Energia wodna
| Część serii poświęconej |
| zrównoważonej energii |
|---|
 |
| Część serii poświęconej |
| energetyce odnawialnej |
|---|
 |
Światowa produkcja energii elektrycznej w 2019 r. Według źródła (całkowita produkcja wyniosła 27 petawatogodzin )
Energia wodna lub energia wodna to energia elektryczna wytwarzana z energii wodnej (energia wodna). Energia wodna dostarcza jedną szóstą światowej energii elektrycznej , prawie 4500 TWh w 2020 r., czyli więcej niż wszystkie inne źródła odnawialne razem wzięte, a także więcej niż energia jądrowa . Energia wodna może dostarczać duże ilości niskoemisyjnej energii elektrycznej na żądanie, co czyni ją kluczowym elementem tworzenia bezpiecznych i czystych systemów dostaw energii elektrycznej. Elektrownia wodna, która ma zaporę i zbiornik jest elastycznym źródłem, ponieważ ilość wytwarzanej energii elektrycznej można zwiększyć lub zmniejszyć w ciągu sekund lub minut w odpowiedzi na zmieniające się zapotrzebowanie na energię elektryczną. Po zbudowaniu kompleksu hydroelektrycznego nie wytwarza on bezpośrednich odpadów i prawie zawsze emituje znacznie mniej gazów cieplarnianych niż elektrownie zasilane paliwami kopalnymi . Jednak w przypadku budowy na nizinnych obszarach lasów deszczowych , gdzie część lasu jest zalana, może dojść do emisji znacznych ilości gazów cieplarnianych.
Budowa kompleksu hydroelektrycznego może mieć znaczący wpływ na środowisko, głównie w postaci utraty gruntów ornych i przesiedleń ludności. Zaburzają również naturalną ekologię danej rzeki, wpływając na siedliska i ekosystemy oraz wzorce zamulania i erozji. Podczas gdy tamy mogą złagodzić ryzyko powodzi, awaria zapory może mieć katastrofalne skutki.
W 2021 roku globalna zainstalowana moc elektryczna elektrowni wodnych osiągnęła prawie 1400 GW, najwięcej spośród wszystkich technologii energii odnawialnej. Energia wodna odgrywa wiodącą rolę w krajach takich jak Brazylia, Norwegia i Chiny. ale istnieją ograniczenia geograficzne i kwestie środowiskowe. Energia pływów może być wykorzystywana w regionach przybrzeżnych.
Historia
Energia wodna była używana od czasów starożytnych do mielenia mąki i wykonywania innych zadań. Pod koniec XVIII wieku energia hydrauliczna była źródłem energii potrzebnej do rozpoczęcia rewolucji przemysłowej . W połowie lat siedemdziesiątych XVIII wieku francuski inżynier Bernard Forest de Bélidor opublikował książkę Architecture Hydraulique , w której opisano maszyny hydrauliczne o osi pionowej i poziomej , a w 1771 r . odegrał znaczącą rolę w rozwoju systemu fabrycznego, z nowoczesnymi praktykami zatrudnienia. W latach czterdziestych XIX wieku rozwinęła się hydrauliczna sieć energetyczna do wytwarzania i przesyłania energii wodnej do użytkowników końcowych.
Pod koniec XIX wieku opracowano generator elektryczny , który można było teraz połączyć z hydrauliką. Rosnący popyt wynikający z rewolucji przemysłowej również byłby motorem rozwoju. W 1878 roku William Armstrong opracował pierwszy na świecie system hydroelektrowni w Cragside w Northumberland w Anglii . Był używany do zasilania pojedynczej lampy łukowej w jego galerii sztuki. Stara elektrownia Schoelkopf nr 1 w USA, w pobliżu wodospadu Niagara , zaczęła produkować energię elektryczną w 1881 r. Pierwsza elektrownia wodna Edison , Vulcan Street Plant , rozpoczęła działalność 30 września 1882 r. W Appleton w stanie Wisconsin z mocą około 12,5 kilowata. Do 1886 roku w Stanach Zjednoczonych i Kanadzie było 45 elektrowni wodnych; a do 1889 roku w samych Stanach Zjednoczonych było ich 200.
Na początku XX wieku firmy komercyjne budowały wiele małych elektrowni wodnych w górach w pobliżu obszarów metropolitalnych. W Grenoble we Francji w 1925 r. odbyła się Międzynarodowa Wystawa Energii Wodnej i Turystyki , którą odwiedziło ponad milion osób. Do 1920 r., kiedy 40% energii produkowanej w Stanach Zjednoczonych pochodziło z elektrowni wodnych, uchwalono federalną ustawę o energetyce . Ustawa stworzyła Federalną Komisję Energetyczną regulować elektrownie wodne na federalnych gruntach i wodach. W miarę jak elektrownie stawały się coraz większe, związane z nimi tamy rozwijały dodatkowe cele, w tym ochronę przeciwpowodziową , nawadnianie i nawigację . Fundusze federalne stały się niezbędne do rozwoju na dużą skalę i utworzono korporacje będące własnością federalną, takie jak Tennessee Valley Authority (1933) i Bonneville Power Administration (1937). Dodatkowo Biuro Rekultywacji która rozpoczęła serię projektów irygacyjnych w zachodnich Stanach Zjednoczonych na początku XX wieku, teraz budowała duże projekty hydroelektryczne, takie jak Zapora Hoovera z 1928 roku . Korpus Inżynierów Armii Stanów Zjednoczonych był również zaangażowany w rozwój hydroelektrowni, kończąc budowę tamy Bonneville w 1937 r. I uznawany przez ustawę Flood Control Act z 1936 r. Jako główna federalna agencja ochrony przeciwpowodziowej.
Elektrownie wodne nadal się powiększały przez cały XX wiek. Energię wodną nazywano „białym węglem”. Początkowa elektrownia Hoover Dam o mocy 1345 MW była największą na świecie elektrownią wodną w 1936 roku; została przyćmiona przez zaporę Grand Coulee o mocy 6809 MW w 1942 r. Zapora Itaipu została otwarta w 1984 r. w Ameryce Południowej jako największa, produkując 14 GW , ale została przekroczona w 2008 r. przez Zaporę Trzech Przełomów w Chinach o mocy 22,5 GW . Energia wodna ostatecznie zaopatrywałaby niektóre kraje, w tym Norwegię , Demokratyczną Republikę Konga , Paragwaj i Brazylię , w ponad 85% ich energii elektrycznej.
Potencjał przyszłości
W 2021 roku Międzynarodowa Agencja Energii (IEA) stwierdziła, że potrzebne są dalsze wysiłki, aby pomóc w ograniczeniu zmian klimatu . Niektóre kraje mają bardzo rozwinięty potencjał hydroenergetyczny i mają bardzo mało miejsca na wzrost: Szwajcaria wytwarza 88% swojego potencjału, a Meksyk 80%. W 2022 r. IEA opublikowała główną prognozę 141 GW wytwarzanych przez energię wodną w latach 2022-2027, czyli nieco mniej niż rozmieszczenie osiągnięte w latach 2017-2022. Ponieważ pozwolenia środowiskowe i czas budowy są długie, szacują, że potencjał hydroenergetyczny pozostanie ograniczony, a tylko dodatkowe 40 GW uznano za możliwe w przyspieszonym przypadku.
Modernizacja istniejącej infrastruktury
W 2021 roku MAE stwierdziła, że wymagane są poważne remonty modernizacyjne.
Metody generowania
Konwencjonalne (tamy)
Większość energii hydroelektrycznej pochodzi z energii potencjalnej spiętrzonej wody napędzającej turbinę wodną i generator . Moc pobierana z wody zależy od objętości i różnicy wysokości między źródłem a odpływem wody. Ta różnica wysokości nazywana jest głową . Duża rura („ zastawka ”) dostarcza wodę ze zbiornika do turbiny.
Magazyn szczytowo-pompowy
Ta metoda polega na wytwarzaniu energii elektrycznej w celu zaspokojenia wysokiego zapotrzebowania szczytowego poprzez przemieszczanie wody między zbiornikami na różnych wysokościach. W okresach niskiego zapotrzebowania na energię elektryczną nadwyżka mocy wytwórczej jest wykorzystywana do pompowania wody do wyższego zbiornika, zapewniając w ten sposób reakcję strony popytowej . Kiedy zapotrzebowanie staje się większe, woda jest odprowadzana z powrotem do dolnego zbiornika przez turbinę. W 2021 r. systemy magazynowania szczytowo-pompowego zapewniły prawie 85% ze 190 GW światowych magazynów energii sieciowej i poprawiły dzienny współczynnik wydajności systemu generacyjnego. Magazyn szczytowo-pompowy nie jest źródłem energii i pojawia się na wykazach jako liczba ujemna.
Bieg rzeki
Elektrownie wodne przepływowe to takie, które mają małą pojemność zbiornika lub nie mają go wcale, tak że w danym momencie do wytwarzania dostępna jest tylko woda pochodząca z górnego biegu rzeki, a wszelkie nadwyżki podaży muszą pozostać niewykorzystane. Stały dopływ wody z jeziora lub istniejącego zbiornika w górnym biegu jest istotną zaletą przy wyborze miejsc na spływ rzeki.
Fala
Elektrownia pływowa wykorzystuje codzienne podnoszenie się i opadanie wody oceanicznej w wyniku pływów; takie źródła są wysoce przewidywalne, a jeśli warunki pozwalają na budowę zbiorników, mogą być również dyspozycyjne do generowania energii w okresach wysokiego zapotrzebowania. Mniej powszechne rodzaje układów wodnych wykorzystują energię kinetyczną wody lub źródła niespiętrzone, takie jak podsiębierne koła wodne . Energia pływów jest opłacalna w stosunkowo niewielkiej liczbie lokalizacji na całym świecie.
Wielkości, rodzaje i moce obiektów hydroenergetycznych
Duże udogodnienia
Największymi producentami energii na świecie są elektrownie wodne, a niektóre elektrownie wodne są w stanie wygenerować ponad dwukrotnie większą moc zainstalowaną niż obecnie największe elektrownie jądrowe .
Chociaż nie istnieje oficjalna definicja zakresu mocy dużych elektrowni wodnych, obiekty o mocy powyżej kilkuset megawatów są ogólnie uważane za duże obiekty hydroelektryczne.
na całym świecie działa tylko siedem obiektów o mocy powyżej 10 GW ( 10 000 MW ), patrz tabela poniżej.
| Ranga | Stacja | Kraj | Lokalizacja | Moc ( MW ) |
|---|---|---|---|---|
| 1. | Zapora Trzech Przełomów |
 Chiny
|
22 500 | |
| 2. | Zapora Bajhetan |
Chiny
|
16 000 | |
| 3. | Zapora Itaipu |
  Brazylia Paragwaj
|
14 000 | |
| 4. | Zapora Xiluodu |
Chiny
|
13860 | |
| 5. | Zapora Belo Monte |
Brazylia
|
11233 | |
| 6. | Zapora Guri |
 Wenezuela
|
10235 | |
| 7. | Zapora Wudongde |
Chiny
|
10200 |
Mały
Mała wodna to elektrownia wodna na skalę służąca małej społeczności lub zakładowi przemysłowemu. Definicja małego projektu wodnego jest różna, ale jako górna granica ogólnie przyjmuje się zdolność wytwórczą do 10 megawatów (MW). Można to rozciągnąć do 25 MW i 30 MW w Kanadzie i Stanach Zjednoczonych.
Małe elektrownie wodne mogą być podłączone do konwencjonalnych sieci dystrybucji energii elektrycznej jako źródło taniej energii odnawialnej. Alternatywnie, małe projekty wodne mogą być budowane na odizolowanych obszarach, na których zasilanie z sieci byłoby nieopłacalne lub na obszarach, na których nie ma krajowej sieci dystrybucji energii elektrycznej. Ponieważ małe projekty hydrotechniczne zwykle mają minimalną liczbę zbiorników i prac budowlanych, postrzega się je jako mające stosunkowo niewielki wpływ na środowisko w porównaniu z dużymi projektami hydrotechnicznymi. Ten zmniejszony wpływ na środowisko zależy w dużej mierze od równowagi między przepływem strumienia a produkcją energii. [ potrzebne źródło ]
Mikro
Mikro elektrownie wodne oznaczają elektrownie wodne , które zwykle wytwarzają moc do 100 kW . Instalacje te mogą dostarczać energię do izolowanego domu lub małej społeczności, lub czasami są podłączone do sieci elektroenergetycznych. Istnieje wiele takich instalacji na całym świecie, zwłaszcza w krajach rozwijających się, ponieważ mogą one stanowić ekonomiczne źródło energii bez zakupu paliwa. Mikroinstalacje wodne uzupełniają fotowoltaiczne systemy energii słonecznej, ponieważ w wielu obszarach przepływ wody, a tym samym dostępna energia wodna, jest najwyższy zimą, kiedy energia słoneczna jest minimalna.
Pico
Pico hydro to elektrownia wodna o mocy poniżej 5 kW . Jest to przydatne w małych, odległych społecznościach, które wymagają tylko niewielkiej ilości energii elektrycznej. Na przykład, 1,1 kW Intermediate Technology Development Group Pico Hydro Project w Kenii zaopatruje 57 domów w bardzo małe obciążenia elektryczne (np. kilka świateł i ładowarka do telefonu lub mały telewizor/radio). Nawet mniejsze turbiny o mocy 200-300 W mogą zasilić kilka domów w kraju rozwijającym się przy spadku zaledwie 1 m (3 stopy). Konfiguracja Pico-hydro jest zwykle typu „ run-of-the-river” , co oznacza, że tamy nie są używane, ale raczej rury kierują część przepływu, spuszczają go w dół pochyłości i przez turbinę przed powrotem do strumienia.
Pod ziemią
Podziemna elektrownia jest zwykle stosowana w dużych obiektach i wykorzystuje dużą naturalną różnicę wysokości między dwoma drogami wodnymi, taką jak wodospad lub górskie jezioro. Wykonywany jest tunel doprowadzający wodę ze zbiornika wysokiego do hali wytwórczej zbudowanej w kawernie w pobliżu najniższego punktu tunelu wodnego oraz poziomej rynny odprowadzającej wodę do dolnego toru wylotowego.
Obliczanie dostępnej mocy
Prosty wzór na przybliżenie produkcji energii elektrycznej w elektrowni wodnej to:
Gdzie
- to moc (w watach )
- ( eta ) jest współczynnikiem wydajności (bezmiarowy współczynnik skalarny, w zakresie od 0 dla całkowicie nieefektywnego do 1 dla całkowicie wydajnego).
- ( rho ) to gęstość wody (~ 1000 kg / m 3 )
- to objętościowe natężenie przepływu (w m 3 / s)
- to masowe natężenie przepływu (w kg / s)
- ( Delta h ) to zmiana wysokości (w metrach )
- to przyspieszenie spowodowane grawitacją (9,8 m / s 2 )
Sprawność jest często wyższa (to znaczy bliższa 1) w przypadku większych i nowocześniejszych turbin. Roczna produkcja energii elektrycznej zależy od dostępnego zaopatrzenia w wodę. W niektórych instalacjach natężenie przepływu wody może zmieniać się o współczynnik 10:1 w ciągu roku. [ potrzebne źródło ]
Nieruchomości
Zalety
Elastyczność
Energia wodna jest elastycznym źródłem energii elektrycznej, ponieważ stacje można bardzo szybko zwiększać i zmniejszać, aby dostosować się do zmieniającego się zapotrzebowania na energię. Turbiny wodne mają czas rozruchu rzędu kilku minut. Chociaż zasilanie bateryjne jest szybszy, jego wydajność jest niewielka w porównaniu do hydro. Przestawienie większości hydrozespołów od zimnego rozruchu do pełnego obciążenia zajmuje mniej niż 10 minut; jest to szybsze niż energia jądrowa i prawie cała energia z paliw kopalnych. Wytwarzanie energii można również szybko zmniejszyć, gdy występuje nadwyżka wytwarzania energii. W związku z tym ograniczona moc elektrowni wodnych nie jest na ogół wykorzystywana do produkcji energii podstawowej, z wyjątkiem opróżniania basenu przeciwpowodziowego lub zaspokajania dalszych potrzeb. Zamiast tego może służyć jako rezerwa dla generatorów innych niż wodne.
Moc o wysokiej wartości
Główną zaletą konwencjonalnych zapór wodnych ze zbiornikami jest ich zdolność do magazynowania wody po niskich kosztach do późniejszego wysłania jako wysokiej jakości czystej energii elektrycznej. W 2021 roku IEA oszacowała, że „zbiorniki wszystkich istniejących konwencjonalnych elektrowni wodnych łącznie mogą zmagazynować łącznie 1500 terawatogodzin (TWh) energii elektrycznej w jednym pełnym cyklu”, czyli „około 170 razy więcej energii niż światowa flota elektrownie szczytowo-pompowe”. Nie oczekuje się, aby pojemność akumulatorów wyprzedziła magazynowanie szczytowo-pompowe w latach 20. XX wieku. Gdy jest używany jako moc szczytowa aby zaspokoić popyt, energia wodna ma wyższą wartość niż moc obciążenia podstawowego i znacznie wyższą wartość w porównaniu z nieciągłymi źródłami energii, takimi jak wiatr i słońce.
Elektrownie wodne mają długą żywotność ekonomiczną, a niektóre elektrownie nadal działają po 50–100 latach. Koszty pracy operacyjnej są również zwykle niskie, ponieważ zakłady są zautomatyzowane i mają niewielu pracowników na miejscu podczas normalnej pracy.
Tam, gdzie zapora służy wielu celom, można dodać elektrownię wodną przy stosunkowo niskich kosztach budowy, zapewniając użyteczne źródło dochodów w celu zrekompensowania kosztów eksploatacji tamy. Obliczono, że sprzedaż energii elektrycznej z Zapory Trzech Przełomów pokryje koszty budowy po 5 do 8 latach pełnej generacji. Niektóre dane wskazują jednak, że w większości krajów duże zapory wodne będą zbyt kosztowne, a ich budowa zajmie zbyt dużo czasu, aby zapewnić dodatni zwrot skorygowany o ryzyko, chyba że zostaną wprowadzone odpowiednie środki zarządzania ryzykiem.
Przydatność do zastosowań przemysłowych
Podczas gdy wiele projektów hydroelektrycznych zasila publiczne sieci elektryczne, niektóre są tworzone w celu obsługi określonych przedsiębiorstw przemysłowych. Dedykowane projekty hydroelektryczne są często budowane w celu zapewnienia znacznych ilości energii elektrycznej potrzebnej na przykład do elektrociepłowni aluminium . Zapora Grand Coulee została przestawiona na obsługę aluminium Alcoa w Bellingham w stanie Waszyngton w Stanach Zjednoczonych dla amerykańskich samolotów z czasów II wojny światowej, zanim pozwolono jej dostarczać obywatelom irygację i energię (oprócz zasilania z aluminium) po wojnie. W Surinamie , Brokopondo Reservoir został zbudowany w celu dostarczania energii elektrycznej dla przemysłu aluminiowego Alcoa . Elektrownia Manapouri w Nowej Zelandii została zbudowana w celu dostarczania energii elektrycznej do huty aluminium w Tiwai Point .
Zmniejszona emisja CO2
Ponieważ zapory wodne nie zużywają paliwa, wytwarzanie energii nie wytwarza dwutlenku węgla . Podczas gdy dwutlenek węgla jest początkowo wytwarzany podczas budowy projektu, a część metanu jest wydzielana corocznie przez zbiorniki, woda wodna ma jedną z najniższych emisji gazów cieplarnianych w całym cyklu życia w przypadku wytwarzania energii elektrycznej. Niski gazów cieplarnianych występuje zwłaszcza w klimacie umiarkowanym . Większe skutki emisji gazów cieplarnianych występują w regionach tropikalnych, ponieważ zbiorniki elektrowni w regionach tropikalnych wytwarzają większe ilości metanu niż w obszarach o klimacie umiarkowanym.
Podobnie jak inne niekopalne źródła paliw, energia wodna również nie emituje dwutlenku siarki, tlenków azotu ani innych cząstek stałych.
Inne zastosowania zbiornika
Zbiorniki utworzone przez elektrownie wodne często zapewniają zaplecze do uprawiania sportów wodnych i same w sobie stają się atrakcjami turystycznymi. W niektórych krajach akwakultura w zbiornikach jest powszechna. Wielofunkcyjne tamy zainstalowane do nawadniania wspierają rolnictwo przy stosunkowo stałym zaopatrzeniu w wodę. Duże tamy wodne mogą kontrolować powodzie, które w przeciwnym razie dotknęłyby ludzi mieszkających w dole rzeki. Zarządzanie tamami, które są również wykorzystywane do innych celów, takich jak nawadnianie , jest skomplikowane.
Niedogodności
W 2021 r. MAE wezwała do „solidnych standardów zrównoważonego rozwoju dla wszystkich projektów hydroenergetycznych wraz z usprawnionymi zasadami i przepisami”.
Uszkodzenie ekosystemu i utrata ziemi
Duże zbiorniki wodne związane z tradycyjnymi elektrowniami wodnymi powodują zatapianie rozległych obszarów powyżej tam, czasami niszcząc bogate biologicznie i produktywne lasy nizinne i dolinowe, bagna i łąki. Spiętrzenie przerywa przepływ rzek i może zaszkodzić lokalnym ekosystemom, a budowa dużych tam i zbiorników często wiąże się z przesiedleniami ludzi i dzikich zwierząt. Utratę gruntów często potęguje fragmentacja siedlisk otaczających terenów spowodowana przez zbiornik.
Projekty hydroelektryczne mogą zakłócać otaczające ekosystemy wodne zarówno w górę, jak iw dół rzeki od miejsca elektrowni. Wytwarzanie energii wodnej zmienia środowisko rzeki w dolnym biegu rzeki. Woda wypływająca z turbiny zwykle zawiera bardzo mało zawieszonych osadów, co może prowadzić do wypłukiwania koryt rzek i utraty brzegów. Turbiny zabiją również duże części przechodzącej przez nie fauny, na przykład 70% węgorzy przepływających przez turbinę natychmiast zginie. Ponieważ wrota turbin są często otwierane w sposób przerywany, obserwuje się gwałtowne lub nawet dzienne wahania przepływu rzeki.
Susza i utrata wody przez parowanie
Susza i sezonowe zmiany opadów mogą poważnie ograniczyć energetykę wodną. Woda może również zostać utracona w wyniku parowania.
Brak zamulenia i przepływu
Kiedy woda płynie, ma zdolność przenoszenia cząstek cięższych od siebie w dół rzeki. Ma to negatywny wpływ na tamy, a następnie ich elektrownie, zwłaszcza na rzekach lub w zlewniach o dużym zamuleniu. Zamulenie może wypełnić zbiornik i zmniejszyć jego zdolność do kontrolowania powodzi, a także spowodować dodatkowe ciśnienie poziome w górnej części tamy. Ostatecznie niektóre zbiorniki mogą stać się pełne osadów i bezużyteczne lub przepełnione podczas powodzi i zawieść.
Zmiany w ilości przepływu rzeki będą skorelowane z ilością energii wytwarzanej przez zaporę. Niższe przepływy rzek zmniejszą ilość żywca w zbiorniku, zmniejszając tym samym ilość wody, którą można wykorzystać do produkcji energii wodnej. Skutkiem zmniejszonego przepływu rzek mogą być niedobory energii na obszarach, które są w dużym stopniu uzależnione od energii wodnej. Ryzyko braku przepływu może wzrosnąć w wyniku zmian klimatycznych . Jedno badanie z rzeki Kolorado w Stanach Zjednoczonych sugerują, że niewielkie zmiany klimatu, takie jak wzrost temperatury o 2 stopnie Celsjusza skutkujący 10% spadkiem opadów, mogą zmniejszyć spływ rzeczny nawet o 40%. Szczególnie narażona jest Brazylia ze względu na duże uzależnienie od energii wodnej, ponieważ wzrost temperatury, niższy przepływ wody i zmiany w reżimie opadów mogą zmniejszyć całkowitą produkcję energii o 7% rocznie do końca wieku.
Emisje metanu (ze zbiorników)
Niższe pozytywne skutki występują w regionach tropikalnych. Na nizinnych lasów deszczowych , gdzie konieczne jest zalewanie części lasu, zauważono, że zbiorniki elektrowni wytwarzają znaczne ilości metanu . Wynika to z faktu, że materiał roślinny na zalanych obszarach rozkłada się w beztlenowym i tworzy metan, gaz cieplarniany . Według Światowej Komisji ds. Zapór , w przypadku gdy zbiornik jest duży w porównaniu do mocy wytwórczych (mniej niż 100 watów na metr kwadratowy powierzchni) i nie przeprowadzono wycinki lasów na tym obszarze przed spiętrzeniem zbiornika, szklarnie emisje gazów ze złoża mogą być wyższe niż w przypadku konwencjonalnej elektrowni cieplnej opalanej olejem.
w zbiornikach borealnych Kanady i Europy Północnej emisje gazów cieplarnianych stanowią zwykle tylko 2% do 8% wszelkiego rodzaju konwencjonalnego wytwarzania ciepła z paliw kopalnych. Nowa klasa operacji podwodnego pozyskiwania drewna, której celem są zatopione lasy, może złagodzić skutki rozkładu lasów.
Przeprowadzka
Inną wadą elektrowni wodnych jest konieczność przesiedlenia ludzi mieszkających w miejscach, w których planowane są zbiorniki. W 2000 roku Światowa Komisja ds. Zapór oszacowała, że tamy spowodowały fizyczne przesiedlenie 40-80 milionów ludzi na całym świecie.
Ryzyko niepowodzenia
Ponieważ duże konwencjonalne elektrownie wodne zaporowe zatrzymują duże ilości wody, awaria spowodowana złą konstrukcją, klęskami żywiołowymi lub sabotażem może mieć katastrofalne skutki dla osad i infrastruktury w dole rzeki.
Podczas tajfunu Nina w 1975 r. Zapora Banqiao w południowych Chinach zawiodła, gdy w ciągu 24 godzin spadł ponad roczny deszcz (patrz awaria tamy Banqiao w 1975 r . ). Wynikająca z tego powódź spowodowała śmierć 26 000 osób, a kolejne 145 000 z powodu epidemii. Miliony zostały bez dachu nad głową.
Utworzenie tamy w miejscu nieodpowiednim pod względem geologicznym może spowodować katastrofy, takie jak katastrofa zapory Vajont we Włoszech w 1963 r., w której zginęło prawie 2000 osób.
Awaria tamy Malpasset we Fréjus na Riwierze Francuskiej (Lazurowe Wybrzeże) w południowej Francji zawaliła się 2 grudnia 1959 r., zabijając 423 osoby w wyniku powodzi.
Mniejsze tamy i mikroobiekty wodne stwarzają mniejsze ryzyko, ale mogą stanowić ciągłe zagrożenie nawet po likwidacji. Na przykład mały ziemny nasyp Kelly Barnes Dam zawiódł w 1977 roku, dwadzieścia lat po likwidacji elektrowni, powodując 39 zgonów.
Porównanie i interakcje z innymi metodami wytwarzania energii
Energia wodna eliminuje emisje gazów spalinowych ze spalania paliw kopalnych , w tym zanieczyszczeń, takich jak dwutlenek siarki , tlenek azotu , tlenek węgla , pył i rtęć w węglu . Energia wodna pozwala również uniknąć zagrożeń związanych z wydobyciem węgla i pośrednich skutków zdrowotnych emisji węgla. W 2021 roku MAE stwierdziła, że polityka energetyczna rządu powinna „wyceniać wartość wielu korzyści publicznych zapewnianych przez elektrownie wodne”.
Energia atomowa
Energia jądrowa jest stosunkowo nieelastyczna; chociaż może dość szybko zmniejszyć swoją produkcję. Ponieważ koszt energii jądrowej jest zdominowany przez wysokie koszty infrastruktury, koszt jednostki energii znacznie wzrasta przy niskiej produkcji. Z tego powodu energia jądrowa jest wykorzystywana głównie do obciążenia podstawowego . Dla kontrastu, energia wodna może dostarczać moc szczytową przy znacznie niższych kosztach. Energia wodna jest zatem często wykorzystywana jako uzupełnienie energii jądrowej lub innych źródeł do śledzenia obciążenia . Przykłady krajów, w których są sparowane w stosunku zbliżonym do 50/50, obejmują sieć elektryczną w Szwajcarii , Sektor elektroenergetyczny w Szwecji iw mniejszym stopniu na Ukrainie oraz sektor elektroenergetyczny w Finlandii .
Moc wiatru
Energia wiatrowa podlega przewidywalnym zmianom w zależności od pory roku, ale codziennie jest przerywana . Maksymalna generacja wiatru ma niewielki związek ze szczytowym dziennym zużyciem energii elektrycznej, wiatr może osiągać szczyt w nocy, kiedy energia nie jest potrzebna, lub być nieruchomy w ciągu dnia, kiedy zapotrzebowanie na energię elektryczną jest największe. Czasami wzorce pogodowe mogą powodować słaby wiatr przez kilka dni lub tygodni, a zbiornik hydroelektryczny, który może przechowywać tygodniową produkcję, jest przydatny do zrównoważenia wytwarzania w sieci. Szczytową moc wiatru można zrekompensować minimalną energią wodną, a minimalną siłę wiatru można zrekompensować maksymalną energią wodną. W ten sposób łatwo regulowany charakter energii wodnej jest wykorzystywany do kompensacji przerywanego charakteru energii wiatrowej. I odwrotnie, w niektórych przypadkach energia wiatrowa może być wykorzystana do oszczędzania wody do późniejszego wykorzystania w porze suchej.
Przykładem tego jest handel Norwegii ze Szwecją, Danią, Holandią, Niemcami i Wielką Brytanią. Norwegia jest w 98% zbudowana z energii wodnej, podczas gdy jej równinni sąsiedzi mają energię wiatrową. Na terenach pozbawionych energii wodnej magazyny szczytowo-pompowe spełniają podobną rolę, ale kosztują znacznie więcej i mają o 20% niższą wydajność. [ potrzebne źródło ]
Światowa moc elektrowni wodnych
Ranking mocy elektrowni wodnych odbywa się albo według rzeczywistej rocznej produkcji energii, albo według mocy znamionowej mocy zainstalowanej. W 2015 roku energia wodna wytwarzała 16,6% całkowitej energii elektrycznej na świecie i 70% całej odnawialnej energii elektrycznej. W 2021 r. energia wodna wyprodukowała 4 200 TWh, co stanowi ponad połowę całkowitej rocznej produkcji energii ze źródeł odnawialnych. Energia wodna jest produkowana w 150 krajach, a region Azji i Pacyfiku (z wyłączeniem Chin) generuje 26% światowej produkcji energii elektrycznej w 2021 r. Chiny są największym producentem energii wodnej z 721 terawatogodzinami produkcji w 2010 r., co stanowi około 17% krajowej energii elektrycznej używać. Brazylia , Kanada , Nowa Zelandia , Norwegia , Paragwaj , Austria , Szwajcaria , Wenezuela i kilka innych krajów ma większość wewnętrznej produkcji energii elektrycznej z elektrowni wodnych. Paragwaj wytwarza 100% swojej energii elektrycznej z zapór wodnych i eksportuje 90% swojej produkcji do Brazylii i Argentyny. Norwegia produkuje 96% swojej energii elektrycznej ze źródeł wodnych. Duże elektrownie są zwykle budowane przez rządy, więc większość mocy produkcyjnych (70%) jest własnością publiczną, mimo że większość elektrowni (prawie 70%) jest własnością sektora prywatnego i jest przez niego obsługiwana od 2021 r.
Elektrownia wodna rzadko pracuje z pełną mocą znamionową przez cały rok; współczynnikiem mocy jest stosunek między średnią roczną mocą a znamionową mocą zainstalowaną . Moc zainstalowana jest sumą mocy znamionowych wszystkich generatorów na tabliczce znamionowej.
| Kraj |
Roczna produkcja energii wodnej ( TWh ) |
zainstalowana ( GW ) |
Współczynnik wydajności |
% światowej produkcji |
% w krajowej produkcji energii elektrycznej |
|---|---|---|---|---|---|
|
Chiny
|
1232 | 352 | 0,37 | 28,5% | 17,2% |
|
Brazylia
|
389 | 105 | 0,56 | 9,0% | 64,7% |
 Kanada
|
386 | 81 | 0,59 | 8,9% | 59,0% |
 Stany Zjednoczone
|
317 | 103 | 0,42 | 7,3% | 7,1% |
 Rosja
|
193 | 51 | 0,42 | 4,5% | 17,3% |
 Indie
|
151 | 49 | 0,43 | 3,5% | 9,6% |
 Norwegia
|
140 | 33 | 0,49 | 3,2% | 95,0% |
 Japonia
|
88 | 50 | 0,37 | 2,0% | 8,4% |
 Wietnam
|
84 | 18 | 0,67 | 1,9% | 34,9% |
 Francja
|
71 | 26 | 0,46 | 1,6% | 12,1% |
| # | Kraj lub terytorium | 2020 |
|---|---|---|
| 1 |
Chiny |
370 160 |
| 2 |
Brazylia |
109 318 |
| 3 |
Stany Zjednoczone |
103 058 |
| 4 |
Kanada |
81 058 |
| 5 |
Rosja |
51 811 |
| 6 |
Indie |
50 680 |
| 7 |
Japonia |
50 016 |
| 8 |
Norwegia |
33 003 |
| 9 |
 Indyk |
30 984 |
| 10 |
Francja |
25 897 |
| 11 |
 Włochy |
22 448 |
| 12 |
 Hiszpania |
20 114 |
| 13 |
Wietnam |
18 165 |
| 14 |
Wenezuela |
16 521 |
| 15 |
 Szwecja |
16 479 |
| 16 |
 Szwajcaria |
15 571 |
| 17 |
 Austria |
15 147 |
| 18 |
 Iranu |
13 233 |
| 19 |
 Meksyk |
12 671 |
| 20 |
 Kolumbia |
12 611 |
| 21 |
 Argentyna |
11 348 |
| 22 |
 Niemcy |
10 720 |
| 23 |
 Pakistan |
10 002 |
| 24 |
Paragwaj |
8 810 |
| 25 |
 Australia |
8 528 |
| 26 |
 Laos |
7 376 |
| 27 |
 Portugalia |
7 262 |
| 28 |
 Chile |
6 934 |
| 29 |
 Rumunia |
6 684 |
| 30 |
 Korea Południowa |
6 506 |
| 31 |
 Ukraina |
6 329 |
| 32 |
 Malezja |
6 275 |
| 33 |
 Indonezja |
6 210 |
| 34 |
 Peru |
5 735 |
| 35 |
 Nowa Zelandia |
5 389 |
| 36 |
 Tadżykistan |
5 273 |
| 37 |
 Ekwador |
5 098 |
Ekonomia
Głównym czynnikiem jest średni ważony koszt kapitału .
Zobacz też
- Transformacja energetyczna
- Inżynieria hydrauliczna
- Międzynarodowe Stowarzyszenie Energii Wodnej
- Rzeki międzynarodowe
- Lista elektrowni magazynujących energię
- Lista awarii elektrowni wodnych
- Lista największych elektrowni
- Lista tematów dotyczących energii odnawialnej według kraju i terytorium
- Wykazy elektrowni wodnych
- Energia prądu morskiego – energia elektryczna z prądów morskich
- Narodowe Stowarzyszenie Energii Wodnej (USA)
Linki zewnętrzne
- Energia wodna w Curlie
- Koalicja na rzecz reformy energetyki wodnej
- Interaktywna demonstracja wpływu tam na rzeki Zarchiwizowane 2019-07-25 w Wayback Machine
- Europejskie Stowarzyszenie Małych Elektrowni Wodnych
- IEC TC 4: Turbiny hydrauliczne (Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna - Komitet Techniczny 4) Portal IEC TC 4 z dostępem do zakresu, dokumentów i strony internetowej TC 4 Zarchiwizowane 2015-04-27 w Wayback Machine
| Wytwarzanie energii wodnej | |
|
|---|---|---|
| Sprzęt hydroenergetyczny | ||
| Kontrola władz : Biblioteki narodowe |
|---|
