Hvad er vandkraft?

Forstå hvordan vandkraftværket omdanner vandenergi til elektricitet, dets fordele og ulemper

Vandkraft

Billede: Itaipu Dam, Paraguay / Brasilien af ​​International Hydropower Association (IHA) er licenseret under CC BY 2.0

Hvad er hydraulisk (vandkraft) energi?

Vandkraft er brugen af ​​den kinetiske energi indeholdt i strømmen af ​​vandområder. Den kinetiske energi fremmer rotationen af ​​vingerne på turbinerne, der udgør det vandkraftanlæg, der senere skal omdannes til elektrisk energi af systemgeneratoren.

Hvad er et vandkraftværk (eller vandkraftværk)?

Et vandkraftværk er et sæt værker og udstyr, der bruges til at producere elektrisk energi ved brug af det hydrauliske potentiale i en flod. Det hydrauliske potentiale gives af den hydrauliske strømning og koncentrationen af ​​den eksisterende ujævnhed langs flodens forløb. Ujævnhederne kan være naturlige (vandfald) eller bygges i form af dæmninger eller gennem afledning af floden fra dens naturlige seng for at danne reservoirer. Der er to typer reservoirer: akkumulering og vandløbsreservoirer. Akkumuleringsaflejringerne dannes normalt ved vandløbene ved floderne på steder, der forekommer høje vandfald og består af store reservoirer med store akkumuleringer af vand. Vandløbsreservoirer drager fordel af flodens vandhastighed til at generere elektricitet og genererer således minimal eller ingen vandakkumulering.

Anlæggene klassificeres til gengæld efter følgende faktorer: vandfaldets højde, strømning, installeret kapacitet eller kraft, type turbine, der anvendes i systemet, dæmning og reservoir. Byggepladsen angiver højden af ​​faldet og strømmen, og disse to faktorer bestemmer den installerede kapacitet eller effekt af et vandkraftværk. Den installerede kapacitet bestemmer typen af ​​turbine, dæmningen og reservoiret.

Ifølge en rapport fra National Electric Energy Agency (Aneel) definerer det nationale referencecenter for små vandkraftanlæg (Cerpch fra Federal University of Itajubá - Unifei) vandfaldets højde som lav (op til 15 meter), medium ( 15 til 150 meter) og høj (større end 150 meter). Disse foranstaltninger er dog ikke enige. Størrelsen på anlægget bestemmer også størrelsen på det distributionsnet, der fører den producerede elektricitet til forbrugerne. Jo større planten er, jo større er tendensen til, at den er langt fra bycentre. Dette kræver konstruktion af store transmissionslinjer, der ofte krydser stater og forårsager energitab.

Hvordan fungerer et vandkraftværk?

Til produktion af vandkraft er det nødvendigt at integrere strømmen af ​​floden, forskellen i terrænet (naturligt eller ikke) og mængden af ​​vand til rådighed.

Systemet med et vandkraftværk består af:

Dæmning

Dæmningens formål er at afbryde flodens naturlige cyklus og skabe et vandreservoir. Reservoiret har andre funktioner udover lagring af vand, såsom at skabe vandgabet, fange vand i et passende volumen til energiproduktion og regulere strømmen af ​​floder i perioder med regn og tørke.

Vandindtagssystem (adduktion)

Består af tunneler, kanaler og metalrør, der fører vandet til kraftcentret.

Kraftværk

I denne del af systemet er møllerne forbundet med en generator. Turbinernes bevægelse omdanner vandets bevægelses kinetiske energi til elektrisk energi gennem generatorerne.

Der er flere typer turbiner, hvor pelton, kaplan, francis og pære er de vigtigste. Den mest egnede turbine til hvert vandkraftværk afhænger af faldhøjde og flow. Et eksempel: pæren bruges i køreanlæg, fordi den ikke kræver eksistens af reservoirer og er indiceret til lave fald og høje strømningshastigheder.

Escape-kanal

Efter at have passeret gennem vindmøllerne returneres vandet til flodens naturlige seng gennem flugtkanalen.

Flugtkanalen er placeret mellem kraftcenteret og floden, og dens størrelse afhænger af kraftværkets størrelse og floden.

Spillway

Spildet tillader vand at trænge ud, når reservoirets niveau overstiger de anbefalede grænser. Dette sker normalt i perioder med regn.

Overløbet åbnes, når elproduktionen forringes, fordi vandstanden er over det ideelle niveau; eller for at undgå overfyldning og følgelig oversvømmelse omkring planten, hvilket er muligt i meget regnfulde perioder.

Sociale miljømæssige påvirkninger forårsaget af implantation af vandkraftværker

Det første vandkraftværk blev bygget i slutningen af ​​det 19. århundrede på en strækning af Niagara Falls mellem USA og Canada, da kul var det vigtigste brændstof, og olie stadig ikke blev brugt i vid udstrækning. Før det blev hydraulisk energi kun brugt som mekanisk energi.

På trods af at vandkraft er en vedvarende energikilde, påpeger Aneels rapport, at dens deltagelse i verdens elektriske matrix er lille og bliver endnu mindre. Den voksende manglende interesse ville være et resultat af de negative eksternaliteter som følge af gennemførelsen af ​​projekter af denne størrelse.

En negativ indvirkning af gennemførelsen af ​​store vandkraftprojekter er ændringen i livsstilen for de befolkninger, der bor i regionen eller i omgivelserne på det sted, hvor planten vil blive implanteret. Det er også vigtigt at understrege, at disse samfund ofte er menneskelige grupper identificeret som traditionelle befolkninger (oprindelige folk, quilombolas, Amazonas flodsamfund og andre), hvis overlevelse afhænger af brugen af ​​ressourcer fra det sted, hvor de bor, og som har forbindelse til territoriet kulturel orden.

Er vandkraft ren?

På trods af at mange af dem betragtes som en kilde til "ren" energi, fordi den ikke er forbundet med afbrænding af fossile brændstoffer, bidrager vandkraftproduktion til emission af kuldioxid og metan, hvilket er to gasser, der potentielt kan forårsage global opvarmning.

Emissionen af ​​kuldioxid (CO2) skyldes nedbrydning af træer, der forbliver over vandstanden i reservoirerne, og frigivelsen af ​​metan (CH4) sker ved nedbrydning af det organiske stof, der er til stede i bunden af ​​reservoiret. Når vandsøjlen stiger, øges også koncentrationen af ​​methan (CH4). Når vandet når anlæggets turbiner, forårsager forskellen i tryk frigivelse af metan i atmosfæren. Metan frigives også i vandvejen gennem plantens overløb, når vandet sprøjtes i dråber ud over ændringen i tryk og temperatur.

CO2 frigøres ved nedbrydning af døde træer over vand. I modsætning til metan anses kun en del af den udledte CO2 for at være påvirkningsfuld, da en stor del af CO2 er annulleret gennem absorptioner, der opstår i reservoiret. Da metan ikke inkorporeres i fotosyntese-processer (selvom det langsomt kan omdannes til kuldioxid), anses det for at have en større indvirkning på drivhuseffekten i dette tilfælde.

Balcar-projektet (drivhusgasemissioner i reservoirer af vandkraftværker) blev oprettet for at undersøge bidraget fra kunstige reservoirer til intensivering af drivhuseffekten gennem emission af kuldioxid og metan. De første undersøgelser af projektet blev udført i 90'erne i reservoirer i Amazonas-regionen: Balbina, Tucuruí og Samuel. Amazon-regionen var fokuseret på undersøgelsen, fordi den er kendetegnet ved massiv vegetationsdækning og derfor større potentiale for gasemissioner ved nedbrydning af organisk materiale. Efterfølgende i slutningen af ​​1990'erne omfattede projektet også Miranda, Três Marias, Segredo, Xingo og Barra Bonita.

Ifølge artiklen, som Dr. Philip M. Fearnside fra Amazon Research Institute offentliggjorde om gasemissionerne på Tucuruí-anlægget, i 1990, varierede drivhusgasemissionerne (CO2 og CH4) mellem anlægget 7 millioner og 10 millioner tons det år. Forfatteren foretager en sammenligning med byen São Paulo, der udledte 53 millioner tons CO2 fra fossile brændstoffer det samme år. Med andre ord ville kun Tucuruí være ansvarlig for emissionen svarende til 13% til 18% af drivhusgasemissionerne i byen São Paulo, en væsentlig værdi for en energikilde, der i lang tid betragtes som "emissionsfri". Man mente, at organisk materiale over tid ville gennemgå total nedbrydning, og som følge heraf ville det ophøre med at udsende disse gasser. Imidlertid,Undersøgelser foretaget af Balcar-gruppen har vist, at gasproduktionsprocessen tilføres gennem ankomsten af ​​nye organiske materialer, der er bragt ind af floder og regn.

Tab af plante- og dyrearter

Især i Amazonas-regionen, der har høj biodiversitet, er der uundgåelig død af organismer fra floraen på det sted, hvor reservoiret dannes. Hvad angår dyr, kan det ikke garanteres, at alle organismer, der udgør økosystemet, er gemt, selvom der foretages grundig planlægning i et forsøg på at fjerne organismerne. Derudover pålægger dæmningen ændringer i de omgivende levesteder.

Jordtab

Jorden i det oversvømmede område bliver ubrugelig til andre formål. Dette bliver et centralt problem, især i overvejende flade regioner, såsom Amazon-regionen selv. Da kraften i anlægget er givet af forholdet mellem strømmen af ​​floden og ujævnheden i terrænet, skal der, hvis terrænet har en lav ujævnhed, opbevares en større mængde vand, hvilket indebærer et omfattende reservoirområde.

Ændringer i flodens hydrauliske geometri

Floder har tendens til at have en dynamisk balance mellem udledning, gennemsnitlig vandhastighed, sedimentbelastning og sengemorfologi. Opførelsen af ​​reservoirer påvirker denne balance og forårsager derfor ændringer i hydrologisk og sedimentær orden, ikke kun på dæmningsstedet, men også i det omkringliggende område og i sengen under dæmningen.

Nominel kapacitet x faktisk produceret mængde

Et andet spørgsmål, der skal rejses, er, at der er en forskel mellem den nominelle installerede kapacitet og den faktiske mængde elektrisk energi, der produceres af anlægget. Mængden af ​​produceret energi afhænger af strømmen af ​​floden.

Således er det nytteløst at installere et system med potentiale til at producere mere energi, end strømmen af ​​floden kan give, som det skete i tilfælde af vandkraftværket i Balbina, der er installeret på Uatumã-floden.

Anlæggets faste kraft

Et andet vigtigt punkt, der skal tages i betragtning, er konceptet med anlæggets faste kraft. Ifølge Aneel er anlæggets faste kraft den maksimale kontinuerlige energiproduktion, der kunne opnås, i betragtning af den tørreste sekvens, der er registreret i strømningshistorien for floden, hvor den er installeret som base. Dette spørgsmål har tendens til at blive mere og mere centralt i lyset af stadig hyppigere og alvorlige tørkeperioder.

Vandkraft i Brasilien

Brasilien er det land, der besidder det største vandkraftpotentiale i verden. Så 70% af det er koncentreret i bassinerne til Amazonas og Tocantins / Araguaia. Det første store brasilianske vandkraftværk, der blev bygget, var Paulo Afonso I i 1949 i Bahia med en effekt svarende til 180 MW. I øjeblikket er Paulo Afonso I en del af det vandkraftkompleks Paulo Afonso, der i alt består af fire anlæg.

Balbina

Balbina vandkraftværk blev bygget på Uatumã-floden i Amazonas. Balbina blev bygget til at dække Manaus 'energibehov. Prognosen var installation af 250 MW kapacitet gennem fem generatorer med en effekt på 50 MW hver. Imidlertid giver strømmen af ​​Uatumã-floden en langt lavere gennemsnitlig årlig energiproduktion, et sted omkring 112,2 MW, hvoraf kun 64 MW kan betragtes som fast kraft. I betragtning af at der er et omtrentligt tab på 2,5% under transmission af elektricitet fra anlægget til forbrugercentret, kun 109,4 MW (62,4 MW i fast effekt). Værdi langt under den nominelle kapacitet på 250 MW.

Itaipu

Itaipu vandkraftværk betragtes som det næststørste anlæg i verden med 14 tusind MW installeret kapacitet og kun næst Três Gorges i Kina med 18,2 tusind MW. Bygget på Paraná-floden og beliggende på grænsen mellem Brasilien og Paraguay, er det en binational plante, da den tilhører begge lande. Den energi, der genereres af Itaipu, der leverer Brasilien, svarer til halvdelen af ​​dets samlede effekt (7 tusind MW), hvilket svarer til 16,8% af den energi, der forbruges i Brasilien, og den anden halvdel af kraften bruges af Paraguay og svarer til 75% Paraguays energiforbrug.

Tucuruí

Tucuruí-anlægget blev bygget på Tocantins-floden i Pará og har en installeret kapacitet svarende til 8.370 MW.

Belo Monte

Vandkraftværket Belo Monte, der ligger i kommunen Altamira, sydvest for Pará og indviet af præsident Dilma Roussef, blev bygget på Xingu-floden. Anlægget er det største vandkraftværk 100% nationalt og det tredjestørste i verden. Med en installeret kapacitet på 11233,1 Megawatt (MW). Dette betyder nok last til at betjene 60 millioner mennesker i 17 stater, hvilket repræsenterer cirka 40% af boligforbruget over hele landet. Den tilsvarende installerede produktionskapacitet er 11.000 MW, dvs. det største anlæg med installeret kraft landet, der tager pladsen for Tucuruí-anlægget som den største 100% nationale plante. Belo Monte er også det tredje største vandkraftværk i verden bag henholdsvis Três Gargantas og Itaipu.

Mange spørgsmål drejer sig om opførelsen af ​​Belo Monte-anlægget. På trods af at det er den installerede kapacitet på 11 tusind MW, svarer miljøministeriet ifølge anlæggets faste kraft til 4,5 tusind MW, det vil sige kun 40% af den samlede effekt. Fordi det er bygget i en Amazon-region, har Belo Monte potentialet til at udsende store koncentrationer af metan og kuldioxid. Alt dette uden at tælle den store indvirkning på traditionelle befolkningers liv og den store indvirkning på fauna og flora. En anden faktor er, at dens konstruktion hovedsagelig kommer virksomheder, ikke befolkningen til gode. Cirka 80% af elektriciteten er bestemt til virksomheder i centrum-syd i landet.

Anvendelighed

På trods af de nævnte negative miljømæssige påvirkninger har vandkraft fordele i forhold til ikke-vedvarende energikilder såsom fossile brændstoffer. På trods af at de bidrager til emissionen af ​​metan og svovldioxid, udsender eller frigiver vandkraftværker ikke andre typer giftige gasser, såsom dem der udåndes af termoelektriske anlæg - meget skadelige for miljøet og menneskers sundhed.

Imidlertid er ulemperne ved vandkraftværker sammenlignet med andre vedvarende energikilder såsom sol- og vindkraft, der har reduceret miljøpåvirkningen sammenlignet med virkningerne forårsaget af vandkraftværker, mere tydelige. Problemet er stadig levedygtigheden af ​​nye teknologier. Et alternativ til at reducere virkningerne i forbindelse med produktion af vandkraft er opførelsen af ​​små vandkraftværker, der ikke kræver opførelse af store reservoirer.

  • Hvad er solenergi, fordele og ulemper
  • Hvad er vindenergi?

Derudover har dæmninger en brugstid på omkring 30 år, hvilket sætter spørgsmålstegn ved deres langsigtede levedygtighed.

Undersøgelsen "Bæredygtig vandkraft i det 21. århundrede", udført af Michigan State University, henleder opmærksomheden på det faktum, at store vandkraft dæmninger kan blive en endnu mindre bæredygtig energikilde i lyset af klimaændringerne.

Det er nødvendigt at overveje de virkelige omkostninger ved vandkraft, ikke kun de økonomiske omkostninger og infrastrukturomkostningerne, men også de sociale, miljømæssige og kulturelle omkostninger.


Original text