Hidroenerģijas resursiem ir ierobežota vērtība, lai gan tie tiek uzskatīti par atjaunojamiem. Tie ir valsts bagātība, piemēram, nafta, gāze vai citi derīgie izrakteņi, un ar tiem jārīkojas uzmanīgi un pārdomāti.
Ūdens jauda
Pat senatnē cilvēki ievēroja, ka ūdens, kas krīt no augšas uz leju, var veikt noteiktus darbus, piemēram, pagriezt riteni. Šo krītošā ūdens īpašību sāka izmantot, lai iedarbinātu dzirnavu riteņus. Tā radās pirmās ūdensdzirnavas, kas līdz mūsdienām saglabājušās gandrīz sākotnējā formā. Ūdensdzirnavas ir pirmā hidroelektrostacija.
Manufaktūras ražošanā, kas radusies 17. gadsimtā, tika izmantoti arī ūdensrati, un, piemēram, 18. gadsimtā Krievijā šādu manufaktūru bija jau aptuveni trīs tūkstoši. Ir zināms, ka jaudīgākās šādu riteņu instalācijas tika izmantotas Krenholmas manufaktūrā (Narovas upē). Ūdensratu diametrs bija 9,5 metri, un tie attīstīja līdz 500 zirgspēkiem.
Hidroenerģijas resursi: definīcija, priekšrocības un trūkumi
19gadsimtā pēc ūdensratiem parādījās hidroturbīnas, bet pēc tām - elektriskās mašīnas. Tas ļāva pārvērst krītošā ūdens enerģiju elektroenerģijā un pēc tam pārraidīt to noteiktā attālumā. Cariskajā Krievijā līdz 1913. gadam bija aptuveni 50 000 agregātu, kas aprīkoti ar hidroturbīnām, kas ražoja elektroenerģiju.
To upju enerģijas daļu, ko var pārvērst elektroenerģijā, sauc par hidroenerģijas resursiem, bet ierīci, kas krītoša ūdens enerģiju pārvērš elektroenerģijā, sauc par hidroelektrostaciju (HES). Elektrostacijas ierīcē obligāti ir hidrauliskā turbīna, kas rotē elektrisko ģeneratoru. Lai iegūtu krītošā ūdens plūsmu, elektrostacijas celtniecība ietver dambju un rezervuāru izbūvi.
Hidroenerģijas izmantošanas priekšrocības:
- Upes enerģija ir atjaunojama.
- Nav vides piesārņojuma.
- Izrādās lēta elektrība.
- Klimatiskie apstākļi rezervuāra tuvumā uzlabojas.
Hidroenerģijas izmantošanas trūkumi:
- Noteiktas zemes platības appludināšana, lai izveidotu ūdenskrātuvi.
- Daudzu ekosistēmu maiņa upes gultnē, zivju populāciju samazināšanās, putnu ligzdošanas vietu traucēšana, upju piesārņošana.
- Apbūves draudi kalnainā apvidū.
Hidroenerģijas potenciāla jēdziens
Lai novērtētu kādas upes, valsts vai visas planētas hidroenerģijas resursus pasaulēEnerģētikas konference (MIREC) definēja hidroenerģijas potenciālu kā visu aplūkojamās teritorijas posmu jaudu summu, ko var izmantot elektroenerģijas ražošanai. Ir vairāki hidroenerģijas potenciāla veidi:
- Bruto potenciāls, kas atspoguļo potenciālos hidroenerģijas resursus.
- Tehniskais potenciāls ir daļa no bruto potenciāla, ko var tehniski izmantot.
- Ekonomikas potenciāls ir tā tehniskā potenciāla daļa, kuras izmantošana ir ekonomiski iespējama.
Kādas ūdens straumes teorētisko jaudu nosaka pēc formulas
N (kW)=9, 81QH, kur Q ir ūdens plūsmas ātrums (m3/s); H ir ūdenskrituma augstums (m).
Pasaulē jaudīgākā hidroelektrostacija
1994. gada 14. decembrī Ķīnā, pie Jandzi upes, sākās lielākās hidroelektrostacijas celtniecība, ko sauc par Trīs aizām. 2006. gadā tika pabeigta dambja būvniecība, un tika palaists pirmais hidroagregāts. Šai hidroelektrostacijai bija jākļūst par centrālo hidroelektrostaciju Ķīnā.
Skats uz šīs stacijas dambi atgādina Krasnojarskas hidroelektrostacijas projektu. Dambja augstums ir 185 metri, bet garums - 2,3 km. Aizsprosta centrā ir izgāztuve, kas paredzēta 116 000 m3 ūdens izlaišanai sekundē, tas ir, no aptuveni 200 m augstuma iekrīt vairāk nekā 100 tonnas ūdens. vienu sekundi.
Jangdzi upe, uz kuras uzbūvēta Trīs aizu hidroelektrostacija, ir viena no visvairākspēcīgas pasaules upes. Hidroelektrostacijas būvniecība uz šīs upes dod iespēju izmantot apkārtnes dabas hidroenerģijas resursus. Sākot no Tibetas, 5600 m augstumā upe iegūst ievērojamu hidroenerģijas potenciālu. Vispievilcīgākā vieta dambja celtniecībai izrādījās Trīs aizu reģions, kur upe no kalniem izplūst līdzenumā.
HES dizains
Trīs aizu hidroelektrostacijā ir trīs spēkstacijas, kurās ir 32 hidroelektrostacijas, katra ar jaudu 700 MW, un divas hidroelektrostacijas ar jaudu 50 MW. HES kopējā jauda ir 22,5 GW.
Dambja izbūves rezultātā izveidojās ūdenskrātuve ar tilpumu 39 km3. Dambja būvniecības rezultātā uz jaunu vietu tika pārvietoti divu pilsētu iedzīvotāji ar kopējo iedzīvotāju skaitu 1,24 miljoni cilvēku. Turklāt no plūdu zonas tika izņemti 1300 arheoloģiskie objekti. Visiem dambja būvniecības priekšdarbiem tika iztērēti 11,25 miljardi dolāru. Trīs aizu hidroelektrostacijas būvniecības kopējās izmaksas ir 22,5 miljardi USD.
Šīs hidroelektrostacijas celtniecība pareizi nodrošina kuģošanu, turklāt pēc ūdenskrātuves izbūves kravas kuģu plūsma palielinājās 5 reizes.
Pasažieru kuģi šķērso kuģu pacēlāju, kas ļauj pabraukt garām kuģiem, kas sver ne vairāk kā 3000 tonnas. Kravas kuģu caurbraukšanai tika uzbūvētas divas piecu pakāpju slūžu līnijas. Šajā gadījumā kuģu svaram jābūt mazākam par 10 000 tonnām.
Jangdzi HES kaskāde
Jangdzi upes ūdens un hidroenerģijas resursi ļauj to balstītupē ir vairāk nekā viena hidroelektrostacija, kas tika veikta Ķīnā. Virs Trīs aizu hidroelektrostacijas tika uzbūvēta vesela hidroelektrostaciju kaskāde. Šī ir jaudīgākā hidroelektrostaciju kaskāde ar jaudu virs 80 GW.
Kaskādes izbūve novērš Trīs aizu ūdenskrātuves aizsērēšanu, jo samazina eroziju upes gultnē augšpus hidroelektrostacijas. Pēc tam ir mazāk dūņu, ko nēsāt ūdenī.
Turklāt HES kaskāde ļauj regulēt ūdens plūsmu uz Trīs aizu HES un iegūt tajā vienmērīgu elektroenerģijas ražošanu.
Itaipu pie Paranas upes
Paraná nozīmē "sudraba upe", tā ir otrā lielākā upe Dienvidamerikā, un tās garums ir 4380 km. Šī upe tek pa ļoti cietu zemi, tāpēc, to pārvarot, savā ceļā veido krāces un ūdenskritumus. Šis apstāklis liecina par labvēlīgiem apstākļiem šeit hidroelektrostaciju būvniecībai.
Itaipu HES tika uzbūvēta Paranas upē, 20 km attālumā no Foz do Iguacu pilsētas Dienvidamerikā. Jaudas ziņā šī hidroelektrostacija ir otrā aiz Triju aizu HES. Itaipu HES atrodas uz Brazīlijas un Paragvajas robežas, un tā nodrošina pilnu elektroenerģiju Paragvajai un 20% Brazīlijai.
Hidroelektrostacijas celtniecība sākās 1970. gadā un beidzās 2007. gadā. Paragvajas pusē ir uzstādīti desmit 700 MW ģeneratori un tikpat daudz Brazīlijas pusē. Tā kā ap hidroelektrostaciju atradās tropu mežs, kas bija pakļauts applūšanai, dzīvnieki no šīm vietām tika pārvietoti uz citām teritorijām. Dambja garums ir 7240 metri,un augstums ir 196 m, būvniecības izmaksas tiek lēstas 15,3 miljardu dolāru apmērā. HES jauda ir 14 000 GW.
Krievijas hidroenerģijas resursi
Krievijas Federācijai ir liels ūdens un enerģijas potenciāls, taču valsts hidroenerģijas resursi tās teritorijā ir sadalīti ārkārtīgi nevienmērīgi. 25% no šiem resursiem atrodas Eiropas daļā, 40% - Sibīrijā un 35% - Tālajos Austrumos. Valsts Eiropas daļā, pēc ekspertu domām, hidroenerģijas potenciāls tiek izmantots 46% apmērā, un viss valsts hidroenerģijas potenciāls tiek lēsts 2500 miljardu kWh apmērā. Šis ir otrais rezultāts pasaulē pēc Ķīnas.
Hidroenerģijas avoti Sibīrijā
Sibīrijā ir milzīgas hidroenerģijas rezerves, Austrumsibīrija ir īpaši bagāta ar hidroenerģijas resursiem. Tur tek Ļena, Angara, Jeņiseja, Ob un Irtiša upes. Tiek lēsts, ka šī reģiona hidropotenciāls ir 1000 miljardi kWh.
Sajano-Šušenskas HES nosaukta P. S. Neporožnija vārdā
Šīs hidroelektrostacijas jauda ir 6400 MW. Šī ir jaudīgākā hidroelektrostacija Krievijas Federācijā, un tā ieņem 14. vietu pasaules reitingā.
Jeņisejas posms, ko sauc par Sajanu koridoru, ir labvēlīgs hidroelektrostaciju celtniecībai. Šeit upe iet cauri Sajanu kalniem, veidojot daudzas krāces. Tieši šajā vietā tika uzbūvēta Sajano-Šušenskas HES, kā arī citas HES, kas veido kaskādi. Sayano-Shushenskaya HES ir augstākais pakāpiens šajā kaskādē.
Būvniecība tika veikta no 1963. līdz 2000. gadam. Stacijas dizainssastāv no dambja, kura augstums ir 245 metri un garums 1075 metri, elektrostacijas ēka, sadales iekārta un pārplūdes konstrukcija. HES ēkā ir 10 hidrauliskie agregāti ar jaudu 640 MW.
Pēc dambja izbūves izveidotās ūdenskrātuves tilpums ir vairāk nekā 30 km3, un tā kopējā platība ir 621 km2.
Krievijas Federācijas lielās HES
Sibīrijas hidroenerģijas resursi pašlaik tiek izmantoti 20%, lai gan šeit ir uzbūvētas daudzas diezgan lielas hidroelektrostacijas. Lielākā no tām ir Sayano-Shushenskaya HES, kam seko šādas hidroelektrostacijas:
- Krasnojarskas HES ar jaudu 6000 MW (uz Jeņisejas). Tai ir kuģu lifts, pagaidām vienīgais Krievijas Federācijā.
- Bratskas HES ar jaudu 4500 MW (pie Angaras).
- Ust-Ilimskaya HES ar jaudu 3840 MW (pie Angaras).
Tālajiem Austrumiem ir vismazāk attīstītais potenciāls. Pēc ekspertu domām, šī reģiona hidropotenciālu izmanto 4%.
Hidroenerģijas avoti Rietumeiropā
Rietumeiropas valstīs hidroenerģijas potenciāls ir gandrīz pilnībā izmantots. Ja arī tas ir diezgan augsts, tad šādas valstis pilnībā nodrošina sevi ar elektroenerģiju no hidroelektrostacijām. Tās ir tādas valstis kā Norvēģija, Austrija un Šveice. Norvēģija ieņem pirmo vietu pasaulē elektroenerģijas ražošanā uz vienu valsts iedzīvotāju. Norvēģijā šis rādītājs ir 24 000 kWh gadā, un 99,6% šīs enerģijas saražo hidroelektrostacijas.
Hidroenerģijas potenciālsdažādas Rietumeiropas valstis ievērojami atšķiras viena no otras. Tas ir saistīts ar dažādiem reljefa apstākļiem un atšķirīgu noteces veidošanos. 80% no Eiropas kopējā hidroenerģijas potenciāla ir koncentrēti kalnos ar lielu plūsmas ātrumu: Skandināvijas rietumu daļā, Alpos, Balkānu pussalā un Pirenejos. Eiropas kopējais hidroenerģijas potenciāls ir 460 miljardi kWh gadā.
Degvielas rezerves Eiropā ir ļoti mazas, tāpēc upju energoresursi ir ļoti būtiski attīstīti. Piemēram, Šveicē šie resursi ir izstrādāti par 91%, Francijā - par 92%, Itālijā - par 86%, bet Vācijā - par 76%.
HES kaskāde Reinas upē
Šajā upē ir uzbūvēta hidroelektrostaciju kaskāde, kas sastāv no 27 hidroelektrostacijām ar kopējo jaudu aptuveni 3000 MW.
Viena no stacijām tika uzcelta 1914. gadā. Šī ir Laufenburgas HPP. Tas divas reizes tika rekonstruēts, pēc tam tā jauda ir 106 MW. Turklāt stacija pieder pie arhitektūras pieminekļiem un ir Šveices nacionālā bagātība.
HES Rheinfelden ir moderna hidroelektrostacija. Tā palaišana tika veikta 2010. gadā, un jauda ir 100 MW. Konstrukcijā ir iekļauti 4 hidrauliskie bloki, katrs pa 25 MW. Šī hidroelektrostacija tika uzcelta, lai aizstātu veco staciju, kas celta 1898. gadā. Vecajā stacijā pašlaik notiek remonts.
Hidroenerģijas avoti Āfrikā
Āfrikas hidroenerģijas resursi ir saistīti ar upēm, kas plūst cauri tās teritorijai: Kongo, Nīlas, Limpopo, Nigēras un Zambezi.
Kongo upeir ievērojams hidroelektrostacijas potenciāls. Daļai šīs upes teces ir ūdenskritumu kaskāde, kas pazīstama kā Ingas krāces. Šeit ūdens straume nolaižas no 100 metru augstuma ar ātrumu 26 000 m3 sekundē. Šajā teritorijā tika uzbūvētas 2 hidroelektrostacijas: "Inga-1" un "Inga-2".
Kongo Demokrātiskās Republikas valdība 2002. gadā apstiprināja Lielās Ingas kompleksa būvniecības projektu, kas paredzēja esošo hidroelektrostaciju Inga-1 un Inga-2 rekonstrukciju un hidroelektrostaciju celtniecību. trešā - Inga-3. Pēc šo plānu īstenošanas tika nolemts uzbūvēt pasaulē lielāko kompleksu Boļšaja Inga.
Šis projekts bija Starptautiskās enerģētikas konferences diskusiju tēma. Ņemot vērā Āfrikas ūdens un hidroenerģijas resursu stāvokli, konferencē klātesošie Centrālāfrikas un Dienvidāfrikas biznesa un valdību pārstāvji apstiprināja šo projektu un noteica tā parametrus: "Lielās Ingas" jauda tika noteikta 40 000. MW, kas ir vairāk nekā jaudīgākā hidroelektrostacija "Trīs aizas" gandrīz 2 reizes. HES nodošana ekspluatācijā ir paredzēta 2020. gadā, un paredzams, ka būvniecības izmaksas būs 80 miljardi USD.
Kad projekts būs pabeigts, KDR kļūs par lielāko elektroenerģijas piegādātāju pasaulē.
Ziemeļāfrikas elektrotīkls
Ziemeļāfrika atrodas gar Vidusjūras un Atlantijas okeāna piekrasti. Šo Āfrikas reģionu sauc par Magribu jeb arābu rietumiem.
Hidroenerģijas resursi Āfrikā ir sadalīti nevienmērīgi. Kontinenta ziemeļos atrodas karstākais tuksnesis pasaulē – Sahāra. Šī teritorija piedzīvo ūdens trūkumu, tāpēc šo reģionu nodrošināšana ar ūdeni ir galvenais uzdevums. Tā risinājums ir būvēt rezervuārus.
Pirmie ūdenskrātuves Magribā parādījās jau pagājušā gadsimta 30. gados, pēc tam daudzas no tām tika uzceltas 60. gados, bet īpaši intensīva celtniecība sākās 21. gadsimtā.
Ziemeļāfrikas hidroenerģijas resursus galvenokārt nosaka Nīlas upe. Šī ir garākā upe pasaulē. Pagājušā gadsimta 60. gados uz šīs upes tika uzcelts Asuānas dambis, pēc kura izbūves izveidojās milzīgs ūdenskrātuvis, apmēram 500 km garš un aptuveni 9 km plats. Rezervuāra piepildīšana ar ūdeni notika 5 gadu laikā no 1970. līdz 1975. gadam.
Aswan dambi uzbūvēja Ēģipte sadarbībā ar Padomju Savienību. Šis bija starptautisks projekts, kura rezultātā gadā iespējams saražot līdz 10 miljardiem kWh elektroenerģijas, plūdu laikā kontrolēt ūdens līmeni Nīlas upē un ilgstoši uzkrāt ūdeni ūdenskrātuvē. No rezervuāra atdalās kanālu tīkls, kas apūdeņo laukus, un tuksneša vietā parādījās oāzes, arvien vairāk platību tiek izmantotas lauksaimniecībai. Ziemeļāfrikas ūdens un hidroenerģijas resursi tiek izmantoti maksimāli efektīvi.
Pasaules hidroenerģijas potenciāla koplietošana
- Āzija - 42%.
- Āfrika - 21%.
- Ziemeļamerika - 12%.
- Dienvidamerika - 13%.
- Eiropa - 9%.
- Austrālija un Okeānija - 3%
Pasaules hidroenerģijas potenciāls tiek lēsts 10 triljonu kWh elektroenerģijas apmērā.
20. gadsimtu var saukt par hidroenerģijas gadsimtu. 21. gadsimts nes savus papildinājumus šīs nozares vēsturē. Pasaule ir pievērsusi pastiprinātu uzmanību sūknēšanas spēkstacijām (PSPP) un plūdmaiņu spēkstacijām (TPP), kas izmanto jūras plūdmaiņu spēku, lai ražotu elektroenerģiju. Hidroenerģijas attīstība turpinās.
