Uutiset

Mikä on vesivoima?

Ymmärrä, kuinka vesivoimalaitos muuttaa vesienergian sähköksi, sen eduista ja haitoista

Vesivoimaa

Kuva: Itaipun pato, Paraguay / Brasilia, kansainvälisen vesivoimayhdistyksen (IHA) toimilupa CC BY 2.0

Mikä on hydraulinen (vesivoima) energia?

Vesivoimalla tarkoitetaan vesimuodostumien kineettistä energiaa. Kineettinen energia edistää vesivoimalan järjestelmän muodostavien turbiinien siipien pyörimistä, jotta järjestelmän generaattori muuttaa ne myöhemmin sähköenergiaksi.

Mikä on vesivoimala (tai vesivoimala)?

Vesivoimalaitos on joukko töitä ja laitteita, joita käytetään tuottamaan sähköä joen hydraulisen potentiaalin avulla. Hydraulipotentiaali saadaan hydraulisesta virtauksesta ja olemassa olevan epätasaisuuden pitoisuudesta joen varrella. Epätasaisuudet voivat olla luonnollisia (vesiputouksia) tai rakennettu patojen muodossa tai joen suuntaamalla sen luonnollisesta pohjasta säiliöiden muodostamiseksi. Säiliöitä on kahta tyyppiä: kasaantumis- ja jokisäiliöt. Kerääntymisesiintymät muodostuvat yleensä jokien ylävesiin, paikkoihin, joissa esiintyy korkeita vesiputouksia ja koostuvat suurista vesisäiliöistä, joissa on suuria vesimääriä. Joenvarren altaat hyödyntävät joen veden nopeutta sähkön tuottamiseksi, mikä aiheuttaa vain vähän tai ei lainkaan veden kertymistä.

Laitokset puolestaan ​​luokitellaan seuraavien tekijöiden mukaan: vesiputouksen korkeus, virtaus, asennettu kapasiteetti tai teho, järjestelmässä käytetyn turbiinin tyyppi, pato ja säiliö. Rakennustyömaa antaa putoamisen korkeuden ja virtauksen, ja nämä kaksi tekijää määräävät vesivoimalaitoksen asennetun kapasiteetin tai tehon. Asennettu kapasiteetti määrää turbiinin tyypin, padon ja säiliön.

Kansallisen sähköenergiakeskuksen (Aneel) raportin mukaan pieni vesivoimalaitosten kansallinen vertailukeskus (Cerpch, Itajubán liittovaltion yliopistosta - Unifei) määrittelee vesiputouksen korkeudeksi matalan (jopa 15 metriä), keskitason ( 15 - 150 metriä) ja korkea (yli 150 metriä). Nämä toimenpiteet eivät kuitenkaan ole yksimielisiä. Laitoksen koko määrittää myös jakeluverkon koon, joka vie tuotetun sähkön kuluttajille. Mitä suurempi kasvi, sitä suurempi on taipumus olla kaukana kaupunkikeskuksista. Tämä edellyttää suurten voimajohtojen rakentamista, jotka usein ylittävät tilat ja aiheuttavat energiahäviöitä.

Kuinka vesivoimalaitos toimii?

Vesivoiman tuottamiseksi on tarpeen integroida joen virtaus, maaston ero (luonnollinen tai ei) ja käytettävissä oleva vesimäärä.

Vesivoimalaitoksen järjestelmä koostuu:

Pato

Paton tarkoituksena on keskeyttää joen luonnollinen kierto luomalla vesisäiliö. Säiliöllä on veden varastoinnin lisäksi muita toimintoja, kuten vesirajan luominen, veden talteenotto riittävässä määrin energiantuotantoa varten ja jokien virtauksen säätäminen sateen ja kuivuuden aikana.

Vedenottojärjestelmä

Koostuu tunneleista, kanavista ja metallikanavista, jotka vievät veden voimalaitokseen.

Voimanpesä

Tässä järjestelmän osassa ovat turbiinit, jotka on kytketty generaattoriin. Turbiinien liike muuntaa veden liikkeen kineettisen energian sähköenergiaksi generaattoreiden kautta.

Turbineja on useita tyyppejä, joista tärkeimmät ovat pelton, kaplan, francis ja polttimo. Kullekin vesivoimalaitokselle sopivin turbiini riippuu pudotuskorkeudesta ja virtauksesta. Esimerkki: polttimoa käytetään myllylaitoksissa, koska se ei vaadi säiliöiden olemassaoloa ja se on tarkoitettu matalille putoamisille ja suurille virtausnopeuksille.

Pakokanava

Turbiinien läpikäynnin jälkeen vesi palautetaan joen luonnolliseen pohjaan poistumiskanavan kautta.

Poistokanava sijaitsee voimalaitoksen ja joen välissä ja sen koko riippuu voimalaitoksen ja joen koosta.

Spillway

Roiskeveden avulla vesi pääsee poistumaan aina, kun säiliön taso ylittää suositellut rajat. Tämä tapahtuu yleensä sateina.

Vuoto aukaistaan, kun sähkön tuotanto on heikentynyt, koska vedenpinta on ihanteellisen tason yläpuolella; tai välttää ylivuotoa ja siten tulvia kasvien ympärillä, mikä on mahdollista hyvin sateisina aikoina.

Vesivoimalaitosten istuttamisen aiheuttamat sosio-ympäristövaikutukset

Ensimmäinen vesivoimalaitos rakennettiin 1800-luvun lopulla Niagaran putouksille, Yhdysvaltojen ja Kanadan väliin, jolloin hiili oli tärkein polttoaine ja öljyä ei vielä käytetty laajalti. Ennen sitä hydraulista energiaa käytettiin vain mekaanisena energiana.

Huolimatta vesivoimasta, joka on uusiutuva energialähde, Aneelin raportissa todetaan, että sen osallistuminen maailman sähkömatriisiin on pieni ja on yhä pienempi. Kiinnostuksen lisääntyminen johtuisi negatiivisista ulkoisvaikutuksista, jotka johtuvat tämän kokoisten hankkeiden toteuttamisesta.

Suurten vesivoimahankkeiden implantoinnin negatiivinen vaikutus on muutos alueella asuvien populaatioiden elämäntavassa tai sen alueen ympäristössä, johon kasvi istutetaan. On myös tärkeää huomata, että nämä yhteisöt ovat usein perinteisiksi populaatioiksi määriteltyjä ihmisryhmiä (alkuperäiskansat, quilombolat, Amazonin joenrantayhteisöt ja muut), joiden selviytyminen riippuu asuinpaikkansa resurssien käytöstä ja joilla on yhteyksiä alueeseen kulttuurijärjestys.

Onko vesivoima puhdas?

Huolimatta siitä, että monet pitävät sitä "puhtaan" energian lähteenä, koska se ei liity fossiilisten polttoaineiden polttamiseen, vesivoimalla tuotetaan hiilidioksidia ja metaania, kaksi kaasua, jotka voivat aiheuttaa maapallon lämpenemistä.

Hiilidioksidipäästöt (CO2) johtuvat säiliöiden vesitason yläpuolelle jäävien puiden hajoamisesta, ja metaanin (CH4) vapautuminen tapahtuu hajoten säiliön pohjassa olevaa orgaanista ainetta. Vesipatsaan kasvaessa myös metaanin (CH4) pitoisuus kasvaa. Kun vesi saavuttaa laitoksen turbiinit, paine-ero aiheuttaa metaanin vapautumisen ilmakehään. Metaania vapautuu myös vesireitille laitoksen vuotoalustan kautta, jolloin paine- ja lämpötilamuutoksen lisäksi vettä ruiskutetaan pisaroina.

CO2 vapautuu kuolleiden puiden hajoamisen jälkeen veden yläpuolella. Toisin kuin metaani, vain osa päästetystä hiilidioksidista katsotaan vaikuttavaksi, koska suuri osa CO2: sta poistuu säiliössä tapahtuvien absorptioiden avulla. Koska metaania ei sisälly fotosynteesiprosesseihin (vaikka se voi muuttua hitaasti hiilidioksidiksi), sitä pidetään tässä tapauksessa vaikuttavampana kasvihuoneilmiöön.

Balcar-projekti (Kasvihuonekaasupäästöt vesivoimalaitosten säiliöissä) luotiin tutkimaan keinotekoisten säiliöiden osuutta kasvihuoneilmiön lisääntymisessä hiilidioksidi- ja metaanipäästöjen kautta. Projektin ensimmäiset tutkimukset tehtiin 90-luvulla Amazonin alueen säiliöissä: Balbina, Tucuruí ja Samuel. Amazonin alue keskittyi tutkimukseen, koska sille on ominaista massiivinen kasvillisuus ja siten suurempi kaasupäästöjen mahdollisuus orgaanisen aineen hajoamisen kautta. Myöhemmin, 90-luvun lopulla, projektiin kuului myös Miranda, Três Marias, Segredo, Xingo ja Barra Bonita.

Artikkelin mukaan, jonka tohtori Philip M.Fearnside Amazonin tutkimuslaitoksesta julkaisi Tucuruín tehtaan kaasupäästöistä vuonna 1990, laitoksen kasvihuonekaasupäästöt (CO2 ja CH4) vaihtelivat 7 miljoonaa ja 10 miljoonaa tonnia sinä vuonna. Kirjoittaja tekee vertailun São Paulon kaupunkiin, joka tuotti fossiilisista polttoaineista 53 miljoonaa tonnia hiilidioksidia samana vuonna. Toisin sanoen vain Tucuruí olisi vastuussa 13-18 prosentin päästöistä São Paulon kaupungin kasvihuonekaasupäästöistä, mikä on merkittävä arvo energialähteelle, jota pidetään pitkään "päästöttömänä". Uskottiin, että ajan myötä orgaaninen aine hajoaisi täydellisesti ja sen seurauksena se lakkaisi päästämästä näitä kaasuja. Kuitenkin,Balcar-ryhmän tutkimukset ovat osoittaneet, että kaasuntuotantoprosessia syötetään uusien jokien ja sateiden tuomien orgaanisten aineiden saapumisella.

Kasvi- ja eläinlajien menetys

Varsinkin Amazonin alueella, jolla on suuri biologinen monimuotoisuus, organismien kuolema johtuu väistämättä säiliön muodostumispaikan kasvistoista. Eläinten osalta ei voida taata, että kaikki ekosysteemin muodostavat organismit pelastuvat, vaikka organismeja yritetään poistaa perusteellisesti. Lisäksi pato aiheuttaa muutoksia ympäröiviin elinympäristöihin.

Maaperän menetys

Tulva-alueen maaperä muuttuu käyttökelvottomaksi muihin tarkoituksiin. Tästä tulee keskeinen kysymys etenkin pääasiassa tasaisilla alueilla, kuten itse Amazonin alueella. Koska laitoksen tehon antaa jokivirtauksen ja maaston epätasaisuuksien suhde, jos maastossa on vähän epätasaisuuksia, on varastoitava suurempi määrä vettä, mikä tarkoittaa laajaa säiliöaluetta.

Muutokset joen hydraulisessa geometriassa

Jokilla on yleensä dynaaminen tasapaino päästöjen, keskimääräisen veden nopeuden, sedimentin kuormituksen ja pohjan morfologian välillä. Säiliöiden rakentaminen vaikuttaa tähän tasapainoon ja aiheuttaa siten hydrologisen ja sedimenttisen järjestyksen muutoksia paitsi patoalueella myös ympäröivällä alueella ja padon alla olevassa sängyssä.

Nimelliskapasiteetti x todellinen tuotettu määrä

Toinen esille otettava kysymys on, että nimellisen asennetun kapasiteetin ja laitoksen tuottaman sähköenergian todellisen määrän välillä on ero. Tuotetun energian määrä riippuu joen virtauksesta.

Siksi on hyödytöntä asentaa järjestelmä, jonka avulla voidaan tuottaa enemmän energiaa kuin mitä jokivirtaus voi tarjota, kuten tapahtui Balatinan vesivoimalaitoksen tapauksessa, joka asennettiin Uatumã-joelle.

Laitoksen teho

Toinen tärkeä huomioitava asia on laitoksen kiinteän voiman käsite. Aneelin mukaan laitoksen kiinteä voima on suurin jatkuva energiantuotanto, joka voitaisiin saada, kun otetaan huomioon sen joen virtaushistoriaan kirjattu kuivin jakso, johon se on perustettu. Tästä kysymyksestä on tulossa yhä keskeisempi, kun yhä useammat ja kovemmat kuivuusjaksot ovat.

Vesivoimaa Brasiliassa

Brasilia on maa, jolla on suurin vesivoimapotentiaali maailmassa. Joten 70% siitä on keskittynyt Amazonasin ja Tocantins / Araguaian altaisiin. Ensimmäinen suuri Brasilian vesivoimalaitos rakennettiin Paulo Afonso I, vuonna 1949, Bahiassa, teho vastaa 180 MW. Tällä hetkellä Paulo Afonso I on osa Paulo Afonson vesivoimakompleksia, johon kuuluu yhteensä neljä laitosta.

Balbina

Balbinan vesivoimala rakennettiin Uatumã-joelle Amazonasiin. Balbina rakennettiin Manausin energiantarpeen tyydyttämiseksi. Ennuste oli 250 MW: n kapasiteetin asentaminen viiden generaattorin kautta, 50 MW: n teholla. Uatumã-joen virtaus tuottaa kuitenkin paljon pienemmän keskimääräisen vuotuisen energiantuotannon, noin 112,2 MW, josta vain 64 MW voidaan pitää kiinteänä energiana. Ottaen huomioon, että sähkön siirrosta laitoksesta kuluttajakeskukseen tapahtuu noin 2,5%: n menetys, vain 109,4 MW (62,4 MW kiinteässä tehossa). Arvo selvästi alle 250 MW: n nimellistehon.

Itaipu

Itaipun vesivoimalaitosta pidetään maailman toiseksi suurimpana voimalaitoksena, jolla on 14 000 MW asennettua kapasiteettia, ja toiseksi vain Kiinassa sijaitsevan Três Gorgesin 18 200 MW: n teholla. Paraná-joelle rakennettu ja Brasilian ja Paraguayn rajalla sijaitseva binaarinen laitos, koska se kuuluu molempiin maihin. Brasiliaa toimittavan Itaipun tuottama energia vastaa puolta sen kokonaistehosta (7 tuhatta megawattia), mikä vastaa 16,8 prosenttia Brasiliassa kulutetusta energiasta, ja puolet energiasta käytetään Paraguayssa ja vastaa 75 prosenttia Paraguayn energiankulutus.

Tucuruí

Tucuruín laitos rakennettiin Tocantins-joelle Paráhin, ja sen asennuskapasiteetti on 8 370 MW.

Belo Monte

Belam Monten vesivoimalaitos, joka sijaitsee Altamiran kunnassa Parasta lounaaseen ja jonka presidentti Dilma Roussef vihki virkaan, rakennettiin Xingu-joelle. Laitos on suurin 100% kansallinen vesivoimalaitos ja kolmanneksi suurin maailmassa. Asennettu kapasiteetti 11 233,1 megawattia (MW). Tämä tarkoittaa riittävää lastia 60 miljoonan ihmisen palvelemiseen 17 osavaltiossa, mikä on noin 40% asuntojen kulutuksesta koko maassa.Vastaava asennettu tuotantokapasiteetti on 11 000 MW eli suurin asennetun sähkön tuotantolaitos maassa, jolloin Tucuruí-tehtaan paikka on suurin sataprosenttisesti kansallinen tehdas. Belo Monte on myös maailman kolmanneksi suurin vesivoimala Trêsin rotkon ja Itaipun takana.

Monet asiat kiertävät Belo Monten tehtaan rakentamista. Huolimatta siitä, että asennettu kapasiteetti oli 11 tuhatta megawattia, ympäristöministeriön mukaan laitoksen kiinteä teho vastaa 4,5 tuhatta megawattia eli vain 40 prosenttia kokonaistehosta. Koska se on rakennettu Amazonin alueelle, Belo Monte pystyy päästämään suuria metaani- ja hiilidioksidipitoisuuksia. Kaikki tämä laskematta suuria vaikutuksia perinteisten populaatioiden elämään ja suuria vaikutuksia eläimistöön ja kasvistoon. Toinen tekijä on, että sen rakentamisesta hyötyvät enimmäkseen yritykset, ei väestö. Noin 80% sähköstä on suunnattu yrityksille maan eteläosassa.

Sovellettavuus

Mainituista sosiaalisista ympäristövaikutuksista huolimatta vesivoimalla on etuja verrattuna uusiutumattomiin energialähteisiin, kuten fossiilisiin polttoaineisiin. Huolimatta metaani- ja rikkidioksidipäästöistä, vesivoimalaitokset eivät aiheuta tai vapauta muun tyyppisiä myrkyllisiä kaasuja, kuten lämpösähkölaitosten hengittämiä - erittäin haitallisia ympäristölle ja ihmisten terveydelle.

Vesivoimapatojen haitat verrattuna muihin uusiutuviin energialähteisiin, kuten aurinko- ja tuulivoima, joilla on vähemmän ympäristövaikutuksia kuin patojen aiheuttamiin vaikutuksiin, ovat kuitenkin selvempiä. Ongelma on edelleen uusien tekniikoiden elinkelpoisuus. Vaihtoehto vesivoiman tuotantoon liittyvien vaikutusten vähentämiseksi on pienten vesivoimalaitosten rakentaminen, jotka eivät vaadi suurten säiliöiden rakentamista.

  • Mikä on aurinkoenergia, edut ja haitat
  • Mikä on tuulienergia?

Lisäksi patojen käyttöikä on noin 30 vuotta, mikä asettaa kyseenalaiseksi niiden pitkän aikavälin elinkelpoisuuden.

Michiganin osavaltion yliopiston tekemä tutkimus "Kestävä vesivoimaa 2000-luvulla" kiinnittää huomiota siihen, että suurista vesivoimapatoista voi tulla vielä vähemmän kestävä energialähde ilmastonmuutoksen edessä.

On tarpeen ottaa huomioon vesivoiman todelliset kustannukset, paitsi taloudelliset ja infrastruktuurikustannukset, myös sosiaaliset, ympäristölliset ja kulttuuriset kustannukset.


Original text