Zasoby hydroenergetyczne mają skończoną wartość, chociaż są uważane za odnawialne. Stanowią bogactwo narodowe, takie jak ropa, gaz lub inne minerały i należy się nimi obchodzić ostrożnie i rozważnie.
Energia wodna
Nawet w starożytności ludzie zauważyli, że woda spadająca z góry na dół może wykonywać pewną pracę, na przykład obracać kołem. Ta właściwość spadającej wody zaczęła być wykorzystywana do wprawiania w ruch kół młyna. W ten sposób pojawiły się pierwsze młyny wodne, które przetrwały do dziś niemal w pierwotnej formie. Młyn wodny to pierwsza elektrownia wodna.
Produkcja manufaktury, która rozpoczęła się w XVII wieku, również wykorzystywała koła wodne, a np. w XVIII wieku w Rosji istniało już około trzech tysięcy takich manufaktur. Wiadomo, że najpotężniejsze instalacje takich kół zastosowano w manufakturze Krenholm (rzeka Narova). Koła wodne miały 9,5 metra średnicy i rozwijały moc do 500 koni mechanicznych.
Zasoby hydroenergetyczne: definicja, zalety i wady
W XIX wiekuwiek po kołach wodnych pojawiły się hydroturbiny, a po nich maszyny elektryczne. Umożliwiło to zamianę energii spadającej wody na energię elektryczną, a następnie przesłanie jej na pewną odległość. W carskiej Rosji do 1913 r. było około 50 000 jednostek wyposażonych w turbiny wodne, które wytwarzały energię elektryczną.
Ta część energii rzek, którą można zamienić na energię elektryczną, nazywa się zasobami hydroenergetycznymi, a urządzenie, które zamienia energię spadającej wody na energię elektryczną, nazywa się elektrownią wodną (HPP). Urządzenie elektrowni koniecznie zawiera turbinę hydrauliczną, która napędza obrotowo generator elektryczny. Aby uzyskać przepływ opadającej wody, budowa elektrowni wiąże się z budową tam i zbiorników.
Korzyści z korzystania z energii wodnej:
- Energia rzeki jest odnawialna.
- Brak zanieczyszczenia środowiska.
- Okazuje się tania energia elektryczna.
- Polepszają się warunki klimatyczne w pobliżu zbiornika.
Wady korzystania z energii wodnej:
- Zalanie terenu pod budowę zbiornika.
- Zmiana wielu ekosystemów wzdłuż koryta rzeki, zmniejszenie populacji ryb, zakłócanie miejsc gniazdowania ptaków, zanieczyszczanie rzek.
- Niebezpieczeństwo budowania w terenie górzystym.
Koncepcja potencjału hydroenergetycznego
Aby ocenić zasoby hydroenergetyczne rzeki, kraju lub całej planety na świecieKonferencja Energetyczna (MIREC) zdefiniowała potencjał hydroenergetyczny jako sumę mocy wszystkich rozważanych części terytorium, które można wykorzystać do wytwarzania energii elektrycznej. Istnieje kilka odmian potencjału hydroenergetycznego:
- Potencjał brutto, który reprezentuje potencjalne zasoby energii wodnej.
- Potencjał techniczny to ta część potencjału brutto, którą można wykorzystać technicznie.
- Potencjał ekonomiczny to ta część potencjału technicznego, której wykorzystanie jest ekonomicznie wykonalne.
Teoretyczna moc pewnego prądu wody jest określona wzorem
N (kW)=9, 81QH, gdzie Q jest natężeniem przepływu wody (m3/s); H to wysokość spadku wody (m).
Najpotężniejsza elektrownia wodna na świecie
14 grudnia 1994 roku w Chinach, nad rzeką Jangcy, rozpoczęła się budowa największej elektrowni wodnej, zwanej Trzema Przełomami. W 2006 roku zakończono budowę zapory i uruchomiono pierwszy blok hydroelektryczny. Elektrownia wodna miała stać się centralną elektrownią wodną w Chinach.
Widok zapory tej stacji przypomina projekt elektrowni wodnej Krasnojarsk. Wysokość zapory wynosi 185 metrów, a długość 2,3 km. W centrum zapory znajduje się przelew zaprojektowany do uwalniania 116 000 m3 wody na sekundę, czyli z wysokości około 200 m spada ponad 100 ton wody. jedną sekundę.
Rzeka Jangcy, na której zbudowana jest Elektrownia Wodna Trzech Przełomów, jest jedną z najbardziejpotężne rzeki świata. Budowa elektrowni wodnej na tej rzece umożliwia wykorzystanie naturalnych zasobów hydroenergetycznych tego obszaru. Zaczynając w Tybecie, na wysokości 5600 m rzeka zyskuje znaczny potencjał hydroenergetyczny. Najatrakcyjniejszym miejscem do budowy tamy okazał się rejon Trzech Przełomów, gdzie rzeka wypływa z gór na równinę.
Projekt HPP
Elektrownia Wodna Trzech Przełomów ma trzy elektrownie zawierające 32 jednostki hydroelektryczne, każda o mocy 700 MW, oraz dwie jednostki hydroelektryczne o mocy 50 MW. Całkowita moc HPP wynosi 22,5 GW.
W wyniku budowy zapory powstał zbiornik o objętości 39 km3. Budowa zapory zaowocowała przeniesieniem w nowe miejsce mieszkańców dwóch miast o łącznej populacji 1,24 mln osób. Ponadto ze strefy powodziowej usunięto 1300 obiektów archeologicznych. Na wszystkie przygotowania do budowy zapory wydano 11,25 miliarda dolarów. Całkowity koszt budowy elektrowni wodnej Three Gorges to 22,5 miliarda dolarów.
Konstrukcja tej elektrowni wodnej prawidłowo zapewnia nawigację, ponadto po wybudowaniu zbiornika przepływ statków towarowych wzrósł 5-krotnie.
Statki pasażerskie mijają windę, która umożliwia przepływ statków ważących nie więcej niż 3000 ton. Zbudowano dwie linie pięciostopniowych śluz do przejścia statków towarowych. W takim przypadku waga statków musi być mniejsza niż 10 000 ton.
Kaskada HPP Jangcy
Zasoby wodne i hydroenergetyczne rzeki Jangcy pozwalają budować na tymrzeka ma więcej niż jedną elektrownię wodną, którą podjęto w Chinach. Nad elektrownią wodną Trzech Przełomów zbudowano całą kaskadę elektrowni wodnych. To najpotężniejsza kaskada elektrowni wodnych o mocy ponad 80 GW.
Budowa kaskady pozwala uniknąć zatykania się zbiornika Trzech Przełomów, ponieważ ogranicza erozję koryta rzeki przed elektrownią wodną. Po tym w wodzie jest mniej szlamu.
Ponadto kaskada HPP pozwala regulować przepływ wody do Trzech Przełomów HPP i uzyskać równomierne wytwarzanie energii.
Itaipu nad rzeką Parana
Paraná oznacza „srebrną rzekę”, jest to druga co do wielkości rzeka w Ameryce Południowej i ma długość 4380 km. Rzeka ta przepływa przez bardzo twardy grunt, dlatego pokonując ją, tworzy po drodze bystrza i wodospady. Ta okoliczność wskazuje na sprzyjające warunki do budowy tu elektrowni wodnych.
Itaipu HPP został zbudowany na rzece Parana, 20 km od miasta Foz do Iguacu w Ameryce Południowej. Pod względem mocy ta elektrownia wodna ustępuje tylko Trzech Przełomom HPP. Zlokalizowany na granicy Brazylii i Paragwaju, Itaipu HPP dostarcza pełną energię elektryczną do Paragwaju i 20% do Brazylii.
Budowa elektrowni wodnej rozpoczęła się w 1970 roku i zakończyła w 2007 roku. Dziesięć generatorów o mocy 700 MW zostało zainstalowanych po stronie Paragwaju i tyle samo po stronie brazylijskiej. Ponieważ wokół elektrowni wodnej znajdował się las tropikalny, który podlegał powodziom, zwierzęta z tych miejsc zostały przeniesione na inne terytoria. Długość zapory to 7240 metrów,a wysokość 196 m, koszt budowy szacowany jest na 15,3 miliarda dolarów. Moc HPP wynosi 14 000 GW.
Rosyjskie zasoby hydroenergetyczne
Federacja Rosyjska ma duży potencjał wodno-energetyczny, ale jej zasoby hydroenergetyczne są rozmieszczone na jej terytorium niezwykle nierównomiernie. 25% tych zasobów znajduje się w części europejskiej, 40% na Syberii, a 35% na Dalekim Wschodzie. W europejskiej części państwa, zdaniem ekspertów, potencjał hydroenergetyczny jest wykorzystywany w 46%, a cały potencjał hydroenergetyczny państwa szacowany jest na 2500 mld kWh. To drugi wynik na świecie po Chinach.
Źródła energii wodnej na Syberii
Syberia ma ogromne rezerwy energii wodnej, Syberia Wschodnia jest szczególnie bogata w zasoby energii wodnej. Płyną tam rzeki Lena, Angara, Jenisej, Ob i Irtysz. Potencjał wodny tego regionu szacowany jest na 1 000 miliardów kWh.
Sayano-Sushenskaya HPP nazwana na cześć PS Neporozhny
Moc tej elektrowni wodnej wynosi 6400 MW. Jest to najpotężniejsza elektrownia wodna w Federacji Rosyjskiej i zajmuje 14. miejsce w światowym rankingu.
Odcinek Jeniseju, zwany korytarzem Sayan, sprzyja budowie elektrowni wodnych. Tutaj rzeka przepływa przez góry Sajany, tworząc liczne bystrza. To właśnie w tym miejscu zbudowano HPP Sayano-Shushenskaya, a także inne HPP, które tworzą kaskadę. Sayano-Shushenskaya HPP to najwyższy stopień w tej kaskadzie.
Budowa realizowana była w latach 1963-2000. Projekt stacjiskłada się z zapory o wysokości 245 metrów i długości 1075 metrów, budynku elektrowni, rozdzielnicy i konstrukcji przelewowej. W budynku HPP znajduje się 10 agregatów hydraulicznych o mocy 640 MW każdy.
Zbiornik powstały po wybudowaniu zapory ma objętość ponad 30 km3, a jego łączna powierzchnia wynosi 621 km2.
Duży HPP Federacji Rosyjskiej
Zasoby hydroenergetyczne Syberii są obecnie wykorzystywane w 20%, chociaż zbudowano tu wiele dość dużych elektrowni wodnych. Największym z nich jest elektrownia HPP Sayano-Shushenskaya, a następnie następujące elektrownie wodne:
- Krasnoyarskaya HPP o mocy 6000 MW (na Jeniseju). Posiada podnośnik okrętowy, jedyny do tej pory w Federacji Rosyjskiej.
- Bratskaya HPP o mocy 4500 MW (w Angarze).
- Ust-Ilimskaya HPP o mocy 3840 MW (w Angarze).
Najsłabiej rozwinięty potencjał ma Daleki Wschód. Zdaniem ekspertów, potencjał wodny tego regionu jest wykorzystywany przez 4%.
Źródła energii wodnej w Europie Zachodniej
W krajach Europy Zachodniej potencjał hydroenergetyczny jest prawie całkowicie wykorzystywany. Jeśli jest też dość wysoki, to takie kraje w pełni zaopatrują się w energię elektryczną z elektrowni wodnych. Są to kraje takie jak Norwegia, Austria i Szwajcaria. Norwegia zajmuje pierwsze miejsce na świecie pod względem produkcji energii elektrycznej na mieszkańca kraju. W Norwegii liczba ta wynosi 24 000 kWh rocznie, a 99,6% tej energii wytwarzają elektrownie wodne.
Potencjały hydroenergetyczneróżne kraje Europy Zachodniej znacznie się od siebie różnią. Wynika to z różnych warunków terenowych i odmiennej formacji spływów. 80% całkowitego potencjału hydroenergetycznego Europy koncentruje się w górach o wysokim natężeniu przepływu: zachodniej części Skandynawii, Alpach, Półwyspie Bałkańskim i Pirenejach. Całkowity potencjał hydroenergetyczny Europy wynosi 460 miliardów kWh rocznie.
Zasoby paliwowe w Europie są bardzo małe, więc zasoby energetyczne rzek są bardzo rozwinięte. Na przykład w Szwajcarii zasoby te są rozwijane o 91%, we Francji - o 92%, we Włoszech - o 86%, a w Niemczech - o 76%.
HPP Kaskada na Renie
Na tej rzece zbudowano kaskadę elektrowni wodnych, składającą się z 27 elektrowni wodnych o łącznej mocy około 3000 MW.
Jedna ze stacji została zbudowana w 1914 roku. To jest HPP Laufenburg. Dwukrotnie przechodził przebudowę, po której jego moc wynosi 106 MW. Ponadto stacja należy do zabytków architektury i jest narodowym skarbem Szwajcarii.
HPP Rheinfelden to nowoczesna elektrownia wodna. Jego uruchomienie nastąpiło w 2010 roku, a jego moc wynosi 100 MW. Projekt obejmuje 4 agregaty hydrauliczne o mocy 25 MW każdy. Elektrownia wodna została zbudowana w celu zastąpienia starej elektrowni wybudowanej w 1898 roku. Stara stacja jest obecnie w remoncie.
Źródła energii wodnej w Afryce
Zasoby hydroenergetyczne Afryki są spowodowane rzekami przepływającymi przez jej terytorium: Kongo, Nil, Limpopo, Niger i Zambezi.
Kongoma znaczny potencjał hydroelektryczny. Na części biegu tej rzeki znajduje się kaskada wodospadów znana jako Inga Rapids. Tutaj strumień wody opada z wysokości 100 metrów z prędkością 26 000 m3 na sekundę. Na tym terenie wybudowano 2 elektrownie wodne: „Inga-1” i „Inga-2”.
Rząd Demokratycznej Republiki Konga w 2002 roku zatwierdził projekt budowy kompleksu Big Inga, który przewidywał przebudowę istniejących elektrowni wodnych Inga-1 i Inga-2 oraz budowę trzecia - Inga-3. Po realizacji tych planów podjęto decyzję o budowie największego kompleksu Bolshaya Inga na świecie.
Ten projekt był tematem dyskusji na Międzynarodowej Konferencji Energetycznej. Biorąc pod uwagę stan afrykańskich zasobów wodnych i hydroenergetycznych, obecni na konferencji przedstawiciele biznesu i rządów z Centralnej i Południowej Afryki zatwierdzili ten projekt i ustalili jego parametry: pojemność „Wielkiej Ingi” została ustalona na 40 tys. MW, czyli więcej niż najpotężniejsza elektrownia wodna „Trzy Przełomy” prawie 2 razy. Uruchomienie HPP zaplanowano na 2020 r., a koszty budowy mają wynieść 80 miliardów dolarów.
Po zakończeniu projektu DRK stanie się największym dostawcą energii elektrycznej na świecie.
Północnoafrykańska sieć energetyczna
Afryka Północna leży wzdłuż wybrzeża Morza Śródziemnego i Oceanu Atlantyckiego. Ten region Afryki nazywany jest Maghrebem, czyli Arabskim Zachodem.
Zasoby hydroenergetyczne w Afryce są nierównomiernie rozmieszczone. Na północy kontynentu znajduje się najgorętsza pustynia świata – Sahara. Na tym terytorium brakuje wody, więc zaopatrzenie tych regionów w wodę jest głównym zadaniem. Jego rozwiązaniem jest budowa zbiorników.
Pierwsze zbiorniki wodne pojawiły się w Maghrebie już w latach 30. ubiegłego wieku, następnie wiele z nich zbudowano w latach 60., ale szczególnie intensywną budowę rozpoczęto w XXI wieku.
Zasoby hydroenergetyczne Afryki Północnej są określane przede wszystkim przez rzeka Nil. To najdłuższa rzeka na świecie. W latach 60. ubiegłego wieku na tej rzece zbudowano Tamę Asuańską, po wybudowaniu której powstał ogromny zbiornik wodny o długości około 500 km i szerokości około 9 km. Napełnianie zbiornika wodą odbywało się przez 5 lat od 1970 do 1975 roku.
Zapora Asuańska została zbudowana przez Egipt we współpracy ze Związkiem Radzieckim. Był to projekt międzynarodowy, w wyniku którego możliwe jest generowanie do 10 mld kWh energii elektrycznej rocznie, kontrolowanie poziomu wody w Nilu podczas powodzi, a także gromadzenie wody w zbiorniku przez długi czas. Od akwenu odchodzi sieć kanałów nawadniających pola, a na terenie pustyni pojawiły się oazy, coraz więcej terenów jest użytkowanych rolniczo. Zasoby wodne i hydroenergetyczne Afryki Północnej są wykorzystywane z maksymalną wydajnością.
Dzielenie się światowym potencjałem hydroenergetycznym
- Azja - 42%.
- Afryka - 21%.
- Ameryka Północna - 12%.
- Ameryka Południowa - 13%.
- Europa - 9%.
- Australia i Oceania – 3%
Globalny potencjał hydroenergetyczny szacowany na 10 bilionów kWh energii elektrycznej.
Wiek XX można nazwać wiekiem elektrowni wodnych. XXI wiek wnosi własne dodatki do historii tej branży. Świat zwrócił większą uwagę na elektrownie szczytowo-pompowe (PSPP) i elektrownie pływowe (TPP), które wykorzystują siłę pływów morskich do wytwarzania energii elektrycznej. Rozwój energetyki wodnej trwa.
