuntaain the Mahdollinen energia putoamisesta tai nopeasta virtauksesta vesi tulee mekaaninen energia.
Vesivoiman edut
Yhdysvaltain geologisen palvelun (USGS) mukaan mikään energiantuotanto ei tarjoa täydellistä ratkaisua, mutta vesivoimalla voi silti olla useita etuja.
Lähde: Mitkä ovat vesivoiman edut ja haitat? (Aurinkoenergiasivusto)
1. Uusiutuvan energian lähde
Vesivoimaa pidetään uusiutuvana luonnonvarana, koska se käyttää planeetan vettä sähkön tuottamiseen.
Kun aurinko paistaa, maapallon pinnalla oleva vesi haihtuu, muodostaa pilviä ja palaa lopulta planeetalle sateena ja lumena.
Koska emme voi käyttää sitä loppuun, emme ole huolissamme sen hintojen noususta niukkuuden seurauksena.
Vesivoimalat on siksi tehty kestämään. Muissa tilanteissa koneet, joiden oli tarkoitus kestää 25 vuotta, ovat edelleen käytössä ajon jälkeen käyttää kaksi kertaa pidempään.
2. Puhdas energialähde
Yksi monista "vihreistä" ja "puhtaista" vaihtoehtoisista energialähteistä on vesisähkö. Vesivoiman tuotanto ei saastuta ympäristöä.
Vesivoimalaitokset eivät vapauta haitallisia tai kasvihuonekaasuja ilmakehään tuottaessaan energiaa.
Voimalaitosten rakentaminen on aika, jolloin saastuminen on pahin.
Koska vesivoima ei vapauta ilman epäpuhtauksia, se auttaa parantamaan hengittämämme ilman laatua.
Lisäksi laitokset eivät tuota vaarallisia sivutuotteita.
Nykyään vesivoiman käyttö estää yli 4.5 miljoonaa öljytynnyriä vastaavien kasvihuonepäästöjen vapautumisen, mikä nopeuttaisi ilmaston lämpenemistä.
3. Edullinen energialähde
Kalleista alkurakennuskustannuksista huolimatta vesivoima on kustannustehokas energianlähde.
Jokivesi on rajaton luonnonvara, johon markkinoiden vaihtelut eivät vaikuta.
Fossiilisiin polttoaineisiin perustuvien energialähteiden, kuten hiilen, öljyn ja maakaasun, hintaan vaikuttaa suuresti markkinoiden epävakaus, mikä voi aiheuttaa sen jyrkän nousun tai laskun.
Vesivoimalaitokset, joiden keskimääräinen käyttöikä on 50–100 vuotta, ovat pitkäaikaisia investointeja, joista voi olla hyötyä monille tuleville sukupolville.
Ne tarjoavat myös paljon pienemmät käyttö- ja ylläpitokustannukset, ja niitä voidaan yksinkertaisesti muokata vastaamaan nykyajan teknisiä vaatimuksia.
4. Auttaa etäyhteisöjä kehitystyössä
Nämä uusiutuvan energian laitokset eivät ainoastaan tuota työpaikkoja vaan myös puhdasta energiaa paikallisten ja yritysten käyttöön.
Syrjäisiä sähkön tarpeessa olevia alueita palvelevat vesivoimalaitokset, jotka vetää myös teollisuutta, kauppaa, liikennettä ja muuta elintärkeää yhdyskuntakehitystä.
Kaikki nämä aloitteet auttavat parantamaan paikallista taloutta, terveydenhuollon ja koulutuksen saatavuutta sekä asukkaiden yleistä elämänlaatua.
YVA väittää, että tämä luotettava ja mukautuva virtalähde lisää yhteisön vetovoimaa muihin kehittäjiin.
5. Virkistysmahdollisuudet
Kalastus, veneily ja uinti ovat kaikki mahdollisia virkistystoimintoja padon takana syntyvässä järvessä.
Järvestä tulevaa vettä voidaan mahdollisesti käyttää kasteluun. Suuret padot ovat myös suosittuja matkakohteita.
Vesivoimalaitokset voivat varastoida valtavia määriä vettä käytettäväksi tarpeen mukaan ja kasteluun, kun sademäärä on niukkaa.
On edullista pystyä varastoimaan vettä, koska se vähentää alttiuttamme kuivuudelle ja tulville ja suojaa vedenkorkeutta ehtymiseltä.
6. Boster Peak Demand
USGS kiittää vesivoimaa sen nopeasta ja luotettavasta kapasiteetista toimia nollatarpeesta huipputehoon.
Nopeammin kuin mikään muu energialähde, tuottajat voivat muuttaa tämäntyyppisen uusiutuvan energian sähköksi ja lisätä sen sähköverkkoihin.
Vesivoima on tämän ominaisuuden ansiosta paras vaihtoehto mukautua kuluttajien muuttuviin tarpeisiin.
7. Tarjoaa monipuolisen energiaratkaisun
Esimerkiksi vesivoiman tuotanto lisää muiden uusiutuvien energialähteiden, kuten veden ja aurinkoenergian, kannattavuutta.
Vesivoimalaitokset ovat ihanteellinen lisä aurinko- ja tuulienergialle, koska ne voivat vaihdella ilmaston mukaan.
Tämän seurauksena vesivoimalla on suuri potentiaali tulevaisuudessa vain uusiutuvia energialähteitä.
Vesivoiman haitat
Vesivoimalaitoksilla on monia etuja, mutta kuten kaikkia energialähteitä, niitä on kehitettävä ja käytettävä viisaasti riskien ja haittojen minimoimiseksi.
Vaikka jotkut näistä haitoista saattavat koskea käytännössä kaikkia energialaitoksia, veden ohjaukseen liittyvät ongelmat ovat ainutlaatuisia vesivoimalle.
Lähde: Vesivoiman 5 haittaa (PMCAOnline)
1. Ympäristövahingot
Luonnolliset veden virtaushäiriöt voivat vaikuttaa merkittävästi ympäristöön ja jokien ekosysteemiin.
Kun ruoasta on pulaa tai pesimäkausi alkaa, tietyt kalalajit ja muut villieläimet muuttavat tyypillisesti.
Patojen rakentaminen voi tukkia niiden reittejä ja pysäyttää veden virtauksen, minkä seurauksena jokien varrella olevat elinympäristöt alkavat hävitä.
Vesipadon, jokien virtauksen, katujen rakentamisen ja voimalinjojen asentamisen vuoksi vesivoiman luonnolliset vaikutukset liittyvät luonnonkatkoksia.
Vaikka tätä prosessia on vaikea tutkia ja arvioida vain yhden komponentin perusteella, vesivoimaloilla voi olla vaikutusta kaloihin ja niiden vaeltamiseen.
Lisää asiakkaiden investointeja on liitetty kalalajien huonoon kohteluun, mikä osoittaa, että monet ihmiset suhtautuvat asiaan voimakkaasti.
2. Padon rakentamisen ympäristövaikutukset
Vaikka vesivoima on uusiutuva luonnonvara, padon rakentamisessa tarvittavan teräksen ja betonin tuotanto voi aiheuttaa kasvihuonepäästöjä.
Maailmalla ei ole monia paikkoja, jotka soveltuvat kasvien rakentamiseen.
Lisäksi jotkut näistä paikoista ovat kaukana suurista kaupungeista, joissa energiaa voidaan käyttää maksimaalisesti.
3. Korkeat alkupääomakustannukset
Minkä tahansa voimalaitoksen rakentaminen on vaikeaa ja kallista, mutta vesivoimalat tarvitsevat padon pysäyttämään veden virtauksen.
Tämän seurauksena ne ovat kalliimpia kuin vastaavan kokoiset fossiilisten polttoaineiden laitokset.
Logististen vaikeuksien, kuten maantieteellisen sijainnin, perustusten ja niiden rakentamiseen tarvittavien materiaalien vuoksi, vesivoimalaitosten rakentaminen on erittäin kallista.
Ainoa etu on, että se ei tarvitse niin paljon huoltoa valmistumisen jälkeen.
Rakentamiseen panostetun rahan takaisin saamiseksi vesivoimalan on vielä oltava toiminnassa huomattavan pitkän ajan.
4. Konfliktin mahdollisuus
Valjastaakseen vettä maat, joilla on runsaasti vesivoimaa, rakentavat usein patoja jokien yli.
Vaikka tämä teko onkin kiitettävä, se voi estää luonnollisen veden virtauksen suunnasta toiseen.
Jotta ihmiset, jotka haluavat rakentaa patoja eri alueille, ohjataan vesi, jota ei tarvita yhdessä paikassa.
Mutta jos siellä on vesipula, se voi johtaa sotaan, joten veden virtaus padoille on pysäytettävä.
5. Saattaa aiheuttaa kuivuutta
Vaikka vesivoima on luotettavin uusiutuva energialähde, se on riippuvainen veden saatavuudesta tietyllä alueella.
Siten a kuivuus voi olla suuri vaikutus vesivoimalaitoksen toimintaan.
Energian ja sähkön kokonaiskustannus lasketaan veden saatavuuden perusteella.
Kuivuusjaksoilla voi olla suuri vaikutus ihmisten kykyyn saada vettä, koska ne estävät heitä saamasta tarvitsemaansa voimaa.
Ja kun maapallomme kuumenee edelleen ilmastonmuutoksen vuoksi, tämä saattaa tapahtua tavallisemmin.
6. Tulvien vaara alemmilla korkeuksilla
Alajuoksussa asuvat yhteisöt ovat tulvavaarassa, kun patoja pystytetään korkeammalle, mikä lisää todennäköisyys, että voimakkaat vesivirrat vapautuvat padosta aiheuttaen tulvia.
Patojen rakentamisen vahvuudesta huolimatta vaaroja on edelleen olemassa. The Banqiaon padon rikkoutuminen on historian suurin patoonnettomuus.
Pato murtui taifuunin aiheuttaman runsaan sateen vuoksi. Tämän seurauksena 171,000 XNUMX ihmistä menehtyi.
7. Hiilidioksidi- ja metaanipäästöt
Vesivoimavarastosta vapautuu suuria määriä hiilidioksidia ja metaania.
Veden alla oleva kasvillisuus alkaa rapistua ja rappeutua näissä kosteissa paikoissa lähellä patoa.
Lisäksi kasvit päästävät paljon hiili ja metaani kun he kuolevat.
8. Geologiset vauriot
Laajamittaisten patojen rakentaminen voi aiheuttaa vakavia geologisia vahinkoja.
Hooverin padon rakennus Yhdysvalloissa, joka syttyi maanjäristykset ja painaa maan pintaa lähellä, on erinomainen esimerkki geologisista haitoista.
9. Paikalliseen hydrologiaan tukeutuminen
Koska vesivoima riippuu yksinomaan veden virtauksesta, ympäristön muutokset voivat vaikuttaa siihen, kuinka menestyksekkäästi nämä padot tuottavat sähköä.
Esimerkiksi vesivoiman pato voi olla odotettua vähemmän tuottava, jos ilmastonmuutos alentaa veden virtausta tietyissä paikoissa.
Esimerkiksi 66 prosenttia Kenian energiatarpeesta katetaan vesivoimalla.
Kenia on pitkään kärsinyt kuivuuden aiheuttamista energiarajoitteista, väittää Kansainväliset joet, ryhmä, joka on omistautunut maailman jokien suojelulle.
Toisaalta joillakin alueilla on nyt suurempi tulvavaara ilmastonmuutoksen seurauksena.
Näissä tilanteissa padot voivat tarjota sekä tulvien hallintaa että uusiutuvan energian tuotantoa.
Miten vesivoima toimii?
Miten vesivoima toimii
Lähde: Kuinka vesivoimalaitos toimii? Lyhyt historia ja perusmekaniikka (WIKA-blogi – WIKA USA)
Tuottamiseen käytetään patoa tai muuta rakennelmaa, joka muuttaa joen tai muun vesistön luonnollista virtausta vesivoima, joka tunnetaan usein vesivoimana.
Vesivoima käyttää energian tuottamiseen jatkuvaa, loputonta veden kiertokulkua, joka käyttää vettä polttoaineena eikä jätä jätetuotteita.
Vaikka niitä on monia erilaisia erilaisia vesivoimalaitoksia, niitä ajaa aina alavirtaan liikkuvan veden kineettinen energia.
Vesivoima käyttää turbiineja ja generaattoreita muuttaakseen tämän kineettisen energian sähköksi, jota voidaan myöhemmin käyttää rakennusten, yritysten ja muiden laitosten sähkönlähteenä.
Vesivoimalaitokset sijaitsevat tyypillisesti vesilähteen päällä tai lähellä, koska ne käyttävät vettä energian tuottamiseen.
Virtavasta vedestä saatava energiamäärä riippuu sekä sen tilavuudesta että kahden pisteen välisestä korkeudenmuutoksesta eli "päästä".
Tuotettavan tehon määrä kasvaa virtauksen ja nousun myötä.
Laitostasolla vesi kiertää putken, jota kutsutaan myös penstockiksi, kautta, joka pyörittää turbiinin siipiä, mikä pyörittää generaattoria, joka tuottaa energiaa.
Näin toimii suurin osa tavanomaisista vesivoimalaitoksista – mukaan lukien pumppuvarastointi ja juoksujärjestelmät.
Vesivoimalan kaavio
Kaavio vesivoimalaitoksesta
Vesivoimalan komponentit
Vesivoimalan pääkomponentit ovat seuraavat.
- Forebay ja imurakenne
- Head Race tai imukanavat
- Penstock
- Ylijännitekammio
- Hydrauliset turbiinit
- Voimatalo
- Draft tube ja Tailrace
1. Forebay ja Intake -rakenteet
Etulahti on nimensä mukaisesti suurempi vesistö ottoaukon edessä. Kun kynä imee vettä suoraan säiliöstä, säiliö toimii keulana.
Turbiinien edessä olevaa kanavan segmenttiä laajennetaan muodostamaan keula, kun kanava kuljettaa vettä turbiineille.
Veden syöttämiseksi turbiineille keula varastoi vettä tilapäisesti. Vettä ei saa antaa virrata, kun se tulee kanavaan tai säiliöön.
Veden sisäänvirtauksen hallitsemiseksi imuportteihin asennetaan nostimet. Roskakorit sijoitetaan porttien eteen, jotta jätteet, puita yms. ei pääsisi pensaikkoon.
Lisäksi saatavilla on haravat roskakorien ajoittain tyhjentämiseen.
2. Head Race tai imuputket
Ne kuljettavat vettä säiliöstä turbiineihin. Työmaan olosuhteista riippuen voidaan valita avoin kanava tai painejohto (Penstock).
Paineputki voi olla padon rungossa oleva imukanava, pitkä teräs- tai betoniputki tai joskus tunneli, joka kulkee muutaman kilometrin pituisena säiliön ja voimalaitoksen välillä.
Paineputken gradientti määräytyy paikan olosuhteiden mukaan, eikä se seuraa maan ääriviivoja. Vesi liikkuu voimajohdossa nopeammin kuin avoimessa kanavassa.
Nopeus voi vaihdella välillä 2.5-3 m/s noin 60 metrin pään korkeuteen asti.
Nopeus voi olla jopa suurempi korkeammilla päillä. Joskus on käytännöllistä tai kustannustehokasta käyttää avointa kanavaa ensisijaisena kanavana kokonaan tai osittain.
Head race kanavaa käytetään tyypillisesti matalan pään järjestelmissä, joissa päähäviöt ovat merkittäviä. Se voi ohjata vettä kynästöihin tai turbiineihin.
Avoimella kanavalla on se etu, että sitä voidaan käyttää navigointiin tai kasteluun.
3. Penstock
Penstocks toimivat suurina, viistoina putkina, jotka kuljettavat vettä säiliöistä tai imurakenteista turbiineihin.
Ne toimivat tietyn paineen alaisena, joten kynäporttien äkillinen sulkeminen tai avaaminen voi aiheuttaa vesivasaran kynäpyssyissä.
Sen lisäksi, että kynä on kuin tavallinen putki, ne on tehty kestämään vesivasaran iskuja.
Tämän paineen lieventämiseksi on saatavana ylipainesäiliöitä pitkille kynsille ja vahvoja seiniä lyhyille kynsille.
Penstocks valmistetaan teräksestä tai teräsbetonista. Jokaista turbiinia varten käytetään erillistä kynää, jos pituus on pieni.
Vastaavasti, jos pituus on suuri, käytetään yhtä suurta kynää, joka jaetaan oksiin lopussa.
4. Ylijännitekammio
Puristuskammio, joka joskus tunnetaan myös painesäiliönä, on sylinteri, jossa on yläaukko kynän paineen säätämiseksi.
Se sijaitsee niin lähellä voimalaitosta kuin on käytännöllistä, ja se on kytketty kynän runkoon.
Ylivirtaussäiliön vedenpinta nousee ja säätelee kynän painetta aina, kun voimatalo torjuu kynästa tulevan vesikuorman.
Samoin aaltosäiliö nopeuttaa veden virtausta voimataloon suuren tarpeen tullen, jolloin vedenpinta laskee.
Ylivirtaussäiliön vedenpinta tasaantuu, kun voimalaitoksen tyhjennys on tasainen.
Ylijännitesäiliöitä on useita erilaisia, ja ne valitaan laitoksen tarpeiden, kynän pituuden jne. mukaan.
5. Hydrauliturbiinit
Hydrauliturbiini on laite, joka muuntaa hydraulisen energian mekaaniseksi energiaksi, joka muunnetaan sitten sähköenergiaksi yhdistämällä turbiinin akseli generaattoriin.
Tässä tapauksessa mekanismi on se, että generaattori tuottaa sähköä aina, kun kynän vesi joutuu kosketuksiin pyöreiden terien tai jakoputkien kanssa korkean paineen alaisena.
Yleensä kaksi hydrauliturbiinityyppiä ovat reaktioturbiinit ja impulssiturbiinit.
Nopeusturbiini on toinen nimi impulssiturbiinille. Esimerkki impulssiturbiinista on Peltonin pyöräturbiini.
Paineturbiini on toinen nimi reaktioturbiinille. Tähän ryhmään kuuluvat Kaplan-turbiinit ja Francis-turbiinit.
6. Power House
Laitos, joka tunnetaan nimellä "voimatalo", perustetaan suojaamaan sähkö- ja hydraulikoneita.
Tyypillisesti voimatalolle rakennettu perustus tai alusrakenne tukee koko laitteistoa.
Reaktioturbiinien perustaa luotaessa jotkin laitteet, kuten vetoputket ja rullakotelo, kiinnitetään sisälle. Seurauksena on, että perusta rakennetaan suuressa mittakaavassa.
Päällirakenteen osalta pystysuuntaiset turbiinit on sijoitettu generaattoreiden alle pohjakerroksessa.
Lisäksi tarjotaan vaakasuuntaisia turbiineja. Ensimmäisessä kerroksessa tai puolikerroksessa on valvomo.
7. Draft Tube and Tail Race
Tail race tarkoittaa käytävää, johon turbiini purkautuu impulssipyörän tapauksessa ja vetoputken kautta reaktioturbiinin tapauksessa.
Imuputki, joka tunnetaan myös vetoputkena, on yksinkertaisesti ilmatiivis putki, joka on asennettu jokaisen reaktioturbiinin ulostulopuolelle.
Se alkaa turbiinin juoksuputken poistopäästä ja laskeutuu pohjaveden tasolle, joka on 0.5 metriä pinnan alapuolella.
Suoriin vetoputkiin sovelletaan tyypillisesti 4–6 asteen soihdutusta veden virtauksen asteittaiseksi hidastamiseksi.
Yhteenveto
Vesivoimalaitoksen toimintaperiaatteen tullessa tunnetuksi on hyvä tietää, että jokin niinkin hienostunut kuin tämä on uusiutuvaa ja voi kestää 50-100 vuotta. Kuinka mahtavaa.
UKK
Mihin vesivoimaa käytetään?
Vesivoimalla tuotetaan sähköä muuntamalla kineettistä energiaa sähköksi, jota voidaan myöhemmin käyttää rakennusten, yritysten ja muiden laitosten voimanlähteenä, vesivoima käyttää näihin prosesseihin turbiineja ja generaattoreita.
Onko vesivoima uusiutuvaa?
Vesivoima on uusiutuvan energian muoto, kyllä. Miksi? veden takia. Voit tarkkailla, kuinka vesi haihtuu pilviksi ja palaa sateena maan pinnalle. Vesikierto uusiutuu jatkuvasti ja sitä voidaan käyttää toistuvasti sähkön tuottamiseen.
Suositukset
Pohjimmiltaan intohimoinen ympäristönsuojelija. Johtava sisällöntuottaja EnvironmentGossa.
Pyrin kouluttamaan yleisöä ympäristöstä ja sen ongelmista.
Kyse on aina ollut luonnosta, meidän tulee suojella, ei tuhota.