Vattenkraftsresurser har ett begränsat värde, även om de anses förnybara. De är nationella rikedomar, som olja, gas eller andra mineraler, och måste hanteras varsamt och eftertänksamt.
Vattenkraft
Även i forntida tider märkte folk att vatten som faller uppifrån och ner kan göra visst arbete, som att vrida ett hjul. Denna egenskap med fallande vatten började användas för att sätta hjulen på kvarnen i rörelse. Därmed dök de första vattenkvarnarna upp, som har överlevt till denna dag nästan i sin ursprungliga form. Vattenkvarnen är det första vattenkraftverket.
Manufakturproduktionen, som har sitt ursprung på 1600-talet, använde också vattenhjul och på 1700-talet fanns det till exempel redan omkring tre tusen sådana fabriker i Ryssland. Det är känt att de mest kraftfulla installationerna av sådana hjul användes vid Krenholms fabrik (Narovafloden). Vattenhjulen var 9,5 meter i diameter och utvecklade upp till 500 hästkrafter.
Vattenkraftresurser: definition, fördelar och nackdelar
I den 19:eårhundradet efter vattenhjulen dök hydroturbiner upp, och efter dem - elektriska maskiner. Detta gjorde det möjligt att omvandla energin från fallande vatten till elektrisk energi och sedan överföra den över ett visst avstånd. I tsarryssland fanns det år 1913 omkring 50 000 enheter utrustade med hydroturbiner som genererade elektricitet.
Den del av energin i floder som kan omvandlas till elektrisk energi kallas vattenkraftresurser, och enheten som omvandlar energin från fallande vatten till elektrisk energi kallas ett vattenkraftverk (HPP). Kraftverkets enhet inkluderar nödvändigtvis en hydraulisk turbin, som driver en elektrisk generator i rotation. För att få flödet av fallande vatten innebär byggandet av ett kraftverk byggandet av dammar och reservoarer.
Fördelar med att använda vattenkraft:
- Flodens energi är förnybar.
- Inga miljöföroreningar.
- Det blir billig el.
- Klimatförhållanden nära reservoaren förbättras.
Nackdelar med att använda vattenkraft:
- Att översvämma ett område av land för att bygga en reservoar.
- Förändrar många ekosystem längs flodbädden, minskade fiskpopulationer, störande fåglarnas häckningsplatser, förorenar floder.
- Risk för att bygga i bergsområde.
Begreppet vattenkraftpotential
För att bedöma vattenkraftsresurserna i en flod, ett land eller hela planeten i världenEnergikonferensen (MIREC) definierade vattenkraftspotentialen som summan av kapaciteten i alla delar av det aktuella territoriet som kan användas för att generera el. Det finns flera varianter av vattenkraftspotential:
- Bruttopotential, som representerar potentiella vattenkraftsresurser.
- Teknisk potential är den del av bruttopotentialen som kan användas tekniskt.
- Ekonomisk potential är den del av den tekniska potentialen vars användning är ekonomiskt genomförbar.
Den teoretiska effekten av viss vattenström bestäms av formeln
N (kW)=9, 81QH, där Q är vattenflödet (m3/sek); H är höjden på vattenfallet (m).
Världens kraftfullaste vattenkraftverk
Den 14 december 1994, i Kina, vid Yangtzefloden, påbörjades byggandet av det största vattenkraftverket, kallat Three Gorges. 2006 slutfördes byggandet av dammen och den första vattenkraftsenheten lanserades. Detta vattenkraftverk skulle bli det centrala vattenkraftverket i Kina.
Utsikten över dammen vid denna station liknar designen av Krasnoyarsks vattenkraftverk. Höjden på dammen är 185 meter och längden är 2,3 km. I mitten av dammen finns ett utlopp utformat för att släppa ut 116 000 m3 vatten per sekund, det vill säga från en höjd av cirka 200 m faller mer än 100 ton vatten i en sekund.
Yangtzefloden, på vilken Three Gorges vattenkraftverk är byggt, är en av de mestvärldens mäktiga floder. Byggandet av ett vattenkraftverk vid denna flod gör det möjligt att utnyttja områdets naturliga vattenkraftsresurser. Med start i Tibet, på en höjd av 5600 m, får floden en betydande vattenkraftspotential. Den mest attraktiva platsen för byggandet av dammen visade sig vara Three Gorges-regionen, där floden bryter ut ur bergen till slätten.
HPP-design
The Three Gorges Waterpower Plant har tre kraftverk som innehåller 32 vattenkraftverk, var och en med en kapacitet på 700 MW, och två vattenkraftverk med en kapacitet på 50 MW. Den totala kapaciteten för HPP är 22,5 GW.
Som ett resultat av byggandet av dammen bildades en reservoar med en volym på 39 km3. Byggandet av dammen resulterade i att invånarna i två städer med en total befolkning på 1,24 miljoner människor flyttade till en ny plats. Dessutom togs 1 300 arkeologiska föremål bort från översvämningszonen. 11,25 miljarder dollar spenderades på alla förberedelser för byggandet av dammen. Den totala kostnaden för byggandet av Three Gorges vattenkraftverk är 22,5 miljarder USD.
Konstruktionen av detta vattenkraftverk ger korrekt navigering, och efter byggandet av reservoaren ökade flödet av lastfartyg 5 gånger.
Passagerarfartyg passerar fartygsliften, vilket tillåter fartyg som väger högst 3 000 ton att passera. Två rader av femstegsslussar byggdes för passage av lastfartyg. I detta fall måste fartygens vikt vara mindre än 10 000 ton.
Yangtze HPP Cascade
Vatten- och vattenkraftsresurserna i Yangtzefloden gör det möjligt att bygga vidare på dettafloden har mer än ett vattenkraftverk, som utfördes i Kina. Ovanför Three Gorges vattenkraftverk byggdes en hel kaskad av vattenkraftverk. Detta är den mest kraftfulla kaskaden av vattenkraftverk med en kapacitet på över 80 GW.
Konstruktionen av kaskaden undviker igensättning av Three Gorges-reservoaren, eftersom den minskar erosion i flodbädden uppströms om vattenkraftverket. Därefter är det mindre slam att bära i vattnet.
Dessutom låter HPP-kaskaden dig reglera flödet av vatten till Three Gorges HPP och få en enhetlig kraftgenerering vid det.
Itaipu vid Paranafloden
Paraná betyder "silverflod", det är den näst största floden i Sydamerika och har en längd på 4380 km. Denna flod rinner genom mycket hård mark, därför, när den övervinner den, skapar den forsar och vattenfall på sin väg. Denna omständighet indikerar gynnsamma förhållanden för byggandet av vattenkraftverk här.
Itaipu HPP byggdes vid Paranafloden, 20 km från staden Foz do Iguacu i Sydamerika. När det gäller kraft är detta vattenkraftverk näst efter Three Gorges HPP. Itaipu HPP, som ligger på gränsen mellan Brasilien och Paraguay, tillhandahåller full el till Paraguay och 20 % till Brasilien.
Byggandet av vattenkraftverket började 1970 och avslutades 2007. Tio 700 MW generatorer har installerats på Paraguaysidan och samma antal på den brasilianska sidan. Eftersom det fanns en tropisk skog runt vattenkraftverket, som var utsatt för översvämningar, flyttades djuren från dessa platser till andra territorier. Längden på dammen är 7240 meter,och höjden är 196 m, byggkostnaden beräknas till 15,3 miljarder dollar. HPP-kapaciteten är 14 000 GW.
Ryska vattenkraftresurser
Rysska federationen har en stor vatten- och energipotential, men landets vattenkraftsresurser är extremt ojämnt fördelade över dess territorium. 25% av dessa resurser finns i den europeiska delen, 40% - i Sibirien och 35% - i Fjärran Östern. I den europeiska delen av staten, enligt experter, används vattenkraftpotentialen av 46%, och hela statens vattenkraftpotential uppskattas till 2500 miljarder kWh. Detta är det andra resultatet i världen efter Kina.
Källor till vattenkraft i Sibirien
Sibirien har enorma reserver av vattenkraft, östra Sibirien är särskilt rikt på vattenkraftresurser. Floderna Lena, Angara, Yenisei, Ob och Irtysh rinner dit. Vattenkraftspotentialen i denna region uppskattas till 1 000 miljarder kWh.
Sayano-Shushenskaya HPP uppkallad efter P. S. Neporozhny
Det här vattenkraftverkets kapacitet är 6400 MW. Detta är det kraftfullaste vattenkraftverket i Ryska federationen, och det rankas 14 på världsrankingen.
Sektionen av Yenisei, som kallas Sayan-korridoren, är gynnsam för byggandet av vattenkraftverk. Här passerar floden genom Sayanbergen och bildar många forsar. Det var på denna plats som Sayano-Shushenskaya HPP byggdes, liksom andra HPPs som bildar en kaskad. Sayano-Shushenskaya HPP är det högsta steget i denna kaskad.
Byggningen utfördes från 1963 till 2000. Stationsdesignbestår av en damm med en höjd av 245 meter och en längd på 1075 meter, en kraftverksbyggnad, ett ställverk och en bräddkonstruktion. Det finns 10 hydraulenheter med en kapacitet på 640 MW vardera i HPP-byggnaden.
Reservoaren som bildades efter byggandet av dammen har en volym på mer än 30 km3, och dess totala yta är 621 km2.
Stora HPPs i Ryska federationen
Vattenkraftresurserna i Sibirien används för närvarande av 20 %, även om många ganska stora vattenkraftverk har byggts här. Den största bland dem är Sayano-Shushenskaya HPP, följt av följande vattenkraftverk:
- Krasnoyarskaya HPP med en kapacitet på 6000 MW (på Yenisei). Den har en fartygslift, den enda i Ryska federationen hittills.
- Bratskaya HPP med en kapacitet på 4500 MW (vid Angara).
- Ust-Ilimskaya HPP med en kapacitet på 3840 MW (vid Angara).
Fjärran Östern har den minst utvecklade potentialen. Enligt experter används vattenkraftpotentialen i denna region av 4%.
Källor till vattenkraft i Västeuropa
I västeuropeiska länder är vattenkraftspotentialen nästan helt utnyttjad. Om det också är ganska högt förser sådana länder sig helt med el från vattenkraftverk. Det är länder som Norge, Österrike och Schweiz. Norge rankas först i världen när det gäller produktion av el per invånare i landet. I Norge är denna siffra 24 000 kWh per år, och 99,6 % av denna energi produceras av vattenkraftverk.
Vattenkraftspotentialerolika länder i Västeuropa skiljer sig markant från varandra. Detta beror på olika terrängförhållanden och olika avrinningsbildning. 80 % av Europas totala vattenkraftpotential är koncentrerad till berg med höga flöden: den västra delen av Skandinavien, Alperna, Balkanhalvön och Pyrenéerna. Den totala vattenkraftpotentialen i Europa är 460 miljarder kWh per år.
Bränslereserverna i Europa är mycket små, så flodernas energiresurser utvecklas mycket avsevärt. Till exempel i Schweiz utvecklas dessa resurser med 91 %, i Frankrike - med 92 %, i Italien - med 86 % och i Tyskland - med 76%.
HPP Cascade på floden Rhen
En kaskad av vattenkraftverk har byggts på denna flod, bestående av 27 vattenkraftverk med en total kapacitet på cirka 3 000 MW.
En av stationerna byggdes 1914. Det här är HPP Laufenburg. Den genomgick rekonstruktion två gånger, varefter dess kapacitet är 106 MW. Dessutom tillhör stationen de arkitektoniska monumenten och är en nationalskatt i Schweiz.
HPP Rheinfelden är ett modernt vattenkraftverk. Dess lansering genomfördes 2010 och kapaciteten är 100 MW. Konstruktionen inkluderar 4 hydraulenheter på vardera 25 MW. Detta vattenkraftverk byggdes för att ersätta den gamla stationen som byggdes 1898. Den gamla stationen är för närvarande under renovering.
Källor till vattenkraft i Afrika
Afrikas vattenkraftsresurser beror på floderna som rinner genom dess territorium: Kongo, Nilen, Limpopo, Niger och Zambezi.
Kongoflodenhar betydande vattenkraftspotential. En del av denna flod har en kaskad av vattenfall som kallas Inga Rapids. Här går vattenbäcken ner från 100 meters höjd med en hastighet av 26 000 m3 per sekund. I detta område byggdes 2 vattenkraftverk: "Inga-1" och "Inga-2".
Regeringen i Demokratiska republiken Kongo godkände 2002 projektet för uppförandet av Big Inga-komplexet, som tillhandahöll återuppbyggnaden av de befintliga Inga-1 och Inga-2 vattenkraftverken och byggandet av den tredje - Inga-3. Efter genomförandet av dessa planer beslutades det att bygga det största Bolshaya Inga-komplexet i världen.
Detta projekt var ämnet för diskussion vid den internationella energikonferensen. Med hänsyn till tillståndet för Afrikas vatten- och vattenkraftresurser, godkände representanter för näringslivet och regeringar från Central- och Sydafrika, som var närvarande vid konferensen, detta projekt och satte dess parametrar: kapaciteten för "Big Inga" var satt till 40 000 MW, vilket är mer än det mest kraftfulla vattenkraftverket " Three Gorges "nästan 2 gånger. Driftsättningen av HPP är planerad till 2020, och byggkostnaderna förväntas uppgå till 80 miljarder USD.
När projektet är klart kommer DRC att bli den största elleverantören i världen.
nordafrikanskt elnät
Nordafrika ligger längs Medelhavets kust och Atlanten. Denna region i Afrika kallas Maghreb, eller arabvästern.
Vattenkraftresurserna i Afrika är ojämnt fördelade. I norra delen av kontinenten ligger världens hetaste öken - Sahara. Detta territorium upplever en brist på vatten, så att förse dessa regioner med vatten är en stor uppgift. Dess lösning är att bygga reservoarer.
De första reservoarerna dök upp i Maghreb redan på 30-talet av förra seklet, sedan byggdes många av dem på 60-talet, men särskilt intensiv konstruktion började på 2000-talet.
Nordafrikas vattenkraftsresurser bestäms i första hand av Nilen. Detta är den längsta floden i världen. På 60-talet av förra seklet byggdes Aswan Dam på denna flod, efter byggandet av vilken en enorm reservoar bildades, cirka 500 km lång och cirka 9 km bred. Fyllningen av reservoaren med vatten skedde under 5 år från 1970 till 1975.
Assandammen byggdes av Egypten i samarbete med Sovjetunionen. Detta var ett internationellt projekt, som ett resultat av vilket det är möjligt att generera upp till 10 miljarder kWh el per år, kontrollera vattennivån i Nilen under översvämningar och ackumulera vatten i reservoaren under lång tid. Ett nätverk av kanaler som bevattnar åkrar divergerar från reservoaren, och oaser dök upp på platsen för öknen, fler och fler områden används för jordbruk. Vatten- och vattenkraftsresurserna i Nordafrika används med maximal effektivitet.
Dela världens vattenkraftpotential
- Asien - 42%.
- Afrika - 21%.
- Nordamerika - 12%.
- Sydamerika - 13%.
- Europa - 9%.
- Australien och Oceanien – 3 %
Global vattenkraftspotential uppskattad till 10 biljoner kWh el.
1900-talet kan kallas vattenkraftens århundrade. 2000-talet ger sina egna tillägg till denna industris historia. Världen har ökat uppmärksamheten på pumpkraftverk (PSPP) och tidvattenkraftverk (TPP), som använder kraften från tidvatten för att generera elektrisk energi. Vattenkraftsutvecklingen fortsätter.
