The hydraulická energie je schopnost vody produkovat práci ve formě pohybu, světla a tepla na základě jejího potenciálu a kinetické energie. Je také považována za čistou a vysoce výkonnou obnovitelnou energii.
Tato energie je určena tokem, nerovnostmi mezi body na zemi, kterými se voda pohybuje, a gravitační silou. Od starověku ho lidé používají k provádění různých prací.
Jedním z prvních použití hydraulické energie bylo napájení vodních mlýnů, které využívaly sílu proudu. Tímto způsobem bylo možné pomocí ozubených kol přesunout mlýnské kameny k mlácení pšenice..
V současné době je jeho nejdůležitější aplikací výroba elektrické energie prostřednictvím vodních elektráren nebo vodních elektráren. Tyto elektrárny v zásadě sestávají z přehrady a soustavy turbín a alternátorů..
Voda se hromadí v přehradě mezi dvěma úrovněmi kanálu (geodetická nerovnost) a vytváří gravitační potenciální energii. Následně proud vody (kinetická energie) aktivuje turbíny, které přenášejí energii do alternátorů za účelem výroby elektrické energie.
Mezi výhody hydraulické energie patří to, že je obnovitelná a neznečišťuje, na rozdíl od jiných zdrojů energie. Na druhou stranu je vysoce efektivní s výkonem v rozmezí 90 - 95%..
Dopad vodních elektráren na životní prostředí je spojen s kolísáním teploty a fyzickými změnami vodního toku. Podobně se vyrábějí odpadní oleje a tuky, které se filtrují ze strojního zařízení.
Jeho hlavní nevýhodou je fyzická změna, kterou způsobuje v důsledku zaplavení velkých ploch půdy a je změněn přirozený tok a tok řek..
Největší vodní elektrárnou na světě jsou Tři soutěsky nacházející se v Číně na řece Jang-c'-ťiang. Dalšími dvěma významnými jsou Itaipú na hranici mezi Brazílií a Paraguayem a vodní elektrárna Simón Bolívar nebo Guri ve Venezuele..
Rejstřík článků
Zdrojem hydraulické energie je voda a považuje se za obnovitelnou energii, pokud nedojde ke změně vodního cyklu. Stejně tak může produkovat práci bez generování pevného odpadu nebo znečišťujících plynů, a proto je považována za čistou energii.
Energetická účinnost se týká vztahu mezi množstvím energie, které se získává v procesu, a energií, která byla nezbytná k investování do něj. V případě hydraulické energie se dosahuje výkonu mezi 90 a 95% v závislosti na rychlosti vody a použitém systému turbíny..
Základem hydraulické energie je sluneční energie, topografie země a zemská gravitace. Ve vodním cyklu sluneční energie způsobuje odpařování a poté voda kondenzuje a sráží se na Zemi..
V důsledku nerovného terénu a gravitační síly dochází na zemském povrchu k proudům povrchové vody. Tímto způsobem se sluneční energie transformuje na kinetickou energii v důsledku pohybu vody kombinovaným působením nerovností a gravitace..
Později může být kinetická energie vody přeměněna na mechanickou energii, která je schopná vykonávat práci. Lze například pohybovat lopatkami, které přenášejí pohyb na převodový systém, který dokáže ovládat různá zařízení..
Velikost hydraulické energie je dána nerovnostmi mezi dvěma danými body kanálu a jeho tokem. Čím větší jsou nerovnosti půdy, tím větší je potenciál a kinetická energie vody, jakož i její schopnost generovat práci..
V tomto smyslu je potenciální energie ta, která se hromadí ve vodním útvaru a souvisí s její výškou vzhledem k zemi. Na druhou stranu kinetická energie je ta, která se uvolňuje vodou v jejím padajícím pohybu jako funkce topografie a gravitace..
Kinetickou energii generovanou padající vodou lze využít k výrobě elektrické energie. Toho je dosaženo budováním přehrad, kde se hromadí voda a zadržuje se na různých úrovních výšky..
Potenciální energie vody je tedy přímo úměrná rozdílu v úrovni mezi jedním bodem a druhým a když voda padá, je transformována na kinetickou energii. Následně voda prochází soustavou rotujících lopatek a vytváří rotační kinetickou energii.
Rotační pohyb umožňuje pohyblivé převodové systémy, které mohou aktivovat mechanické systémy, jako jsou mlýny, kola nebo alternátory. V konkrétním případě výroby vodní energie vyžaduje systém k výrobě elektřiny turbínový systém a alternátor..
Turbína se skládá z vodorovné nebo svislé osy se systémem lopatek, které silou vody způsobují otáčení osy.
Existují tři základní typy hydraulických turbín:
Jedná se o vysokotlakou impulzní turbínu s vodorovnou osou, která pracuje, aniž by byla zcela ponořena. Oběžné kolo má řadu konkávních lopatek (lopatek nebo zubů), které jsou poháněny vodními paprsky.
Čím více proudů vody se srazí s turbínou, tím více energie bude generovat. Tento typ turbíny se používá pro vodopády vysoké od 25 do 200 metrů a dosahuje účinnosti až 90%.
Je to středotlaká reakční turbína se svislou osou a pracuje zcela ponořená ve vodě. Oběžné kolo je tvořeno lopatkami, které jsou poháněny vodou vedenou rozdělovačem.
Může být použit ve vodopádech vysokých od 20 do 200 metrů a dosahuje účinnosti 90%. Toto je typ turbíny, která se nejčastěji používá ve velkých vodních elektrárnách na světě..
Je to varianta Francisovy turbíny a stejně jako tato má svislou osu, ale oběžné kolo je tvořeno řadou nastavitelných lopatek. Je to vysokotlaká reakce a funguje úplně ponořené ve vodě.
Kaplanova turbína se používá ve vodopádech vysokých od 5 do 20 metrů a její účinnost může dosáhnout až 95%.
Alternátor je zařízení, které má schopnost transformovat mechanickou energii na energii elektrickou prostřednictvím elektromagnetické indukce. Magnetické póly (induktor) se tedy otáčejí uvnitř cívky se střídavými póly vodivého materiálu (například měď navinutá do měkkého železa).
Jeho činnost je založena na skutečnosti, že vodič vystavený po určitou dobu proměnlivému magnetickému poli generuje elektrické napětí.
Hydraulická energie je široce používána, protože má mnoho pozitivních aspektů. Mezi nimi můžeme zdůraznit:
I když v případě vodních elektráren je počáteční investice vysoká, z dlouhodobého hlediska se obecně jedná o levnou energii. Důvodem je jeho stabilita a nízké náklady na údržbu..
Kromě toho by měla být přidána ekonomická kompenzace poskytovaná nádržemi s možnostmi akvakultury, vodních sportů a cestovního ruchu..
Je založen na koloběhu vody a je obnovitelným a nepřetržitým zdrojem energie. To znamená, že není časově vyčerpán na rozdíl od energie z fosilních paliv..
Jeho kontinuita však závisí na tom, aby se vodní cyklus nezměnil v dané oblasti nebo globálně..
Hydraulická energie je považována za velmi efektivní a s vysokým výkonem, který se pohybuje mezi 90 až 95%.
Tento typ energie využívá přírodní zdroj, jako je voda, a také neprodukuje odpad ani znečišťující plyny. Proto je jeho dopad na životní prostředí nízký a je považován za formu čisté energie..
V případech, kdy jsou nádrže postaveny pro využití vodní energie, představují tyto řadu dalších výhod:
- Umožňují regulovat tok řeky a předcházet povodním.
- Představují rezervoár vody pro lidskou spotřebu, zavlažování a průmyslové použití..
- Mohou být použity jako rekreační oblasti a pro provozování vodních sportů.
Omezením výroby vodní energie je její závislost na režimu srážek. Proto může v obzvláště suchých letech drasticky poklesnout zásoba vody a snížit hladinu nádrže..
Když je průtok vody omezen, produkce elektrické energie je nižší. Takovým způsobem, že v regionech, které jsou vysoce závislé na dodávkách vodní energie, mohou nastat problémy..
Stavba přehrady v řece mění její přirozený tok, její povodňový režim, slábnoucí (pokles průtoku) a proces tažení sedimentů. Proto dochází ke změnám v biologii rostlin a živočichů, kteří jsou vodní nebo se nacházejí v blízkosti vodního útvaru..
Na druhé straně zadržování sedimentů v přehradě mění tvorbu delt v ústí řek a mění půdní podmínky..
Vzhledem k velkému objemu vody uložené v některých vodních přehradách může narušení opěrné zdi nebo blízkých svahů způsobit vážné nehody. Například v roce 1963 došlo v Itálii ke svahu přehrady Vajont (nyní nepoužívané) a způsobilo 2 000 úmrtí..
Otáčení kola poháněného kinetickou energií vody umožňuje, aby byla voda čerpána z mělké studny nebo kanálu do vyvýšeného kanálu nebo nádrže. Podobně může mechanická energie generovaná kolem ovládat hydraulické čerpadlo..
Nejjednodušší model se skládá z kola s lopatkami s miskami, které zachycují vodu současně s proudem. Potom při své rotaci kapají vodu do nádrže nebo kanálu..
Po více než 2000 let používali Řekové a Římané hydraulickou energii k přemisťování mlýnů k mletí obilovin. Otáčení kola poháněného proudem vody aktivuje ozubená kola, která otáčejí mlýnským kamenem.
Další starodávnou aplikací hydraulické zpracovatelnosti je její použití k aktivaci kovářských měchů v kovářských a metalurgických pracích..
Při těžbě a ropě se kinetická energie vody používá k erozi horniny, jejímu štěpení a usnadnění těžby různých minerálů. K tomu se používají gigantická tlaková vodní děla, která zasáhnou podklad, dokud nedojde k jeho erozi..
Jedná se o destruktivní techniku pro půdu a vysoce znečišťující vodní toky..
Velmi kontroverzní technikou, která v ropném průmyslu naberá na obrátkách, je posranej. Spočívá ve zvýšení pórovitosti skalního podloží obsahujícího ropu a plyn, aby se usnadnilo jeho odstranění..
Toho je dosaženo vstřikováním velkého množství vody a písku za vysokého tlaku spolu s řadou chemických přísad. Tato technika byla zpochybněna kvůli její vysoké spotřebě vody, znečištění půdy a vod a způsobení geologických změn..
Nejběžnějším moderním využitím je provozování elektráren, tzv. Vodních elektráren nebo hydraulických zařízení.
Vodní elektrárna Three Gorges se nachází v čínské provincii Chu-pej na toku řeky Jang-c '. Stavba této přehrady byla zahájena v roce 1994 a byla dokončena v roce 2010 a dosáhla zatopené oblasti 1045 km² a instalovaného výkonu 22 500 MW (megawattů).
Závod zahrnuje 34 Francisových turbín (32 o výkonu 700 MW a dvě o výkonu 50 MW) s roční produkcí elektrické energie 80,8 GWh. Jedná se o největší vodní elektrárnu na světě z hlediska struktury a instalovaného výkonu.
Přehrada Tři soutěsky dokázala kontrolovat pravidelné záplavy řeky, které způsobily vážné škody obyvatelstvu. Rovněž zaručuje dodávku elektřiny do regionu.
Jeho výstavba však měla některé negativní důsledky, jako je vysídlení přibližně 2 milionů lidí. Kromě toho přispělo k vyhynutí kriticky ohroženého čínského říčního delfína (Lipotes vexillifer)..
Vodní elektrárna Itaipú se nachází na hranici mezi Brazílií a Paraguayem na toku řeky Paraná. Jeho stavba začala v roce 1970 a skončila ve třech etapách v letech 1984, 1991 a 2003..
Zaplavená oblast přehrady je 1350 km² a má instalovaný výkon 14 000 MW. Závod zahrnuje 20 Francisových turbín o výkonu 700 MW a roční produkci elektrické energie 94,7 GWh.
Itaipu je z hlediska výroby energie považována za největší vodní elektrárnu na světě. Přispívá 16% elektrické energie spotřebované v Brazílii a 76% v Paraguay..
Pokud jde o její negativní dopady, tato přehrada ovlivnila ekologii ostrovů a delty řeky Paraná..
Vodní elektrárna Simón Bolívar, známá také jako přehrada Guri, se nachází ve Venezuele na toku řeky Caroní. Stavba přehrady začala v roce 1957, první etapa byla dokončena v roce 1978 a byla dokončena v roce 1986.
Přehrada Guri má zatopenou oblast 4 250 km² a instalovaný výkon 10 200 MW. Jeho závod zahrnuje 21 Francisových turbín (10 o 730 MW, 4 o 180 MW, 3 o 400 MW, 3 o 225 MW a jednu o 340 MW)
Roční produkce je 46 GWh a je považována za třetí největší vodní elektrárnu na světě, pokud jde o strukturu a instalovaný výkon. Vodní elektrárna poskytuje 80% elektrické energie, kterou Venezuela spotřebuje, a část se prodává do Brazílie.
Během výstavby této vodní elektrárny byly zaplaveny velké oblasti ekosystémů ve Venezuele v Guyaně, což je region s vysokou biologickou rozmanitostí..
Dnes, kvůli hluboké ekonomické krizi ve Venezuele, byla výrobní kapacita tohoto závodu výrazně snížena..
1. - Hadzich M (2013). Hydraulická energie, kapitola 7. Technické školení skupiny PUCP. Technologie pro ekologické domy a hotely. Papežská katolická univerzita v Peru.
2. - Raabe J (1985). Vodní síla. Konstrukce, použití a funkce hydromechanických, hydraulických a elektrických zařízení. Německo: N. p.
3. - Sandoval Erazo, Washington. (2018). Kapitola 6: Základní koncepce vodních elektráren. Https://www.researchgate.net/publication/326560960_Capitulo_6_Conceptos_Basicos_de_Centrales_Hidroelectricas
4. - Stickler CM, Coe MT, Costa MH, Nepstad DC, McGrath DG, Dias LCP, Rodrigues HO a Soares-Filho BS (2013). Závislost výroby energie z vodní energie na lesích v povodí Amazonky v místním a regionálním měřítku. Sborník Národní akademie věd, 110 (23), 9601-9606.
5. - Soria E (s / f). Hydraulika. Obnovitelné energie pro všechny. IBERDROLA. 19 s.
Zatím žádné komentáře