Elektrownia wodna: co to jest i jak działa

Budowa hydroelektrowni powoduje nieodwracalne skutki społeczne i środowiskowe

Elektrownia wodna

Dan Meyers o zdjęciu Unsplash

Hydroelektrownię tworzy zespół robót i urządzeń służących do wytwarzania energii elektrycznej z wykorzystaniem potencjału hydraulicznego rzeki. Siła ta jest zapewniona przez przepływ rzeki i koncentrację istniejących nierówności na jej biegu, które mogą być naturalne lub zbudowane w postaci zapór lub odwrócenia rzeki od naturalnego koryta w celu utworzenia zbiorników. Pomimo wykorzystywania odnawialnych źródeł energii do wytwarzania energii elektrycznej, elektrownia wodna powoduje nieodwracalne skutki społeczne i środowiskowe w regionie, w którym jest zainstalowana.

Co to jest elektrownia wodna?

Elektrownia wodna to praca inżynieryjna wykorzystująca siłę wody do produkcji energii elektrycznej. Znana również jako elektrownia wodna lub hydroelektrownia, jest to duża konstrukcja, która wykorzystuje ruch rzek w celu uzyskania energii elektrycznej. Jednak instalacja hydroelektrowni wymaga skomplikowanych prac inżynieryjnych, które powodują szereg skutków społeczno-środowiskowych na tym terenie.

Jak działa hydroelektrownia?

Aby wytwarzać energię elektryczną w elektrowni wodnej, konieczna jest integracja między przepływem rzeki, różnicą terenu i ilością dostępnej wody. W skrócie woda, która jest przechowywana w zbiorniku, jest kierowana i doprowadzana do dużych turbin. Przepływ tej wody powoduje, że turbiny obracają się i uruchamiają generatory wytwarzające energię elektryczną.

W ten sposób zachodzi przemiana energii mechanicznej, pochodzącej z ruchu wody, w energię elektryczną. Po przekształceniu w energię elektryczną transformatory zwiększają napięcie tej energii, umożliwiając jej przemieszczanie się przez strumienie przesyłowe i dotarcie do zakładów potrzebujących energii elektrycznej.

Układ elektrowni wodnej składa się z:

Zapora

Zadaniem zapory jest przerwanie naturalnego cyklu rzeki, tworząc zbiornik wodny. Oprócz magazynowania tego surowca zbiornik tworzy szczelinę wodną, ​​wychwytuje wodę w odpowiedniej objętości do produkcji energii elektrycznej oraz reguluje przepływ rzek w okresach opadów i suszy.

System poboru (nawadniania) wody

System ten składa się z tuneli, kanałów i metalowych przewodów doprowadzających wodę do elektrowni.

Elektrownia

To w tej części układu znajdują się turbiny połączone z generatorem. Ten instrument umożliwia ruch turbin w celu przekształcenia energii kinetycznej ruchu wody w energię elektryczną. Istnieje kilka typów turbin, z których głównymi są pelton, kaplan, francis i bulb. Wybór najbardziej odpowiedniej turbiny dla każdej elektrowni wodnej zależy od wysokości spadku i przepływu rzeki.

Kanał ucieczki

Po przejściu przez turbiny woda jest zawracana kanałem ewakuacyjnym do naturalnego koryta rzeki. Kanał ewakuacyjny znajduje się między elektrownią a rzeką, a jego wielkość zależy od wielkości elektrowni i rzeki.

Przelew

Przelew umożliwia ujście wody, jeśli poziom w zbiorniku przekracza zalecane limity, co zwykle ma miejsce w okresach opadów. Przelew jest otwierany, gdy produkcja energii elektrycznej jest ograniczona, ponieważ poziom wody jest powyżej idealnego poziomu; lub w celu uniknięcia przelania i zalania wokół rośliny, częstych zdarzeń w okresach bardzo deszczowych.

Rodzaje elektrowni wodnych

Zakład przepływowy

Aby uniknąć strat spowodowanych budową tradycyjnych elektrowni wodnych, stworzono elektrownie przepływowe, wariant bardziej zrównoważony, nie wykorzystujący dużych zbiorników wodnych, zmniejszający strukturę zapór i wielkość powodzi. W tym modelu siła prądu rzek jest wykorzystywana do wytwarzania energii bez konieczności magazynowania wody.

Rośliny takie jak Santo Antônio i Jirau nad Maderą oraz Belo Monte w Pará mają swoje struktury oparte na koncepcji biegu rzeki. Nawet bez konieczności posiadania dużych zbiorników, instalacje te utrzymują minimalną rezerwę gwarantującą ich działanie i stabilność.

Pomimo walorów społeczno-środowiskowych, oczyszczalnia przepływowa obniża bezpieczeństwo energetyczne kraju. Dzieje się tak, ponieważ w okresach przedłużającej się suszy strukturom tym może zabraknąć wody do wytwarzania energii elektrycznej, ponieważ ich małe zbiorniki nie pozwalają na pracę przez długi czas.

Zdaniem ekspertów alternatywą dla skompensowania ograniczonego potencjału tych zakładów jest inwestycja w źródła uzupełniające. Zatem w okresach, gdy elektrownie wodne przepływowe pracują z niską mocą, można wykorzystać wytwarzanie energii ze źródeł wiatrowych lub słonecznych, gwarantując dostawy i równoważąc skutki powodowane przez każdą z nich.

Rośliny ze zbiornikami akumulacyjnymi

Elektrownie wodne ze zbiornikami akumulacyjnymi przechowują wodę i regulują jej działanie, aby sprostać zapotrzebowaniu na energię. Zdolność magazynowania uzyskuje się za pomocą tamy umieszczonej przed elektrownią iw zależności od jej pojemności mówi się o regulacji sezonowej, rocznej i hiper rocznej.

Elektrownie wodne w Brazylii

Brazylia jest trzecim co do wielkości producentem energii wodnej na świecie, po Kanadzie i Stanach Zjednoczonych. Jest też trzecim krajem o największym potencjale hydraulicznym, po Rosji i Chinach. Około 90% energii elektrycznej wytwarzanej w Brazylii pochodzi z hydroelektrowni.

W Brazylii jest nieco ponad 100 hydroelektrowni. Pięć spośród nich wyróżnia się zdolnością do wytwarzania energii elektrycznej:

  • Elektrownia wodna Itaipu Binacional: położona na rzece Paraná, obejmuje część stanu Paraná i część Paragwaju;
  • Elektrownia wodna Belo Monte: położona nad rzeką Xingu, w miejscowości Pará;
  • Elektrownia wodna Tucuruí: położona na rzece Tocantins, również w stanie Pará;
  • Elektrownia wodna Jirau: położona na Maderze w Rondônia;
  • Elektrownia wodna Santo Antônio: znajduje się na rzece Madeira, również w Rondônia.

Ciekawostki

  • Największą elektrownią wodną na świecie jest elektrownia Three Gorges, zlokalizowana w Chinach;
  • Amerykańskie Stowarzyszenie Inżynierów Budownictwa (ASCE) uznało fabrykę Itaipu za jeden z „siedmiu cudów współczesnego świata”. Jest to druga co do wielkości elektrownia wodna na świecie i wytwarza 20% popytu Brazylii i 95% zapotrzebowania Paragwaju na energię elektryczną;
  • Około 20% energii elektrycznej wytwarzanej na świecie pochodzi z hydroelektrowni.

Skutki społeczno-środowiskowe elektrowni wodnej

Chociaż energia wodna jest uważana za odnawialne źródło energii, raport Aneel wskazuje, że jej udział w globalnej matrycy elektrycznej jest niewielki i staje się jeszcze mniejszy. Taki rosnący brak zainteresowania byłby wynikiem negatywnych efektów zewnętrznych wynikających z realizacji projektów tej wielkości - wynika z raportu.

Jednym z negatywnych skutków wdrożenia elektrowni wodnej jest zmiana, jaką powoduje ona w sposobie życia ludności zamieszkującej region. Należy zauważyć, że społeczności te są często grupami ludzkimi identyfikowanymi jako populacje tradycyjne (ludy tubylcze, quilombolas, społeczności nadrzeczne Amazonii i inne), których przetrwanie zależy od wykorzystania zasobów z miejsca ich zamieszkania, zwłaszcza z rzek, i które mają powiązania ład kulturowy z terytorium.

Czy energia wytwarzana w elektrowni wodnej jest czysta?

Chociaż hydroenergetyka jest uważana za czyste źródło energii, przyczynia się do emisji dwutlenku węgla i metanu, dwóch gazów, które nasilają globalne ocieplenie.

Emisja dwutlenku węgla (CO2) wynika z rozkładu drzew zalegających w zbiornikach powyżej poziomu wody, a uwolnienie metanu (CH4) następuje w wyniku rozkładu materii organicznej znajdującej się na dnie zbiornika. Wraz ze wzrostem słupa wody wzrasta również stężenie metanu (CH4). Kiedy woda dociera do turbin elektrowni, różnica ciśnień powoduje uwolnienie metanu do atmosfery. Metan jest również uwalniany do ścieżki wodnej przez przelew roślinny, kiedy oprócz zmiany ciśnienia i temperatury woda jest rozpylana kroplami.

Ponieważ metan nie jest włączany do procesów fotosyntezy, uważa się, że jest bardziej szkodliwy dla globalnego ocieplenia niż dwutlenek węgla. Dzieje się tak, ponieważ duża część emitowanego dwutlenku węgla jest neutralizowana w wyniku absorpcji zachodzącej w zbiorniku.

Szkody w faunie i florze

Główne skutki budowy elektrowni wodnej dla lokalnej fauny i flory to:

  • Zniszczenie naturalnej roślinności;
  • Zamulenie koryta rzeki;
  • Upadek barier;
  • Wymieranie gatunków ryb w wyniku ingerencji w procesy migracyjne i reprodukcyjne (piracema);
  • Zakwaszenie wody, gdy obszar przeznaczony na zbiornik roślinny nie jest odpowiednio oczyszczony;
  • Utrata rodzimej flory i fauny wodnej i lądowej;
  • Występowanie działań sejsmicznych z powodu ciężaru wody na skalistym podłożu pod spodem;
  • Zmiany wody w zbiorniku związane z temperaturą, natlenieniem (tlen rozpuszczony) i pH (wystąpienie zakwaszenia);
  • Zanieczyszczenie wód, skażenie i wprowadzenie substancji toksycznych do zbiorników przez napływ pestycydów, herbicydów i fungicydów z wcześniej istniejących plantacji w zalanym regionie;
  • Wprowadzenie do zbiorników gatunków egzotycznych, które są niezrównoważone z ekosystemami wododziałowymi;
  • Usunięcie lasów łęgowych;
  • Wzrost połowów drapieżnych przez zawodowych rybaków lub w czasie wolnym;
  • Wdrożenie fizycznej bariery, która zapobiega sezonowym migracjom gatunków, zaburzając równowagę ekosystemu;
  • Zmniejszenie sekwestracji dwutlenku węgla przez zalaną roślinność, przyczyniające się do zwiększenia efektu cieplarnianego.

Utrata gleby

Gleba na zalanym obszarze stanie się bezużyteczna do innych celów. Staje się to głównym problemem w przeważnie płaskich regionach, takich jak region Amazonii. Ponieważ moc elektrowni wynika ze związku między przepływem rzeki a nierównościami terenu, jeśli teren ma niewielkie nierówności, należy zmagazynować większą ilość wody, co oznacza rozległy obszar zbiornika.

Zmiany w geometrii hydraulicznej rzeki

Rzeki mają tendencję do dynamicznej równowagi między zrzutami, średnią prędkością wody, ładunkiem osadów i morfologią dna. Budowa zbiorników wpływa na tę równowagę, a co za tym idzie, powoduje zmiany porządku hydrologiczno-osadowego nie tylko w rejonie zapory, ale także w okolicy oraz w dnie poniżej zapory.

W ten sposób powstanie zbiorników hydroelektrycznych na ogół dociera do bardziej żyznych gleb i gruntów ornych, dezintegrując lokalną ludność, która traci swoje cechy historyczne, tożsamość kulturową i relacje z miejscem, a także zmiany w ekosystemach wodnych i niszczenie flory i fauny. fauny.