Hydraulische energiekarakteristieken, hoe werkt, voordelen, gebruik

De hydraulische energie Het is het vermogen van water om werk te produceren in de vorm van beweging, licht en warmte op basis van zijn potentiële en kinetische energie. Evenzo wordt het beschouwd als een schone en hoogwaardige hernieuwbare energie.

Deze energie wordt bepaald door de stroom, de helling tussen punten van het terrein waardoor het water en de zwaartekracht bewegen. Het wordt al sinds de oudheid gebruikt door de mens om verschillende werken uit te voeren.

Itaipú dam (Brazilië en Paraguay). Bron: Angelo Leithold [CC BY-SA 3.0 (http: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/3.0/]]

Een van de eerste toepassingen die aan hydraulische energie werden gegeven, was het aandrijven van watermolens die gebruik maakten van de sterkte van de stroom. Op deze manier konden de versnellingen molenstenen verplaatsen om te gooien.

Momenteel is de meest relevante toepassing het genereren van elektriciteit door hydraulische energie of waterkrachtcentrales. Deze centrals bestaan ​​in principe uit een dam en een systeem van turbines en alternators.

Het water accumuleert in de dam tussen twee niveaus van het kanaal (geodetische helling) en genereert zwaartekracht potentiële energie. Vervolgens activeert waterstroom (kinetische energie) turbines die energie overbrengen naar alternatoren om elektriciteit te produceren.

Een van de voordelen van hydraulische energie is dat het hernieuwbaar en niet -verdragen is, in tegenstelling tot andere energiebronnen. Aan de andere kant is het zeer efficiënt met een prestatie die van 90 - 95% gaat.

De milieu -impact van hydro -elektrische planten wordt geassocieerd met de variatie in temperatuur en fysieke verandering van het waterverloop. Evenzo zijn er afval- en vetafval dat van de machines filtert.

Het belangrijkste nadeel is de fysieke wijziging die het veroorzaakt omdat grote uitbreidingen van land zijn overstroomd en de loop en de natuurlijke stroom van rivieren zijn gewijzigd.

'S Werelds grootste hydro -elektrische fabriek is de drie kelen, gelegen in China, aan de Yangtsé -rivier. De andere twee in belang zijn die van Itaipu aan de grens tussen Brazilië en Paraguay en de Simón Bolívar of Guri Hydroelectric Plant in Venezuela.

[TOC]

Kenmerken

De bron van hydraulische energie is water en wordt beschouwd als een hernieuwbare energie in de mate dat de watercyclus niet verandert. Het kan ook werk produceren zonder vast afval of vervuilende gassen te genereren en wordt daarom beschouwd als schone energie.

Prestatie

Energieprestaties verwijst naar de relatie tussen de hoeveelheid energie verkregen in een proces en de energie die nodig was om in hetzelfde te investeren. In het geval van hydraulische energie wordt een opbrengst bereikt tussen 90 en 95%, afhankelijk van de snelheid van water en het gebruikte turbinesysteem.

Hoe werkt hydraulische energie?

Schema van een hydro -elektrische fabriek. Bron: Gebruiker: Tomia [CC door 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenties/door/3.0)]

Transformatie van zonne -energie in kinetische energie

De basis van hydraulische energie is in zonne -energie, de topografie van het terrein en de terrestrische zwaartekracht. In de watercyclus veroorzaakt de zonne -energie verdamping en vervolgens condenseert het water en neerslaat op de aarde.

Als gevolg van de hellingen van het terrein en de zwaartekrachtkracht worden oppervlaktewaterstromen op het aardoppervlak geproduceerd. Op deze manier wordt zonne -energie omgezet in kinetische energie vanwege de beweging van water door de gecombineerde werking van de oneffenheden en zwaartekracht.

Vervolgens kan de kinetische energie van water worden omgezet in mechanische energie die in staat is om werk te doen. Bladen die de beweging overbrengen naar een versnellingssysteem dat verschillende apparaten kan maken, kunnen worden verplaatst.

De grootte van hydraulische energie wordt gegeven door de helling tussen twee punten gegeven van het kanaal en de stroom van hetzelfde. Hoe groter de helling van het terrein, hoe groter het potentieel en de kinetische energie van water, evenals het vermogen om werk te genereren.

Kan u van dienst zijn: de 5 belangrijkste vervuilingsfactoren

In die zin is de potentiële energie er een die zich ophoopt in een massa water en gerelateerd is aan zijn hoogte in relatie tot de grond. Aan de andere kant is kinetische energie er een die water vrijgeeft in zijn vallende beweging, afhankelijk van topografie en zwaartekracht.

Elektriciteitsproductie van hydraulische energie (hydro -elektrisch)

De kinetische energie die door water in zijn val wordt gegenereerd, kan worden gebruikt om elektriciteit te produceren. Dit wordt bereikt door het bouwen van dammen waarbij water zich ophoopt en op verschillende niveaus van hoogte behoudt.

Aldus is de potentiële energie van water recht evenredig met de oneffenheden tussen één punt en één en wanneer het water valt, wordt het omgezet in kinetische energie. Vervolgens passeert water een rotatiebladensysteem en genereert kinetische rotatie -energie.

De rotatiebeweging maakt het mogelijk om tandwielsystemen te verplaatsen die mechanische systemen zoals molens, norias of alternatoren kunnen activeren. In het specifieke geval van hydro -elektrische energieopwekking vereist het systeem een ​​turbinesysteem en een alternator om elektriciteit te genereren.

Turbines

De turbine bestaat uit een horizontale of verticale as met een systeem van messen die door kracht van het water de as draaien.

Er zijn drie basistypen hydraulische turbines:

Pelturbine

Pelturbine. Bron: Robertk9410 [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/4.0)]

Het is een hoge drukimpuls turbine met een horizontale as die werkt zonder volledig ondergedompeld te zijn. De RoDete draagt ​​een reeks concave (pallets of tanden) die worden aangedreven door waterstralen.

Hoe meer waterstralen crashen tegen de turbine, er zal meer stroom worden gegenereerd. Dit type turbine wordt gebruikt voor watersprongen 25 tot 200 meter hoog en bereikt een efficiëntie van maximaal 90%.

Francis Turbine

Francis Turbine. Bron: De originele uploader was Stahlkocher bij Duitse Wikipedia. [CC BY-SA 3.0 (http: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/3.0/]]

Het is een turbine met een gemiddelde drukreactie met een verticale as en werkt volledig ondergedompeld in het water. De rodete bestaat uit pallets die worden aangedreven door het water dat wordt uitgevoerd door een distributeur.

Het kan worden gebruikt in watersprongen van 20 naar 200 meter hoog en bereikt een efficiëntie van 90%. Dit is het type turbine dat vaker wordt gebruikt in de grote hydro -elektrische planten van de wereld.

Kaplan -turbine

Kaplan -turbine. Bron: TherunnerUp [CC BY-SA 3.0 op (https: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/3.0/bij/akte.in)]

Het is een variant van de Francis -turbine en zo heeft het een verticale as, maar de waaier wordt gevormd door een reeks oriënteerbare messen. Het is een hogedrukreactie en werkt volledig ondergedompeld in water.

De Kaplan -turbine wordt gebruikt in water sprongen 5 tot 20 meter hoog en de efficiëntie ervan kan tot 95% bereiken.

Dynamo

De alternator is een apparaat dat de mogelijkheid heeft om mechanische energie te transformeren in elektrische energie door elektromagnetische inductie. Aldus worden magnetische polen (inductor) gedraaid in een spoel met alternatieve polen van geleidend materiaal (bijvoorbeeld koper gerold in zoet ijzer).

De werking ervan is gebaseerd op het feit dat een bestuurder enige tijd aan een variabel magnetisch veld een elektrische spanning genereert.

Voordelen

Hydraulische energie wordt veel gebruikt omdat het veel positieve aspecten heeft. Onder deze kunnen we benadrukken:

Het is zuinig

Hoewel in het geval van hydro -elektrische fabrieken de initiële investering hoog is, is het op de lange termijn op de lange termijn een goedkope energie. Dit komt door de stabiliteit en de lage onderhoudskosten.

Bovendien moeten de economische vergoedingen van reservoirs met mogelijkheden voor aquacultuur, watersporten en toerisme worden toegevoegd.

Kan u van dienst zijn: zelfstandbaarheid

Het is hernieuwbaar

Gebaseerd op de watercyclus is het een hernieuwbare en continue energiebron. Dit houdt in dat het niet in de tijd is uitgeput in tegenstelling tot energie van fossiele brandstoffen.

De continuïteit ervan hangt echter af van de watercyclus is niet in een bepaald of wereldwijd gewijzigd.

Hoge performantie

Hydraulische energie wordt als zeer efficiënt beschouwd en met hoge prestaties tussen 90 en 95%.

Het is niet vervuilend

Dit type energie maakt gebruik van een natuurlijke bron zoals water en produceert ook geen afval- of vervuilingsgassen. Daarom wordt de impact ervan op het milieu verminderd en wordt het als een schone energievorm beschouwd.

Aanwezigheid van reservoirs

In gevallen waarin reservoirs worden gebouwd voor het gebruik van hydro -elektrische energie, hebben deze een reeks extra voordelen:

- Ze maken het mogelijk om de rivierstroom te reguleren en overstromingen te vermijden.
- Ze vertegenwoordigen een waterreservoir voor menselijke consumptie, irrigatie en industrieel gebruik.
- Ze kunnen worden gebruikt als recreatieve gebieden en voor de praktijk van watersporten.

Nadelen

Neerslagafhankelijkheid

Een beperking van hydro -elektrische energieopwekking is de afhankelijkheid van het regenvalregime. Daarom kan de watervoorziening in bijzonder droge jaren dramatisch afnemen en wordt het reservoirniveau verlaagd.

Wanneer de waterstroom wordt verminderd, is de generatie van elektriciteit lager. Op een zodanige manier dat in regio's die sterk afhankelijk zijn van hydro -elektrische energie, problemen kunnen optreden in de levering.

Wijziging van de natuurlijke verloop van de rivier

De constructie van een dam in een rivier verandert zijn natuurlijke koers, de overstroming, afnemende regime (afname van de stroom) en het sediment sleepproces. Daarom worden veranderingen in de biologie van waterplanten en dieren geproduceerd in de buurt van het waterlichaam.

Aan de andere kant verandert sedimentbehoud in de dam de vorming van delta's aan de monding van de rivieren en verandert de bodemomstandigheden.

Gevaar van dambreuk

Vanwege het grote volume water dat is opgeslagen in sommige hydro -elektrische dammen, kan een afbraak van de insluitingswand of in de buurt van hellingen ernstige ongevallen produceren. In het jaar 1963 vond het onthechting van de heuvel bijvoorbeeld plaats op de Vajont -dam (vandaag in disue) in Italië en veroorzaakte 2.000 doden.

Toepassingen

Norias en waterpompen

Door de rotatie van een wiel aangedreven door de kinetische energie van het water kan water van een ondiepe put worden gedragen of een kanaal naar een hoog kanaal of tank. Evenzo kan de door het wiel gegenereerde mechanische energie een hydraulische pomp bedienen.

Het eenvoudigste model bestaat uit een wiel met messen met kommen die tegelijkertijd het water verzamelen die worden aangedreven door de stroom. Vervolgens vallen ze in hun rotatie het water in een tank of kanaal.

Molens

Gedurende meer dan 2000 jaar gebruikten de Grieken en Romeinen hydraulische energie om molens te verplaatsen om granen te malen. De wiel draai aangedreven door de actieve waterstroomwielen die de molensteen draaien.

Forjas

Een andere oude toepassing van werkcapaciteit op basis van hydraulische energie is het gebruik ervan om de balg van Forge te activeren in het werk van Herrería en metallurgie.

Hydraulische breuk

In mijnbouw en olie wordt kinetische waterergergie gebruikt om gesteente te eroderen, te breken en de extractie van verschillende mineralen te vergemakkelijken. Hiervoor worden gigantische drukwaterkanonnen gebruikt die het substraat raken om het te eroderen.

Dit is een destructieve grond en zeer vervuilende techniek van watercursussen.

Kan u van dienst zijn: waterzorg

Fracking

Een zeer controversiële techniek die de boom in de olie -industrie verwerft, is de Fracking. Het bestaat uit het vergroten van de porositeit van het moederrot dat olie en gas bevat om de uitgang te vergemakkelijken.

Dit wordt bereikt door grote hoeveelheden water en zand te injecteren bij hoge drukken naast een reeks chemische additieven. De techniek is in twijfel getrokken door het hoge waterverbruik, het vervuilen van bodems en wateren en het veroorzaken van geologische veranderingen.

Hydro -elektrische planten

Het meest voorkomende moderne gebruik is om centrale generatie van elektriciteit te functioneren, dus gekalde hydro -elektrische of hydraulische planten.

Voorbeelden van hydraulische energiecentrales

De drie kelen

Moeder van de drie Gorges (China). Bron: Le Grand Portagagederivative Work: Rehman [CC door 2.0 (https: // creativeCommons.Org/licenties/door/2.0)]

De hydro -elektrische van Las Tres Gulfantas bevindt zich in de provincie Hubei in China in de Yangtsé River Course. Deze dam begon te worden gebouwd in 1994 en werd voltooid in 2010 en bereikte een gebied overstroomd met 1.045 km² en een geïnstalleerde capaciteit van 22.500 mW (megawatt).

De fabriek omvat 34 Francis -turbines (32 van 700 MW en twee van 50 MW) met een jaarlijkse elektrische stroomproductie van 80,8 GWh. Het is 's werelds grootste hydro -elektrische plant in termen van structuur en geïnstalleerde kracht.

De drie kelen prooi is erin geslaagd om de periodieke overstromingen van de rivier te beheersen die de bevolking ernstige schade aanrichten. Het garandeert ook de elektriciteitsvoorziening van de regio.

De constructie ervan had echter enkele negatieve gevolgen, zoals de verplaatsing van ongeveer 2 miljoen mensen. Bovendien heeft het bijgedragen aan het uitsterven van de dolfijn van Chinees of Baiji (lipotes vexillifer) die in kritisch gevaar lag.

Itaipú

Itaipú dam. Bron: Herr Stahlhoefer [Public Domain]

De Itaipu Hydroelectric Plant bevindt zich aan de grens tussen Brazilië en Paraguay in de loop van de Paraná -rivier. De bouw begon in 1970 en eindigde in drie fasen in 1984, 1991 en 2003.

Het overstroomde gebied van de dam is 1.350 km² en heeft een geïnstalleerde capaciteit van 14.000 MW. De fabriek omvat 20 Francis -turbines van elk 700 MW en heeft een jaarlijkse elektrische stroomproductie van 94,7 GWh.

Itaipú wordt beschouwd als 's werelds grootste hydro -elektrische plant in energieproductie. Het draagt ​​16% van de elektriciteit in Brazilië bij en 76% van Paraguay.

Wat betreft de negatieve effecten, deze dam beïnvloedde de ecologie van de eilanden en de Delta del Río Paraná.

Simón Bolívar (Guri)

Simón Bolívar Hydroelectric Power Plant (Gurí, Venezuela). Bron: Warairapano & Guaicaipuro [CC0]

De Simón Bolívar Hydroelectric Plant, ook bekend als de Guri Dam, bevindt zich in Venezuela in de loop van de Caroní -rivier. De dam begon te worden gebouwd in 1957, een eerste fase eindigde in 1978 en werd voltooid in 1986.

De Guri -dam heeft een gebied overspoeld met 4.250 km² en een geïnstalleerde capaciteit van 10.200 MW. De fabriek omvat 21 Francis -turbines (10 van 730 MW, 4 van 180 MW, 3 van 400 MW, 3 van 225 MW en een van 340 MW)

Jaarlijkse productie is 46 GWh en wordt beschouwd als de derde grootste hydro -elektrische fabriek ter wereld in termen van structuur en geïnstalleerde kracht. De hydro -elektrische fabriek biedt 80% van de elektriciteit die wordt verbruikt door Venezuela en een deel wordt verkocht aan Brazilië.

Tijdens de bouw van deze hydro -elektrische plant werden grote uitbreidingen van Venezolaanse Guayana -ecosystemen overstroomd, een regio met een hoge biodiversiteit.

Tegenwoordig is vanwege de diepe economische crisis van Venezuela de productiecapaciteit van dit centrum aanzienlijk verminderd.

Referenties

1.- Hadzich M (2013). Hydraulische energie, hoofdstuk 7. PUCP Group Technical Training Course. Ecologische huizen en hotels -technologieën. Pontificale katholieke Universiteit van Peru.
2.- Raabe J (1985). Waterkracht. Het ontwerp, het gebruik en de functie van hydromechanische, hydraulische en elektrische apparatuur. Duitsland: n. P.
3.- Sandoval Erazo, Washington. (2018). Hoofdstuk 6: Basisconcepten van hydro -elektrische planten.https: // www.Onderzoek.Net/publicatie/326560960_capitulo_6_conceptos_bosicos_de_centrales_hidroelectrica
4.- Stickler CM, Coe MT, MH -kosten. Afhankelijkheid van waterkrachtenergieopwekking van forets in het Amazonebekken op lokale en regionale schalen. Proceedings of the National Academy of Sciences, 110 (23), 9601-9606.
5.- Soria E (S/F). Hydraulica. Hernieuwbare energieën voor iedereen. Iberdrola. 19 p.