ХИДРАУЛИЧКА СНАГА: КАРАКТЕРИСТИКЕ, НАЧИН РАДА, ПРЕДНОСТИ, КОРИСТИ - ЖИВОТНА СРЕДИНА - 2025

Хидрауличка снага је способност за воде да произведе рад у у облику кретања, светлости и топлоте на основу њиховог потенцијала и кинетичке енергије. Такође се сматра чистом, високо ефикасном обновљивом енергијом.

Ову енергију одређује проток, неравнине између тачака на земљи кроз које се вода креће и сила гравитације. Људи га користе од давнина за обављање различитих послова.

Брана Итаипу (Бразил и Парагвај). Извор: Ангело Леитхолд

Једна од првих употреба хидрауличне енергије била је за напајање млинских вода које су користиле снагу струје. На овај начин се помоћу зупчаника млинови могу преселити у млевање пшенице.

Тренутно је његова најрелевантнија примена производња електричне енергије кроз хидрауличке електране или хидроелектране. Ове биљке у основи се састоје од бране и система турбина и алтернатора.

Вода се накупља у брани између два нивоа канала (геодетске неравнине), стварајући гравитациону потенцијалну енергију. Након тога, струја воде (кинетичка енергија) активира турбине које преносе енергију алтернаторима за производњу електричне енергије.

Међу предностима хидрауличке енергије је и то што је обновљива и не загађује, за разлику од других извора енергије. С друге стране, он је веома ефикасан са приносом од 90 до 95%.

Утицај хидроелектрана на животну средину повезан је са променом температуре и физичким променама водотока. Исто тако, настају отпадна уља и масти који се филтрирају из машина.

Његов главни недостатак је физичка измена коју изазива услед поплаве великих површина земље и природни ток и ток река је измењен.

Највећа хидроелектрана на свету су Три клисуре, које се налазе у Кини, на реци Јангце. Друга два по значају су она Итаипу на граници између Бразила и Парагваја и хидроелектрана Симон Боливар или Гури у Венецуели.

карактеристике

Извор хидрауличне енергије је вода и сматра се обновљивом енергијом све док се водни циклус не промени. Исто тако, може произвести посао без стварања чврстог отпада или загађујућих гасова и због тога се сматра чистом енергијом.

перформансе

Енергетска ефикасност односи се на однос између количине енергије добијене у неком процесу и енергије која је неопходна за улагање у њу. У случају хидрауличне енергије постиже се учинак између 90 и 95%, зависно од брзине воде и турбинског система који се користи.

Како функционира хидроелектрана?

Шема хидроелектране Извор: Корисник: Томиа

Трансформација соларне енергије у кинетичку енергију

Темељ хидрауличке енергије је у соларној енергији, топографији копна и гравитацији земље. У воденом циклусу соларна енергија изазива испаравање и вода затим кондензује и таложи на земљи.

Као резултат неравног тла и силе гравитације, на површини Земље настају струје површинских вода. На овај начин се соларна енергија претвара у кинетичку енергију услед кретања воде комбинованим деловањем неравнина и гравитације.

Касније се кинетичка енергија воде може трансформисати у механичку енергију која је способна за рад. На пример, ножеви се могу померати који преносе покрет на систем зупчаника који може да користи разне уређаје.

Јачина хидрауличке енергије је дата неравномерношћу између две дате тачке речног корита и његовог тока. Што је већа неравнина земље, већи је потенцијал и кинетичка енергија воде, као и њена способност да ствара рад.

У том смислу, потенцијална енергија је она која се акумулира у воденом телу и повезана је са његовом висином у односу на земљу. С друге стране, кинетичка енергија је она коју вода ослобађа у паду као функција топографије и гравитације.

Производња електричне енергије из хидроелектрана (Хидроелектрана)

Кинетичка енергија настала падом воде може се користити за производњу електричне енергије. То се постиже изградњом брана у којима се акумулира вода и задржава се на различитим нивоима висине.

Стога је потенцијална енергија воде директно пропорционална разлици између нивоа једне тачке и друге, а када вода падне трансформише се у кинетичку енергију. Након тога вода пролази кроз систем ротирајућих лопатица и ствара ротирајућу кинетичку енергију.

Ротационо кретање омогућава покретне системе зупчаника који могу активирати механичке системе попут млинова, точкова или алтернатора. У посебном случају производње хидроелектране, систем захтева турбине и алтернатор за производњу електричне енергије.

Турбине

Турбина се састоји од хоризонталне или вертикалне осе са системом лопатица које окрећу осовину силом воде.

Постоје три основне врсте хидрауличних турбина:

Пелтон турбина

Пелтон турбина. Извор: Робертк9410

То је импулзна турбина високог притиска са хоризонталном осовином која ради без да је у потпуности потопљена. Радно коло има низ конкавних лопатица (сечива или зубаца) које покрећу млазови воде.

Што више млазева удари турбину, то ће више енергије стварати. Ова врста турбине користи се за водопаде висине од 25 до 200 метара и достиже ефикасност и до 90%.

Францис турбина

Францис турбина. Извор: Првобитни учитавач био је Стахлкоцхер из немачке Википедије.

То је реакциона турбина средњег притиска са вертикалном оси и делује потпуно потопљена у води. Радно коло је састављено од лопатица које покреће вода вођена кроз разводник.

Може се користити у водопадима висине од 20 до 200 метара и достиже ефикасност од 90%. Ово је врста турбине која се најчешће користи у великим хидроелектранама у свету.

Капланова турбина

Капланова турбина. Извор: ТхеРуннерУп

То је варијанта Францисове турбине и, попут ње, има вертикалну осовину, али ротор се састоји од низа управљачких ножа. Реакција је под високим притиском и делује потпуно потопљена у води.

Капланова турбина користи се на водопадима висине од 5 до 20 метара и њена ефикасност може достићи и до 95%.

Алтернатор

Алтернатор је уређај који има могућност претварања механичке енергије у електричну енергију путем електромагнетне индукције. Тако се магнетни стубови (индуктор) ротирају унутар завојнице са наизменичним половима проводног материјала (на пример бакарни намотани од меког гвожђа).

Његов рад заснован је на чињеници да проводник подвргнут одређеном времену променљивом магнетном пољу генерише електрични напон.

Предност

Хидрауличка снага се широко користи јер има много позитивних аспеката. Међу њима можемо издвојити:

То је економично

Иако је у случају хидроелектрана почетна инвестиција велика, дугорочно гледано, то је јефтина енергија. То је због његове стабилности и ниских трошкова одржавања.

Уз то, треба додати и економску надокнаду коју пружају акумулације са могућностима за аквакултуру, водене спортове и туризам.

Обновљив је

Како се заснива на воденом циклусу, он је обновљиви и континуирани извор енергије. То подразумева да се не троши на време за разлику од енергије из фосилних горива.

Међутим, његов континуитет зависи од тога да се водени циклус не мења у датом региону или на глобалном нивоу.

Високих перформанси

Хидрауличка енергија се сматра веома ефикасном и са високим перформансама које су између 90 и 95%.

Не загађује

Ова врста енергије користи природни извор као што је вода и такође не ствара отпад или загађује гасове. Стога је његов утицај на животну средину низак и сматра се обликом чисте енергије.

Присуство резервоара

У случајевима када су резервоари изграђени за употребу хидроелектране, они нуде низ додатних предности:

- Омогућавају регулисање протока реке и избегавање поплава.
- Представљају резервоар воде за људску употребу, наводњавање и индустријску употребу.
- Могу се користити као простор за рекреацију и за бављење воденим спортовима.

Недостаци

Зависност од падавина

Ограничење производње хидроелектране је њена зависност од режима падавина. Стога, у посебно сушним годинама, снабдевање водом може драстично да се смањи и ниво резервоара се смањи.

Када се проток воде смањи, производња електричне енергије је мања. На такав начин да се могу појавити у регионима који су високо зависни од хидроелектране.

Измена природног тока реке

Изградња бране у реци мења њен природни ток, режим поплаве, сушење (смањење протока) и процес повлачења седимената. Стога се промене дешавају у биологији биљака и животиња које су водене или се налазе у близини водног тијела.

Са друге стране, задржавање седимената у брани мења формирање делта на ушћу река и мења услове тла.

Опасност од пуцања бране

Због велике количине воде која се чува у неким хидроелектранским бранама, пробијање потпорног зида или оближњих падина може проузроковати озбиљне несреће. На пример, током 1963. године падина бране Вајонт (која се сада не користи) догодила се у Италији и проузроковала 2.000 смрти.

Апликације

Феррис фелне и пумпе за воду

Ротација точкића покретана кинетичком енергијом воде омогућава да се вода извлачи из плитког бунара или канала у повишен канал или резервоар. Исто тако, механичка енергија коју точак ствара може покретати хидрауличку пумпу.

Најједноставнији модел састоји се од точкића са сечивима са посудама које скупљају воду истовремено кад их покреће струја. Затим у својој ротацији спуштају воду у резервоар или канал.

Млинови

Више од 2000 година Грци и Римљани користили су хидрауличну енергију за померање млинова за млевање жита. Закретање котача покретано струјом воде активира зупчанике који окрећу млински камен.

Форгес

Још једна древна примена радних својстава заснованих на хидрауличким погонима је његова употреба за активирање ковачких мехова у ковачком и металуршком раду.

Хидраулички лом

У рударству и нафти кинетичка енергија воде користи се за еродирање стена, ломљење и олакшавање вађења различитих минерала. За то се користе гигантски водени топови под притиском који ударају о супстрат док га не еродирају.

Ово је деструктивна техника за тло и високо загађује пловне путеве.

Фрацкинг

Веома контроверзна техника која добија на значају у нафтној индустрији је фрацкинг. Састоји се од повећања порозности корита које садржи нафту и гас да би се олакшало његово уклањање.

То се постиже убризгавањем велике количине воде и песка при високим притисцима заједно са низом хемијских додатака. Ова техника је доведена у питање због велике потрошње воде, загађује тла и воде и изазива геолошке промене.

Хидроелектране

Најчешћа савремена употреба је покретање постројења за производњу електричне енергије, такозване хидроелектране или хидроелектране.

Примери хидроелектрана

Три клисуре

Брана са три клисуре (Кина). Извор: Ле Гранд ПортагеДериватни рад: Рехман

Хидроелектрана Три клисуре налази се у кинеској провинцији Хубеи на току реке Јангце. Изградња ове бране је започела 1994. године, а завршена је 2010. године, достигавши поплављену површину од 1.045 км² и инсталиране снаге од 22.500 МВ (мегавата).

Постројење укључује 34 Францисове турбине (32 од 700 МВ и двије од 50 МВ) са годишњом производњом електричне енергије од 80,8 ГВх. То је највећа хидроелектрана на свету по структури и инсталираној снази.

Брана са три клисуре успела је да контролише периодично изливање реке које су проузроковале озбиљну штету становништву. Такође гарантује снабдевање електричном енергијом у региону.

Међутим, његова изградња имала је негативне последице, попут расељавања око два милиона људи. Поред тога, допринео је истребљењу критично угроженог кинеског речног делфина (Липотес векиллифер).

Итаипу

Брана Итаипу Извор: Херр стахлхоефер

Хидроелектрана Итаипу налази се на граници између Бразила и Парагваја на току реке Паране. Његова изградња је започела 1970. године, а завршила је у три фазе 1984., 1991. и 2003. године.

Поплављена брана је 1.350 км² и инсталиране снаге је 14.000 МВ. Постројење укључује 20 Францисових турбина снаге 700 МВ и има годишњу производњу електричне енергије од 94,7 ГВх.

Итаипу се сматра највећом хидроелектраном на свету у погледу производње енергије. Доприноси 16% електричне енергије која се троши у Бразилу и 76% у Парагвају.

С обзиром на негативне утицаје, ова брана је утицала на екологију острва и делте реке Паране.

Симон Боливар (Гури)

Хидроелектрана Симон Боливар (Гури, Венецуела). Извор: Вараирарепано & Гуаицаипуро

Хидроелектрана Симон Боливар, позната и као брана Гури, налази се у Венецуели на току реке Царони. Изградња бране је започела 1957, прва фаза је завршена 1978, а завршена је 1986.

Брана Гури има поплављену површину од 4.250 км² и инсталирану снагу од 10.200 МВ. Његово постројење укључује 21 Францисове турбине (10 од 730 МВ, 4 од 180 МВ, 3 од 400 МВ, 3 од 225 МВ и једна од 340 МВ)

Годишња производња је 46 ГВх и сматра се трећом највећом хидроелектраном на свету по структури и инсталираној снази. Хидроелектрана даје 80% електричне енергије коју Венецуела троши, а део је продао Бразилу.

Током изградње ове хидроелектране, поплављене су велике површине екосистема у Венецуеланској Гвајани, региону са високом биолошком разноликошћу.

Данас, због дубоке економске кризе у Венецуели, производни капацитет ове фабрике је значајно смањен.

Референце

1.- Хаџич М (2013). Хидрауличка енергија, Поглавље 7. Курс за техничку обуку групе ПУЦП. Технологије за еколошке куће и хотеле. Папинско католичко универзитет у Перуу.
2.- Раабе Ј (1985). Хидроелектрана. Дизајн, употреба и функција хидромеханичке, хидрауличке и електричне опреме. Немачка: Н. п.
3.- Сандовал Еразо, Васхингтон. (2018). Поглавље 6: Основни концепти ХЕ Плантс.хттпс: //ввв.ресеарцхгате.нет/публицатион/326560960_Цапитуло_6_Цонцептос_Басицос_де_Централес_Хидроелецтрицас
4.- цепидлака ЦМ, Цое МТ, Цоста МЗ, Непстад ДЦ, МцГратх ДГ, Диас ХО и Родригуес БС-Соарес-БС ЗПП, Родригуес-Соарес-БС ЗКП (2013). Зависност производње хидроенергетске енергије од шума у ​​Амазонском базену на локалној и регионалној разини. Зборник радова Националне академије наука, 110 (23), 9601–9606.
5.- Сориа Е (с / ж). Хидраулика. Обновљива енергија за све. ИБЕРДРОЛА. 19 п.