Hidroenergijos ištekliai turi ribotą vertę, nors jie laikomi atsinaujinančiais. Jie yra nacionalinis turtas, kaip nafta, dujos ar kiti mineralai, todėl su jais reikia elgtis atsargiai ir apgalvotai.
Vandens galia
Dar senovėje žmonės pastebėjo, kad iš viršaus į apačią krintantis vanduo gali atlikti tam tikrus darbus, pavyzdžiui, pasukti ratą. Šią krintančio vandens savybę imta naudoti malūno ratams pajudinti. Taip atsirado pirmieji vandens malūnai, kurie iki šių dienų išliko beveik savo pirmykšte forma. Vandens malūnas yra pirmoji hidroelektrinė.
Manufaktūrų gamyboje, kuri atsirado XVII amžiuje, taip pat buvo naudojami vandens ratai, o, pavyzdžiui, XVIII amžiuje Rusijoje tokių manufaktūrų buvo jau apie tris tūkstančius. Yra žinoma, kad galingiausios tokių ratų instaliacijos buvo naudojamos Krenholmo manufaktūroje (Narovos upė). Vandens ratai buvo 9,5 metro skersmens ir išvystė iki 500 arklio galių.
Hidro energijos ištekliai: apibrėžimas, pranašumai ir trūkumai
19 damžiuje po vandens ratų atsirado hidroturbinos, o po jų – elektrinės mašinos. Tai leido paversti krintančio vandens energiją į elektros energiją ir perduoti ją tam tikru atstumu. Carinėje Rusijoje iki 1913 m. buvo apie 50 000 agregatų su hidroturbinomis, gaminančiomis elektrą.
Ta upių energijos dalis, kurią galima paversti elektros energija, vadinama hidroenergijos ištekliais, o prietaisas, krintančio vandens energiją paverčiantis elektros energija, vadinamas hidroelektrine (HE). Jėgainės įrenginyje būtinai yra hidraulinė turbina, kuri sukasi elektros generatorių. Norint gauti krintančio vandens srautą, statant elektrinę reikia statyti užtvankas ir rezervuarus.
Hidro energijos naudojimo pranašumai:
- Upės energija atsinaujina.
- Jokios aplinkos taršos.
- Pasirodo, pigi elektra.
- Klimato sąlygos šalia rezervuaro gerėja.
Hidroenergetikos naudojimo trūkumai:
- Tam tikro žemės ploto užtvindymas rezervuarui statyti.
- Pakeičiama daugybė ekosistemų upės vagoje, mažėja žuvų populiacijos, trikdomos paukščių lizdavietės, užterštos upės.
- Statybos pavojus kalnuotoje vietovėje.
Hidroenergetikos potencialo samprata
Norėdami įvertinti upės, šalies ar visos pasaulio planetos hidroenergijos ištekliusEnergetikos konferencija (MIREC) hidroenergijos potencialą apibrėžė kaip visų nagrinėjamos teritorijos ruožų pajėgumų, galinčių gaminti elektros energiją, sumą. Yra keletas hidroenergijos potencialo variantų:
- Bendrasis potencialas, kuris atspindi potencialius hidroenergijos išteklius.
- Techninis potencialas yra ta bendrojo potencialo dalis, kurią galima techniškai panaudoti.
- Ekonominis potencialas yra ta techninio potencialo dalis, kurią ekonomiškai įmanoma panaudoti.
Teorinė vandens srovės galia nustatoma pagal formulę
N (kW)=9, 81QH, kur Q yra vandens srauto greitis (m3/sek); H yra vandens kritimo aukštis (m).
Galingiausia pasaulyje hidroelektrinė
1994 m. gruodžio 14 d. Kinijoje, prie Jangdzės upės, buvo pradėta statyti didžiausia hidroelektrinė, vadinama Trimis tarpekliais. 2006 metais buvo baigta statyti užtvanka, paleistas pirmasis hidroelektrinis blokas. Ši hidroelektrinė turėjo tapti centrine hidroelektrine Kinijoje.
Šios stoties užtvankos vaizdas panašus į Krasnojarsko hidroelektrinės projektą. Užtvankos aukštis – 185 metrai, ilgis – 2,3 km. Užtvankos centre yra išsiliejimas, skirtas išleisti 116 000 m3 vandens per sekundę, tai yra iš maždaug 200 m aukščio į vidų patenka daugiau nei 100 tonų vandens. viena sekundė.
Jangdzės upė, ant kurios pastatyta Trijų tarpeklių hidroelektrinė, yra viena didžiausiųgalingos pasaulio upės. Šioje upėje pastatyta hidroelektrinė leidžia išnaudoti gamtinius vietovės hidroenergetikos išteklius. Prasidėjusi Tibete, 5600 m aukštyje, upė įgauna didelį hidroenergijos potencialą. Patraukliausia vieta užtvankos statybai pasirodė Trijų tarpeklių regionas, kur upė iš kalnų išsiveržia į lygumą.
HPP dizainas
Trijų tarpeklių hidroelektrinėje yra trys jėgainės, kuriose yra 32 hidroelektriniai, kurių kiekvieno galia 700 MW, ir du hidroelektriniai, kurių galia 50 MW. Bendra HE galia yra 22,5 GW.
Pastačius užtvanką susidarė 39 km tūrio rezervuaras3. Pastačius užtvanką į naują vietą persikėlė dviejų miestų, kuriuose iš viso gyvena 1,24 mln. žmonių, gyventojai. Be to, iš potvynio zonos buvo išvežta 1300 archeologinių objektų. Visiems pasirengimams užtvankos statybai išleista 11,25 mlrd. Bendra Trijų tarpeklių hidroelektrinės statybos kaina yra 22,5 mlrd. USD.
Šios hidroelektrinės statyboje teisingai numatyta navigacija, be to, pastačius rezervuarą, krovininių laivų srautas išaugo 5 kartus.
Keleiviniai laivai praplaukia laivų keltuvą, kuris leidžia praplaukti laivus, sveriančius ne daugiau kaip 3000 tonų. Krovininiams laivams praplaukti buvo pastatytos dvi penkių pakopų šliuzų linijos. Tokiu atveju laivų svoris turi būti mažesnis nei 10 000 tonų.
Jangdzės HE kaskados
Jangdzės upės vandens ir hidroenergijos ištekliai leidžia kurtiupėje yra ne viena hidroelektrinė, kurios buvo imtasi Kinijoje. Virš Trijų tarpeklių hidroelektrinės buvo pastatyta visa hidroelektrinių kaskada. Tai pati galingiausia hidroelektrinių kaskada, kurios galia viršija 80 GW.
Statant kaskadą išvengiama Trijų tarpeklių rezervuaro užsikimšimo, nes sumažėja erozija upės vagoje prieš hidroelektrinę. Po to vandenyje lieka mažiau neštis dumblo.
Be to, HE kaskada leidžia reguliuoti vandens srautą į Trijų tarpeklių HE ir joje generuoti vienodą elektros energiją.
Itaipu prie Paranos upės
Paraná reiškia „sidabrinė upė“, tai antra pagal dydį upė Pietų Amerikoje, jos ilgis – 4380 km. Ši upė teka labai kieta žeme, todėl ją įveikusi savo kelyje sukuria slenksčius ir krioklius. Ši aplinkybė rodo palankias sąlygas čia statyti hidroelektrines.
Itaipu HE buvo pastatyta ant Paranos upės, 20 km nuo Foz do Iguacu miesto Pietų Amerikoje. Pagal galią ši hidroelektrinė nusileidžia tik Trijų tarpeklių HE. Prie Brazilijos ir Paragvajaus sienos įsikūrusi Itaipu HE Paragvajui tiekia visą elektros energiją, o Brazilijai – 20 %.
Hidroelektrinės statyba pradėta 1970 m., o baigta 2007 m. Dešimt 700 MW generatorių sumontuota Paragvajaus pusėje ir tiek pat – Brazilijos pusėje. Kadangi aplink hidroelektrinę driekėsi atogrąžų miškas, kurį užliejo potvyniai, gyvūnai iš šių vietų buvo perkelti į kitas teritorijas. Užtvankos ilgis – 7240 metrų,o aukštis – 196 m, statybos kaina vertinama 15,3 milijardo dolerių. HE galia yra 14 000 GW.
Rusijos hidroenergetikos ištekliai
Rusijos Federacija turi didelį vandens ir energijos potencialą, tačiau šalies hidroenergijos ištekliai jos teritorijoje pasiskirstę itin netolygiai. 25% šių išteklių yra Europos dalyje, 40% - Sibire ir 35% - Tolimuosiuose Rytuose. Europinėje valstybės dalyje, anot ekspertų, hidroenergijos potencialas išnaudojamas 46 proc., o visas valstybės hidroenergijos potencialas vertinamas 2500 mlrd. kWh. Tai antras rezultatas pasaulyje po Kinijos.
Hidro energijos š altiniai Sibire
Sibiras turi didžiulius hidroenergijos rezervus, Rytų Sibire ypač gausu hidroenergijos išteklių. Ten teka upės Lena, Angara, Jenisejus, Ob ir Irtyšas. Apskaičiuota, kad šio regiono vandens potencialas yra 1 000 milijardų kWh.
Sayano-Shushenskaya HE, pavadinta P. S. Neporožnyj
Šios hidroelektrinės galia yra 6400 MW. Tai galingiausia hidroelektrinė Rusijos Federacijoje ir užima 14 vietą pasaulio reitinge.
Jenisėjaus atkarpa, vadinama Sajanų koridoriumi, yra palanki hidroelektrinių statybai. Čia upė eina per Sajanų kalnus, sudarydama daugybę slenksčių. Būtent šioje vietoje buvo pastatyta Sayano-Shushenskaya HE, taip pat kitos HE, kurios sudaro kaskadą. Sayano-Shushenskaya HE yra aukščiausias laiptelis šioje pakopoje.
Statybos buvo vykdomos nuo 1963 iki 2000 m. Stoties projektavimassusideda iš 245 metrų aukščio ir 1075 metrų ilgio užtvankos, elektrinės pastato, skirstomųjų įrenginių ir išsiliejimo konstrukcijos. HE pastate yra 10 hidraulinių agregatų, kurių kiekvieno galia yra 640 MW.
Pastačius užtvanką susidariusio rezervuaro tūris daugiau nei 30 km3, o bendras plotas 621 km2.
Didelės Rusijos Federacijos HE
Sibiro hidroenergetikos ištekliai šiuo metu naudojami 20%, nors čia pastatyta daug gana didelių hidroelektrinių. Didžiausia iš jų yra Sayano-Shushenskaya HE, po kurios seka šios hidroelektrinės:
- Krasnojarskos HE, kurios galia 6000 MW (prie Jenisejaus). Jame yra kol kas vienintelis Rusijos Federacijoje laivų keltuvas.
- Bratskaya HE, kurios galia 4500 MW (prie Angaros).
- Ust-Ilimskaya HE, kurios galia 3840 MW (prie Angaros).
Tolimųjų Rytų potencialas yra mažiausiai išvystytas. Ekspertų teigimu, šio regiono hidro potencialą išnaudoja 4%.
Hidroenergetikos š altiniai Vakarų Europoje
Vakarų Europos šalyse beveik visiškai išnaudojamas hidroenergijos potencialas. Jei ji taip pat gana didelė, tai tokios šalys visiškai aprūpina elektrą iš hidroelektrinių. Tai tokios šalys kaip Norvegija, Austrija ir Šveicarija. Norvegija užima pirmąją vietą pasaulyje pagal elektros energijos gamybą, tenkančią vienam šalies gyventojui. Norvegijoje šis skaičius yra 24 000 kWh per metus, o 99,6 % šios energijos pagamina hidroelektrinės.
Hidro energijos potencialasskirtingos Vakarų Europos šalys ryškiai skiriasi viena nuo kitos. Taip yra dėl skirtingų reljefo sąlygų ir skirtingo nuotėkio formavimosi. 80% viso Europos hidroenergijos potencialo yra sutelkta kalnuose, kuriuose tėkmės greitis yra didelis: vakarinėje Skandinavijos dalyje, Alpėse, Balkanų pusiasalyje ir Pirėnų kalnuose. Bendras Europos hidroenergijos potencialas yra 460 milijardų kWh per metus.
Degalų atsargos Europoje labai mažos, todėl upių energetiniai ištekliai išplėtoti labai ženkliai. Pavyzdžiui, Šveicarijoje šie ištekliai yra išvystyti 91%, Prancūzijoje - 92%, Italijoje - 86%, o Vokietijoje - 76%.
HP kaskada prie Reino upės
Šioje upėje pastatyta hidroelektrinių kaskada, kurią sudaro 27 hidroelektrinės, kurių bendra galia apie 3000 MW.
Viena iš stočių buvo pastatyta 1914 m. Tai Laufenburgo HPP. Jis du kartus buvo rekonstruotas, po kurių jo galia siekia 106 MW. Be to, stotis priklauso architektūros paminklams ir yra Šveicarijos nacionalinis lobis.
HPP Rheinfelden yra moderni hidroelektrinė. Jo paleidimas buvo atliktas 2010 m., jo galia siekia 100 MW. Konstrukciją sudaro 4 hidrauliniai agregatai po 25 MW. Ši hidroelektrinė buvo pastatyta vietoj senosios 1898 m. Senoji stotis šiuo metu atnaujinama.
Hidro energijos š altiniai Afrikoje
Afrikos hidroenergijos ištekliai atsiranda dėl per jos teritoriją tekančių upių: Kongo, Nilo, Limpopo, Nigerio ir Zambezio.
Kongo upėturi didelį hidroelektrinį potencialą. Dalis šios upės tėkmių turi krioklių, vadinamų Ingos slenksčiais, kaskadą. Čia vandens srovė leidžiasi iš 100 metrų aukščio 26 000 m3 per sekundę greičiu. Šioje teritorijoje buvo pastatytos 2 hidroelektrinės: „Inga-1“ir „Inga-2“.
Kongo Demokratinės Respublikos Vyriausybė 2002 m. patvirtino Didžiosios Ingos komplekso statybos projektą, kuriame buvo numatyta rekonstruoti esamas Inga-1 ir Inga-2 hidroelektrines bei pastatyti trečioji - Inga-3. Įgyvendinus šiuos planus, buvo nuspręsta pastatyti didžiausią Bolšaja Ingos kompleksą pasaulyje.
Šis projektas buvo diskusijų tema Tarptautinėje energetikos konferencijoje. Atsižvelgdami į Afrikos vandens ir hidroenergijos išteklių būklę, konferencijoje dalyvavę Centrinės ir Pietų Afrikos verslo ir vyriausybių atstovai pritarė šiam projektui ir nustatė jo parametrus: „Didžiosios Ingos“talpa buvo nustatyta 40 tūkst. MW, o tai beveik 2 kartus daugiau nei galingiausia hidroelektrinė "Trys tarpekliai". HE planuojama pradėti eksploatuoti 2020 m., o statybos išlaidos turėtų siekti 80 mlrd. USD.
Kai projektas bus baigtas, KDR taps didžiausia elektros tiekėja pasaulyje.
Šiaurės Afrikos elektros tinklas
Šiaurės Afrika yra Viduržemio jūros ir Atlanto vandenyno pakrantėje. Šis Afrikos regionas vadinamas Magrebu arba arabų vakarais.
Hidro energijos ištekliai Afrikoje pasiskirstę netolygiai. Žemyno šiaurėje yra karščiausia pasaulyje dykuma – Sachara. Šioje teritorijoje trūksta vandens, todėl šių regionų aprūpinimas vandeniu yra pagrindinė užduotis. Jos sprendimas – statyti rezervuarus.
Pirmieji rezervuarai Magrebe atsirado dar praėjusio amžiaus 30-aisiais, vėliau daug jų buvo pastatyta šeštajame dešimtmetyje, bet ypač intensyviai statyti prasidėjo XXI a.
Šiaurės Afrikos hidroenergijos išteklius pirmiausia lemia Nilo upė. Tai ilgiausia upė pasaulyje. Praėjusio amžiaus 60-aisiais ant šios upės buvo pastatyta Asuano užtvanka, kurią pastačius susiformavo didžiulis, apie 500 km ilgio ir apie 9 km pločio, rezervuaras. Rezervuaras buvo pildomas vandeniu per 5 metus nuo 1970 iki 1975 m.
Asvano užtvanką pastatė Egiptas, bendradarbiaudamas su Sovietų Sąjunga. Tai buvo tarptautinis projektas, kurio dėka per metus galima pagaminti iki 10 milijardų kWh elektros energijos, potvynių metu kontroliuoti vandens lygį Nilo upėje ir ilgą laiką kaupti vandenį telkinyje. Nuo rezervuaro nukrypsta laukus drėkinančių kanalų tinklas, o dykumos vietoje atsirado oazės, vis daugiau plotų naudojama žemės ūkiui. Šiaurės Afrikos vandens ir hidroenergijos ištekliai naudojami maksimaliai efektyviai.
Dalijimasis pasaulio hidroenergijos potencialu
- Azija – 42%.
- Afrika – 21%.
- Šiaurės Amerika – 12%.
- Pietų Amerika – 13%.
- Europa – 9%.
- Australija ir Okeanija – 3 %
Pasaulinis hidroenergijos potencialas yra 10 trilijonų kWh elektros energijos.
XX amžių galima pavadinti hidroenergijos amžiumi. XXI amžius atneša savų papildymų šios pramonės istorijoje. Pasaulis vis daugiau dėmesio skyrė siurblinės-akumuliacinėms elektrinėms (PSPP) ir potvynių elektrinėms (TPP), kurios naudoja jūros potvynių ir atoslūgių energiją elektros energijai gaminti. Hidroenergetikos plėtra tęsiasi.
