Hulpbronnen voor waterkracht hebben een eindige waarde, hoewel ze als hernieuwbaar worden beschouwd. Ze zijn nationale rijkdom, zoals olie, gas of andere mineralen, en er moet zorgvuldig en bedachtzaam mee worden omgegaan.
Waterkracht
Zelfs in de oudheid merkten mensen dat water dat van boven naar beneden v alt, bepaald werk kan doen, zoals het draaien van een wiel. Deze eigenschap van vallend water begon te worden gebruikt om de wielen van de molen in beweging te zetten. Zo verschenen de eerste watermolens, die tot op de dag van vandaag bijna in hun oorspronkelijke vorm bewaard zijn gebleven. De watermolen is de eerste waterkrachtcentrale.
In de fabrieksproductie, die zijn oorsprong vond in de 17e eeuw, werden ook waterwielen gebruikt, en in de 18e eeuw waren er bijvoorbeeld al ongeveer drieduizend van dergelijke fabrieken in Rusland. Het is bekend dat de krachtigste installaties van dergelijke wielen werden gebruikt in de Krenholm-fabriek (Narova-rivier). De waterwielen hadden een diameter van 9,5 meter en ontwikkelden tot 500 pk.
Waterkrachtbronnen: definitie, voor- en nadelen
In de 19eeeuw na de waterraderen verschenen hydroturbines en daarna elektrische machines. Dit maakte het mogelijk om de energie van vallend water om te zetten in elektrische energie en deze vervolgens over een bepaalde afstand door te geven. In het tsaristische Rusland waren er in 1913 ongeveer 50.000 eenheden uitgerust met hydroturbines die elektriciteit opwekten.
Dat deel van de energie van rivieren dat kan worden omgezet in elektrische energie, wordt waterkrachtbronnen genoemd, en het apparaat dat de energie van vallend water omzet in elektrische energie, wordt een waterkrachtcentrale (HPP) genoemd. Het apparaat van de energiecentrale omvat noodzakelijkerwijs een hydraulische turbine, die een elektrische generator in rotatie aandrijft. Om de stroom van vallend water te verkrijgen, omvat de bouw van een energiecentrale de bouw van dammen en reservoirs.
Voordelen van het gebruik van waterkracht:
- De energie van de rivier is hernieuwbaar.
- Geen milieuvervuiling.
- Het blijkt goedkope elektriciteit.
- Klimatologische omstandigheden in de buurt van het stuwmeer verbeteren.
Nadelen van het gebruik van waterkracht:
- Een stuk land onder water laten lopen om een reservoir te bouwen.
- Veel ecosystemen langs de rivierbedding veranderen, vispopulaties verminderen, broedplaatsen voor vogels verstoren, rivieren vervuilen.
- Gevaar voor bouwen in bergachtig gebied.
Het concept van waterkrachtpotentieel
Om de waterkrachtbronnen van een rivier, land of de hele planeet op de wereld te beoordelenEnergy Conference (MIREC) definieerde het waterkrachtpotentieel als de som van de capaciteiten van alle delen van het beschouwde grondgebied die kunnen worden gebruikt om elektriciteit op te wekken. Er zijn verschillende soorten waterkrachtpotentieel:
- Bruto potentieel, wat staat voor potentiële waterkrachtbronnen.
- Technisch potentieel is dat deel van het bruto potentieel dat technisch kan worden benut.
- Economisch potentieel is dat deel van het technische potentieel waarvan het gebruik economisch haalbaar is.
De theoretische kracht van een bepaalde waterstroom wordt bepaald door de formule
N (kW)=9, 81QH, waarbij Q de waterstroomsnelheid is (m3/sec); H is de hoogte van de waterval (m).
De krachtigste waterkrachtcentrale ter wereld
Op 14 december 1994 begon in China, aan de Yangtze-rivier, de bouw van de grootste waterkrachtcentrale, de Three Gorges genaamd. In 2006 werd de bouw van de dam voltooid en werd de eerste waterkrachtcentrale gelanceerd. Deze waterkrachtcentrale zou de centrale waterkrachtcentrale in China worden.
Het uitzicht op de dam van dit station lijkt op het ontwerp van de waterkrachtcentrale van Krasnoyarsk. De hoogte van de dam is 185 meter en de lengte is 2,3 km. In het midden van de dam bevindt zich een overlaat die is ontworpen om 116.000 m3 water per seconde af te voeren, dat wil zeggen, vanaf een hoogte van ongeveer 200 m v alt meer dan 100 ton water in één seconde.
De Yangtze-rivier, waarop de waterkrachtcentrale Three Gorges is gebouwd, is een van de meestmachtige rivieren van de wereld. De bouw van een waterkrachtcentrale op deze rivier maakt het mogelijk gebruik te maken van de natuurlijke waterkrachtbronnen van het gebied. Beginnend in Tibet, op een hoogte van 5600 m, krijgt de rivier een aanzienlijk waterkrachtpotentieel. De meest aantrekkelijke plaats voor de bouw van de dam bleek de Three Gorges-regio te zijn, waar de rivier uit de bergen de vlakte in breekt.
HPP-ontwerp
De Three Gorges Hydropower Plant heeft drie krachtcentrales met 32 waterkrachtcentrales, elk met een capaciteit van 700 MW, en twee waterkrachtcentrales met een capaciteit van 50 MW. De totale capaciteit van de HPP is 22,5 GW.
Als resultaat van de bouw van de dam werd een stuwmeer gevormd met een inhoud van 39 km3. De bouw van de dam resulteerde in de verhuizing van inwoners van twee steden met een totale bevolking van 1,24 miljoen mensen naar een nieuwe plek. Daarnaast zijn 1.300 archeologische objecten uit het overstromingsgebied verwijderd. Aan alle voorbereidingen voor de bouw van de dam werd 11,25 miljard dollar uitgegeven. De totale kosten van de bouw van de waterkrachtcentrale Three Gorges bedragen $ 22,5 miljard.
De constructie van deze waterkrachtcentrale zorgt correct voor de navigatie, bovendien is na de bouw van het reservoir de stroom vrachtschepen 5 keer toegenomen.
Passagiersschepen passeren de scheepslift, waardoor schepen met een gewicht van niet meer dan 3.000 ton kunnen passeren. Twee lijnen van vijftraps sluizen werden gebouwd voor de doorgang van vrachtschepen. In dit geval moet het gewicht van de schepen minder zijn dan 10.000 ton.
Yangtze HPP Cascade
De water- en waterkrachtbronnen van de Yangtze-rivier maken het mogelijk om hierop voort te bouwende rivier heeft meer dan één waterkrachtcentrale, die in China is opgezet. Boven de driekloven waterkrachtcentrale werd een hele cascade van waterkrachtcentrales gebouwd. Dit is de krachtigste cascade van waterkrachtcentrales met een capaciteit van meer dan 80 GW.
De constructie van de cascade vermijdt verstopping van het Three Gorges-reservoir, omdat het erosie in de rivierbedding stroomopwaarts van de waterkrachtcentrale vermindert. Daarna is er minder slib om in het water mee te nemen.
Bovendien stelt de HPP-cascade u in staat om de waterstroom naar de Three Gorges HPP te regelen en een uniforme stroomopwekking te krijgen.
Itaipu aan de rivier de Parana
Paraná betekent "zilveren rivier", het is de op een na grootste rivier in Zuid-Amerika en heeft een lengte van 4380 km. Deze rivier stroomt door zeer harde grond en overwint deze en creëert onderweg stroomversnellingen en watervallen. Deze omstandigheid wijst op gunstige voorwaarden voor de bouw van waterkrachtcentrales hier.
De Itaipu HPP is gebouwd aan de rivier de Parana, 20 km van de stad Foz do Iguacu in Zuid-Amerika. Qua vermogen staat deze waterkrachtcentrale op de tweede plaats na de Three Gorges HPP. Gelegen op de grens van Brazilië en Paraguay, levert de Itaipu HPP volledige elektriciteit aan Paraguay en 20% aan Brazilië.
De bouw van de waterkrachtcentrale begon in 1970 en eindigde in 2007. Er zijn tien generatoren van 700 MW geïnstalleerd aan de kant van Paraguay en hetzelfde aantal aan de Braziliaanse kant. Omdat er een tropisch bos was rond de waterkrachtcentrale, dat onderhevig was aan overstromingen, werden de dieren van deze plaatsen verplaatst naar andere gebieden. De lengte van de dam is 7240 meter,en de hoogte is 196 m, de bouwkosten worden geschat op 15,3 miljard dollar. HPP-capaciteit is 14.000 GW.
Russische waterkrachtbronnen
De Russische Federatie heeft een groot water- en energiepotentieel, maar de waterkrachtbronnen van het land zijn extreem ongelijk verdeeld over haar grondgebied. 25% van deze hulpbronnen bevindt zich in het Europese deel, 40% - in Siberië en 35% - in het Verre Oosten. In het Europese deel van de staat wordt volgens deskundigen het waterkrachtpotentieel gebruikt door 46% en wordt het volledige waterkrachtpotentieel van de staat geschat op 2500 miljard kWh. Dit is het tweede resultaat in de wereld na China.
Bronnen van waterkracht in Siberië
Siberië heeft enorme reserves aan waterkracht, vooral Oost-Siberië is rijk aan waterkrachtbronnen. De rivieren Lena, Angara, Yenisei, Ob en Irtysh stromen daar. Het waterkrachtpotentieel van deze regio wordt geschat op 1.000 miljard kWh.
Sayano-Shushenskaya HPP genoemd naar P. S. Neporozhny
Het vermogen van deze waterkrachtcentrale is 6400 MW. Dit is de krachtigste waterkrachtcentrale in de Russische Federatie en staat op de 14e plaats op de wereldranglijst.
Het gedeelte van de Yenisei, dat de Sayan-corridor wordt genoemd, is gunstig voor de bouw van waterkrachtcentrales. Hier stroomt de rivier door het Sayan-gebergte en vormt zich veel stroomversnellingen. Het was op deze plaats dat de Sayano-Shushenskaya HPP werd gebouwd, evenals andere HPP's die een cascade vormen. De Sayano-Shushenskaya HPP is de hoogste trede in deze waterval.
De bouw werd uitgevoerd van 1963 tot 2000. stationsontwerpbestaat uit een dam met een hoogte van 245 meter en een lengte van 1075 meter, een elektriciteitscentralegebouw, een schakelinstallatie en een overlaatconstructie. Er zijn 10 hydraulische units met elk een capaciteit van 640 MW in het HPP-gebouw.
Het reservoir dat is gevormd na de bouw van de dam heeft een volume van meer dan 30 km3 en de totale oppervlakte is 621 km2.
Grote HPP's van de Russische Federatie
De waterkrachtbronnen van Siberië worden momenteel door 20% gebruikt, hoewel hier veel vrij grote waterkrachtcentrales zijn gebouwd. De grootste daarvan is de Sayano-Shushenskaya HPP, gevolgd door de volgende waterkrachtcentrales:
- Krasnoyarskaya HPP met een capaciteit van 6000 MW (op de Yenisei). Het heeft een scheepslift, de enige tot nu toe in de Russische Federatie.
- Bratskaya HPP met een capaciteit van 4500 MW (bij de Angara).
- Ust-Ilimskaya HPP met een capaciteit van 3840 MW (aan de Angara).
Het Verre Oosten heeft het minst ontwikkelde potentieel. Volgens experts wordt het waterkrachtpotentieel van deze regio door 4% benut.
Bronnen van waterkracht in West-Europa
In West-Europese landen wordt het waterkrachtpotentieel bijna volledig benut. Als het ook nog vrij hoog is, dan voorzien dergelijke landen zichzelf volledig van elektriciteit uit waterkrachtcentrales. Dit zijn landen als Noorwegen, Oostenrijk en Zwitserland. Noorwegen staat op de eerste plaats in de wereld in de productie van elektriciteit per inwoner van het land. In Noorwegen is dit 24.000 kWh per jaar en 99,6% van deze energie wordt geproduceerd door waterkrachtcentrales.
Waterkrachtpotentialenverschillende landen van West-Europa verschillen sterk van elkaar. Dit komt door verschillende terreinomstandigheden en verschillende afvoervorming. 80% van het totale waterkrachtpotentieel van Europa is geconcentreerd in bergen met hoge stroomsnelheden: het westelijke deel van Scandinavië, de Alpen, het Balkan-schiereiland en de Pyreneeën. Het totale waterkrachtpotentieel van Europa bedraagt 460 miljard kWh per jaar.
De brandstofreserves in Europa zijn erg klein, dus de energiebronnen van de rivieren zijn zeer sterk ontwikkeld. In Zwitserland worden deze middelen bijvoorbeeld ontwikkeld met 91%, in Frankrijk - met 92%, in Italië - met 86% en in Duitsland - met 76%.
HPP Cascade op de Rijn
Op deze rivier is een cascade van waterkrachtcentrales gebouwd, bestaande uit 27 waterkrachtcentrales met een totale capaciteit van ongeveer 3.000 MW.
Een van de stations werd gebouwd in 1914. Dit is HPP Laufenburg. Het onderging tweemaal een verbouwing, waarna het vermogen 106 MW bedraagt. Bovendien behoort het station tot de architecturale monumenten en is het een nationale schat van Zwitserland.
HPP Rheinfelden is een moderne waterkrachtcentrale. De lancering vond plaats in 2010 en de capaciteit is 100 MW. Het ontwerp omvat 4 hydraulische units van elk 25 MW. Deze waterkrachtcentrale is gebouwd ter vervanging van de oude centrale uit 1898. Het oude station wordt momenteel gerenoveerd.
Bronnen van waterkracht in Afrika
De waterkrachtbronnen van Afrika zijn te danken aan de rivieren die door zijn grondgebied stromen: de Congo, de Nijl, de Limpopo, de Niger en de Zambezi.
Congo Rivierheeft een aanzienlijk hydro-elektrisch potentieel. Een deel van de loop van deze rivier heeft een waterval van watervallen die bekend staat als de Inga Rapids. Hier da alt de waterstroom van 100 meter hoogte met een snelheid van 26.000 m3 per seconde. In dit gebied werden 2 waterkrachtcentrales gebouwd: "Inga-1" en "Inga-2".
De regering van de Democratische Republiek Congo heeft in 2002 het project goedgekeurd voor de bouw van het Big Inga-complex, dat voorziet in de wederopbouw van de bestaande waterkrachtcentrales Inga-1 en Inga-2 en de bouw van de derde - Inga-3. Na de uitvoering van deze plannen werd besloten om het grootste Bolshaya Inga-complex ter wereld te bouwen.
Dit project was het onderwerp van discussie op de International Energy Conference. Rekening houdend met de staat van Afrika's water- en waterkrachtbronnen, keurden vertegenwoordigers van het bedrijfsleven en regeringen uit Midden- en Zuid-Afrika, die aanwezig waren op de conferentie, dit project goed en stelden de parameters vast: de capaciteit van de "Big Inga" werd vastgesteld op 40.000 MW, dat is meer dan de krachtigste waterkrachtcentrale " Three Gorges "bijna 2 keer. De ingebruikname van het HPP is gepland voor 2020 en de bouwkosten zullen naar verwachting $ 80 miljard bedragen.
Zodra het project is voltooid, wordt de DRC de grootste elektriciteitsleverancier ter wereld.
Noord-Afrikaans elektriciteitsnet
Noord-Afrika ligt langs de kust van de Middellandse Zee en de Atlantische Oceaan. Deze regio van Afrika wordt de Maghreb of het Arabische Westen genoemd.
Waterkrachtbronnen in Afrika zijn ongelijk verdeeld. In het noorden van het continent ligt de heetste woestijn ter wereld - de Sahara. Dit gebied kampt met een tekort aan water, dus het is een grote opgave om deze regio's van water te voorzien. De oplossing is om reservoirs te bouwen.
De eerste reservoirs verschenen in de Maghreb in de jaren '30 van de vorige eeuw, daarna werden er veel gebouwd in de jaren '60, maar vooral intensieve bouw begon in de 21e eeuw.
Noord-Afrika's waterkrachtbronnen worden voornamelijk bepaald door de rivier de Nijl. Dit is de langste rivier ter wereld. In de jaren 60 van de vorige eeuw is op deze rivier de Aswandam gebouwd, waarna een enorm stuwmeer is gevormd, ongeveer 500 km lang en ongeveer 9 km breed. Het vullen van het reservoir met water vond plaats gedurende 5 jaar van 1970 tot 1975.
De Aswandam is gebouwd door Egypte in samenwerking met de Sovjet-Unie. Dit was een internationaal project, waardoor het mogelijk is om tot 10 miljard kWh elektriciteit per jaar op te wekken, het waterpeil in de Nijl bij overstromingen te beheersen en langdurig water in het stuwmeer te accumuleren. Een netwerk van kanalen die velden irrigeren, divergeert van het stuwmeer, en oases verschenen op de plaats van de woestijn, steeds meer gebieden worden gebruikt voor landbouw. De water- en waterkrachtbronnen van Noord-Afrika worden met maximale efficiëntie gebruikt.
Het waterkrachtpotentieel van de wereld delen
- Azië - 42%.
- Afrika - 21%.
- Noord-Amerika - 12%.
- Zuid-Amerika - 13%.
- Europa - 9%.
- Australië en Oceanië – 3%
Globaal waterkrachtpotentieel geschat op 10 biljoen kWh elektriciteit.
De 20e eeuw kan de eeuw van waterkracht worden genoemd. De 21e eeuw brengt zijn eigen toevoegingen aan de geschiedenis van deze industrie. De wereld heeft meer aandacht voor pompcentrales (PSPP's) en getijdencentrales (TPP's), die de kracht van zeegetijden gebruiken om elektrische energie op te wekken. Ontwikkeling van waterkracht gaat door.
