Transcript Hidroelektrane i okolina

Energija vode - hidroenergija
Tuzla, 7.12.2011
Hašimbegović Amila
Gavrić Bojan
Uvod
Energija vode (hidroenergija) je najznačajniji
obnovljivi izvor energije, a ujedno i jedini koji je
ekonomski konkurentan fosilnim gorivima i
nuklearnoj energiji.
U posljednjih 30-ak godina proizvodnja energije
u hidroelektranama je utrostručena, ali je time
udio hidroenergije povećan za samo 50%.
Uvod
Korištenje hidroenergije ima svoja ograničenja. Ne može
se koristiti svugdje jer podrazumijeva obilje brzo tekuće
vode, a poželjno je i da je ima dovoljno cijele godine, jer
se električna struja ne može jeftino uskladištiti.
 Da bi se poništio utjecaj oscilacija vodostaja grade se
brane i akumulacijska jezera. To znatno diže cijenu cijele
elektrane, a i diže se razina podzemnih voda u okolici
akumulacije.
Razina podzemnih voda ima dosta utjecaja na biljni i
životinjski svijet, pa prema tome hidroenergija nije sasvim
bezopasna za okoliš.
Uvod
Sunčeva enegija koja dopire do Zemljine površine izaziva
isparavanje vode na površinama okena, rijeka i jezera, ali i sa
površine tla i iz biljaka. Ta se voda podiže u obliku vodene
pare na neku visinu i stvaraju se oblaci.
Od padavina koje padaju na kopno samo mali dio stiže u
vodotoke, ostalo preuzimaju biljke ili odlazi u unutrašnjost
zemlje. Za svaku tačku vodotoka (profil vodotoka) moguće je
na osnovu topografije zemljišta odrediti površinu zemljišta ili
tzv. oborinsko područje sa kojeg voda dotiče u vodotok.
Omjer količine vode koja se tokom godine pojavljuje u
vodotoku (na posmatranom profilu) i količine padavina na
oborinskom području (na posmatranom profilu) zovemo
faktor oticanja. On ovisi o klimi, topografskim i geološkim
uticajima.
Značaj proizvodnje hidroenergije
Energija vodotoka (tj. rijeka – ili hidroenergija) je obnovljivi
izvor energije koji ne zagađuje okoliš i ne ispušta štetne plinove
u atmosferu.
Nesreće, od kojih su najteže pucanje brane se uglavnom ne
dešavaju i predstavljaju mali rizik zbog stalnih pregleda i
održavanja.
Glavni rizik uslijed izgradnje hidroelektrane je utjecaj na lokalni
ekološki balans, posebno nizvodno od brane. Taj rizik je
posebno prisutan kod velikih hidroelektrana, no strogi uvjeti
zaštite okoliša i te rizike pokušavaju svesti na najmanju moguću
mjeru.
Značaj proizvodnje hidroenergije
 Uvažavajući realnost da je naš najznačajniji energetski resurs
– ugalj, limitiran količinski i vremenski na nekoliko decenija,
značaj proizvodnje hidroenergije, odnosno korištenja
vodenih resursa, sa svim svojim uticajima dobijaće još
naglašeniji značaj iz sljedećih razloga:
 Voda je obnovljivi resurs energije, što znači da se raspoložive
rezerve vode za proizvodnju energije ne iscrpljuju, te je to
jedan od bitnih elemenata što se više angažuje hidroenergija
za račun čuvanja rezervi uglja
Značaj proizvodnje hidroenergije
 Većina drugih klasičnih izvora energije postaje sve skuplja
 Proizvodnja energije na bazi drugih izvora uglavnom zahtjeva
obezbjeđenje i hidroenergije obezbjeđenjem vode za potrebe
hlađenja, gašenja i transporta šljake
 Nizak stepen iskorištenja uglja kod proizvodnje termoenergije,
uvođenje novih metoda za transformaciju postojećih resursa
(gasifikacija, likvefakcija uglja i dr) navode na potrebu da se
rezerve uglja što racionalnije troše, što navodi na potrebe većeg
vrednovanja hidroenergije
 Uticaj akumulacija izgrađenih za proizvodnju hidroenergije može
da ima i značajne višenamjenske efekte, kako pozitivne tako i
negativne
Značaj proizvodnje hidroenergije
Tabela 1: Podaci o iskoristivim vodenim snagama
Značaj proizvodnje hidroenergije
Slika 1: Prikaz iskorištenosti snage vode po kontinentima
Značaj proizvodnje hidroenergije
Najveće su snage u Americi (oko 36% ukupnih), zatim u
Aziji (oko 30%) i Africi (oko 16.3%)
Evropa ima tek oko 7% ukupnog iznosa. Procjenjuje se da
je iskorišteno oko 25% svjetskog hidroenergetskog
potencijala
Većina neiskorištenog potencijala nalazi se u nerazvijenim
zemljama, što je povoljno jer se u njima očekuje znatan
porast potrošnje energije
Hidroelektrane i okolina
Hidroelektrana ili hidroelektrična centrala je
postrojenje u kojem se
potencijalna energija
vode najprije pretvara u
kinetičku energiju
njezinog strujanja
a potom u mehaničku
energiju vrtnje vratila
turbine te, konačno u
električnu energiju u el.
generatoru.
Hidroelektrane i okolina
Iskorištavanje energije vodnog potencijala ekonomski je
konkurentno proizvodnji električne energije iz fosilnih i
nuklearnih goriva, zato je hidroenergija najznačajniji obnovljivi
izvor energije. U zadnjih trideset godina proizvodnja u
hidroelektranama je utrostručena, a njen udio povećan je za
50 %, za to je vrijeme proizvodnja u nuklearnim elektranama
povećana za 100 puta, a udio oko 80 puta.
Hidroelektrane i okolina
Glavno ograničenje jest zahtjev za postojanjem obilnog izvora
vode kroz cijelu godinu, jer je skladištenje električne energije
skupo i vrlo štetno za okoliš, osim toga na određenim
lokacijama je za poništavanje utjecaja oscilacija vodostaja
potrebno izgraditi brane i akumulacije.
Međutim, ne treba gubiti iz vida da izgradnja hidroelektrana
ima negativnih posljedica, kao što su: narušavanje prirode,
poremećaj ravnoteže života u rijekama, iseljavanje ljudi iz
potopljenog područja i problemi njihovog zapošljavanja,
mogućnost širenja bolesti, promjena klime, promjena
podzemnih tokova vode i pogoršavanje vodosnabdijevanja
nekih područja i dr.
Hidroelektrane i okolina
Uticaji na okoliš dijele se na:
 fizičke faktore:
- količina vode i kvaliteta površinskih voda
- klimatski faktori
- kvaliteta zraka
- geologija i seizmologija
- erozija
- promjena pejzaža
 biološke faktore:
- riblji fond
- biljni i životinjski svijet
- vodni i ekosustavi.
 socioekonomske faktore:
- ljudske aktivnosti (vodoopskrba, poljoprivreda,
kontrola poplava, transport-putevi)
- korištenje zemljišta
- zdravstvo te arheološki i povijesni.
Hidroelektrane i okolina
Hidroelektrane se koriste u proizvodnji električne energije iz više razloga:
 Nema troškova goriva, voda je besplatna, pod uvjetom da je ima u dovoljnoj
količini. Puštanje hidroelektrane u pogon vrlo je brzo, te se koristi za pokrivanje
dnevnih vršnih opterećenja električne mreže.
 Moderne hidroelektrane mogu do 90% energije vode pretvoriti u električnu
energiju.
 Ne postoji utjecaj povećanja cijene goriva
 Neovisnost o uvozu goriva.
 Hidroenergija je glavni izvor obnovljive energije i predstavlja 97% energije
proizvedene u svim obnovljivim izvorima električne energije.
 Hidroenergija je čista, nema otpada. Postoje doprinosi efektu staklenika
(uništavanje vegetacije, truljenje), ali su u većini slučajeva zanemarivi u odnosu na
termoelektrane i sl.
 Umjetna jezera nastala izgradnjom hidroelektrana lokalno doprinose ekonomiji i
omogućavaju navodnjavanje, vodoopskrbu, turizam i rekreaciju.
Osnovni elementi hidroelektrane
Tipovi hidroelektrana
Tri su osnovna tipa
hidroelektrane:
protočne,
akumulacijske,
 reverzibilne.
Tipovi hidroelektrana
 Protočne hidroelektrane su one čija se uzvodna akumulacija
može isprazniti za manje od dva sata rada kod nazivne snage
ili takva akumulacija uopće ne postoji.
 Kinetička energija vode se skoro direktno koristi za
pokretanje turbina.
 Vrlo su jednostavne za izvođenje, nema dizanja razine
vodostaja, imaju vrlo mali utjecaj na okoliš, ali su i vrlo ovisne
o trenutno raspoloživom vodenom toku.
Tipovi hidroelektrana
Slika 2. HE "ĐALE" - protočna hidroelektrana, ukupna snaga 40.8MW
Tipovi hidroelektrana
 Akumulacijske hidroelektrane mogu biti pribranske i
derivacijske.
 Pribranske hidroelektrane smještene su ispod same brane,
dok su derivacijske smještene puno niže i spojene su
cjevovodima s akumulacijom.
 Nedostaci akumulacijskuh hidroelektrana su otežan pogon
ili potpuni zastoji ljeti zbog smanjenih vodenih tokova.
Tipovi hidroelektrana
Slika 3. Akumulacijska hidroelektrana Tri kanjona u Kini
(potopljeno je 118 gradova i iseljeno oko 1.000.000 ljudi)
Tipovi hidroelektrana
 Reverzibilnim turbinama voda se iz donjeg akumulacijskog
jezera pumpa natrag u gornje akumulacijsko jezero
 Donja akumulacija služi za punjenje gornje akumulacije.
 Energetski su neefikasne, ali su praktičnije od dodatne
izgradnje termoelektrana za pokrivanje špice potrošnje
Tipovi hidroelektrana
Peltonove turbine
-za visoke padove
(preko 200 m)
Francisove turbine
-za srednje padove
(do 200 m)
Kaplanove turbine
-za niske padove
(do 40m)
Tipovi hidroelektrana
Slika 4. Primjena različitih tipova turbina
Osnovne komponente klasične hidroelektrane
 Brana - Većina hidroelektrana se opskrbljuje vodom iz akumulacijskih
jezera. Brana predstavlja građevinu kojoj je zadaća osiguravati
akumulaciju vode. Akumulacijska jezera su često urbanizacijski tako
riješena da su ujedno i rekreacijska jezera.
 Ulazni presjek - Otvor na brani se otvori i kroz kontrolna vrata voda
cjevovodom (najčešće uslijed gravitacije) dolazi do turbine određenim
masenim protokom.
 Turbina - mlaz vode udara i okreće lopatice turbine koja je vratilom
vezana na generator. Najčešći tip turbina za hidroelektrane su
Francisove. Takve turbine teže do 172 tone i postižu brzinu vrtnje do
90 okretaja u minuti.
 Generator - Kako samo ime govori, generator generira električnu
energiju. U osnovi proces se sastoji od rotacije serija magneta unutar
namotaja žica. Ovime se ubrzavaju elektroni, koji proizvode električni
naboj. Broj generatora zavisi od elektrane do elektrane.
Osnovne komponente klasične hidroelektrane
Generatori električne energije u hidroelektrani:
Dijelovi hidroelektrane
Osnovne komponente klasične hidroelektrane
Transformator - Na izlazu iz elektrane povećava napon
izmjenične struje (smanjujući jakost struje) da bi se smanjili
gubici prijenosa energije.
Dalekovodi - Iz svake elektrane vode dalekovodi, koji osim
stupa dalekovoda redovito imaju i 4 vodiča. Tri nose struju
napona koja izlazi iz transformatora, istog iznosa i međusobno
pomaknutih u fazi za 120 stupnjeva, dok četvrta predstavlja
nul-vodič.
Izlazni presjek - Iskorištena voda se cjevovodima vraća u donji
tok rijeke.
Osnovne komponente klasične hidroelektrane
Hidroelektrane u principu
funkcioniraju na vrlo
jednostavnoj osnovi:
voda iz akumulacijskog
jezera prolazi kroz branu,
pokreće turbinu koja
onda pokreće
generator električne energije.
Komponente hidroelektrane
Uticaj hidroelektrane na okolinu
Fizikalni aspekt:
 Promjena režima protoka vode
 Promjena kvaliteta vode
 Kvalitativna i kvantitativna promjena
podzemnih voda
 Erozija i urušavanje zemljišta na
obalama jezera
 Taloženje nanosa
 Erozija korita nezvodno od brane
 Mogućnost seizmičkih efekata
 Zbog punjenja i pražnjenja akumulacije
dolazi do izvjesne erozije obala, a
moguće je i urušavanje zemljišta.
 Opažanja su pokazala da se javlja
seizmička aktivnost kao posljedica
izgradnje brana i akumulacija. U zoni
akumulacije plave se naselja, obradiva
zemljišta, narušava se stabilnost obala,
mijenja se nivo podzemnih voda i dr.
Socijalni i ekonomski aspekti:
 Preseljavanje stanovištva
 Zapošljavanje
 Proizvodnja energije
 Potapanje zamljišta
 Uticaj na poljoprivredu
 Kontrola poplava
 Uticaj na vodosnabdijevanje
 Turizam
Sigurnost i zdravlje ljudi:
 Moguće izvorište i širenje bolesti
 Opasnost od rušenja brana
Kulturni aspekti:
 Uticaj na estetiku
 Mogućnost
potapanja
kulturnih
spomenika i arheoloških nalazišta