5.6: Гідроенергетика (гідроенергетика)

Last updated
Save as PDF

Page ID: 28786

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Це друге за величиною джерело використовуваної відновлюваної енергії, поруч із енергією біомаси. Більшість гідроенергетики в даний час надходить від гребель, побудованих через річку, щоб перекрити потік річкової води. Вода, що зберігається за дамбою, містить потенційну енергію (див. Розділ 4), і при звільненні потенційна енергія перетворюється в кінетичну енергію, коли вода спрямовується вниз. Ця енергія використовується для повороту лопатей турбін і змушує генератор виробляти електроенергію. Електроенергія, що виробляється в електростанції греблі, передається в електромережу лініями електропередачі, тоді як вода стікає в русло річки нижче греблі і продовжується вниз по річці. Альтернативний підхід, який вважається менш руйнівним, передбачає відведення частини води річки через трубу або канал і пройшов через електростанцію для виробництва електроенергії та повертається до річки. Інший підхід передбачає перекачування води з нижнього резервуара в більш високий резервуар, а потім дозволяється стікати вниз по схилу через турбіну, виробляючи електроенергію. Такий підхід, однак, вимагає введення енергії для перекачування води.

Знімок екрана (61) .png — Малюнок\(\PageIndex{1}\): а) Гідроелектростанція (кредит: Денис Белевич, Wikimedia Commons); б) ілюстрація, що показує, як вода направляється через частину греблі для обертання турбін та виробництва електроенергії. (Зображення з Вікімедіа, суспільне надбання).

\(\PageIndex{2}\)На малюнку показана електростанція Гувера, розташована на річці Колорадо. У США на гідроелектростанції припадає близько 10% від загального обсягу виробництва і припадає близько 35% споживання відновлюваної енергії США. У 2003 році потужність становила 96 000 МВт, і, за оцінками, потужність 30 000 МВт є нерозвиненою. Вироблена енергія може бути розрахована і змодельована, як показано на малюнку\(\PageIndex{3}\).

Знімок екрана (62) .png — Малюнок\(\PageIndex{2}\): а) Вид на греблю Гувера зверху (кредит Адам Клічек). б) Гідрогенератори на греблі Гувера (кредит: Джон Салліван).

Знімок екрана (63) .png — Малюнок\(\PageIndex{3}\): (а) Водні пориви від підстави греблі Студен Кладенец в Болгарії. (Кредит: Кирило Капустін; http://www.ImagesFromBulgaria.com) (б) При відсутності значного опору вода тече з водойми з тією ж швидкістю, яку вона мала б, якби впала відстань h без тертя.

5.6.1: Вплив гідроелектроенергетики на навколишнє середовище

Гідроенергетика (гідроелектростанція) вважається чистим і відновлюваним джерелом енергії, оскільки вона безпосередньо не виробляє викидів забруднювачів повітря, а джерело енергії регенерується. Однак гідроенергетичні греблі, водосховища та експлуатація генераторів можуть мати серйозний вплив на навколишнє середовище. Гребля, яка використовується для створення водосховища або для відводу води на гідроелектростанцію, може перешкоджати міграції риби до районів нересту вище за течією в районах, де лосось повинен подорожувати вгору за течією на нерест, наприклад, вздовж річки Колумбія у Вашингтоні та Орегоні. Гідротурбіни вбивають і травмують деякі риби, які проходять через турбіну, хоча є способи зменшити цей ефект. Цю проблему можна частково полегшити за допомогою «рибних сходів», які допомагають лосося встати на греблі.

Водойма та експлуатація греблі можуть впливати на природне водне середовище існування через зміни температури води, хімії, характеристик течії та мулових навантажень, що може призвести до значних змін екології та фізичних характеристик річки вгору та вниз за течією. Будівництво водосховищ може призвести до охоплення природних територій, ферм та археологічних пам'яток та змусити населення переселятися та призвести до втрати мальовничих річок.

Вуглекислий газ і метан також можуть утворюватися у водоймах, де вода більш застійна і викидається в атмосферу. Точна кількість парникових газів, що виробляються з водосховищ ГЕС, є невизначеною. Якщо водойми розташовані в тропічних та помірних регіонах, включаючи США, ці викиди можуть дорівнювати або перевищувати парниковий ефект викидів вуглекислого газу від еквівалентної кількості електроенергії, виробленої за допомогою викопного палива (EIA, 2011 p. 333).

5.6.2: Потенціал приливної сили

Приливна потужність передбачає розміщення турбін в зонах океану зі значними припливами і течіями, а також використання потужності проточної води для повороту лопатей турбіни для вироблення електроенергії. Океанські енергетичні системи все ще досліджуються і в даний час все ще експериментальні. Наприклад, затоку Фанді, яка має приплив 15 м, гребля, побудована через лиман, дозволить воді потрапляти на вхідний приплив, а потім випустити воду через турбіни під час відливу. Енергетичний потенціал великий http://www.ialtenergy.com/tidal-power-news.html, як і екологічні витрати. Використання приливних енергетичних ресурсів передбачає будівництво великих гребель на входах і лиманах, які цінуються для інших цілей, тому мало припливних енергетичних об'єктів було розроблено. Використання хвиль і течій у значних масштабах передбачає проектування турбінних конструкцій, які є великими, недорогими і можуть працювати протягом тривалого часу під фізичними навантаженнями та корозійними силами океанських середовищ. Хоча запропоновано, припливна електростанція не була побудована в Фанді. У Ла-Рансі, Франція, працює приливна установка потужністю 240 000 кВт.