HYDRAULICKÝ VÝKON: VLASTNOSTI, JAK TO FUNGUJE, VÝHODY, VYUŽITÍ - ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ - 2025

Hydraulický výkon je schopnost ve vodě za vzniku práce v na formu pohybu, světla a tepla na základě jejich potenciálu a kinetické energie. To je také považováno za čistou, vysoce výkonnou obnovitelnou energii.

Tato energie je určena tokem, nerovnostmi mezi body na zemi, kterými se voda pohybuje a gravitační silou. To bylo používáno lidmi od starověku vykonávat různé práce.

Přehrada Itaipú (Brazílie a Paraguay). Zdroj: Angelo Leithold

Jedním z prvních využití hydraulické energie bylo pohánění vodních mlýnů, které využívaly sílu proudu. Tímto způsobem bylo možné pomocí ozubených kol přemístit mlýnské kameny na mlácení pšenice.

V současné době je jeho nejvýznamnější aplikací výroba elektrické energie prostřednictvím hydraulických elektráren nebo vodních elektráren. Tyto rostliny v podstatě sestávají z přehrady a soustavy turbín a alternátorů.

Voda se hromadí v přehradě mezi dvěma úrovněmi kanálu (geodetické nerovnosti) a vytváří energii gravitačního potenciálu. Následně proud vody (kinetická energie) aktivuje turbíny, které přenášejí energii do alternátorů k výrobě elektrické energie.

Mezi výhody hydraulické energie patří to, že je na rozdíl od jiných zdrojů energie obnovitelná a neznečišťující. Na druhou stranu je vysoce efektivní s výtěžkem v rozmezí 90 - 95%.

Dopad vodních elektráren na životní prostředí je spojen s kolísáním teploty a fyzickými změnami vodního toku. Stejně tak vznikají odpadní oleje a tuky, které jsou filtrovány ze strojního zařízení.

Jeho hlavní nevýhodou je fyzická změna způsobená zaplavením velkých ploch země a změnou toku a přirozeného toku řek.

Největší vodní elektrárnou na světě je Tři soutěsky, umístěné v Číně, na řece Yangtze. Dalšími dvěma důležitými jsou Itaipú na hranici mezi Brazílií a Paraguayí a vodní elektrárna Simón Bolívar nebo Guri ve Venezuele.

vlastnosti

Zdrojem hydraulické energie je voda a považuje se za obnovitelnou energii, dokud se vodní cyklus nezmění. Stejně tak může produkovat práci bez vytváření pevného odpadu nebo znečišťujících plynů, a proto se považuje za čistou energii.

výkon

Energetická účinnost se týká vztahu mezi množstvím energie získané v procesu a energií, která byla do něj nezbytná. V případě hydraulické energie se dosáhne výkonu mezi 90 a 95% v závislosti na rychlosti vody a použitého turbínového systému.

Jak funguje vodní energie?

Schéma vodní elektrárny. Zdroj: Uživatel: Tomia

Transformace sluneční energie na kinetickou energii

Základem hydraulické energie je sluneční energie, topografie země a zemská gravitace. Ve vodním cyklu způsobuje sluneční energie odpařování a poté voda kondenzuje a precipituje na zemi.

V důsledku nerovného terénu a gravitační síly se na povrchu Země vyskytují proudy povrchové vody. Tímto způsobem je sluneční energie přeměněna na kinetickou energii v důsledku pohybu vody kombinovaným působením nerovností a gravitace.

Později může být kinetická energie vody přeměněna na mechanickou energii, která je schopna pracovat. Například se mohou pohybovat čepele, které přenášejí pohyb do převodového systému, který může ovládat různá zařízení.

Velikost hydraulické energie je dána nerovností mezi dvěma danými body koryta řeky a jejím tokem. Čím větší jsou nerovnosti půdy, tím větší je potenciál a kinetická energie vody a její schopnost vytvářet práci.

V tomto smyslu je potenciální energie ta, která se hromadí v těle vody a souvisí s její výškou vzhledem k zemi. Na druhé straně kinetická energie je ta, kterou voda uvolňuje ve svém klesajícím pohybu jako funkce topografie a gravitace.

Výroba elektřiny z vodní energie (vodní elektrárna)

Kinetická energie vytvářená padající vodou může být použita k výrobě elektrické energie. Toho je dosaženo stavbou přehrad, kde se hromadí voda a je udržována na různých úrovních výšky.

Potenciální energie vody je tedy přímo úměrná rozdílu v úrovni mezi jedním bodem a druhým a když voda padá, promění se v kinetickou energii. Následně voda prochází systémem rotujících lopatek a vytváří rotační kinetickou energii.

Rotační pohyb umožňuje pohyblivé převodové systémy, které mohou aktivovat mechanické systémy, jako jsou mlýny, kola nebo alternátory. V konkrétním případě výroby hydroelektrické energie vyžaduje systém k výrobě elektřiny turbínový systém a alternátor.

Turbíny

Turbína sestává z vodorovné nebo svislé osy se systémem lopatek, které otáčí osu silou vody.

Existují tři základní typy hydraulických turbín:

Peltonova turbína

Peltonova turbína. Zdroj: Robertk9410

Jedná se o vysokotlakou impulsní turbínu s vodorovnou osou, která funguje bez úplného ponoření. Oběžné kolo má řadu konkávních lopatek (čepelí nebo zubů), které jsou poháněny proudem vody.

Čím více proudů vody zasáhne turbínu, tím více energie bude generovat. Tento typ turbíny se používá pro vodopády vysoké od 25 do 200 metrů a dosahuje účinnosti až 90%.

Francisova turbína

Francisova turbína. Zdroj: Původním uploaderem byl Stahlkocher na německé Wikipedii.

Je to středně tlaková reakční turbína se svislou osou a pracuje zcela ponořená ve vodě. Oběžné kolo je tvořeno lopatkami, které jsou poháněny vodou vedenou skrz rozdělovač.

Může být použit ve vodopádech s výškou 20 až 200 metrů a dosahuje účinnosti 90%. Jedná se o typ turbíny, která se nejčastěji používá ve velkých vodních elektrárnách na světě.

Kaplanova turbína

Kaplanova turbína. Zdroj: TheRunnerUp

Je to varianta Francisovy turbíny a má podobně jako svislá osa, ale oběžné kolo je tvořeno řadou řiditelných lopatek. Má vysokotlakou reakci a pracuje zcela ponořený ve vodě.

Kaplanova turbína se používá ve vodopádech vysokých 5 až 20 metrů a její účinnost může dosáhnout až 95%.

Alternátor

Alternátor je zařízení, které má schopnost transformovat mechanickou energii na elektrickou energii pomocí elektromagnetické indukce. Magnetické póly (induktor) se tak otáčí uvnitř cívky se střídavými póly vodivého materiálu (například měděné rány v měkkém železa).

Jeho činnost je založena na skutečnosti, že vodič vystavený po určitou dobu proměnlivému magnetickému poli, generuje elektrické napětí.

Výhoda

Hydraulická síla se široce používá, protože má mnoho pozitivních aspektů. Mezi nimi můžeme zdůraznit:

Je to ekonomické

I když v případě vodních elektráren je počáteční investice vysoká, obecně je to z dlouhodobého hlediska levná energie. Je to kvůli jeho stabilitě a nízkým nákladům na údržbu.

Kromě toho je třeba přidat ekonomickou kompenzaci, kterou poskytují nádrže s možnostmi akvakultury, vodních sportů a cestovního ruchu.

Je obnovitelný

Protože je založen na vodním cyklu, je obnovitelným a nepřetržitým zdrojem energie. To znamená, že se nevyčerpá včas na rozdíl od energie z fosilních paliv.

Jeho kontinuita však závisí na tom, zda se vodní cyklus v dané oblasti nebo globálně nezmění.

Vysoký výkon

Hydraulická energie je považována za velmi efektivní as vysokým výkonem, který se pohybuje mezi 90 a 95%.

Neznečišťuje

Tento typ energie využívá přírodní zdroj, jako je voda, a neprodukuje odpad ani znečišťující plyny. Jeho dopad na životní prostředí je proto nízký a je považován za formu čisté energie.

Přítomnost nádrží

V případech, kdy jsou vybudovány nádrže pro využití vodní energie, to představuje řadu dalších výhod:

- Umožňují regulovat tok řeky a vyhýbat se povodním.

- Představují vodní nádrž pro lidskou spotřebu, zavlažování a průmyslové použití.

- Mohou být použity jako rekreační oblasti a pro vodní sporty.

Nevýhody

Závislost na srážkách

Omezením výroby vodní energie je její závislost na dešťovém režimu. Proto se ve zvláště suchých letech může přívod vody drasticky snížit a hladina nádrže se sníží.

Když je průtok vody snížen, výroba elektrické energie je nižší. Takovým způsobem může dojít v regionech, které jsou vysoce závislé na zásobování vodními zdroji energie.

Změna přirozeného toku řeky

Stavba hráze v řece mění její přirozený průběh, povodňový režim, klesající (pokles průtoku) a proces tažení sedimentu. Proto dochází k změnám v biologii rostlin a živočichů, které jsou vodní nebo se nacházejí v blízkosti vodního útvaru.

Na druhé straně retence sedimentů v přehradě mění tvorbu delt v ústí řek a mění půdní podmínky.

Nebezpečí prasknutí přehrady

Vzhledem k velkému množství vody uložené v některých vodních přehradách může narušení opěrné zdi nebo nedalekých svahů způsobit vážné nehody. Například v roce 1963 došlo v Itálii ke svahu přehrady Vajont (nyní nepoužívané), která způsobila 2 000 úmrtí.

Aplikace

Ruská kola a vodní čerpadla

Rotace kola poháněného kinetickou energií vody umožňuje, aby byla voda odebírána z mělké studny nebo kanálu do vyvýšeného kanálu nebo nádrže. Rovněž mechanická energie generovaná kolem může pohánět hydraulické čerpadlo.

Nejjednodušší model se skládá z kola s lopatkami s miskami, které shromažďují vodu současně s tím, jak jsou poháněny proudem. Poté při své rotaci vypustí vodu do nádrže nebo kanálu.

Mlýny

Pro více než 2000 let, Řekové a Římané používali hydraulickou energii k pohybu mlýnů k mletí obilovin. Otáčení kola poháněného proudem vody aktivuje ozubená kola, která otáčí mlýnským kamenem.

Kovárny

Další starou aplikací pracovní schopnosti založené na hydraulické energii je její použití k aktivaci vlnovců v kovářské a metalurgické práci.

Hydraulické lomy

V těžbě a ropě se kinetická energie vody používá k erodování horniny, jejímu lomu a usnadnění těžby různých minerálů. K tomu se používají gigantická tlaková vodní děla, která zasáhla substrát, dokud jej erodovala.

Jedná se o destruktivní techniku ​​pro půdu a vysoce znečišťující vodní cesty.

Fracking

Velmi kontroverzní technika, která získává na dynamice v ropném průmyslu, je zlomená. Spočívá v tom, že se zvyšuje pórovitost oleje a plynu v podloží, aby se usnadnilo jeho odstranění.

Toho je dosaženo vstřikováním velkého množství vody a písku při vysokých tlacích spolu s řadou chemických přísad. Tato technika byla zpochybňována kvůli její vysoké spotřebě vody, znečišťování půdy a vod a způsobování geologických změn.

Vodní elektrárny

Nejběžnějším moderním využitím je provozování elektrárenských elektráren, tzv. Vodních elektráren nebo vodních elektráren.

Příklady vodních elektráren

Tři soutěsky

Přehrada Tři soutěsky (Čína). Zdroj: Le Grand PortageDerivativní práce: Rehman

Vodní elektrárna Three Gorges se nachází v čínské provincii Hubei na toku řeky Yangtze. Stavba této přehrady začala v roce 1994 a byla dokončena v roce 2010 a dosáhla zaplavené oblasti 1 045 km² a instalovaného výkonu 22 500 MW (megawatty).

Závod zahrnuje 34 Francisových turbín (32 o 700 MW a dvě o 50 MW) s roční produkcí elektrické energie 80,8 GWh. Je to největší vodní elektrárna na světě, co se týče struktury a instalované energie.

Přehrada Tři soutěsky dokázala kontrolovat periodické záplavy řeky, která způsobila obyvatelstvu vážné škody. Zaručuje také dodávku elektřiny do regionu.

Jeho konstrukce však měla některé negativní důsledky, jako je vysídlení asi 2 milionů lidí. Kromě toho to přispělo k zániku kriticky ohroženého čínského říčního delfína (Lipotes vexillifer).

Itaipu

Přehrada Itaipu. Zdroj: Herr stahlhoefer

Vodní elektrárna Itaipú se nachází na hranici mezi Brazílií a Paraguayem na toku řeky Paraná. Jeho stavba začala v roce 1970 a skončila ve třech etapách v letech 1984, 1991 a 2003.

Zatopená plocha přehrady je 1350 km² a má instalovaný výkon 14 000 MW. Závod zahrnuje 20 Francisových turbín o výkonu 700 MW a má roční výrobu elektrické energie 94,7 GWh.

Itaipu je z hlediska výroby energie považována za největší vodní elektrárnu na světě. Přispívá 16% elektrické energie spotřebované v Brazílii a 76% v Paraguayi.

Vzhledem k negativním dopadům ovlivnila tato přehrada ekologii ostrovů a deltu řeky Paraná.

Simon Bolivar (Guri)

Vodní elektrárna Simón Bolívar (Gurí, Venezuela). Zdroj: Warairarepano & Guaicaipuro

Vodní elektrárna Simón Bolívar, známá také jako přehrada Guri, se nachází ve Venezuele na toku řeky Caroní. Stavba hráze začala v roce 1957, první etapa byla dokončena v roce 1978 a byla dokončena v roce 1986.

Přehrada Guri má zatopenou plochu 4 250 km² a instalovaný výkon 10 200 MW. Její závod zahrnuje 21 Francisových turbín (10 z 730 MW, 4 ze 180 MW, 3 ze 400 MW, 3 ze 225 MW a jedna z 340 MW)

Roční produkce je 46 GWh a je považována z hlediska struktury a instalované energie za třetí největší vodní elektrárnu na světě. Vodní elektrárna poskytuje 80% elektrické energie, kterou Venezuela spotřebuje, a část z ní se prodává do Brazílie.

Při výstavbě této vodní elektrárny byly zaplaveny velké oblasti ekosystémů ve Venezuelské Guayaně, region s vysokou biodiverzitou.

Dnes je výrobní kapacita tohoto závodu z důvodu hluboké hospodářské krize ve Venezuele výrazně snížena.

Reference

1.- Hadzich M (2013). Hydraulická energie, kapitola 7. Technický výcvikový kurz skupiny PUCP. Technologie pro ekologické domy a hotely. Papežská katolická univerzita v Peru.

2. - Raabe J (1985). Vodní síla. Konstrukce, použití a funkce hydromechanických, hydraulických a elektrických zařízení. Německo: N. p.

3.- Sandoval Erazo, Washington. (2018). Kapitola 6: Základní koncepty vodních elektráren.https: //www.researchgate.net/publication/326560960_Capitulo_6_Conceptos_Basicos_de_Centrales_Hidroelectricas

4.- Stickler CM, Coe MT, Costa MH, Nepstad DC, McGrath DG, Rodrigs Soares- LSBS-BSCP, BBS -Soares- LSBS-BSARS, BBS-SBS-LUCESS, BBS-LUCESS, LSBS-BARGES, LSBS-BARGES, LOS-BARGES (2013). Závislost výroby vodní energie na lesích v amazonské pánvi na místní a regionální úrovni. Sborník Národní akademie věd, 110 (23), 9601–9606.

5.- Soria E (s / f). Hydraulika. Obnovitelné energie pro všechny. IBERDROLA. 19 s.