Hydrauliske energiegenskaper, hvordan fungerer, fordeler, bruker

De hydraulisk energi Det er vannets evne til å produsere arbeid i form av bevegelse, lys og varme basert på potensialet og kinetisk energi. På samme måte regnes det som en ren og høy ytelse fornybar energi.

Denne energien bestemmes av strømmen, skråningen mellom punktene i terrenget som vannet og tyngdekraften beveger seg. Det har blitt brukt av mennesket siden eldgamle tider for å utføre forskjellige verk.

Itaipú Dam (Brasil og Paraguay). Kilde: Angelo Leithold [CC BY-SA 3.0 (http: // creativecommons.Org/lisenser/by-SA/3.0/]]

En av de første bruksområdene som ble gitt til hydraulisk energi var å drive vannfabrikker som utnyttet styrken i strømmen. På denne måten kunne med gir flytting av mølle steiner for å kastet.

For tiden er den mest relevante applikasjonen generering av elektrisitet gjennom hydraulisk energi eller vannkraftverk. Disse sentralene består i utgangspunktet av en demning og et system med turbiner og generatorer.

Vannet akkumuleres i demningen mellom to nivåer av kanalen (geodetisk skråning), og genererer gravitasjonspotensiell energi. Deretter aktiverer vannstrøm (kinetisk energi) turbiner som overfører energi til generatorer for å produsere strøm.

Blant fordelene med hydraulisk energi er at den er fornybar og ikke -forurensende, i motsetning til andre energikilder. På den annen side er det svært effektivt med en forestilling som går fra 90 - 95%.

Miljøpåvirkningen av vannkraftverk er assosiert med variasjonen i temperatur og fysisk endring av vannforløpet. På samme måte er det avfall og fettavfall som filtrerer fra maskineriet.

Den største ulempen er den fysiske endringen den forårsaker fordi store utvidelser av land blir oversvømmet og forløpet og den naturlige strømmen av elver blir endret.

Verdens største vannkraftverk er de tre halsene, som ligger i Kina, ved Yangtsé -elven. De to andre i betydning er de av Itaipu på grensen mellom Brasil og Paraguay og Simón Bolívar eller Guri vannkraftverk i Venezuela.

[TOC]

Kjennetegn

Kilden til hydraulisk energi er vann og regnes som en fornybar energi i den grad vannsyklusen ikke endrer. Det kan også produsere arbeid uten å generere fast avfall eller forurensende gasser og regnes derfor som ren energi.

Opptreden

Energiytelse refererer til forholdet mellom mengden energi oppnådd i en prosess og energien som var nødvendig for å investere i det samme. Når det.

Hvordan fungerer hydraulisk energi?

Ordning med et vannkraftverk. Kilde: Bruker: Tomia [CC av 3.0 (https: // creativecommons.Org/lisenser/av/3.0)]

Transformasjon av solenergi til kinetisk energi

Grunnlaget for hydraulisk energi er i solenergi, topografien i terrenget og terrestrisk tyngdekraft. I vannsyklusen forårsaker solenergien fordampning og deretter kondenserer og utfeller vannet på jorden.

Som en konsekvens av skråningene i terrenget og tyngdekraften produseres overflatevannsstrømmer på jordens overflate. På denne måten blir solenergi forvandlet til kinetisk energi på grunn av bevegelse av vann ved den kombinerte virkningen av ujevnhet og tyngdekraft.

Deretter kan den kinetiske energien til vann omdannes til mekanisk energi som er i stand til å utføre arbeid. For eksempel kan kniver som overfører bevegelsen til et girsystem som kan lage forskjellige enheter flyttes.

Størrelsen på hydraulisk energi er gitt av skråningen mellom to punkter gitt av kanalen og strømmen av samme. Jo større skråning av terrenget, jo større er potensialet og kinetisk energi av vann så vel som dens evne til å generere arbeid.

Kan tjene deg: de 5 viktigste forurensningsfaktorene

I denne forstand er den potensielle energien en som akkumuleres i en masse vann og er relatert til høyden i forhold til bakken. På den annen side er kinetisk energi en som frigjør vann i sin fallende bevegelse avhengig av topografi og tyngdekraft.

Elektrisitetsproduksjon fra hydraulisk energi (vannkraft)

Den kinetiske energien som genereres av vann i høsten kan brukes til å produsere strøm. Dette oppnås ved å bygge demninger der vann akkumuleres og beholder på forskjellige nivåer av høyden.

Dermed er den potensielle vannenergien direkte proporsjonal med ujevnheten mellom ett punkt og ett, og når vannet faller blir det forvandlet til kinetisk energi. Deretter passerer vann gjennom et rotasjonsbladsystem og genererer kinetisk rotasjonsenergi.

Rotasjonsbevegelsen gjør det mulig å flytte girsystemer som kan aktivere mekaniske systemer som fabrikker, norias eller generatorer. I det spesielle tilfellet med vannkraftsenergi, krever systemet et turbinsystem og en generator for å generere strøm.

Turbiner

Turbinen består av en horisontal eller vertikal akse med et system med kniver som ved vannkraft snur aksen.

Det er tre grunnleggende typer hydrauliske turbiner:

Pelton Turbine

Pelton Turbine. Kilde: Robertk9410 [CC BY-SA 4.0 (https: // creativecommons.Org/lisenser/by-SA/4.0)]

Det er en høytrykksimpuls -turbin med en horisontal akse som fungerer uten å være helt nedsenket. Rodeteen har en serie kniver (paller eller tenner) konkav som er drevet av vannstråler.

Jo mer vannstråler krasjer mot turbinen, mer kraft vil bli generert. Denne typen turbin brukes til vannhopp 25 til 200 meter høy og når en effektivitet på opptil 90%.

Francis Turbine

Francis Turbine. Kilde: Den opprinnelige opplasteren var stahlkocher på tysk Wikipedia. [CC By-SA 3.0 (http: // creativecommons.Org/lisenser/by-SA/3.0/]]

Det er en middels trykkreaksjonsturbin med en vertikal akse og fungerer totalt nedsenket i vannet. Rodetten består av paller som er drevet av vannet som utføres gjennom en distributør.

Det kan brukes i vannhopp fra 20 til 200 meter høy og når en effektivitet på 90%. Dette er den typen turbin som brukes oftere i de store vannkraftverkene i verden.

Kaplan Turbine

Kaplan Turbine. Kilde: Therunnerup [CC BY-SA 3.0 AT (https: // creativecommons.Org/lisenser/by-SA/3.0/at/gjerning.i)]

Det er en variant av Francis -turbinen, og som denne har den en vertikal akse, men løpehjulet er dannet av en serie orienterbare kniver. Det er høyt trykkreaksjon og fungerer helt nedsenket i vann.

Kaplan -turbinen brukes i vannhopp 5 til 20 meter høy, og effektiviteten kan nå opptil 95%.

Generator

Generatoren er et apparat som har evnen til å transformere mekanisk energi til elektrisk energi ved elektromagnetisk induksjon. Dermed roteres magnetiske stolper (induktor) inne i en spole med alternative stolper med ledende materiale (for eksempel kobber rullet til søtt jern).

Driften er basert på det faktum at en driver som er utsatt for en tid for et variabelt magnetfelt, genererer en elektrisk spenning.

Fordeler

Hydraulisk energi er mye brukt fordi den har mange positive aspekter. Blant disse kan vi fremheve:

Det er økonomisk

Selv om det i tilfelle av vannkraftverk er den første investeringen høy, generelt er det på lang sikt en billig energi. Dette skyldes dens stabilitet og lave vedlikeholdskostnader.

I tillegg må de økonomiske kompensasjonene gitt av reservoarer med muligheter for akvakultur, vannlevende sport og turisme legges til.

Kan tjene deg: selvbeholdenhet

Det er fornybar

Å være basert på vannsyklusen er det en fornybar og kontinuerlig energikilde. Dette innebærer at det ikke er utmattet i tid i motsetning til energi fra fossilt brensel.

Imidlertid avhenger kontinuiteten av vannsyklusen ikke i en viss eller globalt.

Høy ytelse

Hydraulisk energi anses som veldig effektiv og med høy ytelse som er mellom 90 og 95%.

Det er ikke forurensende

Denne typen energi bruker en naturlig kilde som vann og produserer heller ikke avfall eller forurensende gasser. Derfor reduseres virkningen på miljøet og regnes som en ren energiform.

Tilstedeværelse av reservoarer

I tilfeller der reservoarer er bygget for bruk av vannkraft energi, har disse en serie ekstra fordeler:

- De tillater regulering av elvestrømmen og unngå flom.
- De representerer et vannreservoar for konsum, vanning og industriell bruk.
- De kan brukes som rekreasjonsområder og for utøvelse av vannsport.

Ulemper

Nedbøravhengighet

En begrensning av vannkraftsenergiproduksjon er dens avhengighet av nedbørsregimet. Derfor, i særlig tørre år, kan vannforsyningen avta dramatisk og reservoarnivået reduseres.

Når vannstrømmen reduseres er generering av elektrisitet lavere. På en slik måte at i regioner som er veldig avhengig av vannkraft energi, kan det oppstå problemer i tilførselen.

Endring av elvenes naturlige forløp

Byggingen av en demning i en elv endrer sin naturlige kurs, dens flom, avtagende regime (reduksjon i strømning) og sedimenttrekkprosessen. Derfor produseres endringer i biologien til vannplanter og dyr i nærheten av vannkroppen.

På den annen side endrer sedimentretensjon i demningen dannelsen av deltas ved munningen av elvene og endrer jordforhold.

Fare for dambrudd

På grunn av det store volumet av vann som er lagret i noen vannkraftdammer, kan en nedbrytning av inneslutningsveggen eller nærliggende bakker gi alvorlige ulykker. I løpet av året 1963 skjedde for eksempel løsgjøringen av åssiden på Vajont -demningen (i dag med misbruk) i Italia og forårsaket 2.000 død.

applikasjoner

Norias og vannpumper

Rotasjonen av et hjul drevet av vannkinetisk energi gjør det mulig å føres vann fra en grunne brønn eller en kanal til en høy kanal eller tank. På samme måte 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 er drevet av strømmen. Da slipper de i rotasjonen vannet i en tank eller kanal.

Mills

I mer enn 2000 år brukte grekerne og romerne hydraulisk energi for å flytte fabrikker for å male frokostblandinger. Hjulet sving drevet av de aktive vannstrømmenter som vender møllesteinen.

Forjas

En annen eldgamle anvendelse av arbeidskapasitet basert på hydraulisk energi er bruken av den for å aktivere belgen av Forge i arbeidet til Herrería og metallurgi.

Hydraulisk brudd

I gruvedrift og olje brukes kinetisk energi av vann til å erodere berg, sprekke den og lette ekstraksjonen av forskjellige mineraler. For dette brukes gigantiske trykkvannskanoner som treffer underlaget for å erodere det.

Dette er en ødeleggende jord og svært forurensende teknikk for vannløp.

Kan tjene deg: vannpleie

Fracking

En veldig kontroversiell teknikk som skaffer seg boom i oljeindustrien er den Fracking. Den består av å øke porøsiteten til morbergarten som inneholder olje og gass for å lette dens avkjørsel.

Dette oppnås ved å injisere store mengder vann og sand ved høyt trykk ved siden av en serie kjemiske tilsetningsstoffer. Teknikken har blitt stilt spørsmål ved det høye vannforbruket, forurensende jord og vann og forårsaker geologiske endringer.

Vannkraftverk

Den vanligste moderne bruken er å fungere sentralt generasjon av strøm, så kalt vannkraft eller hydrauliske planter.

Eksempler på hydrauliske energiplanter

De tre halsene

Dam av de tre Gorges (Kina). Kilde: Le Grand Portagederivative Work: Rehman [CC av 2.0 (https: // creativecommons.Org/lisenser/av/2.0)]

Hydroelektrikken til Las Tres Gulfantas ligger i provinsen Hubei i Kina i Yangtsé River Course. Denne demningen begynte å bli bygget i 1994 og ble fullført i 2010, og nådde et område oversvømmet med 1.045 km² og en installert kapasitet på 22.500 MW (Megawatts).

Anlegget inkluderer 34 Francis -turbiner (32 av 700 MW og to av 50 MW) med en årlig elektrisk kraftproduksjon på 80,8 GWh. Det er verdens største vannkraftverk når det gjelder struktur og installert kraft.

De tre strupet byttedyr har klart å kontrollere de periodiske flommene i elven som kom til å forårsake alvorlig skade på befolkningen. Det garanterer også strømforsyningen i regionen.

Imidlertid hadde konstruksjonen noen negative konsekvenser som forskyvning av rundt 2 millioner mennesker. I tillegg bidro det til utryddelsen av delfinen til kinesisk eller Baiji (Lipotes Vexillifer) som var i kritisk fare.

Itaipú

Itaipú Dam. Kilde: Herr Stahlhoefer [Public Domain]

ITAIPUs vannkraftverk ligger på grensen mellom Brasil og Paraguay i løpet av Paraná -elven. Byggingen begynte i 1970 og endte i tre etapper i 1984, 1991 og 2003.

Det oversvømte området av demningen 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 kraftproduksjon på 94,7 gwh.

Itaipú regnes som verdens største vannkraftverk i energiproduksjon. Det bidrar med 16% av strømmen som konsumeres i Brasil og 76% av Paraguay.

Når det gjelder dens negative virkninger, påvirket denne demningen økologien på øyene og Delta del Río Paraná.

Simón Bolívar (Guri)

Simón Bolívar Hydroelektrisk kraftverk (Gurí, Venezuela). Kilde: Warairapano & Guaicaipuro [CC0]

Simón Bolívar vannkraftverk, også kjent som Guri -dammen, ligger i Venezuela i løpet av Caroní -elven. Dammen begynte å bli bygget i 1957, en første etappe ble avsluttet i 1978 og ble fullført i 1986.

Guri -demningen har et område oversvømmet med 4.250 km² og en installert kapasitet på 10.200 MW. Planten 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)

Årlig produksjon er 46 GWh og regnes som det tredje største vannkraftverket i verden når det gjelder struktur og installert kraft. Hydroelektrisk anlegg gir 80% av strømmen som konsumeres av Venezuela, og en del selges til Brasil.

Under konstruksjonen av dette vannkraftverket ble store utvidelser av venezuelanske guayana -økosystemer oversvømmet, som er en region med et høyt biologisk mangfold.

I dag, på grunn av den dype økonomiske krisen i Venezuela, har produksjonskapasiteten til dette senteret blitt betydelig redusert.

Referanser

1.- Hadzich M (2013). Hydraulisk energi, kapittel 7. PUCP Group Technical Training Course. Økologiske hus og hotellteknologier. Pontifical Catholic University of Peru.
2.- Raabe J (1985). Hydro kraft. Design, bruk og funksjon av hydromekanisk, hydraulisk og elektrisk utstyr. Tyskland: n. p.
3.- Sandoval Erazo, Washington. (2018). Kapittel 6: Grunnleggende konsepter av vannkraftverk.https: // www.ResearchGate.Nett/publikasjon/326560960_capitulo_6_conceptos_bosicos_de_centrales_hidroelectrica
4.- Stickler CM, Coe MT, MH -kostnad. Avhengighet av vannkraftsenergiproduksjon på Forfatter i Amazonasbassenget på lokale og regionale skalaer. Proceedings of the National Academy of Sciences, 110 (23), 9601-9606.
5.- Soria E (S/F). Hydraulikk. Fornybare energier for alle. Iberdrola. 19 s.