Vodná elektráreň: čo to je a ako to funguje

Výstavba vodnej elektrárne má nezvratné sociálno-environmentálne dopady

Vodná elektráreň

Dan Meyers na obrázku Unsplash

Vodná elektráreň je tvorená súborom prác a zariadení používaných na výrobu elektrickej energie pomocou využitia hydraulického potenciálu v rieke. Túto silu zaisťuje tok rieky a koncentrácia existujúcich nerovností pozdĺž jej toku, ktoré môžu byť prírodné alebo budované vo forme priehrad alebo odklonením rieky od jej prirodzeného koryta do vodných nádrží. Napriek využívaniu obnoviteľného zdroja energie na výrobu elektriny spôsobuje vodná elektráreň nezvratné sociálne a environmentálne vplyvy v regióne, kde je inštalovaná.

Čo je to vodná elektráreň?

Vodná elektráreň je inžinierska práca, ktorá využíva na výrobu elektriny silu vody. Tiež známa ako vodná elektráreň alebo vodná elektráreň, je to veľká stavba, ktorá využíva pohyb riek na získanie elektriny. Inštalácia vodnej elektrárne si však vyžaduje zložité inžinierske práce, ktoré majú na lokalitu niekoľko sociálno-environmentálnych vplyvov.

Ako funguje vodná elektráreň?

Na výrobu elektriny vo vodnej elektrárni je potrebné, aby došlo k integrácii medzi tokom rieky, nerovnosťou terénu a množstvom vody, ktorá je k dispozícii. Stručne povedané, voda, ktorá je uložená v nádrži, je usmerňovaná a vedená do veľkých turbín. Tok tejto vody spôsobí, že sa turbíny otočia a naštartujú generátory, ktoré budú vyrábať elektrinu.

Dochádza tak k premene mechanickej energie z pohybu vody na elektrickú. Po premene na elektrickú energiu transformátory zvyšujú napätie tejto energie, čo jej umožňuje prechádzať prenosovými prúdmi a dostať sa do zariadení, ktoré elektrickú energiu potrebujú.

Systém vodnej elektrárne pozostáva z:

Priehrada

Účelom priehrady je prerušiť prirodzený cyklus rieky a vytvoriť vodnú nádrž. Okrem ukladania tohto zdroja vytvára nádrž vodnú medzeru, zachytáva vodu v dostatočnom objeme na výrobu elektriny a reguluje tok riek v období dažďov a sucha.

Systém prívodu vody (addukcie)

Tento systém pozostáva z tunelov, kanálov a kovových potrubí, ktoré odvádzajú vodu do elektrárne.

Powerhouse

V tejto časti systému sú umiestnené turbíny spojené s generátorom. Tento prístroj umožňuje pohybu turbín premeniť kinetickú energiu pohybu vody na elektrickú. Existuje niekoľko typov turbín, z ktorých hlavné sú pelton, kaplan, francis a žiarovka. Najvhodnejšia turbína pre každú vodnú elektráreň závisí od výšky pádu a prietoku rieky.

Únikový kanál

Po prechode turbínami sa voda vracia únikovým kanálom do prirodzeného koryta rieky. Únikový kanál sa nachádza medzi elektrárňou a riekou a jej veľkosť závisí od veľkosti elektrárne a príslušnej rieky.

Prepad

Prepad umožňuje prepúšťanie vody, ak hladina nádrže presahuje odporúčané limity, ktoré sa bežne vyskytujú v dažďoch. Prepad sa otvorí, keď je narušená výroba elektriny, pretože hladina vody je nad ideálnou úrovňou; alebo aby sa zabránilo pretečeniu a záplavám okolo rastliny, bežné udalosti vo veľmi daždivých obdobiach.

Typy vodných elektrární

Závod

Aby sa zabránilo stratám spôsobeným výstavbou tradičných vodných elektrární, boli vytvorené prietokové elektrárne, udržateľnejšia alternatíva, ktorá nevyužíva veľké vodné nádrže, čo zmenšuje štruktúru priehrad a veľkosť povodní. V tomto modeli sa sila prúdu riek používa na výrobu energie bez toho, aby bolo potrebné akumulovať vodu.

Rastliny ako Santo Antônio a Jirau na rieke Madeira a Belo Monte v Pará majú svoje štruktúry založené na koncepcii toku rieky. Napriek tomu, že nevyžadujú veľké nádrže, udržiavajú si tieto rastliny minimálnu rezervu, aby bola zaručená ich prevádzka a stabilita.

Napriek tomu, že prevádzka na brehu rieky má socioenvironmentálne výhody, znižuje energetickú bezpečnosť krajiny. Je to preto, že v obdobiach dlhodobého sucha môže týmto štruktúram dochádzať voda na výrobu elektriny, pretože ich malé nádrže neumožňujú dlhodobú prevádzku.

Podľa odborníkov je alternatívou na vyrovnanie obmedzeného potenciálu týchto závodov investícia do doplnkových zdrojov. Preto v obdobiach, keď sú vodné elektrárne na riečnom toku prevádzkované s nízkou kapacitou, je možné využívať výrobu energie z veterných alebo slnečných zdrojov, čím sa zaručuje dodávka energie a vyváženie vplyvov každej z nich.

Rastliny s akumulačnými nádržami

Vodné elektrárne s akumulačnými nádržami akumulujú vodu a regulujú jej činnosť tak, aby vyhovovali energetickým požiadavkám. Skladovacia kapacita sa získava pomocou priehrady umiestnenej pred elektrárňou a v závislosti od jej kapacity sa hovorí o sezónnej, ročnej a nadročnej regulácii.

Vodné elektrárne v Brazílii

Brazília je po Kanade a USA tretím najväčším producentom vodnej energie na svete. Okrem toho je to tiež tretia krajina s najväčším hydraulickým potenciálom za Ruskom a Čínou. Asi 90% elektriny vyrobenej v Brazílii pochádza z vodných elektrární.

V Brazílii je rozptýlených niečo cez 100 vodných elektrární. Medzi nimi päť vyniká schopnosťou vyrábať elektrinu:

  • Vodná elektráreň Itaipu Binacional: nachádza sa na rieke Paraná, pokrýva časť štátu Paraná a časť Paraguay;
  • Vodná elektráreň Belo Monte: nachádza sa na rieke Xingu v Pará;
  • Vodná elektráreň Tucuruí: nachádza sa na rieke Tocantins, tiež v štáte Pará;
  • Vodná elektráreň Jirau: nachádza sa na rieke Madeira v Rondônii;
  • Hydroelektráreň Santo Antônio: nachádza sa na rieke Madeira, tiež v Rondônii.

Kuriozity

  • Najväčšou vodnou elektrárňou na svete je závod Tri rokliny, ktorý sa nachádza v Číne;
  • Americká spoločnosť stavebných inžinierov (ASCE) považovala závod v Itaipu za jeden zo „siedmich divov moderného sveta“. Je to druhá najväčšia vodná elektráreň na svete a produkuje 20% brazílskeho dopytu a 95% paraguajského dopytu po elektrine;
  • Asi 20% celosvetovo vyrobenej elektrickej energie pochádza z vodných elektrární.

Sociálno-environmentálne vplyvy vodnej elektrárne

Aj keď sa hydroelektrická energia považuje za obnoviteľný zdroj energie, Aneelova správa poukazuje na to, že jej účasť na svetovej elektrickej matici je malá a stáva sa ešte menšou. Takýto rastúci nezáujem by bol podľa správy výsledkom negatívnych externalít vyplývajúcich z realizácie projektov tohto rozsahu.

Jedným z negatívnych dopadov realizácie vodnej elektrárne je zmena, ktorá spôsobuje spôsob života obyvateľov žijúcich v regióne. Je dôležité poznamenať, že týmito komunitami sú často ľudské skupiny identifikované ako tradičné populácie (pôvodné obyvateľstvo, quilomboly, amazonské spoločenstvá pri rieke a ďalšie), ktorých prežitie závisí od využitia zdrojov z miesta, kde žijú, najmä z riek, a ktoré majú väzby kultúrny poriadok s územím.

Je energia vyrobená vo vodnej elektrárni čistá?

Napriek tomu, že sa výroba vodnej energie považuje za čistý zdroj energie, prispieva k emisiám oxidu uhličitého a metánu, dvoch plynov, ktoré zosilňujú globálne otepľovanie.

Emisia oxidu uhličitého (CO2) je spôsobená rozkladom stromov, ktoré zostávajú nad vodnou hladinou v nádržiach, a k uvoľňovaniu metánu (CH4) dochádza rozkladom organických látok nachádzajúcich sa na dne nádrže. So zvyšujúcim sa vodným stĺpcom sa zvyšuje aj koncentrácia metánu (CH4). Keď voda dosiahne turbíny elektrárne, rozdiel v tlaku spôsobí uvoľnenie metánu do atmosféry. Metán sa tiež uvoľňuje do vodnej cesty prepadom rastliny, keď sa okrem zmeny tlaku a teploty voda rozprašuje po kvapkách.

Pretože metán nie je zabudovaný do procesov fotosyntézy, považuje sa za škodlivejší pre globálne otepľovanie v porovnaní s oxidom uhličitým. Je to tak preto, lebo veľká časť emitovaného oxidu uhličitého je neutralizovaná absorpciami, ktoré sa vyskytujú v zásobníku.

Poškodenie fauny a flóry

Hlavné vplyvy výstavby vodnej elektrárne na miestnu faunu a flóru sú:

  • Ničenie prírodnej vegetácie;
  • Zanášanie koryta rieky;
  • Zrútenie bariér;
  • Vymieranie druhov rýb v dôsledku interferencie s migračnými a reprodukčnými procesmi (piracema);
  • Okyslenie vody, ak plocha, ktorá sa má používať ako rezervoár rastliny, nie je správne vyčistená;
  • Strata pôvodnej vodnej a suchozemskej flóry a fauny;
  • Výskyt seizmických aktivít v dôsledku hmotnosti vody na podložnom skalnom podklade;
  • Zmeny vody v nádrži súvisiace s teplotou, okysličením (rozpustený kyslík) a pH (výskyt okyslenia);
  • Znečistenie vody, kontaminácia a zavedenie toxických látok do nádrží tokom pesticídov, herbicídov a fungicídov z už existujúcich plantáží v zaplavenej oblasti;
  • Zavádzanie exotických druhov do nádrží, ktoré nie sú v rovnováhe s rozvodnými ekosystémami;
  • Odstránenie lužného lesa;
  • Zvýšenie lovu predátormi, profesionálnymi rybármi alebo voľnočasovými aktivitami;
  • Zavedenie fyzickej bariéry, ktorá zabráni sezónnemu sťahovaniu druhov a naruší rovnováhu ekosystému;
  • Pokles sekvestrácie uhlíka zaplavenou vegetáciou, čo prispieva k zvýšeniu skleníkového efektu.

Strata pôdy

Pôda v zaplavenej oblasti sa stane nepoužiteľnou na iné účely. Toto sa stáva ústredným problémom v prevažne rovinatých regiónoch, ako je napríklad oblasť Amazonky. Pretože sila zariadenia je daná vzťahom medzi tokom rieky a nerovnosťou terénu, musí byť v prípade, že terén má malé nerovnosti, uskladnené väčšie množstvo vody, čo znamená rozsiahlu vodnú plochu.

Zmeny v hydraulickej geometrii rieky

Rieky majú tendenciu mať dynamickú rovnováhu medzi prietokom, priemernou rýchlosťou vody, zaťažením sedimentov a morfológiou koryta. Stavba nádrží ovplyvňuje túto rovnováhu a následne spôsobuje zmeny hydrologického a sedimentárneho poriadku nielen v mieste priehrady, ale aj v jej okolí a v koryte pod priehradou.

Týmto spôsobom sa tvorba vodných nádrží na vodné rastliny spravidla dostáva k úrodnejším pôdam a ornej pôde a okrem zmien vo vodných ekosystémoch a ničenia flóry a fauny rozkladá miestne obyvateľstvo, ktoré stráca svoje historické charakteristiky, kultúrnu identitu a svoje vzťahy s miestom. fauny.