Zdroje vodní energie mají omezenou hodnotu, i když jsou považovány za obnovitelné. Jsou národním bohatstvím, jako je ropa, plyn nebo jiné nerosty, a je třeba s nimi zacházet opatrně a promyšleně.
Síla vody
Už v dávných dobách si lidé všimli, že voda padající shora dolů dokáže vykonávat určitou práci, jako je otáčení kola. Tato vlastnost padající vody se začala využívat k uvádění kol mlýna do pohybu. Tak se objevily první vodní mlýny, které se dochovaly dodnes téměř v původní podobě. Vodní mlýn je první vodní elektrárnou.
Manufakturní výroba, která vznikla v 17. století, využívala i vodní kola a například v 18. století už byly v Rusku asi tři tisíce takových manufaktur. Je známo, že nejvýkonnější instalace takových kol byly použity v manufaktuře Krenholm (řeka Narova). Vodní kola měla průměr 9,5 metru a vyvinula až 500 koňských sil.
Zdroje vodní energie: definice, výhody a nevýhody
V 19století po vodních kolech se objevily hydroturbíny a po nich elektrické stroje. To umožnilo přeměnit energii padající vody na elektrickou energii a následně ji přenést na určitou vzdálenost. V carském Rusku bylo v roce 1913 asi 50 000 jednotek vybavených vodními turbínami, které vyráběly elektřinu.
Ta část energie řek, kterou lze přeměnit na elektrickou energii, se nazývá vodní zdroje a zařízení, které přeměňuje energii padající vody na elektrickou energii, se nazývá vodní elektrárna (HPP). Zařízení elektrárny nutně zahrnuje hydraulickou turbínu, která pohání elektrický generátor v rotaci. Chcete-li získat proud padající vody, stavba elektrárny zahrnuje výstavbu přehrad a nádrží.
Výhody používání vodní energie:
- Energie řeky je obnovitelná.
- Žádné znečištění životního prostředí.
- Ukazuje se levná elektřina.
- Klimatické podmínky v blízkosti nádrže se zlepšují.
Nevýhody používání vodní energie:
- Zaplavení určité oblasti země kvůli vybudování nádrže.
- Změna mnoha ekosystémů podél koryta řeky, snižování populací ryb, rušení ptačích hnízdišť, znečišťování řek.
- Nebezpečí výstavby v horských oblastech.
Koncept potenciálu vodní energie
Posouzení vodních energetických zdrojů řeky, země nebo celé planety na světěEnergetická konference (MIREC) definovala hydroenergetický potenciál jako součet kapacit všech uvažovaných úseků území využitelných k výrobě elektřiny. Existuje několik druhů vodního potenciálu:
- Hrubý potenciál, který představuje potenciální zdroje vodní energie.
- Technický potenciál je ta část hrubého potenciálu, kterou lze technicky využít.
- Ekonomický potenciál je ta část technického potenciálu, jejíž využití je ekonomicky proveditelné.
Teoretická síla nějakého vodního proudu je určena vzorcem
N (kW)=9, 81QH, kde Q je průtok vody (m3/s); H je výška pádu vody (m).
Nejvýkonnější vodní elektrárna světa
14. prosince 1994 začala v Číně na řece Jang-c'-ťiang stavba největší vodní elektrárny zvané Tři soutěsky. V roce 2006 byla dokončena stavba přehrady a spuštěna první hydroelektrárna. Tato vodní elektrárna se měla stát centrální vodní elektrárnou v Číně.
Pohled na hráz této stanice připomíná design vodní elektrárny Krasnojarsk. Výška hráze je 185 metrů a délka 2,3 km. Uprostřed přehrady je přepad navržený tak, aby vypustil 116 000 m3 vody za sekundu, to znamená, že z výšky asi 200 m spadne více než 100 tun vody. jedna sekunda.
Řeka Jang-c'-ťiang, na které je postavena vodní elektrárna Tři soutěsky, je jednou z nejmocné řeky světa. Výstavba vodní elektrárny na této řece umožňuje využití přírodních vodních zdrojů oblasti. Počínaje Tibetem, v nadmořské výšce 5600 m, získává řeka významný hydroenergetický potenciál. Nejatraktivnějším místem pro stavbu přehrady se ukázal být region Tři soutěsky, kde se řeka láme z hor do roviny.
design HPP
Vodní elektrárna Three Gorges má tři elektrárny obsahující 32 vodních bloků, každý o výkonu 700 MW, a dva vodní bloky o výkonu 50 MW. Celková kapacita HPP je 22,5 GW.
Výstavbou přehrady vznikla nádrž o objemu 39 km3. Stavba přehrady měla za následek přesídlení obyvatel dvou měst s celkovým počtem 1,24 milionu lidí na nové místo. Kromě toho bylo ze záplavové zóny odstraněno 1300 archeologických objektů. Na všechny přípravy na stavbu přehrady bylo vynaloženo 11,25 miliardy dolarů. Celkové náklady na výstavbu vodní elektrárny Three Gorges jsou 22,5 miliardy $.
Stavba této vodní elektrárny správně zajišťuje plavbu, navíc po vybudování nádrže se 5x zvýšil proud nákladních lodí.
Osobní lodě proplouvají lodním výtahem, který umožňuje proplutí lodím o hmotnosti maximálně 3 000 tun. Pro průjezd nákladních lodí byly vybudovány dvě řady pětistupňových plavebních komor. V tomto případě musí být hmotnost plavidel menší než 10 000 tun.
Yangtze HPP Cascade
Vodní a vodní zdroje řeky Jang-c'-ťiang umožňují stavět na tomtořeka má více než jednu vodní elektrárnu, která byla postavena v Číně. Nad vodní elektrárnou Tři soutěsky byla vybudována celá kaskáda vodních elektráren. Jedná se o nejvýkonnější kaskádu vodních elektráren s výkonem přes 80 GW.
Výstavba kaskády zabraňuje ucpávání nádrže Tři soutěsky, protože snižuje erozi v řečišti nad vodní elektrárnou. Poté je ve vodě méně kalu.
Kaskáda vodních elektráren vám navíc umožňuje regulovat tok vody do vodní elektrárny Tři soutěsky a získat v ní rovnoměrnou výrobu energie.
Itaipu na řece Paraná
Paraná znamená „stříbrná řeka“, je to druhá největší řeka v Jižní Americe a má délku 4380 km. Tato řeka protéká velmi tvrdou zemí, a proto ji překonává a vytváří na své cestě peřeje a vodopády. Tato okolnost ukazuje na příznivé podmínky pro výstavbu vodních elektráren zde.
HPP Itaipu byla postavena na řece Paraná, 20 km od města Foz do Iguacu v Jižní Americe. Výkonově je tato vodní elektrárna na druhém místě za VE Tři soutěsky. Elektrárna Itaipu, která se nachází na hranici Brazílie a Paraguaye, poskytuje plnou elektřinu Paraguayi a 20 % Brazílii.
Stavba vodní elektrárny začala v roce 1970 a skončila v roce 2007. Deset generátorů o výkonu 700 MW bylo instalováno na straně Paraguaye a stejný počet na straně Brazílie. Vzhledem k tomu, že kolem vodní elektrárny byl tropický prales, který byl vystaven povodní, byla zvířata z těchto míst přemístěna na jiná území. Délka hráze je 7240 metrů,a výška je 196 m, náklady na stavbu se odhadují na 15,3 miliardy dolarů. Kapacita HPP je 14 000 GW.
Ruské vodní zdroje
Ruská federace má velký vodní a energetický potenciál, ale vodní zdroje země jsou na jejím území rozmístěny extrémně nerovnoměrně. 25 % těchto zdrojů se nachází v evropské části, 40 % na Sibiři a 35 % na Dálném východě. V evropské části státu je podle odborníků hydroenergetický potenciál využíván ze 46 % a celý hydroenergetický potenciál státu se odhaduje na 2500 miliard kWh. Toto je druhý výsledek na světě po Číně.
Zdroje vodní energie na Sibiři
Sibiř má obrovské zásoby vodní energie, východní Sibiř je obzvláště bohatá na vodní zdroje. Protékají tam řeky Lena, Angara, Jenisej, Ob a Irtyš. Vodní potenciál tohoto regionu se odhaduje na 1 000 miliard kWh.
Sayano-Shushenskaya HPP pojmenovaná po P. S. Neporozhny
Výkon této vodní elektrárny je 6400 MW. Jedná se o nejvýkonnější vodní elektrárnu v Ruské federaci a ve světovém žebříčku jí patří 14. místo.
Úsek Jeniseje, který se nazývá Sajanský koridor, je příznivý pro výstavbu vodních elektráren. Zde řeka prochází pohořím Sayan a tvoří mnoho peřejí. Právě na tomto místě byla postavena VE Sayano-Shushenskaya, stejně jako další VE, které tvoří kaskádu. Vodní elektrárna Sayano-Shushenskaya je nejvyšším stupněm v této kaskádě.
Stavba probíhala v letech 1963 až 2000. Návrh stanicesestává z hráze o výšce 245 metrů a délce 1075 metrů, budovy elektrárny, rozvaděče a konstrukce přelivu. V budově HPP je 10 hydraulických jednotek o výkonu 640 MW každý.
Nádrž vzniklá po výstavbě přehrady má objem více než 30 km3 a její celková plocha je 621 km2.
Velké VE Ruské federace
Sibiřské vodní zdroje jsou v současnosti využívány z 20 %, ačkoli zde bylo postaveno mnoho poměrně velkých vodních elektráren. Největší z nich je vodní elektrárna Sayano-Shushenskaya, po níž následují následující vodní elektrárny:
- VE Krásnojarskaja s kapacitou 6000 MW (na Jeniseji). Má lodní výtah, zatím jediný v Ruské federaci.
- Bratskaya VE s kapacitou 4500 MW (v Angaře).
- Ust-Ilimskaya VE s kapacitou 3840 MW (v Angaře).
Dálný východ má nejméně rozvinutý potenciál. Podle odborníků je vodní potenciál tohoto regionu využíván ze 4 %.
Zdroje vodní energie v západní Evropě
V západoevropských zemích je hydroenergetický potenciál téměř zcela využíván. Pokud je navíc dost vysoká, tak si takové země plně zajišťují elektřinu z vodních elektráren. Jsou to země jako Norsko, Rakousko a Švýcarsko. Norsko je na prvním místě na světě ve výrobě elektřiny na obyvatele země. V Norsku je toto číslo 24 000 kWh za rok a 99,6 % této energie je vyrobeno ve vodních elektrárnách.
Potenciály vodní energierůzné země západní Evropy se od sebe výrazně liší. To je způsobeno odlišnými terénními podmínkami a odlišnou tvorbou odtoku. 80 % celkového evropského potenciálu vodní energie je soustředěno v horách s vysokým průtokem: západní část Skandinávie, Alpy, Balkánský poloostrov a Pyreneje. Celkový potenciál vodní energie v Evropě je 460 miliard kWh ročně.
Zásoby paliva v Evropě jsou velmi malé, takže energetické zdroje řek jsou velmi výrazně rozvinuty. Například ve Švýcarsku jsou tyto zdroje rozvinuty z 91 %, ve Francii - o 92 %, v Itálii - o 86 % a v Německu - o 76 %.
HPP Kaskáda na řece Rýn
Na této řece byla vybudována kaskáda vodních elektráren skládající se z 27 vodních elektráren o celkovém výkonu asi 3000 MW.
Jedna ze stanic byla postavena v roce 1914. Toto je HPP Laufenburg. Dvakrát prošel rekonstrukcí, po které je jeho výkon 106 MW. Nádraží navíc patří k architektonickým památkám a je národním pokladem Švýcarska.
HPP Rheinfelden je moderní vodní elektrárna. Jeho spuštění bylo provedeno v roce 2010 a jeho kapacita je 100 MW. Návrh obsahuje 4 hydraulické jednotky po 25 MW. Tato vodní elektrárna byla postavena jako náhrada za starou elektrárnu postavenou v roce 1898. Stará stanice je v současné době v rekonstrukci.
Zdroje vodní energie v Africe
Africké vodní zdroje jsou důsledkem řek protékajících jejím územím: Kongo, Nil, Limpopo, Niger a Zambezi.
Řeka Kongomá významný hydroelektrický potenciál. Část toku této řeky má kaskádu vodopádů známou jako Inga Rapids. Vodní proud zde klesá z výšky 100 metrů rychlostí 26 000 m3 za sekundu. V této oblasti byly postaveny 2 vodní elektrárny: "Inga-1" a "Inga-2".
Vláda Demokratické republiky Kongo v roce 2002 schválila projekt výstavby komplexu Big Inga, který zajistil rekonstrukci stávajících vodních elektráren Inga-1 a Inga-2 a výstavbu třetí - Inga-3. Po realizaci těchto plánů bylo rozhodnuto vybudovat největší komplex Bolshaya Inga na světě.
Tento projekt byl tématem diskuse na Mezinárodní energetické konferenci. S přihlédnutím ke stavu afrických vodních a hydroenergetických zdrojů zástupci byznysu a vlád ze střední a jižní Afriky, kteří byli na konferenci přítomni, tento projekt schválili a nastavili jeho parametry: kapacita „Big Inga“byla stanovena na 40 000 MW, což je více než u nejvýkonnější vodní elektrárny „Tři soutěsky“téměř dvakrát. Uvedení HPP do provozu je naplánováno na rok 2020 a náklady na výstavbu se očekávají ve výši 80 miliard USD.
Jakmile bude projekt dokončen, DRC se stane největším dodavatelem elektřiny na světě.
Severoafrická elektrická síť
Severní Afrika se nachází podél pobřeží Středozemního moře a Atlantského oceánu. Tato oblast Afriky se nazývá Maghreb nebo Arabský západ.
Zdroje vodní energie v Africe jsou rozděleny nerovnoměrně. Na severu kontinentu se nachází nejžhavější poušť světa – Sahara. Toto území se potýká s nedostatkem vody, takže zásobování těchto regionů vodou je hlavním úkolem. Jeho řešením je stavět nádrže.
První nádrže se objevily v Maghrebu již ve 30. letech minulého století, řada z nich byla postavena v 60. letech, ale zvláště intenzivní výstavba začala v 21. století.
Severoafrické vodní zdroje jsou určeny především řekou Nil. Toto je nejdelší řeka na světě. V 60. letech minulého století byla na této řece vybudována Asuánská přehrada, po jejímž vybudování vznikla obrovská nádrž dlouhá asi 500 km a široká asi 9 km. Plnění nádrže vodou probíhalo 5 let od roku 1970 do roku 1975.
Asuánskou přehradu postavil Egypt ve spolupráci se Sovětským svazem. Jednalo se o mezinárodní projekt, díky kterému je možné vyrobit až 10 miliard kWh elektřiny ročně, kontrolovat hladinu vody v řece Nil při povodních a dlouhodobě akumulovat vodu v nádrži. Z nádrže se odklání síť kanálů zavlažujících pole a na místě pouště se objevily oázy, stále více oblastí je zemědělsky využíváno. Vodní a vodní zdroje v severní Africe jsou využívány s maximální účinností.
Sdílení světového potenciálu vodní energie
- Asie – 42 %.
- Afrika – 21 %.
- Severní Amerika – 12 %.
- Jižní Amerika – 13 %.
- Evropa – 9 %.
- Austrálie a Oceánie – 3 %
Globální potenciál vodní energie odhadovaný na 10 bilionů kWh elektřiny.
20. století lze nazvat stoletím vodní energie. 21. století přináší do historie tohoto odvětví své vlastní doplňky. Svět zvýšil pozornost přečerpávacích elektráren (PSPP) a přílivových elektráren (TPP), které využívají sílu mořských přílivů a odlivů k výrobě elektrické energie. Rozvoj vodní energie pokračuje.
