Hidroenergetski resursi imaju konačnu vrijednost, iako se smatraju obnovljivim. Oni su nacionalno bogatstvo, poput nafte, gasa ili drugih minerala, i njima treba pažljivo i promišljeno rukovati.
Snaga vode
Još u davna vremena ljudi su primijetili da voda koja pada odozgo prema dolje može obaviti određeni posao, kao što je okretanje točka. Ovo svojstvo padajuće vode počelo je da se koristi za pokretanje točkova mlina. Tako su se pojavile prve vodenice, koje su do danas preživjele gotovo u svom izvornom obliku. Mlin je prva hidroelektrana.
Manufaktorska proizvodnja, nastala u 17. veku, takođe je koristila vodene točkove, a u 18. veku je, na primer, u Rusiji bilo već oko tri hiljade takvih manufaktura. Poznato je da su najmoćnije instalacije takvih kotača korištene u manufakturi Krenholm (rijeka Narova). Vodeni točkovi su bili prečnika 9,5 metara i razvijali su do 500 konjskih snaga.
Hidroenergetski resursi: definicija, prednosti i nedostaci
U 19vijeka nakon vodenih kotača pojavile su se hidroturbine, a nakon njih - električne mašine. To je omogućilo da se energija padajuće vode pretvori u električnu energiju, a zatim je prenese na određenu udaljenost. U carskoj Rusiji, do 1913. godine, bilo je oko 50.000 jedinica opremljenih hidroturbinama koje su proizvodile električnu energiju.
Onaj dio energije rijeka koji se može pretvoriti u električnu energiju naziva se hidroenergetski resursi, a uređaj koji pretvara energiju padajuće vode u električnu energiju naziva se hidroelektrana (HE). Uređaj elektrane nužno uključuje hidrauličnu turbinu, koja pokreće električni generator u rotaciji. Da bi se dobio protok vode koja pada, izgradnja elektrane uključuje izgradnju brana i rezervoara.
Prednosti korištenja hidroenergije:
- Energija rijeke je obnovljiva.
- Bez zagađenja životne sredine.
- Ispada jeftina struja.
- Klimatski uslovi u blizini rezervoara se popravljaju.
Nedostaci korištenja hidroenergije:
- Poplava neke površine zemlje radi izgradnje rezervoara.
- Promjena mnogih ekosistema duž korita rijeke, smanjenje riblje populacije, uznemiravanje mjesta za gniježđenje ptica, zagađivanje rijeka.
- Opasnost od izgradnje u planinskom području.
Koncept hidroenergetskog potencijala
Za procjenu hidroenergetskih resursa rijeke, zemlje ili cijele planete na svijetuEnergetska konferencija (MIREC) definisala je hidroenergetski potencijal kao zbir kapaciteta svih delova teritorije koja se razmatra koji se mogu koristiti za proizvodnju električne energije. Postoji nekoliko varijanti hidroenergetskog potencijala:
- Bruto potencijal, koji predstavlja potencijalne hidroenergetske resurse.
- Tehnički potencijal je onaj dio bruto potencijala koji se može tehnički iskoristiti.
- Ekonomski potencijal je onaj dio tehničkog potencijala čije je korištenje ekonomski izvodljivo.
Teorijska snaga neke vodene struje određena je formulom
N (kW)=9, 81QH, gde je Q brzina protoka vode (m3/sec); H je visina pada vode (m).
Najmoćnija svjetska hidroelektrana
Dana 14. decembra 1994. godine u Kini, na rijeci Jangce, počela je izgradnja najveće hidroelektrane, nazvane Tri klisure. Godine 2006. završena je izgradnja brane i puštena je u rad prva hidroelektrana. Ova hidroelektrana je trebala postati centralna hidroelektrana u Kini.
Pogled na branu ove stanice podsjeća na dizajn Krasnojarske hidroelektrane. Visina brane je 185 metara, a dužina 2,3 km. U centru brane nalazi se preliv dizajniran da ispusti 116.000 m3 vode u sekundi, odnosno sa visine od oko 200 m pada više od 100 tona vode. jedna sekunda.
Rijeka Jangce, na kojoj je izgrađena hidroelektrana Tri klisure, jedna je odmoćne reke sveta. Izgradnja hidroelektrane na ovoj rijeci omogućava korištenje prirodnih hidroenergetskih resursa ovog područja. Počevši od Tibeta, na nadmorskoj visini od 5600 m, rijeka stječe značajan hidroenergetski potencijal. Najatraktivnije mjesto za izgradnju brane pokazalo se područje Tri klisure, gdje rijeka izbija iz planina u ravnicu.
HPP dizajn
Hidroelektrana Tri klisure ima tri elektrane koje sadrže 32 hidroelektrane, svaka kapaciteta 700 MW, i dvije hidroelektrane kapaciteta 50 MW. Ukupni kapacitet HE je 22,5 GW.
Kao rezultat izgradnje brane formiran je rezervoar zapremine 39 km3. Izgradnja brane rezultirala je preseljenjem stanovnika dva grada sa ukupno 1,24 miliona stanovnika u novo mjesto. Osim toga, iz poplavne zone uklonjeno je 1.300 arheoloških objekata. Na sve pripreme za izgradnju brane potrošeno je 11,25 milijardi dolara. Ukupni troškovi izgradnje hidroelektrane Tri klisure iznose 22,5 milijardi dolara.
Izgradnjom ove hidroelektrane pravilno je obezbeđena plovidba, štaviše, nakon izgradnje rezervoara protok teretnih brodova je povećan 5 puta.
Putnički brodovi prolaze kroz lift, što omogućava prolazak brodova težine ne više od 3.000 tona. Izgrađene su dvije linije petostepenih brava za prolaz teretnih brodova. U ovom slučaju, težina plovila mora biti manja od 10.000 tona.
Yangtze HE Cascade
Vodni i hidroenergetski resursi rijeke Jangce omogućavaju izgradnju na ovomrijeka ima više od jedne hidroelektrane, koja je napravljena u Kini. Iznad hidroelektrane Tri klisure izgrađena je čitava kaskada hidroelektrana. Ovo je najmoćnija kaskada hidroelektrana snage preko 80 GW.
Izgradnjom kaskade izbjegava se začepljenje akumulacije Tri klisure, jer smanjuje eroziju u koritu rijeke uzvodno od hidroelektrane. Nakon toga, ima manje mulja za nošenje u vodi.
Pored toga, kaskada HE vam omogućava da regulišete protok vode do HE Tri klisure i dobijete ujednačenu proizvodnju energije u njoj.
Itaipu na rijeci Parana
Paraná znači "srebrna rijeka", druga je po veličini rijeka u Južnoj Americi i ima dužinu od 4380 km. Ova rijeka teče kroz veoma tvrdo tlo, pa, savladavajući ga, na svom putu stvara brzake i vodopade. Ova okolnost ukazuje na povoljne uslove za izgradnju hidroelektrana ovdje.
HE Itaipu izgrađena je na rijeci Parana, 20 km od grada Foz do Iguacu u Južnoj Americi. Po snazi ova hidroelektrana je druga nakon HE Tri klisure. Smještena na granici Brazila i Paragvaja, HE Itaipu obezbjeđuje punu električnu energiju za Paragvaj i 20% za Brazil.
Izgradnja hidroelektrane počela je 1970. godine, a završena je 2007. godine. Deset generatora snage 700 MW instalirano je na paragvajskoj strani i isto toliko na brazilskoj strani. Kako je oko hidroelektrane bila tropska šuma, koja je bila podložna poplavama, životinje iz ovih mjesta su preseljene na druge teritorije. Dužina brane je 7240 metara,a visina je 196 m, cijena izgradnje procjenjuje se na 15,3 milijarde dolara. Kapacitet HE je 14.000 GW.
ruski hidroenergetski resursi
Ruska Federacija ima veliki vodni i energetski potencijal, ali hidroenergetski resursi zemlje su izuzetno neravnomjerno raspoređeni na njenoj teritoriji. 25% ovih resursa nalazi se u evropskom dijelu, 40% - u Sibiru i 35% - na Dalekom istoku. U evropskom dijelu države, prema procjenama stručnjaka, hidroenergetski potencijal koristi se 46%, a cjelokupni hidroenergetski potencijal države procjenjuje se na 2500 milijardi kWh. Ovo je drugi rezultat u svijetu nakon Kine.
Izvori hidroenergije u Sibiru
Sibir ima ogromne rezerve hidroenergije, istočni Sibir je posebno bogat hidroenergetskim resursima. Tu teku rijeke Lena, Angara, Jenisej, Ob i Irtiš. Hidropotencijal ove regije procjenjuje se na 1.000 milijardi kWh.
Sayano-Shushenskaya HE nazvana po P. S. Neporozhny
Kapacitet ove hidroelektrane je 6400 MW. Ovo je najsnažnija hidroelektrana u Ruskoj Federaciji i zauzima 14. mjesto na svjetskoj rang listi.
Deonica Jeniseja, koja se zove Sajanski koridor, pogodna je za izgradnju hidroelektrana. Ovdje rijeka prolazi kroz planine Sayan, formirajući mnoge brzake. Na ovom mjestu je izgrađena HE Sayano-Shushenskaya, kao i druge HE koje čine kaskadu. HE Sayano-Shushenskaya je najviši stepen u ovoj kaskadi.
Izgradnja se odvijala od 1963. do 2000. godine. Dizajn stanicesastoji se od brane visine 245 metara i dužine 1075 metara, zgrade elektrane, razvodnog uređaja i preljevne konstrukcije. U zgradi HE nalazi se 10 hidrauličnih agregata snage po 640 MW.
Akumulacija nastala nakon izgradnje brane ima zapreminu veću od 30 km3, a njena ukupna površina je 621 km2.
Velike HE Ruske Federacije
Hidroenergetski resursi Sibira se trenutno koriste za 20%, iako su ovdje izgrađene mnoge prilično velike hidroelektrane. Najveća među njima je HE Sayano-Shushenskaya, a slijede je slijedeće hidroelektrane:
- Krasnoyarskaya HE kapaciteta 6000 MW (na Jeniseju). Ima brodski lift, jedini do sada u Ruskoj Federaciji.
- Bratska HE kapaciteta 4500 MW (na Angari).
- Ust-Ilimskaya HE kapaciteta 3840 MW (na Angari).
Daleki istok ima najmanje razvijen potencijal. Prema procjeni stručnjaka, hidropotencijal ove regije koristi se za 4%.
Izvori hidroenergije u zapadnoj Evropi
U zapadnoevropskim zemljama hidroenergetski potencijal je skoro u potpunosti iskorišćen. Ako je i ona prilično visoka, onda se takve zemlje u potpunosti osiguravaju električnom energijom iz hidroelektrana. To su zemlje poput Norveške, Austrije i Švicarske. Norveška je prva u svijetu po proizvodnji električne energije po stanovniku zemlje. U Norveškoj ta cifra iznosi 24.000 kWh godišnje, a 99,6% ove energije proizvode hidroelektrane.
Hidroenergetski potencijalirazličite zemlje zapadne Evrope značajno se razlikuju jedna od druge. To je zbog različitih uslova terena i različitog formiranja oticaja. 80% ukupnog hidroenergetskog potencijala Evrope koncentrisano je u planinama sa visokim protokom: zapadnom dijelu Skandinavije, Alpima, Balkanskom poluostrvu i Pirinejima. Ukupni hidroenergetski potencijal Evrope je 460 milijardi kWh godišnje.
Rezerve goriva u Evropi su veoma male, tako da su energetski resursi reka razvijeni veoma značajno. Na primjer, u Švicarskoj su ti resursi razvijeni za 91%, u Francuskoj - za 92%, u Italiji - za 86%, au Njemačkoj - za 76%.
Kaskada HE na rijeci Rajni
Na ovoj rijeci izgrađena je kaskada hidroelektrana, koju čini 27 hidroelektrana ukupnog kapaciteta oko 3.000 MW.
Jedna od stanica izgrađena je 1914. godine. Ovo je HE Laufenburg. Dva puta je rekonstruisan, nakon čega je njegov kapacitet 106 MW. Osim toga, stanica spada u spomenike arhitekture i nacionalno je blago Švicarske.
HE Rheinfelden je moderna hidroelektrana. Njegovo lansiranje izvršeno je 2010. godine, a kapacitet je 100 MW. Projektom su obuhvaćene 4 hidraulične jedinice od 25 MW svaka. Ova hidroelektrana je izgrađena da zameni staru stanicu izgrađenu 1898. godine. Stara stanica je trenutno u renoviranju.
Izvori hidroenergije u Africi
Afrički hidroenergetski resursi su zahvaljujući rijekama koje teku kroz njenu teritoriju: Kongo, Nil, Limpopo, Niger i Zambezi.
Reka Kongoima značajan hidroelektrični potencijal. Dio toka ove rijeke ima kaskadu vodopada poznatih kao Inga Rapids. Ovdje se vodeni tok spušta sa visine od 100 metara brzinom od 26.000 m3 u sekundi. Na ovom području izgrađene su 2 hidroelektrane: "Inga-1" i "Inga-2".
Vlada Demokratske Republike Kongo je 2002. godine odobrila projekat izgradnje kompleksa Big Inga, kojim je bila predviđena rekonstrukcija postojećih hidroelektrana Inga-1 i Inga-2 i izgradnja hidroelektrana treći - Inga-3. Nakon realizacije ovih planova, odlučeno je da se izgradi najveći kompleks Bolshaya Inga na svijetu.
Ovaj projekat je bio tema rasprave na Međunarodnoj energetskoj konferenciji. Uzimajući u obzir stanje vodnih i hidroenergetskih resursa Afrike, predstavnici privrede i vlada Centralne i Južne Afrike, koji su bili prisutni na konferenciji, odobrili su ovaj projekat i postavili njegove parametre: kapacitet "Big Inge" je postavljen na 40.000 MW, što je skoro 2 puta više od najmoćnije hidroelektrane "Tri klisure". Puštanje HE u rad predviđeno je za 2020. godinu, a očekuje se da će troškovi izgradnje biti 80 milijardi dolara.
Kada projekat bude završen, DRC će postati najveći snabdevač električnom energijom na svetu.
Sjevernoafrička električna mreža
Sjeverna Afrika se nalazi duž obale Sredozemnog mora i Atlantskog okeana. Ova regija Afrike naziva se Magreb, ili arapski zapad.
Hidroenergetski resursi u Africi su neravnomjerno raspoređeni. Na sjeveru kontinenta nalazi se najtoplija pustinja na svijetu - Sahara. Ova teritorija se suočava sa nestašicom vode, tako da je snabdijevanje ovih regiona vodom glavni zadatak. Njegovo rješenje je izgradnja rezervoara.
Prvi rezervoari su se pojavili u Magrebu još 30-ih godina prošlog vijeka, zatim ih je dosta izgrađeno 60-ih godina, ali posebno intenzivna gradnja počinje u 21. vijeku.
Hidroenergetski resursi Sjeverne Afrike su prvenstveno određeni rijekom Nil. Ovo je najduža rijeka na svijetu. Šezdesetih godina prošlog vijeka na ovoj rijeci je izgrađena Asuanska brana, nakon čije izgradnje je formirana ogromna akumulacija, duga oko 500 km i široka oko 9 km. Punjenje rezervoara vodom odvijalo se tokom 5 godina od 1970. do 1975. godine.
Asuansku branu izgradio je Egipat u saradnji sa Sovjetskim Savezom. Ovo je bio međunarodni projekat, kao rezultat kojeg je moguće proizvesti do 10 milijardi kWh električne energije godišnje, kontrolisati nivo vode u rijeci Nil tokom poplava i dugo akumulirati vodu u akumulaciji. Mreža kanala za navodnjavanje polja odvaja se od akumulacije, a na mjestu pustinje pojavile su se oaze, sve više površina se koristi za poljoprivredu. Vodni i hidroenergetski resursi Sjeverne Afrike koriste se sa maksimalnom efikasnošću.
Dijelimo svjetski hidroenergetski potencijal
- Azija - 42%.
- Afrika - 21%.
- Sjeverna Amerika - 12%.
- Južna Amerika - 13%.
- Evropa - 9%.
- Australija i Okeanija – 3%
Globalni hidroenergetski potencijal procjenjuje se na 10 triliona kWh električne energije.
20. vek se može nazvati vekom hidroenergetike. 21. vijek donosi svoje dodatke u historiju ove industrije. Svijet je povećao pažnju na elektrane s pumpnim akumuliranjem (PSPP) i elektrane na plimu (TE), koje koriste snagu morske plime za proizvodnju električne energije. Razvoj hidroenergetike se nastavlja.
