Hydrauliska energiegenskaper, hur fungerar, fördelar, användningar

De hydraulisk energi Det är vattenförmågan att producera arbete i form av rörelse, ljus och värme baserat på dess potential och kinetiska energi. På samma sätt betraktas det som en ren och högpresterande förnybar energi.

Denna energi bestäms av flödet, lutningen mellan terrängpunkterna genom vilket vattnet och tyngdkraften rör sig. Det har använts av människan sedan forntiden för att utföra olika verk.

Itaipú Dam (Brasilien och Paraguay). Källa: Angelo Leithold [CC BY-SA 3.0 (http: // Creativecommons.Org/licenser/BY-SA/3.0/]]

En av de första användningarna som gavs för hydraulisk energi var att driva vattenkvarnar som utnyttjade styrkan hos strömmen. På detta sätt kunde med växlar flytta kvarnstenar till kastade.

För närvarande är dess mest relevanta applikation generering av el genom hydraulisk energi eller vattenkraftverk. Dessa centraler består i princip av en damm och ett system med turbiner och växelströmsgeneratorer.

Vatten ackumuleras i dammen mellan två nivåer i kanalen (geodetisk lutning) och genererar gravitationspotentialenergi. Därefter aktiverar vattenström (kinetisk energi) turbiner som överför energi till växelströmsgeneratorer för att producera elektricitet.

Bland fördelarna med hydraulisk energi är att den är förnybar och icke -förorenande, till skillnad från andra energikällor. Å andra sidan är det mycket effektivt med en föreställning som går från 90 - 95%.

Miljöpåverkan av vattenkraftverk är förknippad med variationen i temperatur och fysisk förändring av vattenkursen. På samma sätt finns det avfall och fettavfall som filtrerar från maskinerna.

Dess huvudsakliga nackdel är den fysiska förändringen som den orsakar eftersom stora markförlängningar översvämmas och kursen och det naturliga flödet av floder förändras.

Världens största vattenkraftverk är de tre halsen, som ligger i Kina, vid floden Yangtsé. De andra två i betydelse är de från Itaipu på gränsen mellan Brasilien och Paraguay och Simón Bolívar eller Guri Hydroelectric Plant i Venezuela.

[TOC]

Egenskaper

Källan till hydraulisk energi är vatten och anses vara en förnybar energi i den utsträckning som vattencykeln inte förändrar. Det kan också producera arbete utan att generera fast avfall eller förorenande gaser och anses därför ren energi.

Prestanda

Energiprestanda avser förhållandet mellan mängden energi som erhållits i en process och den energi som var nödvändig för att investera i samma. När det gäller hydraulisk energi uppnås ett utbyte mellan 90 och 95% beroende på vattenhastigheten och det turbinsystem som används.

Hur fungerar hydraulisk energi?

Sydroelektrisk anläggning. Källa: Användare: Tomia [CC av 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenser/av/3.0)]

Omvandling av solenergi till kinetisk energi

Grunden för hydraulisk energi är i solenergi, topografin i terrängen och markbunden tyngdkraft. I vattencykeln orsakar solenergin indunstning och sedan kondenseras och fälls ut vatten på jorden.

Som en följd av terrängens sluttningar och tyngdkraften produceras ytvattenströmmar på jordens yta. På detta sätt förvandlas solenergi till kinetisk energi på grund av vattenrörelsen genom den kombinerade verkan av ojämnheten och tyngdkraften.

Därefter kan den kinetiska energin i vatten omvandlas till mekanisk energi som kan göra arbete. Till exempel kan blad som överför rörelsen till ett växelsystem som kan göra att olika enheter kan flyttas.

Storleken på hydraulisk energi ges av lutningen mellan två punkter som ges av kanalen och flödet av samma. Ju större lutning av terrängen, desto större är den större potentialen och kinetiska energin såväl som dess förmåga att generera arbete.

Kan tjäna dig: de 5 viktigaste föroreningsfaktorerna

I detta avseende är den potentiella energin en som ackumuleras i en massa vatten och är relaterad till dess höjd i förhållande till marken. Å andra sidan är kinetisk energi en som frigör vatten i sin fallande rörelse beroende på topografi och tyngdkraft.

Elproduktion från hydraulisk energi (hydroelektrisk)

Den kinetiska energin som genereras av vatten i dess fall kan användas för att producera elektricitet. Detta uppnås genom att bygga dammar där vatten ackumuleras och behåller på olika höjdnivåer.

Således är den potentiella energin i vatten direkt proportionell mot ojämnheten mellan en punkt och en och när vattnet faller förvandlas det till kinetisk energi. Därefter passerar vatten genom ett rotationsbladssystem och genererar kinetisk rotationsenergi.

Rotationsrörelsen gör det möjligt att flytta växelsystem som kan aktivera mekaniska system som fabriker, NORIA eller växelströmsgeneratorer. I det specifika fallet med vattenkraftproduktion kräver systemet ett turbinsystem och en generator för att generera el.

Turbiner

Turbinen består av en horisontell eller vertikal axel med ett system med blad som med vattenkraften Vrid axeln.

Det finns tre grundläggande typer av hydrauliska turbiner:

Peltonturbin

Peltonturbin. Källa: RobertK9410 [CC BY-SA 4.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenser/BY-SA/4.0)]

Det är en högtrycksimpulsturbin med en horisontell axel som fungerar utan att vara helt nedsänkt. Rodete bär en serie blad (pallar eller tänder) konkava som drivs av vattenstrålar.

Ju fler vattenstrålar kraschar mot turbinen, mer kraft kommer att genereras. Denna typ av turbin används för vattenhopp 25 till 200 meter höga och når en effektivitet på upp till 90%.

Francis -turbin

Francis -turbin. Källa: Den ursprungliga uppladdaren var Stahlkocher på German Wikipedia. [CC BY-SA 3.0 (http: // Creativecommons.Org/licenser/BY-SA/3.0/]]

Det är en medelstryck reaktionsturbin med en vertikal axel och fungerar helt nedsänkt i vattnet. Rodete består av pallar som drivs av vattnet som utförs genom en distributör.

Det kan användas i vattenhopp från 20 till 200 meter höga och når en effektivitet på 90%. Detta är den typ av turbin som används oftare i världens stora vattenkraftverk.

Kaplan -turbin

Kaplan -turbin. Källa: Therunnerup [CC BY-SA 3.0 på (https: // CreativeCommons.Org/licenser/BY-SA/3.0/at/gärning.i)]

Det är en variant av Francis -turbinen och som denna har den en vertikal axel, men pumphjulet bildas av en serie orienterbara blad. Det är högtrycksreaktion och fungerar helt nedsänkt i vatten.

Kaplan -turbinen används i vatten hoppar 5 till 20 meter höga och dess effektivitet kan nå upp till 95%.

Växelströmsgenerator

Generatorn är en apparat som har förmågan att omvandla mekanisk energi till elektrisk energi genom elektromagnetisk induktion. Således roteras magnetpoler (induktor) inuti en spole med alternativa poler av ledande material (till exempel koppar rullas till söt järn).

Driften är baserad på det faktum att en förare under en tid utsätts för ett variabelt magnetfält genererar en elektrisk spänning.

Fördelar

Hydraulisk energi används ofta eftersom den har många positiva aspekter. Bland dessa kan vi lyfta fram:

Det är ekonomiskt

Även om hydroelektriska anläggningar är den initiala investeringen hög, är det på lång sikt på lång sikt är det en billig energi. Detta beror på dess stabilitet och låga underhållskostnader.

Dessutom måste de ekonomiska kompensationerna som tillhandahålls av reservoarer med möjligheter till vattenbruk, vattenlevande sport och turism läggas till.

Kan tjäna dig: självförsörjningsbarhet

Det är förnybart

Baserat på vattencykeln är det en förnybar och kontinuerlig energikälla. Detta innebär att det inte är uttömt i tid till skillnad från energi från fossila bränslen.

Kontinuiteten beror dock på vattencykeln inte förändras i en viss eller globalt.

Högpresterande

Hydraulisk energi anses vara mycket effektiv och med hög prestanda som är mellan 90 och 95%.

Det är inte förorenande

Denna typ av energi använder en naturlig källa som vatten och producerar inte heller avfall eller förorenande gaser. Därför reduceras dess påverkan på miljön och anses vara en ren energiform.

Närvaro av reservoarer

I fall där reservoarer byggs för användning av vattenkraftsenergi har dessa en serie ytterligare fördelar:

- De tillåter reglering av flodflödet och undviker översvämningar.
- De representerar en vattenbehållare för konsumtion, bevattning och industriellt bruk.
- De kan användas som rekreationsområden och för att utöva vattensporter.

Nackdelar

Nederbördsberoende

En begränsning av vattenkraftproduktion är dess beroende av regnregimen. Därför kan vattenförsörjningen under särskilt torra år minska dramatiskt och reservoarnivån sänks.

När vattenflödet reduceras är produktionen av elen lägre. På ett sådant sätt att i regioner som är mycket beroende av vattenkraft kan problem uppstå i utbudet.

Förändring av flodens naturliga kurs

Konstruktionen av en damm i en flod förändrar dess naturliga kurs, dess översvämning, minskande regim (minskning av flödet) och sedimentdragningsprocessen. Därför produceras förändringar i biologin hos vattenväxter och djur i närheten av vattenkroppen.

Å andra sidan förändrar sedimentretention i dammen bildningen av deltor vid flodernas mun och förändrar markförhållandena.

Fara för dammbrott

På grund av den stora volymen vatten som lagras i vissa vattenkraftsdammar kan en nedbrytning av inneslutningsväggen eller närliggande sluttningar ge allvarliga olyckor. Under år 1963 inträffade till exempel frigöringen av sluttningen vid Vajont -dammen (idag i användning) i Italien och orsakade 2.000 döda.

Ansökningar

Norias och vattenpumpar

Rotationen av ett hjul som drivs av den kinetiska energin i vattnet gör att vatten kan transporteras från en grunt brunn eller en kanal till en hög kanal eller tank. På samma sätt kan den mekaniska energin som genereras av hjulet driva en hydraulpump.

Den enklaste modellen består av ett hjul med blad med skålar som samlar vattnet samtidigt som drivs av strömmen. Sedan släpper de i sin rotation vattnet i en tank eller kanal.

Kvarn

I mer än 2000 år använde grekerna och romarna hydraulisk energi för att flytta fabriker för att mala spannmål. Hjulets sväng som drivs av de aktiva vattenströmväxlarna som vänder kvarnstenen.

Jorda

En annan forntida tillämpning av arbetskapacitet baserad på hydraulisk energi är dess användning för att aktivera bälgen i Forge i arbetet med Herrería och Metallurgy.

Hydraulisk fraktur

Vid gruvdrift och olja används kinetisk energi i vatten för att erodera sten, spricka den och underlätta extraktionen av olika mineraler. För detta används gigantiska tryckvattenkanoner som träffar underlaget för att erodera det.

Detta är en destruktiv jord och mycket förorenande teknik för vattenkurser.

Kan tjäna dig: vattenvård

Fracking

En mycket kontroversiell teknik som förvärvar boom i oljeindustrin är Fracking. Den består av att öka porositeten hos moderberg som innehåller olja och gas för att underlätta dess utgång.

Detta uppnås genom att injicera stora mängder vatten och sand vid högt tryck bredvid en serie kemiska tillsatser. Tekniken har ifrågasatts av dess höga vattenförbrukning, förorenande jord och vatten och orsakar geologiska förändringar.

Vattenkraftverk

Den vanligaste moderna användningen är att fungera central genererande el, så kallade vattenkraftverk eller hydrauliska växter.

Exempel på hydrauliska energiväxter

De tre halsarna

Dam av de tre ravinerna (Kina). Källa: Le Grand Portagagederivative Work: Rehman [CC av 2.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenser/av/2.0)]

Hydroelektriken i Las Tres Gulfantas ligger i provinsen Hubei i Kina i Yangtsé River Course. Denna damm började byggas 1994 och slutfördes 2010 och nådde ett område översvämmat med 1.045 km² och en installerad kapacitet på 22.500 MW (megawatt).

Anläggningen inkluderar 34 Francis -turbiner (32 av 700 MW och två av 50 MW) med en årlig elektrisk kraftproduktion på 80,8 GWH. Det är världens största vattenkraftverk när det gäller struktur och installerad kraft.

De tre halsen bytet har lyckats kontrollera de periodiska översvämningarna i floden som orsakade allvarliga skador på befolkningen. Det garanterar också elförsörjningen i regionen.

Emellertid hade dess konstruktion några negativa konsekvenser som förflyttning av cirka 2 miljoner människor. Dessutom bidrog det till utrotningen av delfinen från kinesiska eller baiji (lipoter vexillifer) som var i kritisk fara.

Itaipú

Itaipú -dammen. Källa: Herr Stahlhoefer [Public Domain]

Itaipu -vattenkraftverket ligger vid gränsen mellan Brasilien och Paraguay under loppet av floden Paraná. Konstruktionen började 1970 och slutade i tre etapper 1984, 1991 och 2003.

Det översvämmade området i dammen är 1.350 km² och har en installerad kapacitet på 14.000 MW. Anläggningen inkluderar 20 Francis -turbiner på 700 MW vardera och har en årlig elkraftproduktion på 94,7 GWH.

Itaipú anses vara världens största vattenkraftverk inom energiproduktion. Det bidrar med 16% av elen som konsumeras i Brasilien och 76% av Paraguay.

När det gäller dess negativa effekter påverkade denna damm ekologin på öarna och Delta del Río Paraná.

Simón Bolívar (Guri)

Simón Bolívar Hydroelectric Power Plant (Gurí, Venezuela). Källa: Warairapano & Guaicaipuro [CC0]

Simón Bolívar Hydroelectric Plant, även känd som Guri -dammen ligger i Venezuela på loppet av floden Caroní. Dammen började byggas 1957, en första etapp som slutade 1978 och slutfördes 1986.

Guri -dammen har ett område översvämmat med 4.250 km² och en installerad kapacitet på 10.200 MW. Dess växt inkluderar 21 Francis -turbiner (10 av 730 MW, 4 av 180 MW, 3 av 400 MW, 3 av 225 MW och en av 340 MW)

Årlig produktion är 46 GWH och anses vara den tredje största vattenkraftverket i världen när det gäller struktur och installerad kraft. Hydroelektrisk anläggning ger 80% av elen som konsumeras av Venezuela och en del säljs till Brasilien.

Under byggandet av denna vattenkraftverk översvämmades stora förlängningar av venezuelanska guayana -ekosystem, vilket är en region med hög biologisk mångfald.

Idag, på grund av den djupa ekonomiska krisen i Venezuela, har produktionskapaciteten för detta centrum minskat avsevärt.

Referenser

1.- Hadzich M (2013). Hydraulisk energi, kapitel 7. PUCP Group Technical Training Course. Ekologiska hus och hotelltekniker. Pontifical Catholic University of Peru.
2.- Raabe J (1985). Hydrokraft. Design, användning och funktion av hydromekanisk, hydraulisk och elektrisk utrustning. Tyskland: n. p.
3.- Sandoval Erazo, Washington. (2018). Kapitel 6: Grundläggande koncept för vattenkraftverk.https: // www.Forskning.Net/publikation/326560960_capitulo_6_conceptos_bosicos_de_centrales_hidroelectrica
4.- Stickler CM, Coe MT, MH Cost. Beroende av vattenkraftenergiproduktion på foretter i Amazonasbassängen i lokala och regionala skalor. Proceedings of the National Academy of Sciences, 110 (23), 9601-9606.
5.- Soria E (S/F). Hydraulik. Förnybara energier för alla. Iberdrola. 19 s.