lovesouthernsocial.com

Hidroelektrik enerjinin su enerjisini elektriğe nasıl dönüştürdüğünü, avantajlarını ve dezavantajlarını anlayın

Resim: Itaipu Barajı, Paraguay/Brezilya, Uluslararası Hidroelektrik Birliği (IHA) tarafından CC BY 2.0 altında lisanslanmıştır.

Hidrolik (hidroelektrik) enerji nedir?

Hidroelektrik enerji, su kütlelerinin akışında bulunan kinetik enerjinin kullanılmasıdır. Kinetik enerji, hidroelektrik santral sistemini oluşturan türbin kanatlarının daha sonra sistemin jeneratörü tarafından elektrik enerjisine dönüştürülmek üzere dönmesini teşvik eder.

Hidroelektrik santral (veya hidroelektrik santral) nedir?

Bir hidroelektrik santrali, bir nehrin hidrolik potansiyelinin kullanımından elektrik üretmek için kullanılan bir dizi iş ve ekipmandır. Hidrolik potansiyel, hidrolik akış ve nehir boyunca mevcut eşitsizliğin konsantrasyonu ile verilir. Boşluklar doğal olabilir (şelaleler) veya barajlar şeklinde veya nehrin doğal yatağından rezervuar oluşumuna yönlendirilmesi yoluyla inşa edilebilir. İki tür rezervuar vardır: birikim ve nehir akışı rezervuarları. Birikmeler genellikle akarsuların membalarında, yüksek şelalelerin olduğu yerlerde oluşur ve büyük su birikimine sahip büyük rezervuarlardan oluşur. Nehir akışı rezervuarları, elektrik üretmek için nehir suyunun hızından yararlanır, böylece minimum su birikimi sağlar veya hiç su biriktirmez.

Santraller ise şelale yüksekliği, debi, kurulu güç veya güç, sistemde kullanılan türbin tipi, baraj ve rezervuar gibi faktörlere göre sınıflandırılır. Şantiye, düşme yüksekliğini ve akışı verir ve bu iki faktör bir hidroelektrik santralinin kapasitesini veya kurulu gücünü belirler. Kurulu güç türbin, baraj ve rezervuar tipini belirler.

Ulusal Elektrik Enerjisi Ajansı (Aneel) tarafından hazırlanan bir rapora göre, Küçük Hidroelektrik Santralleri için Ulusal Referans Merkezi (Federal Itajubá – Unifei Üniversitesi'nden Cerpch), şelalenin yüksekliğini düşük (15 metreye kadar), orta (15 ila 150 metre) ve yüksek (150 metreden fazla). Ancak, bu önlemler rızaya dayalı değildir. Santralin büyüklüğü, üretilen elektriği tüketicilere taşıyacak dağıtım şebekesinin büyüklüğünü de belirlemektedir. Tesis ne kadar büyük olursa, şehir merkezlerinden uzak olma eğilimi o kadar büyük olur. Bu, genellikle durumları aşan ve enerji kayıplarına neden olan büyük iletim hatlarının inşasını gerektirir.

Bir hidroelektrik santrali nasıl çalışır?

Hidroelektrik enerji üretimi için nehir akışının, arazinin engebeli (doğal veya değil) ve mevcut su miktarının entegrasyonuna sahip olmak gerekir.

Bir hidroelektrik santralinin sistemi şunlardan oluşur:

Baraj

Barajın amacı, nehrin doğal döngüsünü kesintiye uğratarak bir su rezervuarı oluşturmaktır. Rezervuarın su depolamanın yanı sıra su boşluğu oluşturmak, enerji üretimi için yeterli hacimde su tutmak, yağmur ve kuraklık dönemlerinde nehirlerin akışını düzenlemek gibi başka işlevleri de vardır.

Su toplama (addüksiyon) sistemi

Santrale su taşıyan tüneller, kanallar ve metalik borulardan oluşur.

santral

Sistemin bu bölümünde bir jeneratöre bağlı türbinler bulunmaktadır. Türbin hareketi, su hareketinin kinetik enerjisini jeneratörler aracılığıyla elektrik enerjisine dönüştürür.

Başlıcaları pelton, kaplan, francis ve bulb olmak üzere çeşitli türbin türleri vardır. Her hidroelektrik santral için en uygun türbin, basma yüksekliğine ve akışa bağlıdır. Bir örnek: ampul, rezervuarların varlığını gerektirmediği ve düşük düşüşler ve yüksek akışlar için belirtildiği için nehir kenarındaki tesislerde kullanılır.

kaçış kanalı

Türbinlerden geçtikten sonra su, kuyruk kanalı vasıtasıyla doğal nehir yatağına geri döndürülür.

Kaçış kanalı santral ile nehir arasında yer alır ve boyutu santralin ve nehrin boyutuna bağlıdır.

Dolusavak

Dolusavak, rezervuardaki seviye önerilen limitleri aştığında suyun dışarı akmasına izin verir. Bu normalde yağmurlu dönemlerde meydana gelir.

Su seviyesi ideal seviyenin üzerinde olduğu için elektrik üretimi bozulduğunda dolusavak açılır; veya çok yağışlı dönemlerde meydana gelmesi muhtemel olan bitki çevresinde taşma ve dolayısıyla su basmasını önlemek için.

Hidroelektrik santrallerin uygulanmasından kaynaklanan sosyal ve çevresel etkiler

İlk hidroelektrik santral, 19. yüzyılın sonlarında, kömürün ana yakıt olduğu ve petrolün henüz yaygın olarak kullanılmadığı, Amerika Birleşik Devletleri ve Kanada arasındaki Niagara Şelalesi'nin bir uzantısı üzerine inşa edildi. Bundan önce hidrolik enerji sadece mekanik enerji olarak kullanılıyordu.

Aneel raporu, hidroelektrik enerjisinin yenilenebilir bir enerji kaynağı olmasına rağmen, dünya elektrik matrisindeki katılımının küçük olduğuna ve daha da küçüldüğüne dikkat çekiyor. Artan ilgisizlik, bu büyüklükteki projelerin uygulanmasından kaynaklanan olumsuz dışsallıkların bir sonucu olacaktır.

Büyük hidroelektrik projelerinin uygulanmasının olumsuz bir etkisi, santralin kurulacağı bölgede veya çevrede ikamet eden nüfusun yaşam biçimindeki değişikliktir. Bu toplulukların genellikle geleneksel topluluklar (yerli halklar, quilombolalar, Amazon nehir kıyısı toplulukları ve diğerleri) olarak tanımlanan, hayatta kalmaları yaşadıkları yerdeki kaynakların kullanımına bağlı olan ve bağlantıları olan insan grupları olduğunu vurgulamak da önemlidir. kültürel düzenin toprakları ile.

Hidroelektrik enerji temiz midir?

Hidroelektrik enerji üretimi, fosil yakıtların yakılmasıyla ilişkili olmadığı için birçok kişi tarafından “temiz” bir enerji kaynağı olarak görülmesine rağmen, küresel ısınmaya neden olabilecek iki gaz olan karbondioksit ve metan emisyonuna katkıda bulunur.

Karbondioksit (CO2) emisyonu, rezervuarların su seviyesinin üzerinde kalan ağaçların ayrışmasından kaynaklanır ve metan (CH4) salınımı, rezervuarın dibinde bulunan organik maddenin ayrışması yoluyla gerçekleşir. Su sütunu arttıkça metan (CH4) konsantrasyonu da artar. Su, tesisin türbinlerine çarptığında, basınç farkı, metanın atmosfere salınmasına neden olur. Basınç ve sıcaklıktaki değişime ek olarak, su damlacıklar halinde püskürtüldüğünde, metan da bitkinin dolusavak yoluyla su yoluna salınır.

CO2, su üzerindeki ölü ağaçların çürümesiyle açığa çıkar. Metanın aksine, CO2'nin büyük bir kısmı rezervuarda meydana gelen absorpsiyonlar yoluyla iptal edildiğinden, yayılan CO2'nin yalnızca bir kısmının etkili olduğu kabul edilir. Metan, fotosentez süreçlerine dahil edilmediğinden (yavaş yavaş karbondioksite dönüşebilmesine rağmen), bu durumda sera etkisi üzerinde daha büyük bir etkiye sahip olduğu düşünülmektedir.

Balcar Projesi (Hidroelektrik Santrallerinin Rezervuarlarından Gelen Sera Gazı Emisyonları), yapay rezervuarların karbondioksit ve metan emisyonu yoluyla sera etkisinin yoğunlaşmasına katkısını araştırmak için oluşturulmuştur. Projenin ilk çalışmaları 1990'larda Amazon bölgesindeki rezervuarlarda gerçekleştirildi: Balbina, Tucuruí ve Samuel. Amazon bölgesi, yoğun bitki örtüsü ile karakterize edildiğinden ve bu nedenle organik maddenin ayrışmasıyla gaz emisyonu için daha büyük bir potansiyele sahip olduğundan, çalışmada odaklanılmıştır. Daha sonra, 1990'ların sonunda, proje aynı zamanda Miranda, Três Marias, Segredo, Xingo ve Barra Bonita'yı da içeriyordu.

Amazon Araştırma Enstitüsü'nden Dr. Philip M. Fearnside'ın 1990 yılında Tucuruí Fabrikası'ndaki gaz emisyonları hakkında yayınladığı makaleye göre, tesisin o yılki sera gazı emisyonları (CO2 ve CH4) 7 milyon ile 10 milyon ton arasında değişiyordu. . Yazar, aynı yıl fosil yakıtlardan 53 milyon ton CO2 salan São Paulo şehriyle bir karşılaştırma yapıyor. Başka bir deyişle, São Paulo şehrinde sera gazı emisyonunun %13 ila %18'ine eşdeğer miktarda emisyondan yalnızca Tucuruí sorumlu olacaktır, bu uzun süredir “emisyonsuz” olarak kabul edilen bir enerji kaynağı için önemli bir değerdir. . Zamanla organik maddenin tamamen bozunacağına ve sonuç olarak artık bu gazları salmayacağına inanılıyordu. Ancak Balcar grubu tarafından yapılan araştırmalar, gaz üretim sürecinin nehirlerin ve yağmurun getirdiği yeni organik maddelerin gelmesiyle beslendiğini göstermiştir.

Bitki ve hayvan türlerinin kaybı

Özellikle biyoçeşitliliğin yüksek olduğu Amazon bölgesinde, rezervuarın oluştuğu yerde flora organizmalarının kaçınılmaz ölümü söz konusudur. Hayvanlara gelince, organizmaları uzaklaştırmak için dikkatli bir planlama yapılsa bile, ekosistemi oluşturan tüm organizmaların kurtarılacağı garanti edilemez. Ayrıca, baraj, çevredeki habitatlarda değişikliklere neden olur.

toprak kaybı

Su basan alandaki toprak mutlaka başka amaçlar için kullanılamaz hale gelecektir. Bu, özellikle Amazon bölgesinin kendisi gibi ağırlıklı olarak düz bölgelerde merkezi bir sorun haline geliyor. Tesisin gücü, nehir akışı ile arazinin engebeliliği arasındaki ilişki ile verildiğinden, arazinin düzgünsüzlüğü düşükse, daha fazla miktarda su depolanmalıdır, bu da geniş bir rezervuar alanı anlamına gelir.

Nehrin hidrolik geometrisindeki değişiklikler

Nehirler, deşarj, ortalama su hızı, tortu yükü ve yatak morfolojisi arasında dinamik bir dengeye sahip olma eğilimindedir. Rezervuarların inşası bu dengeyi etkiler ve sonuç olarak sadece su tutma yerinde değil, aynı zamanda çevrede ve rezervuarın altındaki yatakta da hidrolojik ve tortul düzenin değişmesine neden olur.

Nominal kapasite x üretilen gerçek miktar

Ortaya atılması gereken bir diğer konu ise, nominal kurulu güç ile santralin ürettiği gerçek elektrik miktarı arasında fark olmasıdır. Üretilen enerji miktarı nehrin akışına bağlıdır.

Bu nedenle, Uatumã Nehri üzerinde kurulu Balbina hidroelektrik santralinde olduğu gibi, nehrin akışının sağlayabileceğinden daha fazla enerji üretme potansiyeline sahip bir sistem kurmak işe yaramaz.

Tesisin sağlam gücü

Dikkate alınması gereken bir diğer önemli nokta ise santralin firma güç konseptidir. Aneel'e göre, tesisin sabit gücü, kurulduğu nehrin tarihsel akışında kaydedilen en kurak sıraya göre elde edilebilecek maksimum sürekli enerji üretimidir. Bu konu, giderek sıklaşan ve şiddetli kuraklık dönemleri karşısında giderek daha merkezi hale gelme eğilimindedir.

Brezilya'da hidroelektrik güç

Brezilya, dünyanın en büyük hidroelektrik potansiyeline sahip ülkesidir. Böylece %70'i Amazon ve Tocantins/Araguaia havzalarında yoğunlaşmaktadır. Kurulacak ilk büyük ölçekli Brezilya hidroelektrik santrali, 1949'da Bahia'da 180 MW'a eşdeğer güce sahip Paulo Afonso I idi. Şu anda Paulo Afonso I, toplam dört tesisten oluşan Paulo Afonso hidroelektrik kompleksinin bir parçasıdır.

balbin

Balbina hidroelektrik santrali, Amazonas'ta Uatumã Nehri üzerine inşa edildi. Balbina, Manaus'un enerji ihtiyacını karşılamak için inşa edildi. Tahmin, her biri 50 MW gücünde beş jeneratör aracılığıyla 250 MW kapasitenin kurulmasıydı. Bununla birlikte, Uatumã Nehri'nin akışı, çok daha düşük bir ortalama yıllık enerji üretimi sağlar; bu, yaklaşık 112,2 MW civarındadır ve bunun yalnızca 64 MW'ı sabit güç olarak kabul edilebilir. Santralden tüketici merkezine elektrik iletimi sırasında yaklaşık %2,5'lik bir kayıp olduğu düşünüldüğünde, sadece 109,4 MW (firma gücünde 62,4 MW). 250 MW nominal kapasiteden çok daha düşük değer.

itaipu

Itaipu hidroelektrik santrali, 14 bin MW kurulu gücü ile dünyanın en büyük ikinci santrali olarak kabul ediliyor ve 18.200 MW ile Çin'deki Três Gorges'den sonra ikinci sırada yer alıyor. Paraná Nehri üzerine kurulmuş ve Brezilya ile Paraguay sınırında yer alan bu bitki, her iki ülkeye de ait olduğu için çift uluslu bir bitkidir. Brezilya'yı besleyen Itaipu'nun ürettiği enerji, Brezilya'da tüketilen enerjinin %16,8'ine denk gelen toplam gücünün (7.000 MW) yarısına, elektriğin diğer yarısı ise Paraguay tarafından kullanılmakta ve Paraguay'ın %75'ine tekabül etmektedir. enerji tüketimi.

Tucurui

Tucuruí santrali, Pará'daki Tocantins Nehri üzerinde inşa edildi ve 8.370 MW'a eşdeğer kurulu güce sahip.

Belo Monte

Pará'nın güneybatısında, Altamira belediyesinde bulunan ve Cumhurbaşkanı Dilma Roussef tarafından açılışı yapılan Belo Monte hidroelektrik santrali, Xingu Nehri üzerine inşa edildi. Santral, %100 ulusal ve dünyanın en büyük üçüncü hidroelektrik santralidir. 11.233.1 Megawatt (MW) kurulu güce sahip. Bu da ülke genelinde konut tüketiminin yaklaşık %40'ını temsil eden 17 eyalette 60 milyon kişiye hizmet edecek kadar yük anlamına geliyor.Eşdeğer kurulu üretim kapasitesi 11 bin MW yani ülkenin kurulu güç bakımından en büyük santrali. , en büyük %100 ulusal bitki olarak Tucuruí fabrikasının yerini alıyor. Belo Monte aynı zamanda sırasıyla Três Gargantas ve Itaipu'nun ardından dünyanın üçüncü büyük hidroelektrik santralidir.

Belo Monte elektrik santralinin inşası etrafında birçok konu dönüyor. 11.000 MW kurulu güce sahip olmasına rağmen, Çevre Bakanlığı'na göre santralin firma gücü 4.500 MW'a, yani toplam gücün sadece %40'ına tekabül ediyor. Bir Amazon bölgesinde inşa edildiğinden Belo Monte, yüksek konsantrasyonlarda metan ve karbondioksit salma potansiyeline sahiptir. Bütün bunlar, geleneksel popülasyonların yaşamları üzerindeki büyük etkiyi ve fauna ve flora üzerindeki büyük etkiyi hesaba katmadan. Diğer bir faktör ise, inşaatının nüfusa değil, çoğunlukla şirketlere fayda sağlamasıdır. Elektriğin yaklaşık %80'i ülkenin Merkez-Güney bölgesindeki şirketlere yöneliktir.

uygulanabilirlik

Bahsedilen olumsuz sosyal ve çevresel etkilere rağmen hidroelektrik enerjisi, fosil yakıtlar gibi yenilenemeyen enerji kaynaklarına göre avantajlara sahiptir. Hidroelektrik santraller, metan ve kükürt dioksit emisyonuna katkıda bulunmalarına rağmen, termoelektrik santraller tarafından solunanlar gibi çevreye ve insan sağlığına çok zararlı olan diğer zehirli gaz türlerini yaymaz veya salmaz.

Ancak hidroelektrik santrallerin yarattığı etkilere kıyasla çevresel etkileri azaltan güneş ve rüzgar gibi diğer yenilenebilir enerji kaynaklarına göre hidroelektrik santrallerin dezavantajları daha belirgindir. Sorun hala yeni teknolojilerin uygulanabilirliğidir. Hidroelektrik enerji üretimiyle ilgili etkileri azaltmak için bir alternatif, büyük rezervuarların inşasını gerektirmeyen küçük hidroelektrik santrallerinin inşasıdır.

• Güneş enerjisi nedir, avantajları ve dezavantajları
• Rüzgar enerjisi nedir?

Ayrıca, barajların yaklaşık 30 yıllık bir kullanım ömrü vardır ve bu da uzun vadeli uygulanabilirliklerini sorgulamaktadır.

Michigan Eyalet Üniversitesi tarafından yürütülen "21. Yüzyılda Sürdürülebilir Hidroelektrik" araştırması, büyük hidroelektrik barajların iklim değişikliği karşısında daha da az sürdürülebilir bir enerji kaynağı olabileceği gerçeğine dikkat çekiyor.

Hidroelektrik enerjisinin gerçek maliyetlerini, sadece ekonomik ve altyapı maliyetlerini değil, aynı zamanda sosyal, çevresel ve kültürel maliyetlerini de dikkate almak gerekir.