HIDRAVLIČNA MOČ: LASTNOSTI, KAKO DELUJE, PREDNOSTI, UPORABE - OKOLJE - 2025

Hidravlični je sposobnost za vodo, da dobimo delo v o obliki gibanja, svetlobe in toplote na podlagi njihovega potenciala in kinetične energije. Prav tako velja za čisto, visoko zmogljivo obnovljivo energijo.

To energijo določata pretok, neenakomernost med točkami na tleh, skozi katere se voda premika, in sila gravitacije. Ljudje ga že od antičnih časov uporabljajo za opravljanje različnih opravil.

Jez Itaipú (Brazilija in Paragvaj). Vir: Angelo Leithold

Ena prvih uporab hidravlične energije je bila za pogon vodnih mlinov, ki so izkoristili moč toka. Na ta način bi s pomočjo zobnikov lahko premikali mlinske kamne, da bi strdili pšenico.

Trenutno je njegova najpomembnejša uporaba proizvodnja električne energije s pomočjo hidravličnih elektrarn ali hidroelektrarn. Te rastline v bistvu sestavljajo jez in sistem turbin in alternatorjev.

Voda se nabira v jezu med dvema nivojema kanala (geodetske neravnine), kar ustvarja gravitacijsko potencialno energijo. Nato vodni tok (kinetična energija) aktivira turbine, ki energijo posredujejo alternatorjem za proizvodnjo električne energije.

Med prednostmi hidravlične energije je, da je za razliko od drugih virov obnovljiva in ne onesnažuje. Po drugi strani je zelo učinkovit z donosom od 90 do 95%.

Vpliv hidroelektrarn na okolje je povezan z nihanjem temperature in fizičnimi spremembami vodnega toka. Prav tako nastajajo odpadna olja in maščobe, ki se filtrirajo iz strojev.

Njegova glavna pomanjkljivost je fizična sprememba zaradi poplav velikih površin in spreminjanja toka in naravnega toka rek.

Največja hidroelektrarna na svetu so Tri soteske, ki se nahajajo na Kitajskem, ob reki Yangtze. Druga dva pomena sta ta Itaipú na meji med Brazilijo in Paragvajem ter hidroelektrarna Simón Bolívar ali Guri v Venezueli.

značilnosti

Vir hidravlične energije je voda in velja za obnovljivo energijo, dokler se vodni cikel ne spremeni. Prav tako lahko proizvaja delo brez tvorjenja trdnih odpadkov ali onesnaževanja plinov in zato velja za čisto energijo.

izvedba

Energetska učinkovitost se nanaša na razmerje med količino energije, pridobljene v postopku, in energijo, ki je bila potrebna, da bi vanj vložili energijo. Pri hidravlični energiji se doseže zmogljivost med 90 do 95%, odvisno od hitrosti vode in uporabljenega turbinskega sistema.

Kako deluje hidroelektrarna?

Shema hidroelektrarne. Vir: Uporabnik: Tomia

Preoblikovanje sončne energije v kinetično energijo

Temelj hidravlične energije je v sončni energiji, topografiji zemlje in zemeljski gravitaciji. V vodnem krogu sončna energija povzroči izhlapevanje, nato pa se voda kondenzira in obori.

Zaradi neenakomernih tal in sile teže se na zemeljski površini pojavijo tokovi površinske vode. Na ta način se sončna energija zaradi gibanja vode s kombiniranim delovanjem neravnin in gravitacije pretvori v kinetično energijo.

Kasneje se lahko kinetična energija vode pretvori v mehansko energijo, ki je sposobna za delo. Na primer, lahko premikate lopatice, ki prenašajo gibanje na sistem zobnikov, ki lahko upravlja z različnimi napravami.

Velikost hidravlične energije je izražena z neenakomernostjo med dvema točkama struge in njenim tokom. Večja kot je neenakomernost zemljišča, večji je potencial in kinetična energija vode, pa tudi sposobnost ustvarjanja dela.

V tem smislu je potencialna energija tista, ki se nabira v vodnem telesu in je povezana z njeno višino glede na tla. Po drugi strani je kinetična energija tista, ki jo voda sprošča v padajočem gibanju kot funkcija topografije in gravitacije.

Proizvodnja električne energije iz hidroelektrarn (hidroelektrarne)

Kinetična energija, ki nastane pri padanju vode, se lahko uporablja za proizvodnjo električne energije. To dosežemo z gradnjo jezov, kjer se nabira voda in zadržuje na različnih ravneh višine.

Tako je potencialna energija vode neposredno sorazmerna razliki v ravni med eno točko in drugo in ko voda pade, se pretvori v kinetično energijo. Nato voda prehaja skozi sistem vrtečih se rezil in ustvarja rotacijsko kinetično energijo.

Rotacijsko gibanje omogoča premikanje zobnikov, ki lahko aktivirajo mehanske sisteme, kot so mlini, kolesa ali alternatorji. Sistem zlasti v primeru proizvodnje hidroelektrarne potrebuje turbinski sistem in alternator za proizvodnjo električne energije.

Turbine

Turbina je sestavljena iz vodoravne ali navpične osi s sistemom lopatic, ki os vrtijo s silo vode.

Obstajajo tri osnovne vrste hidravličnih turbin:

Peltonova turbina

Peltonova turbina. Vir: Robertk9410

Gre za visokotlačno impulzno turbino z vodoravno osjo, ki deluje, ne da bi bila popolnoma potopljena. V rotorju je vrsta konkavnih rezil (lopatice ali zob), ki jih poganjajo curki vode.

Več ko curlja voda na turbino, več energije bo proizvedla. Ta vrsta turbine se uporablja za slapove visoke od 25 do 200 metrov in doseže izkoristek do 90%.

Frančiškova turbina

Frančiškova turbina. Vir: Prvotni pošiljatelj je bil Stahlkocher na nemški Wikipediji.

Gre za srednjetlačno reakcijsko turbino z navpično osjo in deluje popolnoma potopljeno v vodo. Telo je sestavljeno iz lopatic, ki jih poganja voda skozi razdelilnik.

Uporablja se lahko pri slapovih od 20 do 200 metrov in doseže izkoristek 90%. To je vrsta turbine, ki se najpogosteje uporablja v velikih hidroelektrarnah na svetu.

Kaplanova turbina

Kaplanova turbina. Vir: TheRunnerUp

Gre za različico Francisove turbine in ima podobno kot navpično os, vendar je tekač sestavljen iz niza krmilnih rezil. Je visokotlačna reakcija in deluje popolnoma potopljeno v vodo.

Kaplanova turbina se uporablja pri slapovih visokih od 5 do 20 metrov, njen izkoristek pa lahko doseže do 95%.

Alternator

Alternator je naprava, ki ima sposobnost pretvorbe mehanske energije v električno energijo s pomočjo elektromagnetne indukcije. Tako se magnetni drogovi (induktor) vrtijo znotraj tuljave z izmeničnimi drogovi prevodnega materiala (na primer bakreno navito iz mehkega železa).

Njeno delovanje temelji na dejstvu, da prevodnik, ki je določen čas podvržen spremenljivemu magnetnemu polju, ustvari električno napetost.

Prednost

Hidravlična moč se pogosto uporablja, ker ima veliko pozitivnih vidikov. Med njimi lahko izpostavimo:

Je ekonomičen

Čeprav je v primeru hidroelektrarn začetna naložba velika, je dolgoročno gledano poceni energija. To je posledica njegove stabilnosti in nizkih stroškov vzdrževanja.

Poleg tega je treba dodati še gospodarsko nadomestilo, ki ga zagotavljajo akumulacije z možnostmi za ribogojstvo, vodne športe in turizem.

Je obnovljiv

Ker temelji na vodnem krogu, je obnovljiv in stalen vir energije. To pomeni, da ga v nasprotju z energijo iz fosilnih goriv ne zmanjka pravočasno.

Njegova kontinuiteta pa je odvisna od tega, da se vodni krog ne spreminja v določenem območju ali po vsem svetu.

Visokozmogljivo

Hidravlična energija velja za zelo učinkovito in z visoko zmogljivostjo, ki znaša med 90 in 95%.

Ne onesnažuje

Ta vrsta energije uporablja naravni vir, kot je voda, prav tako ne proizvaja odpadkov ali onesnažuje plinov. Zato je njegov vpliv na okolje majhen in velja za obliko čiste energije.

Prisotnost rezervoarjev

V primerih, ko so akumulacije zgrajene za uporabo hidroelektrarne, imajo to vrsto dodatnih koristi:

- Omogočajo uravnavanje toka reke in preprečevanje poplav.
- Predstavljajo rezervoar vode za prehrano ljudi, namakanje in industrijsko uporabo.
- Uporabljajo se lahko kot rekreacijska območja in za vadbo vodnih športov.

Slabosti

Odvisnost od padavin

Omejitev proizvodnje hidroelektrarn je odvisna od padavinskih režimov. Zato se v posebej sušnih letih lahko oskrba z vodo drastično zmanjša in raven rezervoarja zniža.

Ko se pretok vode zmanjša, je proizvodnja električne energije manjša. Tako, da v regijah, ki so močno odvisne od hidroelektrarne, lahko pride do težav.

Sprememba naravnega toka reke

Gradnja jezu v reki spreminja njen naravni potek, poplavni režim, zmanjševanje (zmanjšanje pretoka) in postopek vlečenja usedlin. Zato pride do sprememb v biologiji rastlin in živali, ki so vodne ali se nahajajo v bližini vodnega telesa.

Po drugi strani pa zadrževanje sedimentov v jezu spreminja nastanek delt ob ustju rek in spreminja razmere v tleh.

Nevarnost loma jeze

Zaradi velike količine vode, shranjene v nekaterih hidroelektrarnah, lahko porušitev podpornega zidu ali bližnjih pobočij povzroči resne nesreče. Leta 1963 se je na primer zgodilo pobočje jezu Vajont (zdaj neuporabljeno) v Italiji, ki je povzročilo 2000 smrti.

Prijave

Ferris kolesa in vodne črpalke

Z vrtenjem kolesa, ki ga poganja kinetična energija vode, se voda lahko črpa iz plitvega vodnjaka ali kanala v povišan kanal ali rezervoar. Prav tako lahko mehanska energija, ki jo ustvari kolo, poganja hidravlično črpalko.

Najenostavnejši model je sestavljeno iz kolesa z rezili s skledami, ki zbirajo vodo hkrati, ko jih poganja tok. Nato pri vrtenju spustijo vodo v rezervoar ali kanal.

Mlini

Grki in Rimljani so več kot 2000 let uporabljali hidravlično energijo za premikanje mlinov za mletje žit. Vrtenje kolesa, ki ga poganja tok vode, aktivira prestave, ki obračajo mlinski kamen.

Kovačnice

Druga starodavna uporaba hidravlične obratovalne moči je njegova uporaba za aktiviranje kovačev meh v kovaškem in metalurškem delu.

Hidravlični zlom

Pri rudarstvu in nafti se kinetična energija vode uporablja za erodiranje kamnine, lomljenje le-tega in olajšanje pridobivanja različnih mineralov. Za to se uporabljajo velikanski vodni topovi pod tlakom, ki zadenejo substrat, dokler ga ne zmotijo.

To je uničujoča tehnika tal in močno onesnažuje vodne poti.

Fracking

Zelo kontroverzna tehnika, ki v naftni industriji pridobiva na veljavi, je fracking. Sestavljen je iz povečanja poroznosti korita, ki vsebuje nafto in plin, da se olajša njegovo odstranjevanje.

To dosežemo z vbrizgavanjem velikih količin vode in peska pri visokih tlakih skupaj z vrsto kemijskih dodatkov. Tehnika je bila pod vprašajem velika poraba vode, onesnažuje tla in vode ter povzroča geološke spremembe.

Hidroelektrarne

Najpogostejša sodobna uporaba je zagnati naprave za proizvodnjo električne energije, tako imenovane hidroelektrarne ali hidroelektrarne.

Primeri hidroelektrarn

Tri soteske

Jez Tri soteske (Kitajska). Vir: Le Grand PortageDerivativno delo: Rehman

Hidroelektrarna Three Gorges se nahaja v kitajski provinci Hubei ob toku reke Yangtze. Gradnja tega jezu se je začela leta 1994, dokončana pa je bila leta 2010, dosegla je poplavljeno površino 1.045 km² in instalirano moč 22.500 MW (megavatov).

Obrat vključuje 34 Francisovih turbin (32 od 700 MW in dve od 50 MW) z letno proizvodnjo električne energije 80,8 GWh. Po strukturi in vgrajeni moči je največja hidroelektrarna na svetu.

Jez Tri soteske je uspel nadzorovati občasno poplavljanje reke, ki je povzročilo resno škodo prebivalstvu. Zagotavlja tudi oskrbo z električno energijo v regiji.

Vendar pa je imela njegova gradnja nekaj negativnih posledic, kot je razseljevanje približno 2 milijona ljudi. Poleg tega je prispeval k izumrtju kritično ogroženega kitajskega rečnega delfina (Lipotes vexillifer).

Itaipu

Jeza Itaipu Vir: Herr stahlhoefer

Hidroelektrarna Itaipú se nahaja na meji med Brazilijo in Paragvajem na toku reke Parane. Njegova gradnja se je začela leta 1970, končala pa v treh fazah v letih 1984, 1991 in 2003.

Poplavljeno območje jezu je 1.350 km² in ima instalirano moč 14.000 MW. Obrat vključuje 20 Francisovih turbin po 700 MW vsaka in ima letno proizvodnjo električne energije 94,7 GWh.

Itaipu velja za največjo hidroelektrarno na svetu glede proizvodnje energije. Prispeva 16% električne energije, porabljene v Braziliji, in 76% v Paragvaju.

Ta jez je glede na svoje negativne vplive vplival na ekologijo otokov in delto reke Parane.

Simon Bolivar (Guri)

Hidroelektrarna Simón Bolívar (Gurí, Venezuela). Vir: Warairarepano & Guaicaipuro

Hidroelektrarna Simón Bolívar, znana tudi kot jez Guri, se nahaja v Venezueli na toku reke Caroní. Gradnja jezu se je začela leta 1957, prva faza je bila končana leta 1978, dokončana pa leta 1986.

Jezo Guri ima poplavno površino 4.250 km² in instalirano moč 10.200 MW. Njena naprava vključuje 21 Francisovih turbin (10 od 730 MW, 4 od 180 MW, 3 od 400 MW, 3 od 225 MW in ena od 340 MW)

Letna proizvodnja znaša 46 GWh in glede na strukturo in instalirano moč velja za tretjo največjo hidroelektrarno na svetu. Hidroelektrarna zagotavlja 80% električne energije, ki jo porabi Venezuela, del pa proda Braziliji.

Med gradnjo te hidroelektrarne so bila poplavljena velika območja ekosistemov v venezuelski Gvajani, regiji z veliko biotsko raznovrstnostjo.

Danes so se zaradi globoke gospodarske krize v Venezueli proizvodne zmogljivosti te elektrarne znatno zmanjšale.

Reference

1.- Hadžič M (2013). Hidravlična energija, poglavje 7. Tečaj usposabljanja za skupino PUCP. Tehnologije za ekološke hiše in hotele. Papeška katoliška univerza v Peruju.
2.- Raabe J (1985). Hidroelektrarna. Zasnova, uporaba in delovanje hidromehanske, hidravlične in električne opreme. Nemčija: N. str.
3.- Sandoval Erazo, Washington. (2018). Poglavje 6: Osnovni koncepti hidroelektrarn Plants.https: //www.researchgate.net/publication/326560960_Capitulo_6_Conceptos_Basicos_de_Centrales_Hidroelectricas
4.- Lepilo CM, Coe MT, Costa MZ, Nepstad DC, McGrath GD, Dias HO in Rodrigues BS-Soares-BS ZKP, Rodrigues-Soares-BS LCP (2013). Odvisnost proizvodnje energije iz hidroelektrarne od gozdov v Amazonski kotlini na lokalni in regionalni ravni. Zbornik Nacionalne akademije znanosti, 110 (23), 9601–9606.
5.- Soria E (s / ž). Hidravlika. Obnovljivi viri energije za vse. IBERDROLA. 19 str.