De hydraulisk energi er vannets evne til å produsere arbeid i form av bevegelse, lys og varme basert på dets potensiale og kinetiske energi. Det regnes også som en ren og høy ytelse fornybar energi.
Denne energien bestemmes av strømmen, ujevnheten mellom punkter på bakken som vannet beveger seg gjennom og tyngdekraften. Den har blitt brukt av mennesker siden eldgamle tider for å utføre forskjellige jobber.
En av de første bruksområdene som ble gitt til hydraulisk energi var å drive vannfabrikker som utnyttet strømmen. På denne måten kunne kvernsteiner flyttes til treskehvete ved hjelp av tannhjul..
For tiden er dens mest relevante anvendelse generering av elektrisk energi gjennom hydrauliske kraftverk eller vannkraftverk. Disse anleggene består i utgangspunktet av en demning og et system av turbiner og generatorer..
Vannet akkumuleres i demningen mellom to nivåer av kanalen (geodetisk ujevnhet), og genererer gravitasjonspotensialenergi. Deretter aktiverer vannstrømmen (kinetisk energi) turbiner som overfører energien til generatorene for å produsere elektrisk energi.
Blant fordelene med hydraulisk energi er at den er fornybar og ikke forurensende, i motsetning til andre energikilder. På den annen side er den svært effektiv med en ytelse fra 90 - 95%..
Miljøpåvirkningen fra vannkraftanlegg er assosiert med temperaturvariasjonen og fysisk endring av vannløpet. På samme måte produseres spilloljer og fett som filtreres fra maskinen.
Dens største ulempe er den fysiske endringen den forårsaker på grunn av flom i store landområder og den naturlige elveforløpet er endret..
Det største vannkraftverket i verden er The Three Gorges, som ligger i Kina, ved Yangtze-elven. De to andre viktige er de fra Itaipú på grensen mellom Brasil og Paraguay og Simón Bolívar eller Guri vannkraftverk i Venezuela.
Artikkelindeks
Kilden til hydraulisk energi er vann, og det anses å være fornybar energi så lenge vannsyklusen ikke endres. På samme måte kan det produsere arbeid uten å generere fast avfall eller forurensende gasser, og derfor betraktes det som en ren energi.
Energieffektivitet refererer til forholdet mellom mengden energi som oppnås i en prosess og energien som var nødvendig for å investere i den. Når det gjelder hydraulisk energi, oppnås en ytelse mellom 90 og 95% avhengig av hastigheten på vannet og det turbinesystemet som brukes..
Grunnlaget for hydraulisk energi ligger i solenergi, landets topografi og jordens tyngdekraft. I vannsyklusen forårsaker solenergi fordampning, og deretter kondenserer vannet og faller ut på jorden..
Som en konsekvens av ujevn grunn og tyngdekraften oppstår overflatevannstrømmer på jordoverflaten. På denne måten transformeres solenergi til kinetisk energi på grunn av bevegelse av vann ved kombinert ujevnhet og tyngdekraft..
Senere kan vannets kinetiske energi transformeres til mekanisk energi som er i stand til å utføre arbeid. For eksempel kan kniver flyttes som overfører bevegelsen til et girsystem som kan betjene forskjellige enheter..
Størrelsen på den hydrauliske energien er gitt av ujevnheten mellom to gitte punkter i kanalen og strømmen av den samme. Jo større ujevnheter i landet er, jo større er potensialet og kinetisk energi til vannet, så vel som dets evne til å generere arbeid..
I denne forstand er potensiell energi den som akkumuleres i en vannkropp og er relatert til høyden i forhold til bakken. På den annen side er kinetisk energi den som frigjøres av vann i fallende bevegelse som en funksjon av topografi og tyngdekraft..
Den kinetiske energien som genereres av fallende vann kan brukes til å produsere elektrisk energi. Dette oppnås ved å bygge demninger der vann akkumuleres og holdes tilbake i forskjellige høydenivåer..
Dermed er den potensielle energien til vann direkte proporsjonal med forskjellen i nivå mellom ett punkt og et annet, og når vannet faller, blir det transformert til kinetisk energi. Deretter passerer vannet gjennom et system av roterende kniver og genererer kinetisk rotasjonsenergi.
Rotasjonsbevegelsen tillater bevegelige girsystemer som kan aktivere mekaniske systemer som møller, hjul eller generatorer. I det spesielle tilfellet med vannkraftproduksjon krever systemet et turbinesystem og en generator for å generere elektrisitet..
Turbinen består av en horisontal eller vertikal akse med et knivsystem som ved vannets kraft får aksen til å rotere.
Det er tre grunnleggende typer hydrauliske turbiner:
Det er en høytrykksimpulsturbin med en horisontal akse som fungerer uten å være helt nedsenket. Pumpehjulet har en serie konkave kniver (kniver eller tenner) som drives av vannstråler.
Jo flere vannstråler kolliderer med turbinen, jo mer kraft vil den generere. Denne typen turbiner brukes til fosser fra 25 til 200 meter høye og oppnår en virkningsgrad på opptil 90%.
Det er en reaksjonsturbin med middels trykk med en vertikal akse og fungerer helt nedsenket i vann. Pumpehjulet består av kniver som drives av vannet som ledes gjennom en distributør.
Den kan brukes i fosser fra 20 til 200 meter høye og når en effektivitet på 90%. Dette er den typen turbiner som ofte brukes i store vannkraftanlegg i verden..
Det er en variant av Francis-turbinen, og som denne har den en vertikal akse, men løpehjulet består av en serie justerbare kniver. Det er av høytrykksreaksjon og fungerer helt nedsenket i vann.
Kaplan-turbinen brukes i fosser fra 5 til 20 meter høye og effektiviteten kan nå opptil 95%.
Generatoren er en enhet som har evnen til å transformere mekanisk energi til elektrisk energi gjennom elektromagnetisk induksjon. Dermed roteres magnetpoler (induktor) i en spole med alternerende poler av ledende materiale (for eksempel kobber viklet i mykt jern).
Driften er basert på det faktum at en leder som i en viss tid utsettes for et variabelt magnetfelt, genererer en elektrisk spenning.
Hydraulikk er mye brukt fordi den har mange positive aspekter. Blant disse kan vi trekke frem:
Selv om den første investeringen er høy i vannkraftverk, er det generelt sett billig energi på lang sikt. Dette skyldes stabilitet og lave vedlikeholdskostnader..
I tillegg bør den økonomiske kompensasjonen som reservoarer gir med muligheter for havbruk, vannsport og turisme, legges til..
Å være basert på vannsyklusen, er det en fornybar og kontinuerlig energikilde. Dette innebærer at den ikke tømmes i tide i motsetning til energien fra fossile brensler..
Kontinuiteten avhenger imidlertid av at vannsyklusen ikke endres i en gitt region eller globalt..
Hydraulisk energi anses å være veldig effektiv og med en høy ytelse på mellom 90 og 95%.
Denne typen energi bruker en naturlig kilde som vann og produserer heller ikke avfall eller forurensende gasser. Derfor er innvirkningen på miljøet lav, og det regnes som en form for ren energi..
I tilfeller der det bygges magasiner for bruk av vannkraft, presenterer disse en rekke ytterligere fordeler:
- De tillater å regulere strømmen av elven og unngå flom.
- De representerer et reservoar med vann til konsum, vanning og industriell bruk..
- De kan brukes som rekreasjonsområder og til utøvelse av vannsport.
En begrensning av vannkraftproduksjon er dens avhengighet av nedbørsregimet. I spesielt tørre år kan vannforsyningen derfor reduseres drastisk og reservoarnivået senkes..
Når vannstrømmen reduseres, er generasjonen av elektrisk energi lavere. På en slik måte at det kan oppstå problemer i regioner som er sterkt avhengige av vannkraftforsyning..
Byggingen av en demning i en elv endrer dens naturlige forløp, flomregimet, synkende (reduksjon i strømning) og prosessen med å trekke sedimenter. Derfor skjer det endringer i biologien til planter og dyr som er akvatiske eller ligger i nærheten av vannmassen..
På den annen side endrer oppbevaring av sedimenter i demningen dannelsen av deltaer ved elvenes utløp og endrer jordforholdene..
På grunn av det store volumet av vann som er lagret i noen vannkraftverk, kan brudd på støttemuren eller nærliggende bakker føre til alvorlige ulykker. For eksempel, i løpet av året 1963, skjedde Vajont-dammen (nå ikke lenger i bruk) i Italia og forårsaket 2000 dødsfall..
Rotasjonen av et hjul drevet av vannets kinetiske energi tillater vann å trekkes fra en grunne brønn eller kanal inn i en hevet kanal eller reservoar. Tilsvarende kan den mekaniske energien som genereres av hjulet betjene en hydraulisk pumpe..
Den enkleste modellen består av et hjul med kniver med boller som samler vannet samtidig som de drives av strømmen. Så, i rotasjon, slipper de vannet i en tank eller kanal..
I mer enn 2000 år brukte grekerne og romerne hydraulisk energi til å flytte møller for å male korn. Dreiingen av hjulet som drives av vannstrømmen aktiverer tannhjul som snur kvernsteinen.
En annen eldgammel anvendelse av hydraulisk kraftbasert bearbeidbarhet er bruken av den for å aktivere smiebælgen i smed og metallurgi..
I gruvedrift og olje brukes den kinetiske energien til vann for å erodere bergart, ødelegge det og lette utvinning av forskjellige mineraler. Til dette brukes gigantiske trykkvannskanoner som treffer underlaget til det eroderer..
Dette er en destruktiv teknikk for jord og svært forurensende vannløp..
En veldig kontroversiell teknikk som får fart i oljeindustrien er fracking. Den består av å øke porøsiteten til berggrunnen som inneholder olje og gass for å lette fjerningen..
Dette oppnås ved å injisere store mengder vann og sand ved høyt trykk sammen med en serie kjemiske tilsetningsstoffer. Teknikken har blitt stilt spørsmålstegn på grunn av det høye vannforbruket, forurensning av jord og vann og forårsaket geologiske endringer..
Den vanligste moderne bruken er å drive elektriske kraftverk, de såkalte vannkraftverkene eller hydraulikkanleggene.
Three Gorges vannkraftverk ligger i Hubei-provinsen i Kina ved Yangtze-elven. Byggingen av denne demningen begynte i 1994 og ble fullført i 2010, og nådde et oversvømmet område på 1.045 km² og en installert kapasitet på 22.500 MW (megawatt)..
Anlegget inkluderer 34 Francis-turbiner (32 på 700 MW og to på 50 MW) med en årlig elektrisk energiproduksjon på 80,8 GWh. Det er det største vannkraftverket i verden når det gjelder struktur og installert kraft.
Three Gorges Dam har klart å kontrollere den periodiske flommen av elva som forårsaket alvorlig skade på befolkningen. På samme måte garanterer det strømforsyningen i regionen.
Imidlertid hadde konstruksjonen noen negative konsekvenser, for eksempel fordrivelse av rundt 2 millioner mennesker. I tillegg bidro det til utryddelse av den kritisk truede kinesiske elvedelfinen (Lipotes vexillifer)..
Itaipú vannkraftverk ligger på grensen mellom Brasil og Paraguay i løpet av Paraná-elven. Byggingen begynte i 1970 og endte i tre trinn i 1984, 1991 og 2003..
Dammens oversvømmede område er 1.350 km² og har en installert kapasitet på 14.000 MW. Anlegget inkluderer 20 Francis-turbiner på 700 MW hver og har en årlig elektrisk energiproduksjon på 94,7 GWh.
Itaipu regnes som det største vannkraftverket i verden når det gjelder energiproduksjon. Det bidrar med 16% av den elektriske energien som forbrukes i Brasil og 76% i Paraguay..
Når det gjelder de negative virkningene, påvirket denne demningen økologien til øyene og deltaet i Paraná-elven..
Simón Bolívar vannkraftverk, også kjent som Guri-demningen, ligger i Venezuela i løpet av elven Caroní. Byggingen av demningen begynte i 1957, en første etappe ble fullført i 1978 og ble fullført i 1986.
Guri-demningen har et oversvømmet område på 4250 km² og en installert kapasitet på 10.200 MW. Anlegget inkluderer 21 Francis-turbiner (10 av 730 MW, 4 av 180 MW, 3 av 400 MW, 3 av 225 MW og en av 340 MW)
Den årlige produksjonen er 46 GWh og regnes som det tredje største vannkraftverket i verden når det gjelder struktur og installert kraft. Vannkraftverket gir 80% av den elektriske energien som Venezuela bruker, og en del selges til Brasil.
Under byggingen av dette vannkraftverket ble store områder med økosystemer i Venezuelas Guyana oversvømmet, en region med høy biologisk mangfold..
I dag, på grunn av den dype økonomiske krisen i Venezuela, er produksjonskapasiteten til dette anlegget redusert betydelig..
1.- Hadzich M (2013). Hydraulisk energi, kapittel 7. PUCP Group teknisk kurs. Teknologier for økologiske hus og hoteller. Påvisk katolsk universitet i Peru.
2. - Raabe J (1985). Vannkraft. Design, bruk og funksjon av hydromekanisk, hydraulisk og elektrisk utstyr. Tyskland: N. s.
3.- Sandoval Erazo, Washington. (2018). Kapittel 6: Grunnleggende begreper for vannkraftanlegg. Https://www.researchgate.net/publication/326560960_Capitulo_6_Conceptos_Basicos_de_Centrales_Hidroelectricas
4.- Stickler CM, Coe MT, Costa MH, Nepstad DC, McGrath DG, Dias LCP, Rodrigues HO og Soares-Filho BS (2013). Avhengighet av vannkraftproduksjon på skoger i Amazonasbassenget på lokale og regionale skalaer. Proceedings of the National Academy of Sciences, 110 (23), 9601-9606.
5.- Soria E (s / f). Hydraulikk. Fornybar energi for alle. IBERDROLA. 19 s.
Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.