Energija vode - hidroenergija

1. Energija vode - hidroenergija Tuzla, 7.12.2011 Hašimbegović Amila Gavrić Bojan

2. 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%.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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

7. 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

8. Značaj proizvodnje hidroenergije Tabela 1: Podaci o iskoristivim vodenim snagama

9. Značaj proizvodnje hidroenergije Slika 1: Prikaz iskorištenostisnagevodepokontinentima

10. 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

11. Hidroelektrane i okolina Hidroelektrana ili hidro-električna 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.

12. Hidroelektrane i okolina • Iskorištavanje energije vodnog potencijala ekonomski je konkurentno proizvodnji električne energije iz fosilnihi 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. Osnovni elementi hidroelektrane

17. Tipovi hidroelektrana Tri su osnovna tipa hidroelektrane: • protočne, • akumulacijske, • reverzibilne.

18. 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.

19. Tipovi hidroelektrana Slika2. HE "ĐALE" - protočnahidroelektrana, ukupnasnaga 40.8MW

20. 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.

21. Tipovi hidroelektrana Slika3.Akumulacijskahidroelektrana Tri kanjona u Kini (potopljeno je 118 gradovaiiseljenooko 1.000.000 ljudi)

22. 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

23. 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)

24. Tipovi hidroelektrana Slika4. Primjenarazličitihtipovaturbina

25. 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.

26. Osnovne komponente klasične hidroelektrane Generatorielektričneenergije u hidroelektrani: Dijelovi hidroelektrane

27. 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.

28. 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. Komponentehidroelektrane

29. 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