Zdroje vodnej energie majú obmedzenú hodnotu, hoci sa považujú za obnoviteľné. Sú národným bohatstvom, ako je ropa, plyn alebo iné nerasty, a treba s nimi zaobchádzať opatrne a premyslene.
Vodná sila
Už v staroveku si ľudia všimli, že voda padajúca zhora nadol dokáže vykonávať určitú prácu, napríklad otáčať kolesom. Táto vlastnosť padajúcej vody sa začala využívať na uvedenie kolies mlyna do pohybu. Tak sa objavili prvé vodné mlyny, ktoré sa zachovali dodnes takmer v pôvodnej podobe. Vodný mlyn je prvá vodná elektráreň.
Manufaktúrna výroba, ktorá vznikla v 17. storočí, využívala aj vodné kolesá a napríklad v 18. storočí už bolo v Rusku asi tri tisícky takýchto manufaktúr. Je známe, že najvýkonnejšie inštalácie takýchto kolies boli použité v manufaktúre Krenholm (rieka Narova). Vodné kolesá mali priemer 9,5 metra a vyvinuli až 500 konských síl.
Zdroje vodnej energie: definícia, výhody a nevýhody
V 19storočia po vodných kolesách sa objavili vodné turbíny a po nich elektrické stroje. To umožnilo premeniť energiu padajúcej vody na elektrickú energiu a následne ju preniesť na určitú vzdialenosť. V cárskom Rusku bolo do roku 1913 asi 50 000 jednotiek vybavených vodnými turbínami, ktoré vyrábali elektrinu.
Tá časť energie riek, ktorú možno premeniť na elektrickú energiu, sa nazýva vodné zdroje a zariadenie, ktoré premieňa energiu padajúcej vody na elektrickú energiu, sa nazýva vodná elektráreň (HPP). Zariadenie elektrárne nevyhnutne zahŕňa hydraulickú turbínu, ktorá poháňa rotačný elektrický generátor. Na získanie toku padajúcej vody zahŕňa výstavba elektrárne výstavbu priehrad a nádrží.
Výhody využívania vodnej energie:
- Energia rieky je obnoviteľná.
- Žiadne znečistenie životného prostredia.
- Ukazuje sa, že je lacná elektrina.
- Klimatické podmienky v blízkosti nádrže sa zlepšujú.
Nevýhody využívania vodnej energie:
- Zaplavenie určitej oblasti pôdy na vybudovanie nádrže.
- Zmena mnohých ekosystémov pozdĺž koryta rieky, znižovanie populácií rýb, rušenie hniezdisk vtákov, znečisťovanie riek.
- Nebezpečenstvo výstavby v horských oblastiach.
Koncept hydroenergetického potenciálu
Na posúdenie zdrojov vodnej energie rieky, krajiny alebo celej planéty na sveteEnergetická konferencia (MIREC) definovala hydroenergetický potenciál ako súčet kapacít všetkých uvažovaných úsekov územia, ktoré je možné využiť na výrobu elektriny. Existuje niekoľko druhov hydroenergetického potenciálu:
- Hrubý potenciál, ktorý predstavuje potenciálne zdroje vodnej energie.
- Technický potenciál je tá časť hrubého potenciálu, ktorú možno technicky využiť.
- Ekonomický potenciál je tá časť technického potenciálu, ktorej využitie je ekonomicky realizovateľné.
Teoretická sila nejakého vodného prúdu je určená vzorcom
N (kW)=9, 81QH, kde Q je prietok vody (m3/s); H je výška pádu vody (m).
Najvýkonnejšia vodná elektráreň na svete
14. decembra 1994 sa v Číne na rieke Jang-c'-ťiang začala s výstavbou najväčšej vodnej elektrárne s názvom Tri rokliny. V roku 2006 bola dokončená výstavba priehrady a spustený prvý hydroelektrický blok. Táto vodná elektráreň sa mala stať centrálnou vodnou elektrárňou v Číne.
Pohľad na priehradu tejto stanice pripomína dizajn vodnej elektrárne v Krasnojarsku. Výška priehrady je 185 metrov a dĺžka je 2,3 km. V strede priehrady je prepad navrhnutý tak, aby prepustil 116 000 m3 vody za sekundu, to znamená z výšky asi 200 m viac ako 100 ton vody. jedna sekunda.
Rieka Jang-c'-ťiang, na ktorej je postavená vodná elektráreň Tri rokliny, je jednou z najväčšíchmocné rieky sveta. Vybudovanie vodnej elektrárne na tejto rieke umožňuje využívať prírodné hydroenergetické zdroje územia. Počnúc Tibetom, v nadmorskej výške 5600 m, rieka získava významný hydroenergetický potenciál. Najatraktívnejším miestom na výstavbu priehrady sa ukázal byť región Tri rokliny, kde sa rieka láme z hôr do nížiny.
HPP dizajn
Vodná elektráreň Tri rokliny má tri elektrárne s 32 hydroelektrárňami, každá s výkonom 700 MW, a dvomi hydroelektrárňami s výkonom 50 MW. Celková kapacita VE je 22,5 GW.
Výstavbou priehrady vznikla nádrž s objemom 39 km3. Výstavba priehrady mala za následok presťahovanie obyvateľov dvoch miest s celkovým počtom 1,24 milióna ľudí na nové miesto. Okrem toho bolo zo záplavovej zóny odstránených 1300 archeologických predmetov. Na všetky prípravy na výstavbu priehrady sa minulo 11,25 miliardy dolárov. Celkové náklady na výstavbu vodnej elektrárne Tri rokliny sú 22,5 miliardy dolárov.
Konštrukcia tejto vodnej elektrárne správne zabezpečuje plavbu, navyše po výstavbe nádrže sa 5-násobne zvýšil prietok nákladných lodí.
Osobné lode prechádzajú lodným výťahom, ktorý umožňuje prejsť lodiam s hmotnosťou maximálne 3 000 ton. Na prechod nákladných lodí boli postavené dve línie päťstupňových plavebných komôr. V tomto prípade musí byť hmotnosť plavidiel menšia ako 10 000 ton.
Yangtze HPP Cascade
Vodné a hydroenergetické zdroje rieky Jang-c'-ťiang umožňujú stavať na tomtorieka má viac ako jednu vodnú elektráreň, ktorá bola postavená v Číne. Nad vodnou elektrárňou Tri rokliny bola vybudovaná celá kaskáda vodných elektrární. Ide o najvýkonnejšiu kaskádu vodných elektrární s výkonom nad 80 GW.
Výstavba kaskády zabraňuje upchávaniu nádrže Tri rokliny, pretože znižuje eróziu v koryte rieky nad vodnou elektrárňou. Potom je vo vode menej kalu.
Kaskáda VE vám navyše umožňuje regulovať tok vody do VE Tri rokliny a získať v nej rovnomernú výrobu energie.
Itaipu na rieke Parana
Paraná znamená „strieborná rieka“, je to druhá najväčšia rieka v Južnej Amerike a má dĺžku 4380 km. Táto rieka preteká veľmi tvrdou zemou, preto pri jej prekonávaní vytvára na svojej ceste pereje a vodopády. Táto okolnosť naznačuje priaznivé podmienky pre výstavbu vodných elektrární tu.
HPP Itaipu bola postavená na rieke Parana, 20 km od mesta Foz do Iguacu v Južnej Amerike. Výkonovo je táto vodná elektráreň na druhom mieste za VE Tri rokliny. Elektráreň Itaipu, ktorá sa nachádza na hraniciach Brazílie a Paraguaja, poskytuje plnú elektrinu Paraguaju a 20 % Brazílii.
Výstavba vodnej elektrárne sa začala v roku 1970 a skončila v roku 2007. Desať 700 MW generátorov bolo inštalovaných na paraguajskej strane a rovnaký počet na brazílskej strane. Keďže okolo vodnej elektrárne bol tropický prales, ktorý bol vystavený povodniam, zvieratá z týchto miest boli premiestnené na iné územia. Dĺžka priehrady je 7240 metrov,a výška je 196 m, náklady na výstavbu sa odhadujú na 15,3 miliardy dolárov. Kapacita HPP je 14 000 GW.
Ruské zdroje vodnej energie
Ruská federácia má veľký vodný a energetický potenciál, no vodné zdroje krajiny sú na jej území rozmiestnené mimoriadne nerovnomerne. 25% týchto zdrojov sa nachádza v európskej časti, 40% - na Sibíri a 35% - na Ďalekom východe. V európskej časti štátu je podľa odborníkov hydroenergetický potenciál využitý na 46 % a celý hydroenergetický potenciál štátu sa odhaduje na 2500 miliárd kWh. Toto je druhý výsledok na svete po Číne.
Zdroje vodnej energie na Sibíri
Sibír má obrovské zásoby vodnej energie, východná Sibír je obzvlášť bohatá na zdroje vodnej energie. Pretekajú tam rieky Lena, Angara, Jenisej, Ob a Irtyš. Vodný potenciál tohto regiónu sa odhaduje na 1 000 miliárd kWh.
Sayano-Shushenskaya HPP pomenovaná po P. S. Neporozhny
Kapacita tejto vodnej elektrárne je 6400 MW. Ide o najvýkonnejšiu vodnú elektráreň v Ruskej federácii a vo svetovom rebríčku jej patrí 14. miesto.
Úsek Jenisej, ktorý sa nazýva Sajanský koridor, je vhodný na výstavbu vodných elektrární. Tu rieka prechádza cez pohorie Sayan a vytvára mnoho perejí. Práve na tomto mieste bola postavená VE Sayano-Shushenskaya, ako aj ďalšie VE, ktoré tvoria kaskádu. Vodná elektráreň Sayano-Shushenskaya je najvyšším krokom v tejto kaskáde.
Výstavba prebiehala v rokoch 1963 až 2000. Dizajn stanicepozostáva z priehrady s výškou 245 metrov a dĺžkou 1075 metrov, budovy elektrárne, rozvodne a prepadovej konštrukcie. V budove HPP sa nachádza 10 hydraulických jednotiek s výkonom 640 MW.
Nádrž vytvorená po výstavbe priehrady má objem viac ako 30 km3 a jej celková plocha je 621 km2.
Veľké elektrárne Ruskej federácie
Zásoby vodnej energie na Sibíri sa v súčasnosti využívajú na 20 %, hoci tu bolo vybudovaných veľa pomerne veľkých vodných elektrární. Najväčšou z nich je VE Sayano-Shushenskaya, po ktorej nasledujú tieto vodné elektrárne:
- VE Krásnojarskaja s kapacitou 6000 MW (na Jeniseji). Má lodný výťah, zatiaľ jediný v Ruskej federácii.
- Bratskaya VE s kapacitou 4500 MW (v Angare).
- Ust-Ilimskaya VE s kapacitou 3840 MW (v Angare).
Ďaleký východ má najmenej rozvinutý potenciál. Podľa odborníkov je hydropotenciál tohto regiónu využitý na 4 %.
Zdroje vodnej energie v západnej Európe
V krajinách západnej Európy je hydroenergetický potenciál takmer úplne využitý. Ak je aj dosť vysoká, tak si takéto krajiny plne zabezpečujú elektrinu z vodných elektrární. Ide o krajiny ako Nórsko, Rakúsko a Švajčiarsko. Nórsko je na prvom mieste na svete vo výrobe elektriny na obyvateľa krajiny. V Nórsku je toto číslo 24 000 kWh za rok a 99,6 % tejto energie vyrábajú vodné elektrárne.
Hydroenergetický potenciálrôzne krajiny západnej Európy sa od seba výrazne líšia. Je to spôsobené rôznymi terénnymi podmienkami a odlišnou tvorbou odtoku. 80 % celkového hydroenergetického potenciálu Európy je sústredených v horách s vysokým prietokom: západná časť Škandinávie, Alpy, Balkánsky polostrov a Pyreneje. Celkový hydroenergetický potenciál Európy je 460 miliárd kWh ročne.
Zásoby paliva v Európe sú veľmi malé, takže energetické zdroje riek sú veľmi výrazne rozvinuté. Napríklad vo Švajčiarsku sa tieto zdroje rozvíjajú o 91 %, vo Francúzsku o 92 %, v Taliansku o 86 % av Nemecku o 76 %.
HPP Kaskáda na rieke Rýn
Na tejto rieke bola vybudovaná kaskáda vodných elektrární, ktorá pozostáva z 27 vodných elektrární s celkovým výkonom asi 3 000 MW.
Jedna zo staníc bola postavená v roku 1914. Toto je HPP Laufenburg. Dvakrát prešiel rekonštrukciou, po ktorej je jeho výkon 106 MW. Stanica navyše patrí k architektonickým pamiatkam a je národným pokladom Švajčiarska.
HPP Rheinfelden je moderná vodná elektráreň. Jeho spustenie sa uskutočnilo v roku 2010 a jeho kapacita je 100 MW. Konštrukcia obsahuje 4 hydraulické jednotky po 25 MW. Táto vodná elektráreň bola postavená ako náhrada za starú elektráreň postavenú v roku 1898. Stará stanica je momentálne v rekonštrukcii.
Zdroje vodnej energie v Afrike
Africké zdroje vodnej energie sú spôsobené riekami pretekajúcimi cez jej územie: Kongo, Níl, Limpopo, Niger a Zambezi.
Rieka Kongomá významný hydroelektrický potenciál. Časť toku tejto rieky má kaskádu vodopádov známych ako Inga Rapids. Vodný prúd tu klesá z výšky 100 metrov rýchlosťou 26 000 m3 za sekundu. V tejto oblasti boli postavené 2 vodné elektrárne: "Inga-1" a "Inga-2".
Vláda Konžskej demokratickej republiky v roku 2002 schválila projekt výstavby komplexu Big Inga, ktorý zabezpečoval rekonštrukciu existujúcich vodných elektrární Inga-1 a Inga-2 a výstavbu tretí - Inga-3. Po realizácii týchto plánov bolo rozhodnuté postaviť najväčší komplex Bolshaya Inga na svete.
Tento projekt bol témou diskusie na Medzinárodnej energetickej konferencii. S prihliadnutím na stav afrických vodných a hydroenergetických zdrojov zástupcovia podnikateľskej sféry a vlád zo strednej a južnej Afriky, ktorí boli prítomní na konferencii, tento projekt schválili a nastavili jeho parametre: kapacita „Veľkej Ingy“bola stanovená na 40 000 MW, čo je viac ako najvýkonnejšia vodná elektráreň "Tri rokliny "takmer 2 krát. Uvedenie elektrárne do prevádzky je naplánované na rok 2020 a náklady na výstavbu sa očakávajú vo výške 80 miliárd USD.
Po dokončení projektu sa KDR stane najväčším dodávateľom elektriny na svete.
Severoafrická elektrická sieť
Severná Afrika sa nachádza pozdĺž pobrežia Stredozemného mora a Atlantického oceánu. Táto oblasť Afriky sa nazýva Maghreb alebo Arabský západ.
Zdroje vodnej energie v Afrike sú nerovnomerne rozdelené. Na severe kontinentu sa nachádza najhorúcejšia púšť na svete – Sahara. Toto územie pociťuje nedostatok vody, takže zásobovanie týchto regiónov vodou je hlavnou úlohou. Jeho riešením je postaviť nádrže.
Prvé nádrže sa objavili v Maghrebe už v 30-tych rokoch minulého storočia, potom sa ich veľa postavilo v 60-tych rokoch, no najmä intenzívna výstavba sa začala v 21. storočí.
Severoafrické vodné zdroje energie určuje predovšetkým rieka Níl. Toto je najdlhšia rieka na svete. V 60. rokoch minulého storočia bola na tejto rieke vybudovaná Asuánska priehrada, po výstavbe ktorej vznikla obrovská nádrž dlhá asi 500 km a široká asi 9 km. Napĺňanie nádrže vodou prebiehalo počas 5 rokov od roku 1970 do roku 1975.
Asuánsku priehradu postavil Egypt v spolupráci so Sovietskym zväzom. Išlo o medzinárodný projekt, vďaka ktorému je možné vyrobiť až 10 miliárd kWh elektriny ročne, kontrolovať hladinu vody v rieke Níl pri povodniach a dlhodobo akumulovať vodu v nádrži. Z nádrže sa odkláňa sieť kanálov zavlažovajúcich polia a na mieste púšte sa objavili oázy, stále viac oblastí sa využíva na poľnohospodárstvo. Vodné a hydroenergetické zdroje severnej Afriky sa využívajú s maximálnou účinnosťou.
Zdieľanie svetového potenciálu vodnej energie
- Ázia – 42 %.
- Afrika – 21 %.
- Severná Amerika – 12 %.
- Južná Amerika – 13 %.
- Európa – 9 %.
- Austrália a Oceánia – 3 %
Globálny potenciál vodnej energie sa odhaduje na 10 biliónov kWh elektrickej energie.
20. storočie možno nazvať storočím vodnej energie. 21. storočie prináša svoje prírastky do histórie tohto odvetvia. Svet zvýšil pozornosť prečerpávacím elektrárňam (PSPP) a prílivovým elektrárňam (TPP), ktoré využívajú silu morského prílivu a odlivu na výrobu elektrickej energie. Rozvoj vodnej energie pokračuje.
