Hidroenerģija (ūdens enerģija): definīcija, vēsture un izmantošana

Hidroenerģija: uzzini definīciju, vēsturi un mūsdienu izmantošanu elektroenerģijas ražošanā — no dzirnavām līdz modernām hidroelektrostacijām.

Hidroenerģija ir ūdens kustības enerģijas izmantošana kādam lietderīgam mērķim.

20. gadsimta 30. gados, kad kanālu būves laikmets bija vislielākais, hidroenerģiju izmantoja, lai pārvadātu baržu satiksmi augšup un lejup pa slīpām nogāzēm, izmantojot slīpās plaknes dzelzceļus. Lai nodrošinātu tiešu mehāniskās enerģijas pārvadi, nozarēm, kurās izmantoja hidroenerģiju, bija jāatrodas ūdenskrituma tuvumā. Piemēram, 19. gadsimta pēdējā pusē pie Sentantonija ūdenskrituma tika uzceltas daudzas dzirnavas, lai izmantotu Misisipi upes 50 pēdu (15 metru) kritumu. Šīs dzirnavas bija svarīgas Mineapolisas izaugsmei. Mūsdienās hidroenerģiju visvairāk izmanto elektroenerģijas ražošanai. Tas ļauj izmantot lētu enerģiju lielos attālumos no ūdensteces.

Īss vēstures pārskats

Hidroenerģijas izmantošana ir sena — jau senatnē izmantoja ūdensratnus un ūdensdzirnavas graudu malšanai un citiem mehāniskiem darbiem. Industrijas laikmetā hidrauliskās iekārtas attīstījās, un ar strāvas ražošanas tehnoloģiju parādīšanos hidroenerģija kļuva par nozīmīgu elektroenerģijas avotu. 20. gadsimtā tika būvētas lielas dambju sistēmas un ūdenskrātuves, kas ļāva regulēt plūsmas, uzkrāt ūdeni un ražot elektrību mēroga ekonomijas labā.

Veidi un tehnoloģijas

• Plūsmas (run-of-river) spēkstacijas — izmanto upes dabīgo plūsmu bez lielām krātuvēm; mazāks ietekmes uz vidi potenciāls, bet ražošana ir atkarīga no ūdens pieejamības.
• Dambju (uzkrājošās) spēkstacijas — veido ūdenskrātuvi, kas nodrošina pastāvīgāku un regulējamu enerģijas ražošanu; piemērotas lielu jaudu iekārtām un plūsmas regulēšanai.
• Pūmpagriešanas (pumped-storage) sistēmas — darbojas kā enerģijas uzglabātājs: liekto elektroenerģiju izmanto, lai pumpētu ūdeni uz augšējo krātuvi, bet piepieņemot pieprasījumu ūdens tiek nolaists, lai darbinātu turbīnas.
• Mikro- un mazās hidro iekārtas — piemērotas vietējai enerģijai ar nelielu ietekmi uz vidi, bieži izmanto atsevišķās ciemu vai lauku teritorijās.

Ražošanas pamatprincipi

Hidroelektrostacijās potenciālā enerģija, ko nodrošina ūdens augstuma kritums (head), tiek pārvērsta kinētiskajā enerģijā, kas rotē turbīnu. Turbīna savukārt vada ģeneratoru, kurā mehāniskā enerģija tiek pārveidota elektrībā. Lielākajās iekārtās izmanto īpašas turbīnu šķirnes (Francis, Kaplan, Pelton), kuras izvēlas atkarībā no plūsmas apstākļiem un krituma lieluma.

Priekšrocības un trūkumi

• Priekšrocības: ilgtspējīgs un atjaunojams enerģijas avots, zemi ekspluatācijas izmaksas pēc uzbūves, spēja ātri reglamentēt ražošanu (labi piemērots tīkla stabilizācijai), ilgs darba mūžs un iespēja uzglabāt enerģiju (pūmpagriešanas).
• Trūkumi: lieli sākotnējie būvniecības ieguldījumi, potenciāla būtiska ietekme uz ekosistēmām un ainavu, upju ekoloģiskā režīma traucējumi (siltums, sedimentu aizture), zivju migrācijas traucējumi un sociālas sekas — iedzīvotāju pārvietošanas nepieciešamība lielu krātuvju izveides gadījumā. Arī rezervju dīgtspēja laika gaitā var būt jūtama klimata izmaiņu dēļ.

Vides un sociālās ietekmes

Dambju un krātuvju izveide var izraisīt biotopu zaudēšanu, mainīt nogulumu kustību un ūdens temperatūru, kas ietekmē zivis un citus ūdens organismus. Lai mazinātu negatīvās sekas, izmanto zivju ceļus, sedimenta pārvaldības risinājumus un vides plūsmas, taču efektivitāte var atšķirties. Lielu hidroprojekta būvniecība var prasīt cilvēku pārvietošanu un izmaiņas vietējā dzīvesveidā.

Mūsdienu loma enerģijā

Globāli hidroenerģija joprojām ir viens no vadošajiem atjaunojamajiem elektroenerģijas avotiem, nodrošinot būtisku daļu no saražotās elektrības daudzās valstīs. Tā ir svarīga tīkla elastības nodrošināšanai, jo spēj ātri mainīt ražošanas līmeni un kompensēt mainīgo saules vai vēja ražošanu. Modernā attīstībā pievērš uzmanību maziem, inovatīviem risinājumiem, kurus vieglāk integrēt bez lielas vides ietekmes.

Praktiski piemēri un nākotnes izaicinājumi

Lielas hidroelektrostacijas, piemēram, pasaules mēroga projektos, rāda gan priekšrocības (liela jauda un ilgtermiņa ražošana), gan izaicinājumus (sociāla un vides ietekme). Nākotnē nozīmīgi jautājumi būs ūdens resursu pārvaldība klimata izmaiņu kontekstā, vides aizsardzības pasākumu uzlabošana un tehnoloģiju attīstība, lai samazinātu negatīvās sekas un palielinātu efektivitāti.

Kopsavilkumā: hidroenerģija ir efektīvs un plaši izmantots atjaunojamās enerģijas avots ar lielu potenciālu tīkla stabilizācijai un enerģijas uzglabāšanai, taču tās izmantošana prasa rūpīgu vides un sociālo aspektu izvērtēšanu.

Ūdens enerģijas veidi

Ir daudz ūdens enerģijas veidu:

• Ūdens riteņi, kas gadsimtiem ilgi izmantoti dzirnavu un mašīnu darbināšanai.
• Hidroelektriskā enerģija - termins, kas parasti tiek lietots hidroelektrostaciju aizsprostiem.
• plūdmaiņu enerģija, kas iegūst enerģiju no plūdmaiņām horizontālā virzienā.
• plūdmaiņu strūklu enerģija, kas darbojas tāpat, bet vertikāli.
• Viļņu enerģija, kas izmanto viļņu enerģiju.

Hidroelektroenerģija

Galvenais raksts: Hidroelektroenerģija

Hidroelektroenerģija ir veids, kā ražot elektroenerģiju, nededzinot kurināmo. Hidroelektroenerģija nodrošina aptuveni 715 000 MWe jeb 19 % no pasaules elektroenerģijas (2003. gadā - 16 %). Lielie aizsprosti joprojām tiek projektēti. Izņemot dažas valstis, kurās tās ir daudz, hidroelektroenerģiju parasti izmanto maksimālās slodzes pieprasījumam, jo to var viegli apturēt un iedarbināt. Tomēr hidroelektroenerģija, visticamāk, nav galvenais enerģijas ražošanas risinājums nākotnē attīstītajās valstīs, jo lielākā daļa šo valstu lielāko objektu jau ir vai nu izmantoti, vai arī nav pieejami citu iemeslu dēļ, piemēram, vides apsvērumu dēļ.

Hidroenerģija, atšķirībā no fosilā kurināmā sadedzināšanas, nerada oglekļa dioksīdu vai citas kaitīgas emisijas, un tā būtiski neveicina globālo sasilšanu, radot CO ₂

Hidroelektroenerģija var būt daudz lētāka nekā elektroenerģija, kas ražota, izmantojot fosilo kurināmo vai kodolenerģiju. Teritorijas ar bagātīgu hidroelektrostaciju piesaista rūpniecību. Bažas par ūdenskrātuvju ietekmi uz vidi var aizliegt ekonomisku hidroenerģijas avotu attīstību.

Plūdmaiņu enerģija

Plūdmaiņu izmantošana līcī vai grīvā ir sasniegta Francijā (kopš 1966. gada), Kanādā un Krievijā, un to varētu panākt arī citās teritorijās ar lielu plūdmaiņu diapazonu. Aizturētais ūdens griež turbīnas, kad tas tiek izlaists caur plūdmaiņu aizsprostu abos virzienos. Vēl viena iespējama kļūda ir tā, ka sistēma visefektīvāk ražotu elektroenerģiju ik pēc sešām stundām (reizi pa plūdiem). Tas ierobežo plūdmaiņu enerģijas izmantošanas iespējas.

Plūdmaiņu straumes enerģija

Tā ir salīdzinoši jauna tehnoloģija, un paisuma un bēguma ģeneratori iegūst enerģiju no straumēm līdzīgi kā vēja ģeneratori. Lielāks ūdens blīvums nozīmē, ka viens ģenerators var nodrošināt ievērojamu jaudu. Šī tehnoloģija ir attīstības sākumposmā, un, lai varētu ražot lielāku enerģijas daudzumu, būs jāveic papildu pētījumi.

Taču vairāki prototipi tika izmēģināti Apvienotajā Karalistē, Francijā un ASV. Jau 2003. gadā Apvienotajā Karalistē tika izmēģināta turbīna ar jaudu 300 kW.

Kanādas uzņēmums Blue Energy ir iecerējis dažādās pasaules vietās uzstādīt ļoti lielus plūdmaiņu strāvas ierīču masīvus, kas izvietoti tā dēvētajā "plūdmaiņu žogā", pamatojoties uz vertikālās ass turbīnu konstrukciju.

Viļņu enerģija

Okeāna virszemes viļņu kustība varētu radīt daudz vairāk enerģijas nekā paisumi un bēgumi. Ir pārbaudīts, ka ir iespējams ražot enerģiju no viļņiem, jo īpaši Skotijā, Apvienotajā Karalistē. Taču joprojām ir daudz tehnisku problēmu.

Kemblas ostā Austrālijā tiek būvēts krasta viļņu enerģijas ģeneratora prototips, un paredzams, ka tas gadā saražos līdz 500 MWh. Viļņu enerģiju uztver ar gaisu darbināms ģenerators un pārvērš elektroenerģijā. Valstīm ar plašām piekrastes līnijām un skarbiem jūras apstākļiem viļņu enerģija piedāvā iespēju ražot elektroenerģiju lielos apjomos. Pārpalikušo elektroenerģiju, kas rodas vētrainā jūrā, varētu izmantot ūdeņraža ražošanai.

Hidrauliskā turbīna un elektriskais ģenerators.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir hidroenerģija?

J: Kāds bija hidroenerģijas pielietojums 1830. gados?

J: Kādās nozarēs hidroenerģiju izmantoja tiešai mehāniskās enerģijas pārvadei?

J: Kur 19. gadsimta pēdējā pusē tika uzceltas daudzas dzirnavas?

J: Kāpēc pie Sentantonija ūdenskrituma uzceltās dzirnavas bija svarīgas Mineapoles izaugsmei?

J: Kāds ir lielākais hidroenerģijas izmantošanas veids mūsdienās?

J: Ko ļauj izmantot hidroenerģiju elektroenerģijas ražošanai?

Meklēt pēc burta