HIDRAULIKUS TELJESÍTMÉNY: JELLEMZŐK, MŰKÖDÉSE, ELŐNYEI, FELHASZNÁLÁSA - KÖRNYEZET - 2025

A hidraulikus teljesítmény a víz azon képessége, hogy mozgás, fény és hő formájában munkát tudjon előállítani, potenciáljuk és kinetikus energiájuk alapján. Tiszta, nagy teljesítményű megújuló energiának tekintik.

Ezt az energiát az áramlás, a talajban lévő pontok közötti egyenetlenség, amelyen a víz mozog, és a gravitációs erő határozza meg. Az emberek az ősi idők óta használják különböző feladatok elvégzésére.

Itaipú-gát (Brazília és Paraguay). Forrás: Angelo Leithold

A hidraulikus energia egyik első felhasználása olyan vízimalmok működtetése volt, amelyek kihasználták az áram erejét. Ily módon fogaskerekekkel a malomkövek mozgathatók voltak a búza csírázására.

Jelenleg a legrelevánsabb alkalmazás az elektromos energia előállítása hidraulikus erőműveken vagy vízerőműveken keresztül. Ezek a növények alapvetően gátból, valamint turbinák és generátorok rendszeréből állnak.

A víz felhalmozódik a gátban a csatorna két szintje között (geodéziai egyenetlenség), így gravitációs potenciál energiát generál. Ezt követően a vízáram (kinetikus energia) aktiválja a turbinákat, amelyek továbbítják az energiát a generátorokhoz, hogy villamos energiát termeljenek.

A hidraulikus energia egyik előnye, hogy megújuló és nem szennyező, más energiaforrásoktól eltérően. Másrészt rendkívül hatékony, 90–95% -os hozammal.

A vízerőművek környezeti hatása a hőmérséklet változásával és a vízfolyás fizikai változásával függ össze. Hasonlóképpen, hulladékolajok és zsírok állnak elő, amelyeket a gépből kiszűrnek.

Fő hátránya az a fizikai változás, amelyet a nagy földterületek elárasztása okoz, és megváltozott a folyók természetes áramlása és folyása.

A világ legnagyobb vízerőműve a Három szoros található, Kínában, a Jangce folyón. A másik kettő a Brazília és Paraguay közötti határon található Itaipú és a venezuelai Simón Bolívar vagy Guri hidroelektromos erőmű szempontjából fontos.

jellemzők

A hidraulikus energia forrása a víz, és mindaddig megújuló energianak tekinthető, amíg a vízciklus nem változik. Hasonlóképpen, munkavégzést végez szilárd hulladék vagy szennyező gázok előállítása nélkül, ezért tiszta energianak tekinthető.

teljesítmény

Az energiahatékonyság a folyamat során elért energia mennyisége és az ahhoz szükséges beruházáshoz szükséges energia közötti viszonyt jelenti. Hidraulikus energia esetén a teljesítmény 90–95% közötti, a víz sebességétől és a használt turbinarendszertől függően.

Hogyan működik a vízenergia?

A vízerőmű vázlata. Forrás: Felhasználó: Tomia

A napenergia transzformációja kinetikus energiává

A hidraulikus energia alapja a napenergia, a föld topográfia és a föld gravitációja. A vízciklus során a napenergia párolgást okoz, majd a víz kondenzálódik és kicsapódik a földön.

Az egyenetlen talaj és a gravitációs erő hatására felszíni vízáramok alakulnak ki a föld felszínén. Ilyen módon a napenergia kinetikus energiává alakul a víz mozgása következtében az egyenetlenség és a gravitáció együttes hatása révén.

Később a víz kinetikus energiája mechanikai energiává alakulhat, amely képes munkavégzésre. Például olyan pengék mozgathatók, amelyek továbbítják a mozgást egy olyan hajtómű-rendszerbe, amely különféle eszközöket képes működtetni.

A hidraulikus energia nagyságát a meder két adott pontja és annak áramlása közötti egyenetlenség adja. Minél nagyobb a talaj egyenetlensége, annál nagyobb a víz potenciális és kinetikus energiája, valamint munkaképességének képessége.

Ebben az értelemben a potenciális energia az, amely felhalmozódik egy víztestben és függ a magasságától a talajhoz képest. Másrészt, a kinetikus energia az, amelyet a víz a felbukkanó mozgása során felszabadítja a topográfia és a gravitáció függvényében.

Villamos energia előállítása vízenergiából (vízenergia)

Az eső víz által generált kinetikus energia felhasználható elektromos energia előállítására. Ezt gátak építésével érik el, ahol a víz felhalmozódik és különböző magasságban tartja.

Így a víz potenciális energiája egyenesen arányos a pont és a pont közötti különbséggel, és amikor a víz esik, kinetikus energiává alakul. Ezt követően a víz áthalad egy forgó pengerendszeren, és forgási kinetikus energiát generál.

A forgó mozgás lehetővé teszi a mozgatható sebességváltó-rendszerek működését, amelyek aktiválhatják a mechanikus rendszereket, például malmok, kerekek vagy generátorok. A vízenergia előállításának konkrét esetben a rendszernek turbinarendszerre és egy generátorra van szüksége az áramtermeléshez.

turbinák

A turbina vízszintes vagy függőleges tengelyből áll, olyan pengékkel, amelyek a tengelyt a víz erővel forgatják.

A hidraulikus turbinák három alapvető típusa létezik:

Pelton turbina

Pelton turbina. Forrás: Robertk9410

Ez egy nagynyomású, vízszintes tengelyű turbina, amely teljesen merülés nélkül működik. A járókeréknek konkáv pengéi (pengék vagy fogak) vannak, amelyeket vízsugara hajt meg.

Minél több vízsugarat üt el a turbina, annál több energiát generál. Az ilyen típusú turbina 25-200 m magas vízesésekhez használható, és akár 90% -os hatékonyságot is elérhet.

Francis turbina

Francis turbina. Forrás: Az eredeti feltöltő Stahlkocher volt a német Wikipedia-ban.

Ez egy függőleges tengelyű, közepes nyomású reakcióturbina, amely teljesen víz alá merül. A járókerék lapátokból áll, amelyeket az elosztón keresztül vezetett víz hajt.

20-200 méter magas vízesésekben használható, 90% -os hatékonysággal. Ez a turbina típus, amelyet a világ legnagyobb vízerőműveiben használnak leggyakrabban.

Kaplan turbina

Kaplan turbina. Forrás: TheRunnerUp

Ez a Francis turbina egy változata, és hasonlóan függőleges tengelyével rendelkezik, de a járókerék egy sor kormányozható pengéből áll. Magas nyomású reakcióval és teljesen víz alá merül.

A Kaplan turbinát 5 és 20 méter magas vízesésekben használják, hatékonysága akár 95% is lehet.

váltóáramú generátor

A generátor olyan eszköz, amely képes a mechanikus energiát elektromágneses indukcióval elektromos energiává alakítani. Így a mágneses pólusokat (induktor) egy tekercsben forgatják, váltakozó vezetőképes anyag pólusokkal (például lágy vasban lévő réztekercseléssel).

Működése azon a tényen alapul, hogy egy vezető, amelyet egy ideig változtatott mágneses mezőnek tesznek ki, elektromos feszültséget generál.

Előny

A hidraulikus erőt széles körben használják, mivel számos pozitív szempontból rejlik. Ezek közül kiemelhetjük:

Ez gazdaságos

Noha a vízerőművek esetében a kezdeti beruházás magas, általában hosszú távon olcsó energia. Ennek oka a stabilitása és az alacsony karbantartási költségek.

Ezenkívül hozzá kell tenni az akvakultúra, a vízi sportok és az idegenforgalom lehetőségeit kínáló víztározók által nyújtott gazdasági kompenzációt.

Megújítható

Mivel a vízcikluson alapszik, megújuló és folyamatos energiaforrás. Ez azt jelenti, hogy a fosszilis tüzelőanyagoktól eltérően nem fogy el időben.

Folytatása azonban attól függ, hogy a vízciklus nem változik-e az adott régióban vagy globálisan.

Nagy teljesítményű

A hidraulikus energiát nagyon hatékonynak és 90–95% közötti nagy teljesítményűnek tekintik.

Nem szennyező

Az ilyen típusú energia természetes forrást, például vizet használ, és nem termel hulladékot vagy szennyező gázokat. Ezért a környezeti hatása csekély, és a tiszta energia egyik formájának tekintik.

Tartályok jelenléte

Azokban az esetekben, amikor víztartályokat építenek vízenergia felhasználására, ezek további előnyök sorozatát képviselik:

- Ezek lehetővé teszik a folyó áramlásának szabályozását és az árvizek elkerülését.

- Emberi fogyasztásra, öntözésre és ipari felhasználásra szánt víztartályt képviselnek.

- Rekreációs területekként és a vízi sportok gyakorlására is felhasználhatók.

hátrányok

Az esőktől való függőség

A vízenergia-termelés korlátozása az esőzési rendszertől való függése. Ezért a különösen száraz években a vízellátás drasztikusan csökkenhet, és a tartály szintje is csökkent.

Ha a vízáram csökken, akkor az elektromos energia termelése alacsonyabb. Olyan módon, hogy a vízenergiától nagymértékben függő régiókban problémák merülhetnek fel.

A folyó természetes útjának megváltoztatása

A folyó gátjának megépítése megváltoztatja annak természetes útját, árvízrendszerét, elhalványulását (az áramlás csökkenése) és az üledék húzódási folyamatát. Ezért változások történnek a vízi vagy a víztest közelében elhelyezkedő növények és állatok biológiájában.

Ugyanakkor az üledékeknek a gátban való visszatartása megváltoztatja a delták képződését a folyók torkolatán, és megváltoztatja a talaj körülményeit.

A gát feltörésének veszélye

Egyes vízierőművekben tárolt nagy mennyiségű víz miatt a tartófal vagy a közeli lejtők sérülése súlyos baleseteket okozhat. Például, 1963-ban az olaszországi Vajont gát lejtése (ma már használaton kívül) 2000 halálos halálos kimenetelű volt.

Alkalmazások

Óriáskerék és vízszivattyú

A kerék forgása, amelyet a víz kinetikus energiája hajt, lehetővé teszi, hogy a vizet egy sekély kútból vagy csatornából egy megemelt csatornába vagy tartályba vegyék. Hasonlóképpen, a kerék által generált mechanikus energia meghajthatja a hidraulikus szivattyút.

A legegyszerűbb modell egy olyan tányérkerékből áll, amelynek tálakkal ellátott pengék képezik a vizet az áram hajtásával egyidejűleg. Ezután forogásukkal a vizet egy tartályba vagy csatornába dobják.

Mills

A görögök és a rómaiak több mint 2000 éve hidraulikus energiát használtak a malmok mozgatására a gabonafélék őrlésére. A víz forrása által meghajtott kerék forgása a malomkő elforgatására szolgáló fogaskerekeket aktiválja.

Forges

A hidraulikus erőn alapuló munkaképesség egy másik ősi alkalmazása az, hogy kovácsfúvókát kovácsolásban és kohászatban aktiválja.

Hidraulikus törés

A bányászatban és az olajban a víz kinetikus energiáját felhasználják a kőzet lebontására, törésére és a különféle ásványok kinyerésének megkönnyítésére. Ehhez óriási nyomás alatt álló vízágyúkat használnak, amelyek addig ütköznek a hordozóhoz, amíg az erodálja.

Ez egy romboló módszer a talajra, és nagymértékben szennyezi a vízutak.

fracking

A rendkívül ellentmondásos technika, amely az olajiparban egyre nagyobb lendületet kap, megszakad. Ez az olaj- és gáztartalmú alapkőzet porozitásának növeléséből áll, annak megkönnyítése érdekében.

Ez nagy mennyiségű víz és homok nagy nyomáson történő injektálásával érhető el, egy sor kémiai adalékanyaggal együtt. A technikát nagy vízfogyasztása, szennyező talaj és vizek miatt kérdőjelezték meg, és geológiai változásokat okozott.

Hidroelektromos növények

A leggyakoribb modern használat villamosenergia-termelő erőművek, úgynevezett vízierőművek vagy vízerőművek üzemeltetése.

Példák a vízerőművekre

A három szurdok

Három-szoros gát (Kína). Forrás: Le Grand PortageDerivatív munka: Rehman

A Három-szoros vízierőmű Kína Hubei tartományában található, a Jangce folyón. Ennek a gátnak az építése 1994-ben kezdődött, és 2010-ben befejeződött, 1045 km² elárasztott területe elérte a 22 500 MW (megawatt) beépített kapacitást.

Az erőmű 34 Francis turbinát tartalmaz (32-nél 700 MW és kettő az 50 MW-os), éves villamosenergia-termelésük 80,8 GWh. Szerkezete és beépített teljesítménye szempontjából ez a világ legnagyobb vízerőműve.

A Három-szoros gátnak sikerült megfékeznie a folyó időszakos áradását, amely súlyos károkat okozott a lakosságnak. Ez garantálja a régió villamosenergia-ellátását is.

Ennek építése azonban negatív következményekkel jár, például körülbelül 2 millió ember elhagyására kényszerült. Ezenkívül hozzájárult a kritikusan veszélyeztetett kínai folyó delfin (Lipotes vexillifer) kihalásához.

Itaipu

Itaipu Dam. Forrás: Herr stahlhoefer

Az Itaipú vízerőmű Brazília és Paraguay közötti határon található a Paraná folyó folyamán. Építése 1970-ben kezdődött, és három szakaszban ért véget 1984-ben, 1991-ben és 2003-ban.

A gát elárasztott területe 1350 km², telepített teljesítménye 14 000 MW. Az üzem 20 Francis 700-as turbinát tartalmaz, mindegyik 700 MW-os, és éves villamosenergia-termelése 94,7 GWh.

Az Itaipu-t az energiatermelés szempontjából a világ legnagyobb vízerőművének tekintik. Ez hozzájárul a Brazíliában és a paraguayi energiafogyasztás 16% -ához.

A gát negatív hatásait tekintve befolyásolta a szigetek ökológiáját és a Paraná folyó deltáját.

Simon Bolivar (Guri)

Simón Bolívar vízerőmű (Gurí, Venezuela). Forrás: Warairarepano és Guaicaipuro

A Simón Bolívar vízerőmű, más néven Guri gát, Venezuelában található a Caroní folyó folyamán. A gát építése 1957-ben kezdődött, az első szakasz 1978-ban fejeződött be, és 1986-ban fejeződött be.

A Guri-gát elárasztott területe 4250 km², beépített kapacitása 10 200 MW. Üzemében 21 Francis turbina található (10 730 MW-os, 4 180 MW, 3 400 MW, 3 225 MW, és egy 340 MW).

Az éves termelés 46 GWh, és szerkezetének és beépített teljesítménye szempontjából a világ harmadik legnagyobb vízerőművének tekintik. A vízerőmű biztosítja a Venezuela által fogyasztott villamos energia 80% -át, és egy részét Brazíliának adják el.

A vízerőmű építése során a venezuelai Guyana ökoszisztémáinak nagy területei elárasztódtak - ez a régió nagy biodiverzitással rendelkezik.

Ma, a venezuelai mély gazdasági válság miatt ennek a gyárnak a termelési kapacitása jelentősen csökkent.

Irodalom

1. Hadzich M (2013). Hidraulikus energia, 7. fejezet. A PUCP csoport műszaki tanfolyam. Az ökológiai házak és szállodák technológiái. Perui Pápai Katolikus Egyetem.

2. Raabe J (1985). Hidroenergia. A hidromechanikus, hidraulikus és elektromos berendezések tervezése, használata és működése. Németország: N. p.

3.- Sandoval Erazo, Washington. (2018). 6. fejezet: alapvető fogalmak Vízi Plants.https: //www.researchgate.net/publication/326560960_Capitulo_6_Conceptos_Basicos_de_Centrales_Hidroelectricas

4.- Stickier CM, Coe MT, Costa MH, Nepstad DC, McGrath DG, Dias HO és Rodrigues BS-Soares-BS LCP, Rodrigues-Soares-BS LCP (2013). A vízenergia-termelés függése az Amazonas-medence erdőiből helyi és regionális szinten. A Nemzeti Tudományos Akadémia folyóiratai, 110 (23), 9601–9606.

5.- Soria E (s / f). Hidraulika. Megújuló energiák mindenki számára. IBERDROLA. 19 p.