הידרואלקטריה - Hydroelectricity

ה שלושה סכרים יפים במרכז סין היא הגדולה בעולם מתקן לייצור חשמל מכל סוג שהוא.
חלק האנרגיה העיקרית מההספק ההידרואלקטרי (2018)

הידרואלקטריה הוא ייצור חשמל מ כוח הידראולי. בשנת 2015 ייצור אנרגיה מימית 16.6% מסך החשמל העולמי ו- 70% מכלל החשמל חשמל מתחדש,[1] והיה צפוי לגדול בכ -3.1% בכל שנה במשך 25 השנים הבאות.

אנרגיה מימית מיוצרת ב -150 מדינות, עם אסיה פסיפיק אזור המייצר 33 אחוז מהכוח הימי העולמי בשנת 2013. חרסינה הינה היצרנית הגדולה ביותר בהידרואלקטריה, עם 920 TWh הייצור בשנת 2013, המהווה 16.9% משימוש בחשמל ביתי.

עלות ההידרואלקטריה נמוכה יחסית, מה שהופך אותה למקור תחרותי לחשמל מתחדש. תחנת ההידרו לא צורכת מים, בניגוד לתחנות פחם או גז. העלות האופיינית לחשמל מתחנת הידרו הגדולה מ -10 מגה וואט הוא 3 עד 5 סנטים אמריקאים לְכָל קילוואט שעה.[2] עם סכר ומאגר זה גם מקור גמיש לחשמל, מכיוון שהכמות שמייצרת התחנה יכולה להיות מגוונת במהירות גבוהה או מטה (מעט שניות ספורות) כדי להתאים לדרישות האנרגיה המשתנות. לאחר הקמת מתחם הידרואלקטרי, הפרויקט לא מייצר פסולת ישירה, ובדרך כלל יש לו תפוקה נמוכה משמעותית של גזי חממה מאשר תחנות כוח פוטו וולטאיות ובוודאי דלק מאובנים מפעלי אנרגיה מונעים (ראה גם פליטת גזי חממה ממחזור החיים של מקורות אנרגיה ).[3] עם זאת, כאשר נבנו בשפלה יערות גשם באזורים שבהם יש צורך בהצפה של חלק מהיער, הם יכולים לפלוט כמויות משמעותיות של גזי חממה. הקמת מתחם הידרואלקטרי עלולה לגרום להשפעה סביבתית משמעותית, בעיקר באובדן אדמה חקלאית ועקירת אוכלוסייה. הם גם משבשים את האקולוגיה הטבעית של הנהר המעורב, ומשפיעים על בתי גידול ומערכות אקולוגיות ועל דפוסי ההטבעה והסחף. סכרים אמנם יכולים לשפר את סיכוני ההצפה, אך הם מכילים גם סיכון כשל בסכר, שעלול להיות קטסטרופלי.

הִיסטוֹרִיָה

תחנת כוח הידרואלקטרית במוזיאון ″ מתחת לעיר ″ ב סרביה, נבנה בשנת 1900.[4]

אנרגיה מימית שימשה עוד מימי קדם לטחינת קמח ולביצוע משימות אחרות. בסוף המאה ה -18 כוח הידראולי סיפק את מקור האנרגיה הדרוש לתחילת המאה ה -20 מהפכה תעשייתית. באמצע שנות ה -70, מהנדס צרפתי ברנרד פורסט דה בלידור יצא לאור אדריכלות הידראוליקה, שתיאר מכונות הידראוליות עם ציר אנכי ואופקי, ובשנת 1771 ריצ'רד ארקרייט השילוב של כוח מים, ה מסגרת מים, ו ייצור מתמשך מילא חלק משמעותי בפיתוח מערכת המפעלים, עם נוהלי העסקה מודרניים.[5] בשנות ה -40 של המאה ה -20 רשת כוח הידראולית פותחה כדי לייצר ולהעביר כוח הידרו למשתמשי הקצה. בסוף המאה ה -19, גנרטור חשמלי פותח וכעת ניתן היה לשלב אותו עם הידראוליקה.[6] הביקוש הגובר הנובע מה- מהפכה תעשייתית יניע גם את הפיתוח.[7] בשנת 1878 פותחה תוכנית הכוח ההידרואלקטרית הראשונה בעולם Cragside ב נורת'מברלנד, אנגליה מאת ויליאם ארמסטרונג. הוא שימש להפעלת יחיד מנורת קשת בגלריה לאמנות שלו.[8] הישן תחנת הכוח מס '1 של שולקופף, ארה"ב, ליד מפלי הניאגרה, החל לייצר חשמל בשנת 1881. הראשון אדיסון תחנת הכוח הידרואלקטרית, מפעל רחוב וולקן החל לפעול ב- 30 בספטמבר 1882 בשנת אפלטון, ויסקונסין, בהספק של כ 12.5 קילוואט.[9] ב- 1886 היו 45 תחנות כוח הידרואלקטריות בארצות הברית ובקנדה; ובשנת 1889 היו 200 בארצות הברית בלבד.[6]

ה טירת וורוויק בית גנרטורים מונע מים, המשמש לייצור חשמל לטירה משנת 1894 ועד 1940

בתחילת המאה העשרים הוקמו תחנות כוח הידרואלקטריות רבות על ידי חברות מסחריות בהרים הסמוכים לאזורי מטרופולין. גרנובל, צרפת החזיקה את תערוכה בינלאומית של אנרגיה מימית ותיירות, עם למעלה ממיליון מבקרים. עד שנת 1920, כאשר 40% מההספק המיוצר בארצות הברית היה הידרואלקטרי חוק הכוח הפדרלי נחקק לחוק. החוק יצר את נציבות הכוח הפדרלית להסדרת תחנות כוח הידרואלקטריות על אדמות פדרליות ומים. ככל שתחנות הכוח גדלו, הסכרים הנלווים להן פיתחו מטרות נוספות, כולל בקרת שטפונות, השקיה ו ניווט. מימון פדרלי הפך להיות הכרחי לפיתוח רחב היקף, ותאגידים בבעלות פדרלית, כגון רשות עמק טנסי (1933) וה מינהל הכוח בבונוויל (1937) נוצרו.[7] בנוסף, ה- לשכת השיבה שהחל סדרה של פרויקטי השקיה במערב ארה"ב בתחילת המאה ה -20, הקים כעת פרויקטים גדולים של הידרואלקטריה כמו 1928 סכר הובר.[10] ה חיל המהנדסים של צבא ארצות הברית היה מעורב גם בפיתוח הידרואלקטרי, והשלים את סכר בונוויל בשנת 1937 והוכר על ידי חוק בקרת שיטפונות משנת 1936 בתור הסוכנות הפדרלית הבולטת לשליטה בשיטפונות[11]

תחנות כוח הידרואלקטריות המשיכו להיות גדולות יותר במהלך המאה ה -20. אנרגיה מימית נקראה פחם לבן.[12] סכר הובר הראשונית 1,345 מגוואט תחנת הכוח הייתה תחנת הכוח ההידרואלקטרית הגדולה בעולם בשנת 1936; הוא הושפע על ידי 6,809 מגוואט סכר גרנד קול בשנת 1942.[13] ה סכר איטאיפו נפתח בשנת 1984 בדרום אמריקה כגדול ביותר בהפקה 14 GW, אך עקף אותו בשנת 2008 על ידי שלושה סכרים יפים בסין ב 22.5 GW. הידרואלקטריה תספק בסופו של דבר כמה מדינות, כולל נורווגיה, הרפובליקה הדמוקרטית של קונגו, פרגוואי ו בְּרָזִיל, עם מעל 85% מהחשמל שלהם. בארצות הברית יש כיום מעל 2,000 תחנות כוח הידרואלקטריות המספקות 6.4% מסך תפוקת הייצור החשמלי שלה, שהם 49% מהחשמל המתחדש שלה.[7]

פוטנציאל עתידי

הפוטנציאל הטכני לפיתוח אנרגיה מימית ברחבי העולם גדול בהרבה מהייצור בפועל: אחוז יכולת האנרגיה הפוטנציאלית שלא פותחה הוא 71% באירופה, 75% בצפון אמריקה, 79% בדרום אמריקה, 95% באפריקה. , 95% במזרח התיכון, ו -82% באסיה ופסיפיק.[14] בשל המציאות הפוליטית של מאגרים חדשים במדינות המערב, המגבלות הכלכליות בעולם השלישי והיעדר מערכת הולכה באזורים לא מפותחים, אולי ניתן לפתח 25% מהפוטנציאל הנותר לנצל טכנית לפני 2050, כאשר עיקר זה באזור אסיה-פסיפיק. מדינות מסוימות פיתחו מאוד את פוטנציאל אנרגיה הידרו שלהן ויש להן מעט מאוד מקום לצמיחה: שוויץ מייצרת 88% מהפוטנציאל שלה ומקסיקו 80%.[14]

יצירת שיטות

חתך של סכר הידרואלקטרי קונבנציונאלי
אחסון שאוב
הפעלת נהר
שֶׁל גֵאוּת וְשֵׁפֶל

קונבנציונאלי (סכרים)

רוב הכוח ההידרואלקטרי מגיע מה- אנרגיה פוטנציאלית שֶׁל מסוגר נהיגת מים א טורבינת מים ו גֵנֵרָטוֹר. הכוח המופק מהמים תלוי בנפח ובהפרש הגובה בין המקור ליציאת המים. הפרש גובה זה נקרא רֹאשׁ. צינור גדול ("עט ") מספק מים מהארץ מאגר לטורבינה.[15]

אחסון שאוב

שיטה זו מייצרת חשמל כדי לספק דרישות שיא גבוהות על ידי העברת מים בין מאגרים בגבהים שונים. בתקופות של ביקוש חשמלי נמוך, נעשה שימוש בכושר הייצור העודף לשאיבת מים למאגר הגבוה יותר. כאשר הביקוש הולך וגדל, מים משוחררים חזרה למאגר התחתון דרך טורבינה. תוכניות אחסון שאיבה מספקות כיום את האמצעי החשוב ביותר מבחינה מסחרית בקנה מידה גדול אחסון אנרגיה ברשת ולשפר את היומיום גורם יכולת של מערכת הדור. אחסון שאוב אינו מקור אנרגיה, ומופיע כמספר שלילי ברישומים.[16]

הפעלת נהר

תחנות הידרואלקטריות עם נהר הן אלה עם קיבולת מאגר קטנה או ללא, כך שרק המים המגיעים ממעלה הזרם זמינים לייצור באותו הרגע, וכל היצע יתר חייב לעבור ללא שימוש. אספקה ​​מתמדת של מים מאגם או מאגר קיים במעלה הנהר היא יתרון משמעותי בבחירת אתרים לנהר. בארצות הברית, הפעלת זרם המים של הנהר עשויה לספק 60,000 מגה-ואט (80,000,000 כ"ס) (כ- 13.7% מכלל השימוש בשנת 2011 אם יהיה ברציפות).[17]

גאות

א כוח גאות התחנה עושה שימוש בעלייה ונפילה יומיומית של מי האוקיאנוס בגלל גאות ושפל; מקורות כאלה צפויים מאוד, ואם התנאים מאפשרים בניית מאגרים, הם יכולים להיות ניתן לשלוח לייצר חשמל בתקופות ביקוש גבוהות. סוגים פחות שכיחים של תכניות הידרו משתמשים במים אנרגיה קינטית או מקורות לא מאוישים כגון צילום תחתון גלגלי מים. כוח הגאות יכול להיות קיימא במספר מצומצם יחסית של מקומות ברחבי העולם. בבריטניה ישנם שמונה אתרים שניתן לפתח, שיש להם פוטנציאל לייצר 20% מהחשמל ששימש בשנת 2012.[18]

גדלים, סוגים ויכולות של מתקנים הידרואלקטריים

מתקנים גדולים

תחנות כוח הידרואלקטריות בקנה מידה גדול נתפסות בדרך כלל כמתקני ייצור החשמל הגדולים בעולם, עם כמה מתקנים הידרואלקטריים המסוגלים לייצר יותר מכפול מהיכולות המותקנות של הזרם הנוכחי. תחנות הכוח הגרעיניות הגדולות ביותר.

אף על פי שלא קיימת הגדרה רשמית לטווח הקיבולת של תחנות כוח הידרואלקטריות גדולות, מתקנים שמעל כמה מאות מגה וואט נחשבים בדרך כלל למתקנים הידרואלקטריים גדולים.

נכון לעכשיו, רק ארבעה מתקנים הסתיימו 10 GW (10,000 MW) פועלים ברחבי העולם, ראה טבלה להלן.[2]

דַרגָהתַחֲנָהמדינהמקוםקיבולת (MW )
1.שלושה סכרים יפים חרסינה30 ° 49′15 ″ N 111 ° 00′08 ″ E / 30.82083 ° N 111.00222 ° E / 30.82083; 111.00222 (שלושה סכרים יפים)22,500
2.סכר איטאיפו בְּרָזִיל
 פרגוואי
25 ° 24′31 ″ S 54 ° 35′21 ″ רוחב / 25.40861 ° S 54.58917 ° רוחב / -25.40861; -54.58917 (סכר איטאיפו)14,000
3.סכר קסילודו חרסינה28 ° 15′35 ″ N 103 ° 38′58 ″ E / 28.25972 ° N 103.64944 ° E / 28.25972; 103.64944 (סכר קסילודו)13,860
4.סכר גורי ונצואלה07 ° 45′59 ″ N 62 ° 59′57 ″ רוחב / 7.76639 ° N 62.99917 ° רוחב / 7.76639; -62.99917 (סכר גורי)10,200
נוף פנורמי של סכר איטאיפו, עם השפכים (סגור בזמן הצילום) משמאל. בשנת 1994, ה האגודה האמריקאית למהנדסים אזרחיים בחר בסכר איטאיפו כאחד משבעת המודרניים פלאי העולם.[19]

קָטָן

הידרו קטן הוא הפיתוח של כוח הידרואלקטרי בקנה מידה המשרת קהילה קטנה או מפעל תעשייתי. ההגדרה של פרויקט הידרו קטן משתנה אך יכולת ייצור של עד 10 מגה וואט (MW) מקובל בדרך כלל כגבול העליון של מה שניתן לכנות הידרו קטן. זה עשוי להימתח עד 25 מגה וואט ו 30 מגה וואט ב קנדה וארצות הברית. הייצור ההידרואלקטרי בקנה מידה קטן צמח ב –29% בין השנים 2005 ל –2008, והעלה את סך כל יכולת ההידרואו הקטנה 85 GW. למעלה מ- 70% מזה היו ב חרסינה (65 GW), בא אחריו יפן (3.5 GW), ארצות הברית (3 GW), ו הוֹדוּ (2 GW).[20][21]

מתקן מיקרו הידרו ב וייטנאם
פיקו הידרואלקטריות ב מונדולקירי, קמבודיה

תחנות הידרו קטנות עשויות להיות מחוברות לרשתות הפצה חשמליות קונבנציונליות כמקור לאנרגיה מתחדשת בעלות נמוכה. לחלופין, פרויקטים הידרו קטנים עשויים להיבנות באזורים מבודדים שלא יהיה כלכלי לשרת מרשת, או באזורים בהם אין רשת הפצה חשמלית לאומית. מכיוון שלרוב בפרויקטים הידרו קטנים יש מאגרים מינימליים ועבודות בנייה אזרחיות, הם נתפסים כבעלי השפעה סביבתית נמוכה יחסית בהידרו גדול. השפעה סביבתית מופחתת זו תלויה מאוד באיזון בין זרימת זרם לייצור חשמל.

מיקרו

מיקרו הידרו הוא מונח המשמש כוח הידרואלקטרי מתקנים המייצרים בדרך כלל עד 100 קילוואט של כוח. מתקנים אלה יכולים לספק חשמל לבית מבודד או לקהילה קטנה, או לפעמים מחוברים לרשתות חשמל. ישנם רבים ממתקנים אלה ברחבי העולם, במיוחד במדינות מתפתחות שכן הם יכולים לספק מקור אנרגיה חסכוני ללא רכישת דלק.[22] מערכות מיקרו הידרו משלימות פוטו וולטאי מערכות אנרגיה סולארית מכיוון שבאזורים רבים, זרימת מים, ובכך אנרגיה הידרו זמינה, היא הגבוהה ביותר בחורף כאשר אנרגיית השמש היא מינימלית.

פיקו

פיקו הידרו הוא מונח המשמש ל כוח הידרואלקטרי דור של תחת 5 קילוואט. זה שימושי בקהילות קטנות ומרוחקות שדורשות רק כמות קטנה של חשמל. למשל, להפעלת נורה פלואורסצנטית אחת או שתיים וטלוויזיה או רדיו למספר בתים.[23] טורבינות קטנות יותר של 200-300 וואט עשויות להניע בית יחיד במדינה מתפתחת עם ירידה של 1 מ 'בלבד (3 רגל). התקנת פיקו-הידרו היא בדרך כלל מפעל הנהר, כלומר אין משתמשים בסכרים, אלא בצינורות מסיטים חלק מהזרימה, מפילים את זה במפל שיפוע ודרך הטורבינה לפני שהם מחזירים אותה לנחל.

תת קרקעי

An תחנת כוח תת קרקעית משמש בדרך כלל במתקנים גדולים ועושה שימוש בהפרש גובה טבעי גדול בין שני נתיבי מים, כגון מפל או אגם הרים. מנהרה בנויה כדי לקחת מים מהמאגר הגבוה לאולם הייצור שנבנה במערה ליד הנקודה הנמוכה ביותר של מנהרת המים ומסלול זנב אופקי שמוביל מים לנתיב היציאה התחתון.

מדידת שיעורי הזנב והעיקול הקדמי ב תחנת ייצור גיר ב מניטובה, קנדה.

חישוב הספק זמין

נוסחה פשוטה לקירוב ייצור חשמל בתחנה הידרואלקטרית היא:

איפה

יעילות גבוהה יותר (כלומר קרוב יותר ל -1) עם טורבינות גדולות ומודרניות יותר. ייצור שנתי של אנרגיה חשמלית תלוי באספקת המים הזמינה. בחלק מהמתקנים קצב זרימת המים יכול להשתנות בגורם של 10: 1 במהלך שנה.

נכסים

יתרונות

ה תחנת הכוח Ffestiniog יכול לייצר 360 MW חשמל תוך 60 שניות מרגע הביקוש.

גְמִישׁוּת

אנרגיה מימית הינה מקור גמיש של חשמל מאחר ותחנות ניתנות לעלות ולרדת במהירות רבה כדי להתאים לביקוש האנרגיה המשתנה.[2] לטורבינות הידרו זמן הפעלה בסדר גודל של כמה דקות.[24] זה לוקח בערך 60 עד 90 שניות כדי להביא יחידה מההפעלה הקרה לעומס מלא; זה קצר בהרבה מאשר עבור טורבינות גז או מפעלי קיטור.[25] ניתן גם להפחית במהירות את ייצור החשמל כאשר יש ייצור חשמל עודף.[26] מכאן שבדרך כלל אין משתמשים בקיבולת המוגבלת של יחידות מימן לייצור כוח בסיס למעט פינוי בריכת השיטפונות או מענה לצרכים במורד הזרם.[27] במקום זאת, הוא יכול לשמש גיבוי לגנרטורים שאינם הידרו.[26]

עלות נמוכה / ערך בעל ערך גבוה

היתרון העיקרי של סכרים הידרואלקטריים קונבנציונליים עם מאגרים הוא היכולת שלהם לאגור מים בעלות נמוכה עבור שיגור אחר כך כחשמל נקי בעל ערך גבוה. עלות החשמל הממוצעת מתחנת הידרו הגדולה מ -10 מגה וואט היא 3 עד 5 סנט אמריקאי לקילוואט שעה.[2] כאשר הוא משמש ככוח שיא בכדי לענות על הביקוש, להידרואלקטריות יש ערך גבוה יותר מאשר כוח בסיס וערך גבוה בהרבה בהשוואה ל- מקורות אנרגיה לסירוגין.

לתחנות הידרואלקטריות חיים כלכליים ארוכים, עם כמה מפעלים שעדיין פועלים לאחר 50-100 שנה.[28] עלות העבודה התפעולית היא בדרך כלל נמוכה, מכיוון שמפעלים הם אוטומטיים ויש להם מעט כוח אדם במהלך הפעילות הרגילה.

כאשר סכר משרת מטרות מרובות, ניתן להוסיף תחנה הידרואלקטרית בעלות בנייה נמוכה יחסית, ומספקת זרם הכנסות שימושי לקיזוז עלויות הפעלת הסכר. מחושב כי מכירת החשמל מה- שלושה סכרים יפים יכסה את עלויות הבנייה לאחר 5 עד 8 שנות ייצור מלא.[29] עם זאת, חלק מהנתונים מראים כי ברוב המדינות סכרי מים הידרו גדולים יהיו יקרים מדי ולוקח זמן רב מדי לבנייתם ​​כדי להניב תשואה חיובית עם סיכון, אלא אם כן נקבעים אמצעים מתאימים לניהול סיכונים.[30]

התאמה ליישומים תעשייתיים

בעוד שפרויקטים הידרואלקטיים רבים מספקים רשתות חשמל ציבוריות, חלקם נוצרים כדי לשרת מפעלים תעשייתיים ספציפיים. פרויקטים ייעודיים של הידרואלקטריה נבנים לעיתים קרובות בכדי לספק את כמויות החשמל המשמעותיות הדרושות להם אֲלוּמִינְיוּם צמחים אלקטרוליטיים, למשל. ה סכר גרנד קול עבר לתמיכה אלקואה אלומיניום ב בלינגהאם, וושינגטון, ארצות הברית לאמריקאית מלחמת העולם השנייה מטוסים לפני שהותר להם לספק השקיה וכוח לאזרחים (בנוסף לכוח האלומיניום) לאחר המלחמה. ב סורינאם, ה מאגר ברוקופונדו נבנה בכדי לספק חשמל ל אלקואה תעשיית האלומיניום. ניו זילנד של תחנת הכוח של מנפור נבנה בכדי לספק חשמל ל אֲלוּמִינְיוּם התכה בְּ- נקודת טיוואי.

מופחת CO2 פליטות

מכיוון שסכרים הידרואלקטריים אינם משתמשים בדלק, ייצור חשמל אינו מייצר פחמן דו חמצני. בעוד שהפחמן הדו-חמצני מיוצר בתחילה במהלך בניית הפרויקט, וחלק מהמתאן מוסר מדי שנה על ידי מאגרים, ההידרו בדרך כלל הוא הנמוך ביותר פליטת גזי חממה במחזור החיים לייצור חשמל.[31][צורך בציטוט מלא ] בהשוואה לדלקים מאובנים המייצרים כמות שווה של חשמל, הידרו עקור שלושה מיליארד טון CO2 פליטות בשנת 2011.[32] על פי מחקר השוואתי של מכון פול שרר וה אוניברסיטת שטוטגרט,[33] הידרואלקטריה באירופה מייצרת את כמות הנמוכה ביותר גזי חממה ו חִיצוֹנִיוּת של כל מקור אנרגיה.[34] להגיע למקום השני היה רוּחַ, השלישי היה אנרגיה גרעינית, והרביעי היה סוֹלָרִי פוטו וולטאי.[34] הנמוך גזי חממה ההשפעה של הידרואלקטריות נמצאת בעיקר ב אקלים ממוזג. השפעות גדולות יותר על פליטת גזי חממה נמצאות באזורים הטרופיים מכיוון שמאגרי תחנות הכוח באזורים טרופיים מייצרים כמות גדולה יותר של מתאן מאלה באזורים ממוזגים.[35]

בדומה למקורות דלק שאינם מאובנים אחרים, גם למים הידרו אין פליטת דו תחמוצת הגופרית, תחמוצות החנקן או חלקיקים אחרים.

שימושים אחרים במאגר

מאגרים שנוצרו על ידי תוכניות הידרואלקטריות מספקים לעתים קרובות מתקנים עבור ספורט מים, והופכים בעצמם לאטרקציות תיירותיות. בכמה מדינות, חקלאות ימית במאגרים זה נפוץ. סכרים רב שימושיים המותקנים עבור השקיה תמיכה חַקלָאוּת עם אספקת מים קבועה יחסית. סכרי הידרו גדולים יכולים לשלוט בשיטפונות, שאם לא כן ישפיעו על אנשים החיים במורד הזרם של הפרויקט.[36]

חסרונות

נזק למערכת אקולוגית ואובדן אדמות

סכר מרואי ב סודן. תחנות כוח הידרואלקטריות המשתמשות סכרים להטביע שטחים גדולים של אדמה בשל הדרישה של מאגר. שינויים אלה בצבע הארץ או אלבדו לצד פרויקטים מסוימים המקיפים את יערות הגשם במקביל, יכולים במקרים ספציפיים אלה לגרום להשפעת ההתחממות הגלובלית, או שווה ערך גזי חממה במחזור החיים של פרויקטים הידרואלקטריים, שעשויים לעלות על זה של תחנות כוח פחם.

מאגרים גדולים הקשורים לתחנות כוח הידרואלקטריות מסורתיות מביאים לצלילה של שטחים נרחבים במעלה הזרם, ולעתים הורסים יערות עמק שפלה ונהר עמקים, ביצות ושטחי עשב. הסרת עצימה קוטעת את זרימת הנהרות ועלולה לפגוע במערכות אקולוגיות מקומיות, ובניית סכרים גדולים ומאגרים כרוכה לעיתים קרובות בעקירת אנשים וחיות בר.[2] אובדן הקרקע לעתים קרובות מחמיר על ידי פיצול בית גידול של האזורים הסובבים הנגרמים על ידי המאגר.[37]

פרויקטים הידרואלקטריים עלולים להפריע למים הסובבים אותם מערכות אקולוגיות הן במעלה הזרם והן במורד הזרם של אתר הצמח. ייצור כוח הידרואלקטרי משנה את סביבת הנהר במורד הזרם. מים היוצאים מטורבינה מכילים בדרך כלל מעט מאוד משקעים תלויים, מה שעלול להוביל לסריקת אפיקי הנחל ולאובדן גדות הנהר.[38] מכיוון ששערי טורבינות נפתחים לעיתים לסירוגין, נצפות תנודות מהירות או אפילו יומיות בזרימת הנהר.

אובדן מים על ידי אידוי

מחקר שנערך בשנת 2011 על ידי המעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת הגיע למסקנה כי מפעלים הידרואלקטריים בארצות הברית צרכו חשמל שנוצר בין 5.39 ל -68.14 מ"ק למגה-וואט-שעה (1,425 עד 18,000 גלונים אמריקאים למגה-וואט-שעה), באמצעות הפסדי אידוי במאגר. ההפסד החציוני היה 17.00 מ '3/ MWh (4,491 גל ארה"ב / MWh), שהוא גבוה מההפסד לטכנולוגיות ייצור המשתמשות במגדלי קירור, כולל ריכוז כוח סולארי בגובה 3.27 מ '3/ MWh (865 ארה"ב גל / MWh) עבור שוקת CSP ו -2.98 מ '3/ MWh (786 גל ארה"ב / MWh) למגדל CSP, פחם בגובה 2.60 מ '3/ MWh (687 ארה"ב גל / MWh), גרעיני בגובה 2.54 מ '3/ MWh (672 US gal / MWh) וגז טבעי ב -0.75 מ '3/ MWh (198 ארה"ב גל / MWh). כאשר ישנם שימושים מרובים במאגרים כמו אספקת מים, בילוי ובקרת שיטפונות, כל אידוי המאגרים מיוחס לייצור חשמל.[39]

סתימה ומחסור בזרימה

כאשר מים זורמים יש לו את היכולת להעביר חלקיקים כבדים ממנה במורד הזרם. יש לכך השפעה שלילית על הסכרים ובהמשך לתחנות הכוח שלהם, במיוחד על נהרות או באזורי תפליטה עם סתימה גבוהה. סתימה יכול למלא מאגר ולהפחית את יכולתו לשלוט בשיטפונות יחד עם גרימת לחץ אופקי נוסף על החלק העליון של הסכר. בסופו של דבר, מאגרים מסוימים עלולים להיות מלאים במשקעים וחסרי תועלת או מעל לים במהלך שיטפון ונכשלים.[40][41]

שינויים בכמות זרימת הנהר יתואמו לכמות האנרגיה שמייצר סכר. זרימת נהר נמוכה יותר תפחית את כמות האחסון החי במאגר ולכן תפחית את כמות המים שניתן להשתמש בהם לצורך הידרואלקטריות. התוצאה של ירידה בזרימת הנהר יכולה להיות מחסור בכוח באזורים שתלויים במידה רבה בכוח הידרואלקטרי. הסיכון למחסור בזרימה עשוי לעלות כתוצאה מ שינוי אקלים.[42] מחקר אחד מה- נהר קולורדו בארצות הברית מציעים כי שינויי אקלים צנועים, כמו עליית טמפרטורה ב -2 מעלות צלזיוס, וכתוצאה מכך ירידה של 10% במשקעים, עשויים להפחית את זרימת הנהר עד 40%.[42] בְּרָזִיל במיוחד הוא פגיע בשל תלותו הכבדה בהידרואלקטריות, מכיוון שעליית הטמפרטורות, זרימת המים נמוכה יותר ושינויים במשטר הגשמים, עשויים להפחית את ייצור האנרגיה הכולל ב -7% מדי שנה עד סוף המאה.[42]

פליטת מתאן (ממאגרים)

ה סכר הובר בארצות הברית נמצא מתקן מסותה-הידרו גדול קונבנציונאלי, עם קיבולת מותקנת של 2,080 MW.

השפעות חיוביות נמוכות יותר נמצאות באזורים הטרופיים. בשפלה יערות גשם אזורים, בהם יש צורך בהצפה של חלק מהיער, צוין כי מאגרי תחנות הכוח מייצרים כמויות משמעותיות של מתאן.[43] הסיבה לכך היא שחומר צמחי באזורים מוצפים מתפורר ב אנאירובי סביבה ויוצרים מתאן, א גזי חממה. על פי הנציבות העולמית לסכרים להגיש תלונה,[44] כאשר המאגר גדול בהשוואה לקיבולת הייצור (פחות מ- 100 וואט למטר רבוע של שטח הפנים) ולא בוצע פינוי של יערות באזור לפני כניסת המאגר, פליטת גזי החממה מהמאגר עשויה להיות גבוהה מ אלה של מפעל לייצור תרמי קונבנציונאלי המופעל על ידי שמן.[45]

ב בוריאלי מאגרי קנדה וצפון אירופה, לעומת זאת, פליטת גזי חממה הם בדרך כלל רק 2% עד 8% מכל סוג של ייצור תרמי דלק מאובנים קונבנציונאלי. סוג חדש של פעולות כריתת מים מתחת למים המכוונות ליערות שטבעו יכולות למתן את השפעת ריקבון היערות.[46]

רילוקיישן

חסרון נוסף של הסכרים ההידרואלקטריים הוא הצורך להעביר את האנשים החיים במקום בו מתוכננים המאגרים. בשנת 2000 העריכה הנציבות העולמית לסכרים כי סכרים עקרו פיזית 40-80 מיליון בני אדם ברחבי העולם.[47]

סיכוני כישלון

מכיוון שמתקנים גדולים שהוסדרו עם הידרו קונבנציונאלי מעכבים כמויות גדולות של מים, כשל עקב בנייה לקויה, אסונות טבע או חבלה עלול להיות הרס אסון ביישובים ובתשתיות בנהר.

במהלך הטייפון נינה בשנת 1975 סכר באנקיאו בדרום סין נכשל כאשר גשם של יותר משנה ירד בתוך 24 שעות (ראה 1975 כישלון סכר באנקיאו ). השיטפון שנוצר הביא למותם של 26,000 איש, ועוד 145,000 ממגפות. מיליונים נותרו ללא קורת גג.

יצירת סכר במיקום לא הולם גיאולוגית עלולה לגרום לאסונות כמו 1963 באסון סכר ווג'ונט באיטליה, שם מתו כמעט 2,000 איש.[48]

ה סכר Malpasset כישלון ב פרג'וס על הריביירה הצרפתית (קוט ד'אזור), דרום צרפת, קרסה ב -2 בדצמבר 1959 והרגה 423 בני אדם בשיטפון שנוצר.[49]

סכרים קטנים יותר ו מיקרו הידרו מתקנים יוצרים פחות סיכון, אך עלולים ליצור סכנות מתמשכות גם לאחר הוצאתם לפועל. למשל, סוללת האדמה הקטנה סכר קלי בארנס נכשל בשנת 1977, עשרים שנה לאחר הוצאתה לתחנת הכוח שלה וגרם ל 39 הרוגים.[50]

השוואה ואינטראקציה עם שיטות אחרות לייצור חשמל

הידרואלקטריה מבטלת את פליטת גזי פליטה מהבעירה של דלקים מאובנים, כולל מזהמים כגון דו תחמוצת גופרית, תחמוצת חנקן, פחמן חד חמצני, אבק, ו כַּספִּית בתוך ה פֶּחָם. הידרואלקטריה גם מונעת את הסכנות של כריית פחם וההשפעות הבריאותיות העקיפות של פליטת פחם.

כוח גרעיני

לְעוּמַת כוח גרעיני, בניית הידרואלקטריה מחייבת שינוי באזורים נרחבים בסביבה ואילו לתחנת כוח גרעינית טביעת רגל קטנה, וכשלים בתחנות כוח הידרו גרמו לעשרות אלפי הרוגים יותר מכל כשל בתחנת הגרעין.[37][48][50] הבריאה של סכר גאריסון, למשל, דרשה אדמות אינדיאניות ליצור את אגם סאקקאוויה, אשר קו החוף שלו הוא 2,120 ק"מ (1,320 מייל), וגרם לתושבים למכור 94% מאדמתם החקלאית תמורת 7.5 מיליון דולר בשנת 1949.[51]

עם זאת, כוח גרעיני הוא יחסית לא גמיש; למרות שכוח גרעיני יכול להפחית את תפוקתו במהירות סבירה. מאחר ועלות האנרגיה הגרעינית נשלטת על ידי עלויות התשתית הגבוהות שלה, העלות ליחידת אנרגיה עולה משמעותית עם ייצור נמוך. בגלל זה משתמשים בעיקר בכוח גרעיני עומס בסיס. לעומת זאת, הידרואלקטריה יכולה לספק כוח שיא בעלות נמוכה בהרבה. לפיכך משתמשים בחשמל הידרואלקטרי לעתים קרובות כדי להשלים מקורות גרעיניים או אחרים עומס בעקבות. דוגמאות למדינה בהן הם משויכים למניה של קרוב ל -50 / 50 כוללים הרשת החשמלית בשוויץ, ה משק החשמל בשוודיה ובמידה פחותה, אוקראינה וה תחום החשמל בפינלנד.

אנרגיית רוח

אנרגיית רוח עובר צפוי וָרִיאַצִיָה לפי עונה, אבל כן סֵרוּגִי על בסיס יומי. לייצור רוח מרבי אין קשר רב לצריכת החשמל היומית הגבוהה ביותר, הרוח עשויה להגיע לשיאה בלילה כאשר אין צורך בהספק או להיות דומם ביום בו הביקוש לחשמל הוא הגבוה ביותר. לעיתים דפוסי מזג אוויר עלולים לגרום לרוח נמוכה במשך ימים או שבועות בכל פעם, מאגר הידרואלקטרי המסוגל לאגור שבועות של תפוקה שימושי לאיזון הדור ברשת. ניתן לקזז את כוח הרוח בשיא על ידי מימן מים מינימלי וניתן לקזז את הרוח המינימלית עם אנרגיה מימית מרבית. באופן זה האופי המווסת בקלות של הידרואלקטריות משמש כדי לפצות על האופי לסירוגין של כוח הרוח. לעומת זאת, במקרים מסוימים ניתן להשתמש בכוח הרוח בכדי לחסוך במים לשימוש מאוחר יותר בעונות יבשות.

באזורים שאין בהם כוח מים, אחסון שאוב משמש תפקיד דומה, אך בעלות גבוהה בהרבה וביעילות נמוכה ב -20%. דוגמה לכך היא המסחר בנורבגיה עם שבדיה, דנמרק, ה הולנד ואולי גֶרמָנִיָה או ה בְּרִיטַנִיָה בעתיד.[52] נורבגיה היא 98% אנרגית מים, ואילו שכנותיה המישוריות מתקנות כוח רוח.

יכולת הידרואלקטרית עולמית

נתח אנרגיה מתחדשת עולמית (2008)
מגמות בחמשת המדינות המייצרות את הידרואלקטריה המובילות

דירוג הקיבולת ההידרואלקטרית הוא לפי ייצור אנרגיה שנתי בפועל או לפי דירוג הספק קיבולת מותקן. בשנת 2015 ייצור אנרגיה מימית 16.6% מכלל החשמל העולמי ו- 70% מכל החשמל המתחדש.[1]אנרגיה מימית מיוצרת ב -150 מדינות, כאשר אזור אסיה-האוקיאנוס השקט ייצר 32 אחוז מההיי-אנדרואיד העולמי בשנת 2010. סין היא היצרנית הגדולה ביותר בהפקת הידרואלקטריה, עם ייצור ייצור 721 שעות טרוואט בשנת 2010, המהווים כ -17 אחוזים משימוש בחשמל המקומי. בְּרָזִיל, קנדה, ניו זילנד, נורווגיה, פרגוואי, אוֹסְטְרֵיָה, שוויץ, ונצואלה, ולכמה מדינות אחרות יש רוב ייצור האנרגיה החשמלית הפנימית מכוח הידרואלקטרי. פרגוואי מייצרת 100% מהחשמל שלה מסכרים הידרואלקטריים ומייצאת 90% מהייצור שלה לברזיל ולארגנטינה. נורווגיה מייצרת 96% מהחשמל ממקורות הידרואלקטריים.[53]

תחנה הידרואלקטרית פועלת לעיתים נדירות בדירוג ההספק המלא שלה במשך שנה שלמה; היחס בין הספק ממוצע שנתי לדירוג קיבולת מותקן הוא גורם יכולת. הקיבולת המותקנת היא סכום כל דירוגי ההספק של לוח הגנרטור.[54]

עשרה מהיצרנים הידרואלקטריים הגדולים ביותר בשנת 2014.[53][55][56]
מדינההידרו-אלקטרי שנתי
הפקה (TWh )
מוּתקָן
קיבולת (GW )
קיבולת
גורם
% מסה"כ
הפקה
 חרסינה10643110.3718.7%
 קנדה383760.5958.3%
 בְּרָזִיל373890.5663.2%
 ארצות הברית2821020.426.5%
 רוּסִיָה177510.4216.7%
 הוֹדוּ132400.4310.2%
 נורווגיה129310.4996.0%
 יפן87500.378.4%
 ונצואלה87150.6768.3%
 צָרְפַת69250.4612.2%

ראה גם

הפניות

  1. ^ א ב http://www.ren21.net/wp-content/uploads/2016/06/GSR_2016_Full_Report_REN21.pdf
  2. ^ א ב ג ד ה מכון שעון העולם (ינואר 2012). "שימוש ויכולות של עליות אנרגיה מימית עולמית". הועבר לארכיון מ המקורי בתאריך 24/09/2014. הוחזר 2012-01-20.
  3. ^ דוח מצב גלובלי לשנת 2011, עמוד 25, אנרגיה מימית, REN21, פורסם ב -2011, נגיש ל -19 / 19/2016.
  4. ^ אחת מתחנות הכוח ההידרואלקטריות העתיקות ביותר באירופה שנבנתה על עקרונות טסלה, חקירות בתולדות המכונות והמנגנונים: הליכים של HMM2012, Teun Koetsier ומרקו Ceccarelli, 2012.
  5. ^ מקסין ברג, עידן היצרנים, 1700-1820: תעשייה, חדשנות ועבודה בבריטניה (Routledge, 2005).
  6. ^ א ב "היסטוריה של אנרגיה מימית". משרד האנרגיה האמריקני.
  7. ^ א ב ג "כוח הידרואלקטרי". אנציקלופדיה מים.
  8. ^ האגודה לארכיאולוגיה תעשייתית (1987). סקירת ארכיאולוגיה תעשייתית, כרכים 10-11. הוצאת אוניברסיטת אוקספורד. עמ ' 187.
  9. ^ "כוח הידרואלקטרי - אנרגיה מנפילת מים". Clara.net.
  10. ^ "חוק פרויקט קניון בולדר" (PDF). 21 בדצמבר 1928. בארכיון מ המקורי (PDF) ב- 13 ביוני 2011.
  11. ^ חוק האבולוציה של בקרת שיטפונות משנת 1936, ג'וזף ל. ארנולד, חיל המהנדסים של צבא ארצות הברית, 1988 הועבר בארכיון 2007-08-23 ב מכונת Wayback
  12. ^ "כוח הידראולי". ספר הידע. כרך א ' 9 (מהדורת 1945). עמ ' 3220.
  13. ^ "סכר הובר ואגם מיד". לשכת הגיוס האמריקאית.
  14. ^ א ב "יסודות אנרגיה מתחדשת: אנרגיה מימית" (PDF). IEA.org. סוכנות האנרגיה הבינלאומית. הועבר לארכיון מ המקורי (PDF) בתאריך 29-03-2017. הוחזר 2017-01-16.
  15. ^ "חשמל הידרו - הסביר".
  16. ^ אחסון שאוב, הוסבר הועבר בארכיון 2012-12-31 ב מכונת Wayback
  17. ^ "אנרגיה מימי זרם הולכת עם הזרימה".
  18. ^ "משאבי אנרגיה: כוח גאות ושפל".
  19. ^ האפיפיור, גרגורי ט '(דצמבר 1995), "שבעת פלאי העולם המודרני", מכניקה פופולרית, עמ '48-56
  20. ^ דוח מצב גלובלי מתחדשת עדכון 2006 הועבר בארכיון 18 ביולי 2011, ב מכונת Wayback, REN21, פורסם ב -2006
  21. ^ דוח מצב גלובלי מתחדשת עדכון 2009 הועבר בארכיון 18 ביולי 2011, ב מכונת Wayback, REN21, פורסם בשנת 2009
  22. ^ "מיקרו הידרו במאבק בעוני". Tve.org. הועבר לארכיון מ המקורי בתאריך 26.04.2012. הוחזר 2012-07-22.
  23. ^ "פיקו הידרו פאוור". T4cd.org. הועבר לארכיון מ המקורי בתאריך 31-07-2009. הוחזר 2010-07-16.
  24. ^ רוברט א. האגינס (1 בספטמבר 2010). אחסון אנרגיה. ספרינגר. עמ ' 60. ISBN  978-1-4419-1023-3.
  25. ^ הרברט סוסקינד; צ'אד ג'יי רסמן (1970). אחסון משאבות הידרואלקטריות משולבות וייצור חשמל גרעיני. המעבדה הלאומית ברוקהייבן. עמ ' 15.
  26. ^ א ב בנט סורנסן (2004). אנרגיה מתחדשת: הפיזיקה, ההנדסה, השימוש בה, ההשפעות הסביבתיות, הכלכלה וההיבטים התכנוניים שלה. העיתונות האקדמית. עמ '556–. ISBN  978-0-12-656153-1.
  27. ^ סקר גיאולוגי (ארה"ב) (1980). מאמר מקצועי של הסקר הגיאולוגי. משרד הדפוס הממשלתי בארה"ב. עמ ' 10.
  28. ^ אנרגיה מימית - דרך להיות עצמאיים מאנרגיה מאובנת? הועבר בארכיון 28 במאי 2008 ב מכונת Wayback
  29. ^ "מעבר לשלוש ערוצים בסין". Waterpowermagazine.com. 2007-01-10. הועבר לארכיון מ המקורי בתאריך 14-06-2011.
  30. ^ אנסאר, אטיף; Flyvbjerg, Bent; בודזייה, אלכסנדר; לון, דניאל (מרץ 2014). "האם עלינו לבנות סכרים גדולים יותר? העלויות בפועל של פיתוח מגה-פרוייקט של מגה-מים". מדיניות אנרגיה. 69: 43–56. arXiv:1409.0002. דוי:10.1016 / j.enpol.2013.10.069. S2CID  55722535. SSRN  2406852.
  31. ^ פליטת גזי חממה במחזור החיים pg19
  32. ^ "כוח הידראולי". IEA.org. סוכנות האנרגיה הבינלאומית.
  33. ^ ראבל א .; ואח '. (אוגוסט 2005). "דוח טכני סופי, גרסה 2" (PDF). חיצוניות של אנרגיה: הרחבת מסגרת חשבונאית ויישומי מדיניות. נציבות אירופאית. הועבר לארכיון מ המקורי (PDF) ב- 7 במרץ 2012.
  34. ^ א ב "עלויות חיצוניות של מערכות חשמל (פורמט גרפי)". ExternE-Pol. הערכת טכנולוגיה / GaBE (מכון פול שרר ). 2005. הועבר לארכיון מ המקורי ב -1 בנובמבר 2013.
  35. ^ ורלי, ברנהרד (1 בספטמבר 2011). "מדעי האקלים: מתחדשים אך לא נטולי פחמן". מדעי הטבע. 4 (9): 585–586. ביבקוד:2011NatGe ... 4..585W. דוי:10.1038 / ngeo1226.
  36. ^ אטקינס, וויליאם (2003). "כוח הידרואלקטרי". מים: מדע וסוגיות. 2: 187–191.
  37. ^ א ב רובינס, פול (2007). "כוח הידראולי". אנציקלופדיה של סביבה וחברה. 3.
  38. ^ "בעיות שקיעה עם סכרים". Internationalrivers.org. הוחזר 2010-07-16.
  39. ^ ג'ון מקניק ואחרים, סקירה של צריכת מים תפעולית וגורמי משיכה לטכנולוגיות לייצור חשמל, המעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת, דוח טכני NREL / TP-6A20-50900.
  40. ^ פטריק ג'יימס, ה 'צ'אנסן (1998). "לימוד מקרי לימוד בבידוד מאגרים ושחיקה בקווי" (PDF). בריטניה הגדולה: פרסומי TEMPUS. עמ '265-275. הועבר לארכיון מ המקורי (PDF) בתאריך 02-09-2009.
  41. ^ Șentürk, Fuat (1994). הידראוליקה של סכרים ומאגרים (הפניה. מהדורה). חוות היילנדס, קולו: פרסומי משאבי מים. עמ ' 375. ISBN  0-918334-80-2.
  42. ^ א ב ג פראוקה אורבן וטום מיטשל 2011. שינויי אקלים, אסונות וייצור חשמל הועבר בארכיון 20 בספטמבר 2012, ב מכונת Wayback. לונדון: מכון לפיתוח בחו"ל ו המכון ללימודי פיתוח
  43. ^ "טביעה מכוונת של יער הגשם בברזיל מחמירה את שינויי האקלים", דניאל גרוסמן 18 בספטמבר 2019, מדען חדש; הוחזר ב -30 בספטמבר 2020
  44. ^ "דוח איתור WCD". Dams.org. 2000-11-16. הועבר לארכיון מ המקורי בתאריך 21/08/2013.
  45. ^ גרהם-רואו, דאנקן (24 בפברואר 2005). "נחשף הסוד המלוכלך של הכוח ההידרואלקטרי". NewScientist.com.
  46. ^ ""גילה מחדש את "Wood & The Triton Sawfish". בית מגורים. 2006-11-16.
  47. ^ "תדרוך הוועדה העולמית לסכרים". Internationalrivers.org. 2008-02-29.
  48. ^ א ב ניתן למצוא הפניות ברשימת כשלים בסכר.
  49. ^ ברואל, פרנק. "La catastrophe de Malpasset en 1959". הוחזר 2 בספטמבר 2015.
  50. ^ א ב מבול טוקואה האתר ההיסטורי של USGS, אוחזר 02sep2009
  51. ^ לוסון, מייקל ל '(1982). אינדיאנים מחוללים: תוכנית פיק-סלואן ונהר מיזורי סו, 1944–1980. נורמן: הוצאת אוניברסיטת אוקלהומה.
  52. ^ סוללה "נורבגיה היא הזולה ביותר באירופה""". SINTEF.no. 18 בדצמבר 2014.
  53. ^ א ב "זלילה וטיהור". הכלכלן. 2009-01-22. הוחזר 2009-01-30. 98-99% מהחשמל של נורבגיה מגיע ממפעלים הידרואלקטריים.
  54. ^ צריכת BP.com[קישור מת ]
  55. ^ "סטטיסטיקה מרכזית של אנרגיה עולמית לשנת 2015" (PDF). להגיש תלונה. סוכנות האנרגיה הבינלאומית (IEA). הועבר לארכיון מ המקורי (PDF) ב -4 במרץ 2016. הוחזר 1 ביוני 2016.
  56. ^ "אינדיקטורים 2009, תעשיית החשמל הלאומית". ממשלת סין. הועבר לארכיון מ המקורי ב- 21 באוגוסט 2010. הוחזר 18 ביולי 2010.

קישורים חיצוניים