lovesouthernsocial.com

Înțelegeți cum hidroenergia transformă energia apei în energie electrică, avantajele și dezavantajele acesteia

Imagine: Barajul Itaipu, Paraguay/Brazilia de către Asociația Internațională a Hidroenergiei (IHA) este licențiat sub CC BY 2.0

Ce este energia hidraulică (hidroelectrică)?

Energia hidroelectrică este utilizarea energiei cinetice conținute în curgerea corpurilor de apă. Energia cinetică favorizează rotirea palelor turbinei care alcătuiesc sistemul hidrocentralei, pentru a fi ulterior transformată în energie electrică de către generatorul sistemului.

Ce este o centrală hidroelectrică (sau centrală hidroelectrică)?

O centrală hidroelectrică este un ansamblu de lucrări și echipamente utilizate pentru a produce energie electrică din utilizarea potențialului hidraulic al unui râu. Potențialul hidraulic este dat de debitul hidraulic și de concentrația denivelărilor existente de-a lungul cursului râului. Golurile pot fi naturale (cascade) sau construite sub formă de baraje sau prin devierea râului din albia naturală către formarea de rezervoare. Există două tipuri de rezervoare: rezervoare de acumulare și acumulare. Acumulările se formează de obicei în izvoarele râurilor, în locurile în care există cascade înalte și constau în rezervoare mari cu o mare acumulare de apă. Lacurile de acumulare la scurgere profită de viteza apei râului pentru a genera energie electrică, generând astfel o acumulare minimă sau deloc de apă.

Centralele, la rândul lor, sunt clasificate în funcție de următorii factori: înălțimea cascadei, debitul, capacitatea sau puterea instalată, tipul de turbină utilizată în sistem, barajul și rezervorul. Șantierul dă înălțimea căderii și a debitului, iar acești doi factori determină capacitatea sau puterea instalată a unei hidrocentrale. Capacitatea instalată determină tipul de turbină, baraj și rezervor.

Potrivit unui raport al Agenției Naționale pentru Energie Electrică (Aneel), Centrul Național de Referință pentru Centrale Hidroelectrice Mici (Cerpch, de la Universitatea Federală Itajubá – Unifei) definește înălțimea cascadei ca fiind joasă (până la 15 metri), medie. (15 până la 150 de metri) și înălțime (mai mare de 150 de metri). Cu toate acestea, aceste măsuri nu sunt consensuale. Mărimea centralei determină și dimensiunea rețelei de distribuție care va transporta energia electrică generată către consumatori. Cu cât uzina este mai mare, cu atât este mai mare tendința acesteia de a fi departe de centrele urbane. Acest lucru necesită construirea de linii mari de transport care deseori traversează state și provoacă pierderi de energie.

Cum funcționează o centrală hidroelectrică?

Pentru producerea de energie hidroelectrică este necesar să existe integrarea debitului râului, denivelările terenului (natural sau nu) și cantitatea de apă disponibilă.

Sistemul unei centrale hidroelectrice este compus din:

Baraj

Scopul barajului este de a întrerupe ciclul natural al râului, creând un rezervor de apă. Rezervorul are și alte funcții pe lângă stocarea apei, precum crearea unui gol de apă, captarea apei într-un volum adecvat pentru producerea de energie și reglarea debitului râurilor în perioadele de ploaie și secetă.

Sistem de colectare a apei (aducție).

Compus din tuneluri, canale și conducte metalice care transportă apa către centrala electrică.

Centru de putere

În această parte a sistemului sunt turbinele conectate la un generator. Mișcarea turbinei transformă energia cinetică a mișcării apei în energie electrică prin generatoare.

Există mai multe tipuri de turbine, fiind principalele pelton, kaplan, francis și bulb. Turbina cea mai potrivită pentru fiecare centrală hidroelectrică depinde de înălțime și debit. Un exemplu: bulbul se foloseste la plantele de curgere intrucat nu necesita existenta rezervoarelor si este indicat pentru cadere mici si debite mari.

canal de evacuare

După trecerea prin turbine, apa este returnată în albia naturală a râului prin canalul de scurgere.

Canalul de evacuare este situat între centrală și râu, iar dimensiunea acestuia depinde de mărimea centralei și a râului.

Deversor

Deversorul permite scurgerea apei ori de câte ori nivelul din rezervor depășește limitele recomandate. Acest lucru se întâmplă în mod normal în perioadele de ploaie.

Deversorul este deschis atunci când producția de energie electrică este afectată deoarece nivelul apei este peste nivelul ideal; sau pentru a evita revărsarea și, în consecință, inundarea în jurul plantei, ceea ce este probabil să se întâmple în perioadele foarte ploioase.

Impacturi sociale și de mediu cauzate de implementarea hidrocentralelor

Prima centrală hidroelectrică a fost construită la sfârșitul secolului al XIX-lea pe o porțiune a Cascadei Niagara, între Statele Unite și Canada, când cărbunele era principalul combustibil și petrolul nu era încă utilizat pe scară largă. Înainte de aceasta, energia hidraulică era folosită doar ca energie mecanică.

În ciuda faptului că energia hidroelectrică este o sursă de energie regenerabilă, raportul Aneel subliniază că participarea sa în matricea electrică mondială este mică și devine și mai mică. Dezinteresul tot mai mare ar fi rezultatul externalităților negative care decurg din implementarea proiectelor de această dimensiune.

Un impact negativ al implementării marilor proiecte hidroelectrice este schimbarea modului de viață al populațiilor care locuiesc în regiune, sau în împrejurimile locației în care va fi implementată centrala. De asemenea, este important de subliniat faptul că aceste comunități sunt adesea grupuri umane identificate ca populații tradiționale (populații indigene, quilombolas, comunități riverane amazoniene și altele), a căror supraviețuire depinde de utilizarea resurselor din locul în care trăiesc și care au legături. cu teritoriul ordinii culturale.

Energia hidroelectrică este curată?

În ciuda faptului că este considerată de mulți drept o sursă de energie „curată”, deoarece nu este asociată cu arderea combustibililor fosili, generarea de energie hidroelectrică contribuie la emisia de dioxid de carbon și metan, două gaze care pot cauza încălzirea globală.

Emisia de dioxid de carbon (CO2) se datorează descompunerii arborilor care rămân deasupra nivelului apei din rezervoare, iar eliberarea de metan (CH4) are loc prin descompunerea materiei organice prezente la fundul rezervorului. Pe măsură ce coloana de apă crește, crește și concentrația de metan (CH4). Când apa lovește turbinele centralei, diferența de presiune face ca metanul să fie eliberat în atmosferă. Metanul este de asemenea eliberat în calea apei prin deversorul plantei, când, pe lângă schimbarea presiunii și a temperaturii, apa este pulverizată în picături.

CO2 este eliberat prin descompunerea copacilor morți deasupra apei. Spre deosebire de metan, doar o parte din CO2 emis este considerat cu impact, deoarece o mare parte din CO2 este anulată prin absorbțiile care au loc în rezervor. Deoarece metanul nu este încorporat în procesele de fotosinteză (deși poate fi transformat lent în dioxid de carbon), se consideră că are un impact mai mare asupra efectului de seră, în acest caz.

Proiectul Balcar (Emisii de gaze cu efect de seră din rezervoarele centralelor hidroelectrice) a fost creat pentru a investiga contribuția rezervoarelor artificiale la intensificarea efectului de seră prin emisia de dioxid de carbon și metan. Primele studii ale proiectului au fost realizate în anii 1990, în lacurile de acumulare din regiunea Amazonului: Balbina, Tucuruí și Samuel. Regiunea Amazon a fost concentrată în studiu deoarece este caracterizată printr-o acoperire de vegetație masivă și, prin urmare, un potențial mai mare de emisie de gaze prin descompunerea materiei organice. Mai târziu, la sfârșitul anilor 1990, proiectul a inclus și Miranda, Três Marias, Segredo, Xingo și Barra Bonita.

Potrivit articolului pe care dr. Philip M. Fearnside, de la Institutul de Cercetare Amazon, l-a publicat despre emisiile de gaze la Uzina Tucuruí, în 1990, emisiile de gaze cu efect de seră ale centralei (CO2 și CH4) au variat între 7 milioane și 10 milioane de tone în acel an. . Autorul face o comparație cu orașul São Paulo, care a emis 53 de milioane de tone de CO2 din combustibili fosili în același an. Cu alte cuvinte, doar Tucuruí ar fi responsabil pentru emisia echivalentului a 13% până la 18% din emisiile de gaze cu efect de seră din orașul São Paulo, o valoare semnificativă pentru o sursă de energie considerată mult timp „fără emisii” . Se credea că, în timp, materia organică va suferi o descompunere completă și, ca urmare, nu va mai emite aceste gaze. Cu toate acestea, studiile grupului Balcar au arătat că procesul de producție a gazelor este alimentat prin sosirea de noi materiale organice aduse de râuri și ploi.

Pierderea speciilor de plante și animale

În special în regiunea Amazonului, care are o biodiversitate ridicată, are loc moartea inevitabilă a organismelor florei în locul în care se formează rezervorul. În ceea ce privește animalele, chiar dacă se face o planificare atentă în încercarea de a elimina organismele, nu se poate garanta că toate organismele care alcătuiesc ecosistemul vor fi salvate. În plus, îndiguirea impune schimbări în habitatele din jur.

pierderea solului

Solul din zona inundată va deveni neapărat inutilizabil în alte scopuri. Aceasta devine o problemă centrală, mai ales în regiunile predominant plane, cum ar fi chiar regiunea Amazonului. Întrucât puterea centralei este dată de relația dintre debitul râului și denivelările terenului, dacă terenul are o denivelare redusă, trebuie stocată o cantitate mai mare de apă, ceea ce presupune o suprafață extinsă a rezervorului.

Modificări ale geometriei hidraulice a râului

Râurile tind să aibă un echilibru dinamic între debit, viteza medie a apei, încărcarea sedimentelor și morfologia albiei. Construcția lacurilor de acumulare afectează acest echilibru și, în consecință, provoacă modificări de ordin hidrologic și sedimentar, nu numai în zona de bazin, ci și în zona înconjurătoare și în albia de sub rezervor.

Capacitate nominală x cantitatea reală produsă

O altă problemă care trebuie ridicată este că există o diferență între capacitatea nominală instalată și cantitatea reală de energie electrică produsă de centrală. Cantitatea de energie produsă depinde de debitul râului.

Astfel, este inutil să se instaleze un sistem cu potențial de a produce mai multă energie decât poate furniza debitul râului, așa cum s-a întâmplat în cazul hidrocentralei Balbina, instalată pe râul Uatumã.

Puterea fermă a centralei

Un alt punct important de luat în considerare este conceptul de putere fermă al centralei. Potrivit lui Aneel, puterea fermă a centralei este producția maximă continuă de energie care ar putea fi obținută, pe baza celei mai uscate secvențe înregistrate în debitul istoric al râului în care este instalată. Această problemă tinde să devină din ce în ce mai centrală în fața perioadelor de secetă din ce în ce mai frecvente și severe.

Energia hidroelectrică în Brazilia

Brazilia este țara cu cel mai mare potențial hidroelectric din lume. Astfel, 70% din acesta este concentrat în bazinele Amazonului și Tocantins/Araguaia. Prima centrală hidroelectrică braziliană de mare amploare care a fost construită a fost Paulo Afonso I, în 1949, la Bahia, cu o putere echivalentă cu 180 MW. În prezent, Paulo Afonso I face parte din complexul hidroelectric Paulo Afonso, cuprinzând în total patru centrale.

balbine

Hidrocentrala Balbina a fost construită pe râul Uatumã, în Amazonas. Balbina a fost construită pentru a satisface cererea de energie din Manaus. Prognoza era instalarea a 250 MW de capacitate, prin cinci generatoare, cu puteri de 50 MW fiecare. Cu toate acestea, debitul râului Uatumã asigură o producție medie anuală de energie mult mai mică, ceva în jur de 112,2 MW, din care doar 64 MW pot fi considerate putere fermă. Având în vedere că se constată o pierdere de aproximativ 2,5% în timpul transportului de energie electrică de la centrală la centrul de consum, doar 109,4 MW (62,4 MW putere fermă). Valoare mult mai mică decât capacitatea nominală de 250 MW.

Itaipu

Hidrocentrala Itaipu este considerată a doua cea mai mare centrală din lume, cu o capacitate instalată de 14 mii MW, și este a doua după Cheile Três, în China, cu 18.200 MW. Construită pe râul Paraná și situată la granița dintre Brazilia și Paraguay, este o plantă binațională, deoarece aparține ambelor țări. Energia generată de Itaipu care furnizează Brazilia corespunde cu jumătate din puterea sa totală (7.000 MW), ceea ce echivalează cu 16,8% din energia consumată în Brazilia, iar cealaltă jumătate din putere este folosită de Paraguay și corespunde cu 75% din energia din Paraguay. Consumul de energie.

Tucuruí

Uzina Tucuruí a fost construită pe râul Tocantins, în Pará, și are o capacitate instalată echivalentă cu 8.370 MW.

Belo Monte

Hidrocentrala Belo Monte, situată în municipiul Altamira, la sud-vest de Pará și inaugurată de președintele Dilma Roussef, a fost construită pe râul Xingu. Centrala este cea mai mare centrală hidroelectrică 100% la nivel național și a treia ca mărime din lume. Cu o capacitate instalată de 11.233,1 Megawați (MW). Aceasta înseamnă încărcare suficientă pentru a deservi 60 de milioane de oameni în 17 state, ceea ce reprezintă aproximativ 40% din consumul rezidențial pe întreg teritoriul țării.Capacitatea de producție instalată echivalentă este de 11 mii MW, cu alte cuvinte, cea mai mare centrală din punct de vedere al capacității instalate a țării. , luând locul fabricii de la Tucuruí ca cea mai mare fabrică 100% națională. Belo Monte este, de asemenea, a treia centrală hidroelectrică ca mărime din lume, după Três Gargantas și, respectiv, Itaipu.

Multe probleme gravitează în jurul construcției centralei Belo Monte. În ciuda faptului că are o capacitate instalată de 11.000 MW, potrivit Ministerului Mediului, puterea fermă a centralei corespunde la 4.500 MW, adică doar 40% din puterea totală. Întrucât este construit într-o regiune amazoniană, Belo Monte are potențialul de a emite concentrații mari de metan și dioxid de carbon. Toate acestea fără a lua în calcul impactul mare asupra vieții populațiilor tradiționale și impactul mare asupra faunei și florei. Un alt factor este că construcția sa beneficiază mai ales companiile, nu populația. Aproximativ 80% din energie electrică este destinată companiilor din Centrul-Sud al țării.

Aplicabilitate

În ciuda impacturilor sociale și de mediu negative menționate, energia hidroelectrică are avantaje în comparație cu sursele de energie neregenerabile precum combustibilii fosili. În ciuda faptului că contribuie la emisia de metan și dioxid de sulf, hidrocentralele nu emit și nu eliberează alte tipuri de gaze toxice, precum cele expirate de centralele termoelectrice - foarte dăunătoare mediului și sănătății umane.

Cu toate acestea, sunt mai evidente dezavantajele hidrocentralelor în comparație cu alte surse regenerabile de energie precum solarul și eolianul, care au un impact redus asupra mediului în comparație cu impactul cauzat de hidrocentrale. Problema este încă viabilitatea noilor tehnologii. O alternativă de reducere a impacturilor legate de producția de energie hidroelectrică este construcția de hidrocentrale mici, care nu necesită construirea de rezervoare mari.

• Ce este energia solară, avantaje și dezavantaje
• Ce este energia eoliană?

În plus, barajele au o durată de viață utilă de aproximativ 30 de ani, ceea ce pune sub semnul întrebării viabilitatea lor pe termen lung.

Studiul „Sustainable Hydropower in the 21st Century”, realizat de Universitatea de Stat din Michigan, atrage atenția asupra faptului că marile baraje hidroelectrice ar putea deveni o sursă și mai puțin sustenabilă de energie în fața schimbărilor climatice.

Este necesar să se ia în considerare costurile reale ale energiei hidroelectrice, nu numai costurile economice și de infrastructură, ci și costurile sociale, de mediu și culturale.