ХИДРАВЛИЧНА МОЩНОСТ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, НАЧИН НА РАБОТА, ПРЕДИМСТВА, ПРИЛОЖЕНИЯ - ОКОЛЕН СВЯТ - 2025

Най- хидравлична мощност е способността на водата да произведе работа в по формата на движение, светлина и топлина на базата на техния потенциал и кинетична енергия. Счита се също за чиста, високоефективна възобновяема енергия.

Тази енергия се определя от потока, неравностите между точките на земята, през които се движи водата и силата на гравитацията. Той се използва от хората от древни времена за извършване на различни задачи.

Язовир Итайпу (Бразилия и Парагвай). Източник: Анджело Лайтхолд

Едно от първите употреби на хидравличната енергия беше за захранване на водни мелници, които се възползваха от силата на тока. По този начин с помощта на зъбни колела мелниците могат да бъдат преместени, за да се намали житото.

В момента най-подходящото му приложение е производството на електрическа енергия чрез хидравлични централи или водноелектрически централи. Тези централи основно се състоят от язовир и система от турбини и алтернатори.

Водата се натрупва в язовира между две нива на канала (геодезична неравномерност), генерирайки гравитационна потенциална енергия. Впоследствие токът на водата (кинетична енергия) активира турбини, които предават енергията на алтернаторите, за да произвеждат електрическа енергия.

Сред предимствата на хидравличната енергия е, че е възобновяема и не замърсяваща, за разлика от други енергийни източници. От друга страна, той е високоефективен с добив от 90 - 95%.

Въздействието върху околната среда на водноелектрическите централи е свързано с изменението на температурата и физическото изменение на водния поток. По същия начин се получават отработени масла и мазнини, които се филтрират от машините.

Основният му недостатък е физическото изменение, което причинява поради наводняването на големи площи земя и се променя естественият поток и течение на реките.

Най-голямата водноелектрическа централа в света е Трите ждрела, разположени в Китай, на река Яндзъ. Другите две по значение са тези на Итайпу на границата между Бразилия и Парагвай и водноелектрическата централа Симон Боливар или Гури във Венецуела.

характеристики

Източникът на хидравлична енергия е водата и се счита за възобновяема енергия, стига водният цикъл да не бъде променен. По същия начин той може да произвежда работа, без да генерира твърди отпадъци или да замърсява газове и поради това се счита за чиста енергия.

производителност

Енергийната ефективност се отнася до връзката между количеството енергия, получена в процеса и енергията, която е необходима за инвестиране в него. В случай на хидравлична енергия се постига между 90 и 95% ефективност в зависимост от скоростта на водата и използваната турбинна система.

Как работи хидроенергията?

Схема на водноелектрическа централа. Източник: Потребител: Томия

Преобразуване на слънчевата енергия в кинетична

Основата на хидравличната енергия е в слънчевата енергия, топографията на земята и земната гравитация. Във водния цикъл слънчевата енергия причинява изпарение и след това водата кондензира и се утаява на земята.

В резултат на неравномерността на земята и силата на гравитацията се появяват повърхностни водни течения върху земната повърхност. По този начин слънчевата енергия се трансформира в кинетична енергия поради движението на водата чрез комбинираното действие на неравности и гравитация.

По-късно кинетичната енергия на водата може да се трансформира в механична енергия, която е способна да върши работа. Например, лопатките могат да бъдат преместени, които предават движението към зъбна система, която може да управлява различни устройства.

Големината на хидравличната енергия се определя от неравностите между две дадени точки на речното корито и неговия поток. Колкото по-голяма е неравността на сушата, толкова по-голям е потенциалът и кинетичната енергия на водата, както и способността й да генерира работа.

В този смисъл потенциалната енергия е тази, която се натрупва във водно тяло и е свързана с нейната височина спрямо земята. От друга страна, кинетичната енергия е тази, която водата освобождава при падащото си движение като функция на топографията и гравитацията.

Производство на електроенергия от водноелектрическа енергия (водноелектрически)

Кинетичната енергия, генерирана от падаща вода, може да се използва за производство на електрическа енергия. Това се постига чрез изграждане на язовири, където се натрупва вода и се задържа на различни нива на височина.

По този начин потенциалната енергия на водата е пряко пропорционална на разликата в нивото между една точка и друга и когато водата падне, тя се трансформира в кинетична енергия. Впоследствие водата преминава през система от въртящи се лопатки и генерира ротационна кинетична енергия.

Ротационното движение позволява движещи се зъбни системи, които могат да активират механични системи като фрези, колела или алтернатори. В конкретния случай на производство на хидроелектрическа енергия, системата се нуждае от турбинна система и алтернатор за генериране на електричество.

турбини

Турбината се състои от хоризонтална или вертикална ос със система от остриета, които въртят оста по силата на водата.

Има три основни типа хидравлични турбини:

Пелтонова турбина

Пелтонова турбина. Източник: Robertk9410

Това е импулсна турбина с високо налягане с хоризонтална ос, която работи без да е изцяло потопена. Работното колело има серия от вдлъбнати остриета (остриета или зъби), които се задвижват от струи вода.

Колкото повече струи вода удря турбината, толкова по-голяма мощност ще генерира. Този тип турбина се използва за водопади с височина от 25 до 200 метра и достига ефективност до 90%.

Франциска турбина

Франциска турбина. Източник: Оригиналният качител беше Stahlkocher от немската Уикипедия.

Това е реакционна турбина със средно налягане с вертикална ос и работи изцяло потопена във вода. Работното колело се състои от остриета, които се задвижват от водата, водена през разпределител.

Може да се използва при водопади с височина от 20 до 200 метра и достига ефективност от 90%. Това е типът турбина, който най-често се използва в големи водноелектрически централи в света.

Капланова турбина

Капланова турбина. Източник: TheRunnerUp

Той е вариант на Франсис турбината и подобно на нея има вертикална ос, но работното колело е съставено от серия управляеми остриета. Той е с високо налягане и работи изцяло потопен във вода.

Турбината Kaplan се използва при водопади с височина от 5 до 20 метра и нейната ефективност може да достигне до 95%.

алтернатор

Алтернаторът е устройство, което има способността да трансформира механичната енергия в електрическа енергия чрез електромагнитна индукция. По този начин магнитните стълбове (индуктор) се въртят вътре в намотка с редуващи се полюси от проводим материал (например медна навити в меко желязо).

Работата му се основава на факта, че проводник, подложен за определено време на променливо магнитно поле, генерира електрическо напрежение.

предимство

Хидравличната мощност се използва широко, защото има много положителни аспекти. Сред тях можем да откроим:

Икономично е

Въпреки че в случая на водноелектрическите централи първоначалната инвестиция е висока, като цяло в дългосрочен план това е евтина енергия. Това се дължи на неговата стабилност и ниски разходи за поддръжка.

Освен това трябва да се добави икономическата компенсация, осигурена от водохранилища с възможности за аквакултури, водни спортове и туризъм.

Той е възобновяем

Тъй като се основава на водния цикъл, той е възобновяем и непрекъснат източник на енергия. Това означава, че тя не изтича във времето за разлика от енергията от изкопаеми горива.

Неговата непрекъснатост обаче зависи от това, че водният цикъл не се променя в даден регион или в световен мащаб.

Висока производителност

Хидравличната енергия се счита за много ефективна и с висока производителност, която е между 90 до 95%.

Не замърсява

Този тип енергия използва естествен източник като вода и също така не произвежда отпадъци или замърсяващи газове. Следователно влиянието му върху околната среда е слабо и се счита за форма на чиста енергия.

Наличие на резервоари

В случаите, когато резервоари са изградени за използване на хидроелектрическа енергия, те представляват редица допълнителни предимства:

- Те позволяват да се регулира течението на реката и да се избегнат наводнения.

- Те представляват резервоар с вода за консумация от хора, напояване и промишлена употреба.

- Те могат да се използват като зони за отдих и за практикуване на водни спортове.

Недостатъци

Зависимост от валежите

Ограничение на производството на водноелектрическа енергия е зависимостта от режима на валежите. Следователно, в особено сухи години водоснабдяването може драстично да намалее и нивото на резервоара да се понижи.

Когато водният поток се намали, генерирането на електрическа енергия е по-ниско. По такъв начин, че в региони, които са силно зависими от водноелектрическата енергия, могат да възникнат проблеми.

Промяна на естествения поток на реката

Изграждането на язовир в река променя естествения му ход, наводнения режим, намаляването на потока и намаляването на утайката. Поради това настъпват промени в биологията на растенията и животните, които са водни или се намират в близост до водното тяло.

От друга страна, задържането на утайки в язовира променя образуването на делти в устието на реките и променя почвените условия.

Опасност от счупване на язовира

Поради големия обем вода, съхранявана в някои водноелектрически язовири, счупване на подпорната стена или близките склонове може да причини сериозни аварии. Например през 1963 г. настъпи наклонът на язовир Вайонт (сега се използва) в Италия, причинявайки 2000 смъртни случая.

Приложения

Виенски колела и водни помпи

Въртенето на колело, задвижвано от кинетичната енергия на водата, позволява водата да се изтегля от плитък кладенец или канал в повишен канал или резервоар. По същия начин механичната енергия, генерирана от колелото, може да задвижва хидравлична помпа.

Най-простият модел се състои от колело с остриета с купички, които събират водата в същото време, когато те се задвижват от тока. След това при въртенето си те пускат водата в резервоар или канал.

Милс

Повече от 2000 години гърците и римляните използвали хидравлична енергия за придвижване на мелници за мелене на зърнени култури. Завъртането на колелото, задвижвано от потока вода, активира предавки, които обръщат мелницата.

Forges

Друго древно приложение на хидравличната работоспособност е използването му за активиране на ковачните котлети при ковашката и металургична работа.

Хидравлична фрактура

При добив и нефт кинетичната енергия на водата се използва за ерозия на скалата, разрушаването й и улесняване на добива на различни минерали. За това се използват гигантски водни оръдия под налягане, които удрят субстрата, докато го ерозира.

Това е разрушителна техника за почвата и силно замърсява водните пътища.

Fracking

Много противоречива техника, която набира скорост в петролната индустрия, е фракинг. Той се състои в увеличаване на порьозността на основата, съдържаща нефт и газ, за ​​да се улесни отстраняването му.

Това се постига чрез инжектиране на големи количества вода и пясък при високо налягане заедно с поредица от химически добавки. Техниката е поставена под въпрос за високата си консумация на вода, замърсява почвите и водите и причинява геоложки промени.

Водноелектрически централи

Най-често срещаната съвременна употреба е да се управляват електроцентрали, така наречените водноелектрически централи или водноелектрически централи.

Примери за водноелектрически централи

Трите пролома

Язовир Три клисури (Китай). Източник: Le Grand PortageДериватни произведения: Rehman

Водноелектрическата централа „Трите ждрела” е разположена в китайската провинция Хубей на течението на река Яндзъ. Строежът на този язовир започва през 1994 г. и е завършен през 2010 г., достигайки наводнена площ от 1,045 км² и инсталирана мощност от 22 500 MW (мегавата).

Централата включва 34 Francis турбини (32 от 700 MW и две от 50 MW) с годишно производство на електрическа енергия от 80,8 GWh. Това е най-голямата водноелектрическа централа в света по отношение на структурата и инсталираната мощност.

Язовирът „Трите клисури“ успя да контролира периодичното наводняване на реката, което дойде да причини сериозни щети на населението. Той също така гарантира електроснабдяването на региона.

Изграждането му обаче имаше някои негативни последици като разселването на около 2 милиона души. Освен това той допринесе за изчезването на критично застрашения китайски речен делфин (Lipotes vexillifer).

Itaipu

Язовир Itaipu Източник: Herr stahlhoefer

Водноелектрическата централа Итайпу се намира на границата между Бразилия и Парагвай на течението на река Парана. Изграждането му започва през 1970 г. и завършва на три етапа през 1984, 1991 и 2003 година.

Наводнената площ на язовира е 1350 км² и има инсталирана мощност от 14 000 MW. Централата включва 20 Francis турбини с мощност 700 MW всяка и има годишно производство на електрическа енергия от 94,7 GWh.

Itaipu се счита за най-голямата водноелектрическа централа в света по отношение на производството на енергия. Той допринася 16% от консумираната електрическа енергия в Бразилия и 76% в Парагвай.

По отношение на отрицателните си въздействия този язовир повлия на екологията на островите и делтата на река Парана.

Симон Боливар (Гури)

Хидроелектроцентрала Симон Боливар (Гури, Венецуела). Източник: Warairarepano & Guaicaipuro

Водноелектрическата централа Симон Боливар, известна още като язовир Гури, се намира във Венецуела на течението на река Карони. Строителството на язовира започва през 1957 г., първи етап е завършен през 1978 г., а завършен е през 1986 г.

Язовирът Гури има наводнена площ от 4 250 км² и инсталирана мощност от 10 200 MW. Заводът му включва 21 Francis турбини (10 от 730 MW, 4 от 180 MW, 3 от 400 MW, 3 от 225 MW и една от 340 MW)

Годишното производство е 46 GWh и се счита за третата по големина водноелектрическа централа в света по структура и инсталирана мощност. Водноелектрическата централа осигурява 80% от електрическата енергия, която Венецуела консумира, а част от нея се продава на Бразилия.

По време на изграждането на тази водноелектрическа централа бяха наводнени големи площи от екосистеми във Венецуелска Гвиана, регион с високо биоразнообразие.

Днес, поради дълбоката икономическа криза във Венецуела, производственият капацитет на този завод е значително намален.

Препратки

1.- Хаджич М (2013). Хидравлична енергия, глава 7. Технически курс за обучение на PUCP Group. Технологии за екологични къщи и хотели. Папски католически университет в Перу.

2.- Raabe J (1985). Водна мощност. Проектиране, използване и функция на хидромеханично, хидравлично и електрическо оборудване. Германия: Н. п.

3.- Сандовал Еразо, Вашингтон. (2018). Глава 6: Основни понятия на ВЕЦ Plants.https: //www.researchgate.net/publication/326560960_Capitulo_6_Conceptos_Basicos_de_Centrales_Hidroelectricas

4.- педант CM Коу MT, Коста МЗ, Nepstad DC, МакГрат ГД, Dias HO и Rodrigues BS-Soares-BS LCP, Rodrigues-Soares-BS ГГИ (2013). Зависимост на производството на хидроенергийна енергия от горите в басейна на Амазонка в местни и регионални мащаби. Трудове на Националната академия на науките, 110 (23), 9601–9606.

5.- Сория Е (s / f). Хидравлика. Възобновяеми енергии за всички. IBERDROLA. 19 стр.