Vesivoimavaroilla on rajallinen arvo, vaikka niitä pidetäänkin uusiutuvina. Ne ovat kansallista rikkautta, kuten öljy, kaasu tai muut mineraalit, ja niitä on käsiteltävä huolellisesti ja harkiten.
Vesivoima
Jo muinaisina aikoina ihmiset huomasivat, että ylhäältä alas putoava vesi voi tehdä tiettyjä töitä, kuten pyörittää pyörää. Tätä putoavan veden ominaisuutta alettiin käyttää myllyn pyörien saattamiseksi liikkeelle. Siten ilmestyivät ensimmäiset vesimyllyt, jotka ovat säilyneet tähän päivään lähes alkuperäisessä muodossaan. Vesimylly on ensimmäinen vesivoimalaitos.
1600-luvulla syntyneessä manufaktuurituotannossa käytettiin myös vesipyöriä, ja esimerkiksi 1700-luvulla tällaisia manufaktuureja oli Venäjällä jo noin kolme tuhatta. Tiedetään, että tehokkaimmat tällaisten pyörien asennukset käytettiin Krenholmin manufaktuurissa (Narovajoki). Vesipyörät olivat halkaisij altaan 9,5 metriä ja ne kehittivät jopa 500 hevosvoimaa.
Vesivoimavarat: määritelmä, edut ja haitat
19vuosisadalla vesipyörien jälkeen ilmestyi vesiturbiinit ja niiden jälkeen sähkökoneet. Tämä mahdollisti putoavan veden energian muuntamisen sähköenergiaksi ja sen siirtämisen sitten tietyn matkan päähän. Tsaari-Venäjällä oli vuoteen 1913 mennessä noin 50 000 vesiturbiineilla varustettua yksikköä, jotka tuottivat sähköä.
Se osaa jokien energiasta, joka voidaan muuntaa sähköenergiaksi, kutsutaan vesivoimavaroiksi, ja laitetta, joka muuttaa putoavan veden energian sähköenergiaksi, kutsutaan vesivoimalaitokseksi (HPP). Voimalaitoksen laitteessa on välttämättä hydraulinen turbiini, joka pyörittää sähkögeneraattoria. Putoavan veden virtauksen saamiseksi voimalaitoksen rakentamiseen kuuluu patojen ja altaiden rakentaminen.
Vesivoiman käytön edut:
- Joen energia on uusiutuvaa.
- Ei ympäristön saastumista.
- Sähkö on halpaa.
- Ilmastoolosuhteet säiliön lähellä paranevat.
Vesivoiman käytön haitat:
- Jonkin maa-alueen tulviminen säiliön rakentamiseksi.
- Muuttuvat monet ekosysteemit joen uoman varrella, vähenevät kalakannat, häiritsevät lintujen pesimäpaikkoja, saastuttavat joet.
- Rakennusvaara vuoristoisella alueella.
Vesivoimapotentiaalin käsite
Arvioidakseen joen, maan tai koko planeetan vesivoimavaroja maailmassaEnergiakonferenssi (MIREC) määritteli vesivoimapotentiaalin kaikkien tarkasteltavana olevan alueen osien sähköntuotantoon käytettävien kapasiteettien summaksi. Vesivoimapotentiaalia on useita erilaisia:
- Bruttopotentiaali, joka edustaa mahdollisia vesivoimavaroja.
- Tekninen potentiaali on se osa bruttopotentiaalia, joka voidaan teknisesti käyttää.
- Taloudellinen potentiaali on se osa teknistä potentiaalia, jonka hyödyntäminen on taloudellisesti mahdollista.
Jonkin vesivirran teoreettinen teho määräytyy kaavalla
N (kW)=9, 81QH, jossa Q on veden virtausnopeus (m3/s); H on vesiputouksen korkeus (m).
Maailman tehokkain vesivoimala
Joulukuun 14. päivänä 1994 Kiinassa Jangtse-joen varrella aloitettiin suurimman vesivoimalan, nimeltä Three Gorges, rakentaminen. Vuonna 2006 padon rakentaminen valmistui ja ensimmäinen vesivoimalaitos otettiin käyttöön. Tästä vesivoimalaitoksesta piti tulla Kiinan keskusvesivoimalaitos.
Tämän aseman padon näkymä muistuttaa Krasnojarskin vesivoimalan suunnittelua. Padon korkeus on 185 metriä ja pituus 2,3 km. Padon keskellä on ylivuoto, joka on suunniteltu vapauttamaan 116 000 m3 vettä sekunnissa, eli noin 200 metrin korkeudelta putoaa yli 100 tonnia vettä. yksi sekunti.
Jangtse, jolle Kolmen rotkon vesivoimala on rakennettu, on yksimaailman voimakkaat joet. Vesivoimalan rakentaminen tälle joelle mahdollistaa alueen luonnollisten vesivoimavarojen käytön. Alkaen Tiibetistä, 5600 metrin korkeudesta, joki saa merkittävän vesivoimapotentiaalin. Houkuttelevimmaksi paikaksi padon rakentamiselle osoittautui Kolmen rotkon alue, jossa joki purkaa vuorista tasangolle.
HPP-suunnittelu
Kolmen rotkon vesivoimalaitoksessa on kolme voimalaitosta, joissa on 32 vesivoimalaitosta, kunkin teholtaan 700 MW, ja kaksi vesivoimalaitosta, joiden kapasiteetti on 50 MW. Voimalaitoksen kokonaiskapasiteetti on 22,5 GW.
Padon rakentamisen seurauksena muodostui 39 km tilavuudeltaan säiliö3. Padon rakentaminen johti kahden 1,24 miljoonan asukkaan kaupungin asukkaat muuttamiseen uuteen paikkaan. Lisäksi tulvavyöhykkeeltä poistettiin 1 300 arkeologista esinettä. Kaikkiin padon rakentamisen valmisteluihin käytettiin 11,25 miljardia dollaria. Kolmen rotkon vesivoimalan rakentamisen kokonaiskustannukset ovat 22,5 miljardia dollaria.
Tämän vesivoimalan rakentaminen mahdollistaa oikein navigoinnin, ja lisäksi säiliön rakentamisen jälkeen rahtilaivojen virtaus lisääntyi viisinkertaiseksi.
Matkustaja-alukset ohittavat laivanhissin, jonka avulla alukset, joiden paino on enintään 3 000 tonnia, kulkevat ohi. Rahtialusten läpikulkua varten rakennettiin kaksi riviä viisivaiheisia sulkuja. Tässä tapauksessa alusten painon on oltava alle 10 000 tonnia.
Jangtse HPP Cascade
Jangtse-joen vesi- ja vesivoimavarat mahdollistavat rakentamisenjoessa on enemmän kuin yksi vesivoimalaitos, joka toteutettiin Kiinassa. Kolmen rotkon vesivoimalan yläpuolelle rakennettiin kokonainen vesivoimalaitoskaskadi. Tämä on tehokkain vesivoimalaitoskaskadi, jonka kapasiteetti on yli 80 GW.
Kaskadin rakentaminen välttää Kolmen rotkon säiliön tukkeutumisen, koska se vähentää eroosiota vesivoimalaitoksen ylävirtaan joenuomassa. Sen jälkeen vedessä on vähemmän lietettä kantamista varten.
Lisäksi HPP-kaskadin avulla voit säädellä veden virtausta Kolmen rotkon HEPP:lle ja saada siinä tasaisen sähköntuotannon.
Itaipu Parana-joella
Paraná tarkoittaa "hopeajokea", se on Etelä-Amerikan toiseksi suurin joki ja sen pituus on 4380 km. Tämä joki virtaa erittäin kovan maan läpi, joten ylittäessään sen, se luo matkallaan koskia ja vesiputouksia. Tämä seikka viittaa suotuisiin olosuhteisiin vesivoimalaitosten rakentamiselle täällä.
Itaipu HPP rakennettiin Parana-joelle, 20 km:n päässä Foz do Iguacun kaupungista Etelä-Amerikassa. Teholtaan tämä vesivoimala on toiseksi vain Kolmen rotkon HEPP:n jälkeen. Brasilian ja Paraguayn rajalla sijaitseva Itaipu HPP tarjoaa täyden sähkön Paraguaylle ja 20 % Brasilialle.
Vesivoimalan rakentaminen alkoi vuonna 1970 ja päättyi vuonna 2007. Paraguayn puolelle on asennettu kymmenen 700 MW:n generaattoria ja saman verran Brasilian puolelle. Koska vesivoimalan ympärillä oli trooppista metsää, joka altistui tulville, näiden paikkojen eläimet siirrettiin muille alueille. Padon pituus on 7240 metriä,ja korkeus on 196 m, rakennuskustannusten arvioidaan olevan 15,3 miljardia dollaria. HPP:n kapasiteetti on 14 000 GW.
Venäjän vesivoimavarat
Venäjän federaatiolla on suuri vesi- ja energiapotentiaali, mutta maan vesivoimavarat ovat jakautuneet erittäin epätasaisesti sen alueelle. Näistä resursseista 25 % sijaitsee Euroopan osassa, 40 % Siperiassa ja 35 % Kaukoidässä. V altion eurooppalaisessa osassa vesivoimapotentiaali on asiantuntijoiden mukaan käytössä 46 % ja v altion koko vesivoimapotentiaalin arvoksi arvioidaan 2500 miljardia kWh. Tämä on toinen tulos maailmassa Kiinan jälkeen.
Vesivoiman lähteet Siperiassa
Siperiassa on v altavat vesivoimavarat, Itä-Siperia on erityisen rikas vesivoimavaroista. Siellä virtaavat joet Lena, Angara, Jenisei, Ob ja Irtysh. Tämän alueen vesipotentiaalin arvioidaan olevan 1 000 miljardia kWh.
Sayano-Shushenskaya HPP nimetty P. S. Neporozhnyn mukaan
Tämän vesivoimalaitoksen kapasiteetti on 6400 MW. Tämä on Venäjän federaation tehokkain vesivoimalaitos, ja se on maailman rankingissa sijalla 14.
Jenisein osuus, jota kutsutaan Sayan-käytäväksi, on suotuisa vesivoimaloiden rakentamiselle. Täällä joki kulkee Sayan-vuorten läpi muodostaen monia koskia. Juuri tähän paikkaan rakennettiin Sayano-Shushenskaya HPP, samoin kuin muut laitokset, jotka muodostavat kaskadin. Sayano-Shushenskaya HPP on tämän kaskadin korkein askelma.
Rakentaminen suoritettiin vuosina 1963-2000. Aseman suunnittelukoostuu 245 metrin korkuisesta ja 1075 metrin pituisesta padosta, voimalaitosrakennuksesta, kojeistosta ja ylivuotorakenteesta. HEPP-rakennuksessa on 10 hydraulikoneistoa, joiden kunkin teho on 640 MW.
Padon rakentamisen jälkeen muodostuneen säiliön tilavuus on yli 30 km3 ja sen kokonaispinta-ala on 621 km2.
Venäjän federaation suuret voimalaitokset
Siperian vesivoimavaroista on tällä hetkellä käytössä 20 %, vaikka tänne on rakennettu monia melko suuria vesivoimaloita. Suurin niistä on Sayano-Shushenskaya HPP, jota seuraavat seuraavat vesivoimalaitokset:
- Krasnojarskaja HP, jonka kapasiteetti on 6000 MW (Jeniseillä). Siinä on laivahissi, toistaiseksi ainoa Venäjän federaatiossa.
- Bratskaya HPP, jonka kapasiteetti on 4500 MW (Angarassa).
- Ust-Ilimskaya HPP, teho 3840 MW (Angarassa).
Kaukoidässä on vähiten kehittynyt potentiaali. Asiantuntijoiden mukaan tämän alueen vesipotentiaalia käyttää 4 %.
Vesivoiman lähteet Länsi-Euroopassa
Länsi-Euroopan maissa vesivoimapotentiaali on lähes täysin käytetty. Jos se on myös melko korkea, tällaiset maat tarjoavat itselleen sähköä vesivoimaloista. Näitä maita ovat Norja, Itäv alta ja Sveitsi. Norja on ykkönen maailmassa sähköntuotannossa maan asukasta kohden. Norjassa tämä luku on 24 000 kWh vuodessa, ja 99,6 % tästä energiasta tuotetaan vesivoimalaitoksilla.
VesivoimapotentiaalitLänsi-Euroopan eri maat eroavat huomattavasti toisistaan. Tämä johtuu erilaisista maasto-olosuhteista ja erilaisesta valumamuodostuksesta. 80 % Euroopan vesivoiman kokonaispotentiaalista on keskittynyt vuoristoon, jossa virtausnopeus on suuri: Skandinavian länsiosaan, Alpeille, Balkanin niemimaalle ja Pyreneillä. Euroopan kokonaisvesivoimapotentiaali on 460 miljardia kWh vuodessa.
Euroopan polttoainevarat ovat hyvin pienet, joten jokien energiavarat kehittyvät erittäin merkittävästi. Esimerkiksi Sveitsissä näitä resursseja kehitetään 91 %, Ranskassa - 92 %, Italiassa - 86 % ja Saksassa - 76 %.
HPP-kaskadi Rein-joella
Tälle joelle on rakennettu vesivoimalaitoskaskadi, joka koostuu 27 vesivoimalaitoksesta, joiden kokonaiskapasiteetti on noin 3000 MW.
Yksi asemista rakennettiin vuonna 1914. Tämä on HPP Laufenburg. Sitä kunnostettiin kahdesti, minkä jälkeen sen teho on 106 MW. Lisäksi asema kuuluu arkkitehtonisiin monumentteihin ja on Sveitsin kansallisaarre.
HPP Rheinfelden on moderni vesivoimalaitos. Sen käynnistäminen toteutettiin vuonna 2010 ja sen teho on 100 MW. Suunnittelu sisältää 4 hydrauliyksikköä, kukin 25 MW. Tämä vesivoimalaitos rakennettiin korvaamaan vanha, vuonna 1898 rakennettu vesivoimala. Vanha asema on parhaillaan remontin alla.
Vesivoiman lähteet Afrikassa
Afrikan vesivoimavarat johtuvat sen alueen läpi virtaavista joista: Kongosta, Niilistä, Limpoposta, Nigeristä ja Zambezista.
Kongojokisillä on merkittävää vesivoimapotentiaalia. Osassa tämän joen kulkua on vesiputouksia, jotka tunnetaan nimellä Inga Rapids. Täällä vesivirta laskeutuu 100 metrin korkeudesta nopeudella 26 000 m3 sekunnissa. Tälle alueelle rakennettiin 2 vesivoimalaitosta: "Inga-1" ja "Inga-2".
Kongon demokraattisen tasavallan hallitus hyväksyi vuonna 2002 Big Inga -kompleksin rakentamishankkeen, joka edellytti olemassa olevien Inga-1- ja Inga-2-vesivoimaloiden jälleenrakentamista sekä vesivoimaloiden rakentamista. kolmas - Inga-3. Näiden suunnitelmien toteuttamisen jälkeen päätettiin rakentaa maailman suurin Bolshaya Inga -kompleksi.
Tämä hanke oli keskustelun aiheena kansainvälisessä energiakonferenssissa. Ottaen huomioon Afrikan vesi- ja vesivoimavarojen tilan, konferenssissa läsnä olleet Keski- ja Etelä-Afrikan liike-elämän ja hallitusten edustajat hyväksyivät tämän hankkeen ja asettivat sen parametrit: "Big Ingan" kapasiteetiksi määritettiin 40 000 MW, joka on enemmän kuin tehokkain vesivoimala " Three Gorges "lähes 2 kertaa. HPP:n on määrä ottaa käyttöön vuonna 2020, ja rakennuskustannusten odotetaan olevan 80 miljardia dollaria.
Kun hanke on saatu päätökseen, Kongon demokraattisesta tasavallasta tulee maailman suurin sähköntoimittaja.
Pohjois-Afrikan sähköverkko
Pohjois-Afrikka sijaitsee Välimeren ja Atlantin v altameren rannikolla. Tätä Afrikan aluetta kutsutaan Maghrebiksi tai arabilänneksi.
Vesivoimavarat ovat jakautuneet epätasaisesti Afrikassa. Mantereen pohjoisosassa on maailman kuumin aavikko - Sahara. Tällä alueella on pula vedestä, joten näiden alueiden vesihuolto on tärkeä tehtävä. Sen ratkaisu on rakentaa altaita.
Ensimmäiset teko altaat ilmestyivät Maghrebiin jo viime vuosisadan 30-luvulla, sitten monet niistä rakennettiin 60-luvulla, mutta erityisen intensiivinen rakentaminen alkoi 2000-luvulla.
Pohjois-Afrikan vesivoimavarat määräytyvät ensisijaisesti Niilin joen avulla. Tämä on maailman pisin joki. Viime vuosisadan 60-luvulla tälle joelle rakennettiin Aswanin pato, jonka rakentamisen jälkeen muodostui v altava, noin 500 km pitkä ja noin 9 km leveä säiliö. Säiliön täyttö vedellä tapahtui 5 vuoden aikana vuosina 1970-1975.
Assuanin padon rakensi Egypti yhteistyössä Neuvostoliiton kanssa. Kyseessä oli kansainvälinen hanke, jonka tuloksena on mahdollista tuottaa jopa 10 miljardia kWh sähköä vuodessa, säädellä Niilin vedenkorkeutta tulvien aikana ja kerääntyä vesisäiliöön pitkäksi aikaa. Peltoja kasteleva kanavaverkosto poikkeaa säiliöstä, ja aavikon alueelle ilmestyi keitaita, yhä enemmän alueita käytetään maataloudessa. Pohjois-Afrikan vesi- ja vesivoimavaroja käytetään mahdollisimman tehokkaasti.
Maailman vesivoimapotentiaalin jakaminen
- Aasia - 42 %
- Afrikka - 21 %
- Pohjois-Amerikka - 12 %
- Etelä-Amerikka - 13 %
- Eurooppa - 9 %
- Australia ja Oseania – 3 %
Maailman vesivoimapotentiaalin arvioidaan olevan 10 biljoonaa kWh sähköä.
1900-lukua voidaan kutsua vesivoiman vuosisadaksi. 2000-luku tuo omat lisäyksensä tämän alan historiaan. Maailma on kiinnittänyt enemmän huomiota pumppuvoimaloihin (PSPP) ja vuorovesivoimaloihin (TPP), jotka käyttävät meren vuoroveden voimaa sähköenergian tuottamiseen. Vesivoiman kehitys jatkuu.
