Hüdroenergiaressurssidel on piiratud väärtus, kuigi neid peetakse taastuvateks. Need on rahvuslik rikkus, nagu nafta, gaas või muud mineraalid, ning nendega tuleb hoolik alt ja läbimõeldult ümber käia.
Veeenergia
Isegi iidsetel aegadel märkasid inimesed, et ül alt alla langev vesi võib teatud tööd teha, näiteks ratast pöörata. Seda langeva vee omadust hakati kasutama veski rataste liikuma panemiseks. Nii tekkisid esimesed vesiveskid, mis on säilinud tänapäevani peaaegu oma algsel kujul. Vesiveski on esimene hüdroelektrijaam.
17. sajandil alguse saanud manufaktuuritootmises kasutati ka vesirattaid ja näiteks 18. sajandil oli Venemaal selliseid manufaktuure juba umbes kolm tuhat. Teadaolev alt kasutati selliste rataste võimsaimaid paigaldusi Krenholmi manufaktuuris (Narova jõgi). Vesirattad olid 9,5-meetrise läbimõõduga ja arendasid kuni 500 hobujõudu.
Hüdroenergia ressursid: määratlus, eelised ja puudused
19sajandil pärast vesirattaid ilmusid hüdroturbiinid ja pärast neid - elektrimasinad. See võimaldas teisendada langeva vee energia elektrienergiaks ja seejärel edastada see teatud kaugusele. Tsaari-Venemaal oli 1913. aastaks umbes 50 000 elektrit tootvate hüdroturbiinidega varustatud seadet.
Seda osa jõgede energiast, mida saab muundada elektrienergiaks, nimetatakse hüdroenergia ressurssideks, ja seadet, mis muundab langeva vee energia elektrienergiaks, nimetatakse hüdroelektrijaamaks (HP). Elektrijaama seade sisaldab tingimata hüdroturbiini, mis käitab pöörlevat elektrigeneraatorit. Langeva vee voolu saamiseks hõlmab elektrijaama ehitamine tammide ja veehoidlate ehitamist.
Hüdroenergia kasutamise eelised:
- Jõe energia on taastuv.
- Keskkonda ei saastata.
- Selgub odav elekter.
- Kliimatingimused veehoidla lähedal paranevad.
Hüdroenergia kasutamise puudused:
- Mõne maa-ala üleujutamine veehoidla ehitamiseks.
- Paljude ökosüsteemide muutumine jõesängis, kalade populatsiooni vähenemine, lindude pesitsuspaikade häirimine, jõgede saastamine.
- Ehitusoht mägises piirkonnas.
Hüdroenergia potentsiaali mõiste
Jõe, riigi või kogu maailma planeedi hüdroenergiaressursside hindamiseksEnergiakonverents (MIREC) defineeris hüdroenergia potentsiaali kõigi vaadeldava territooriumi lõikude võimsuste summana, mida saab kasutada elektri tootmiseks. Hüdroenergia potentsiaali on mitut tüüpi:
- Brutopotentsiaal, mis esindab potentsiaalseid hüdroenergiaressursse.
- Tehniline potentsiaal on see osa brutopotentsiaalist, mida saab tehniliselt kasutada.
- Majanduspotentsiaal on see osa tehnilisest potentsiaalist, mille kasutamine on majanduslikult otstarbekas.
Mõne veevoolu teoreetiline võimsus määratakse valemiga
N (kW)=9, 81QH, kus Q on vee voolukiirus (m3/sek); H on langemise kõrgus (m).
Maailma võimsaim hüdroelektrijaam
14. detsembril 1994 algas Hiinas Jangtse jõe äärde suurima hüdroelektrijaama ehitamine, mida nimetatakse Kolmeks kuruks. 2006. aastal lõpetati tammi ehitus ja käivitati esimene hüdroelektrijaam. Sellest hüdroelektrijaamast pidi saama Hiina keskne hüdroelektrijaam.
Vaade selle jaama tammile meenutab Krasnojarski hüdroelektrijaama kujundust. Tammi kõrgus on 185 meetrit ja pikkus 2,3 km. Tammi keskel on ülevooluava, mis eraldab sekundis 116 000 m3 vett, st umbes 200 m kõrguselt langeb sisse üle 100 tonni vett. üks sekund.
Jangtse jõgi, millele on ehitatud Kolme kuru hüdroelektrijaam, on üksvõimsad maailma jõed. Sellele jõele hüdroelektrijaama rajamine võimaldab kasutada piirkonna looduslikke hüdroenergia ressursse. Alates Tiibetist, 5600 m kõrgusel, omandab jõgi märkimisväärse hüdroenergia potentsiaali. Kõige atraktiivsemaks paigaks tammi ehitamiseks osutus Kolme kuru piirkond, kus jõgi murrab mägedest välja tasandikule.
HP disain
Kolme kuru hüdroelektrijaamas on kolm jõujaama, mis sisaldavad 32 hüdroelektrijaama, millest igaühe võimsus on 700 MW, ja kaks hüdroelektrijaama võimsusega 50 MW. HEJ koguvõimsus on 22,5 GW.
Paisu ehitamise tulemusena tekkis veehoidla mahuga 39 km3. Tammi ehituse tulemusel koliti uude kohta kahe linna elanike arv kokku 1,24 miljoni inimesega. Lisaks viidi üleujutusvööndist välja 1300 arheoloogilist eset. Kõikidele paisu ehitamise ettevalmistustele kulus 11,25 miljardit dollarit. Kolme kuru hüdroelektrijaama ehituse kogumaksumus on 22,5 miljardit dollarit.
Selle hüdroelektrijaama ehitus tagab korrektselt navigatsiooni, pealegi suurenes pärast veehoidla ehitamist kaubalaevade vool 5 korda.
Reisilaevad läbivad laevatõstuki, mis võimaldab läbida laevu, mis kaaluvad kuni 3000 tonni. Kaubalaevade läbipääsuks ehitati kaks rida viieastmelisi lukke. Sel juhul peab laevade kaal olema alla 10 000 tonni.
Jangtse HEJ kaskaad
Jangtse jõe vee- ja hüdroenergiavarud võimaldavad sellele tuginedajõel on rohkem kui üks hüdroelektrijaam, mis tehti Hiinas. Kolme Kuriku hüdroelektrijaama kohale ehitati terve hüdroelektrijaamade kaskaad. See on võimsaim hüdroelektrijaamade kaskaad võimsusega üle 80 GW.
Kaskaadi ehitus väldib Kolme kuru veehoidla ummistumist, kuna vähendab erosiooni hüdroelektrijaamast ülesvoolu jõesängis. Pärast seda on vähem muda, mida vees tassida.
Lisaks võimaldab HEJ kaskaad reguleerida veevoolu Kolme kuru HEJ-sse ja saada seal ühtlast elektritootmist.
Itaipu Parana jõel
Paraná tähendab "hõbedast jõge", see on Lõuna-Ameerika suuruselt teine jõgi ja selle pikkus on 4380 km. See jõgi voolab läbi väga kõva pinnase, mistõttu sellest üle saades tekitab ta teele kärestikke ja koskesid. See asjaolu viitab soodsatele tingimustele siinsete hüdroelektrijaamade ehitamiseks.
Itaipu HEJ ehitati Parana jõe äärde, 20 km kaugusel Lõuna-Ameerikas asuvast Foz do Iguacu linnast. Võimsuselt on see hüdroelektrijaam Kolm Kuri HEJ järel teisel kohal. Brasiilia ja Paraguay piiril asuv Itaipu HEJ varustab Paraguay ja 20% Brasiiliaga täisvoolu.
Hüdroelektrijaama ehitamine algas 1970. aastal ja lõppes 2007. aastal. Paraguay poolele on paigaldatud kümme 700 MW generaatorit ja sama palju Brasiilia poolele. Kuna hüdroelektrijaama ümber oli troopiline mets, mis oli üleujutuse all, asustati nendest paikadest pärit loomad teistele territooriumidele. Tammi pikkus on 7240 meetrit,ja kõrgus on 196 m, ehituse maksumus on hinnanguliselt 15,3 miljardit dollarit. HEJ võimsus on 14 000 GW.
Vene hüdroenergia ressursid
Vene Föderatsioonil on suur vee- ja energiapotentsiaal, kuid riigi hüdroenergia ressursid jaotuvad selle territooriumil äärmiselt ebaühtlaselt. 25% neist ressurssidest asub Euroopa osas, 40% - Siberis ja 35% - Kaug-Idas. Riigi Euroopa osas kasutatakse ekspertide hinnangul hüdroenergia potentsiaali 46% ulatuses ning kogu riigi hüdroenergia potentsiaal on hinnanguliselt 2500 miljardit kWh. See on Hiina järel maailmas teine tulemus.
Hüdroenergia allikad Siberis
Siberis on tohutud hüdroenergia varud, Ida-Siber on hüdroenergiaressursside poolest eriti rikas. Seal voolavad Lena, Angara, Jenissei, Obi ja Irtõši jõed. Selle piirkonna hüdropotentsiaal on hinnanguliselt 1000 miljardit kWh.
Sayano-Shushenskaya HEJ P. S. Neporožnõi järgi
Selle hüdroelektrijaama võimsus on 6400 MW. See on Venemaa Föderatsiooni võimsaim hüdroelektrijaam, mis on maailma edetabelis 14. kohal.
Jenissei lõik, mida nimetatakse Sajaani koridoriks, on soodne hüdroelektrijaamade ehitamiseks. Siin läbib jõgi Sajaani mägesid, moodustades palju kärestikke. Just sellesse kohta ehitati Sayano-Shushenskaya HEJ, aga ka teised HEJd, mis moodustavad kaskaadi. Sayano-Shushenskaya HEJ on selle kaskaadi kõrgeim aste.
Ehitus toimus aastatel 1963–2000. Jaama disainkoosneb 245 meetri kõrgusest ja 1075 meetri pikkusest tammist, elektrijaama hoonest, jaotusseadmest ja ülevoolukonstruktsioonist. HEJ hoones on 10 hüdroagregaati võimsusega 640 MW.
Pärast paisu ehitamist tekkinud veehoidla maht on üle 30 km3 ja selle kogupindala on 621 km2.
Vene Föderatsiooni suured HEJd
Siberi hüdroenergiaressursse kasutatakse praegu 20%, kuigi siia on ehitatud palju küll alt suuri hüdroelektrijaamu. Suurim neist on Sayano-Shushenskaya HEJ, millele järgnevad järgmised hüdroelektrijaamad:
- Krasnojarskaja HEJ võimsusega 6000 MW (Jenisseil). Sellel on laevalift, mis on seni ainus Vene Föderatsioonis.
- Bratskaja HEJ võimsusega 4500 MW (Angaras).
- Ust-Ilimskaja HEJ võimsusega 3840 MW (Angaras).
Kaug-Idas on kõige vähem arenenud potentsiaal. Ekspertide sõnul kasutab selle piirkonna hüdropotentsiaali 4%.
Hüdroenergia allikad Lääne-Euroopas
Lääne-Euroopa riikides on hüdroenergia potentsiaal peaaegu täielikult ära kasutatud. Kui see on ka üsna kõrge, siis varustavad sellised riigid end täielikult hüdroelektrijaamade elektriga. Need on sellised riigid nagu Norra, Austria ja Šveits. Norra on elektritootmises riigi elaniku kohta maailmas esikohal. Norras on see näitaja 24 000 kWh aastas ja 99,6% sellest energiast toodetakse hüdroelektrijaamades.
Hüdroenergia potentsiaalerinevad Lääne-Euroopa riigid erinevad üksteisest märgatav alt. See on tingitud erinevatest maastikutingimustest ja erinevast äravoolust. 80% kogu Euroopa hüdroenergia potentsiaalist on koondunud suure vooluhulgaga mägedesse: Skandinaavia lääneossa, Alpides, Balkani poolsaarel ja Püreneedes. Euroopa hüdroenergia kogupotentsiaal on 460 miljardit kWh aastas.
Kütusevarud Euroopas on väga väikesed, seega on jõgede energiavarud väga märkimisväärselt arenenud. Näiteks Šveitsis arendatakse neid ressursse 91%, Prantsusmaal - 92%, Itaalias - 86% ja Saksamaal - 76%.
HP kaskaad Reini jõel
Sellele jõele on ehitatud hüdroelektrijaamade kaskaad, mis koosneb 27 hüdroelektrijaamast koguvõimsusega umbes 3000 MW.
Üks jaamadest ehitati 1914. aastal. See on HPP Laufenburg. See läbis kahel korral rekonstrueerimise, mille järel on selle võimsus 106 MW. Lisaks kuulub jaam arhitektuurimälestiste hulka ja on Šveitsi rahvuslik aare.
HPP Rheinfelden on kaasaegne hüdroelektrijaam. Selle käivitamine toimus 2010. aastal ja võimsus on 100 MW. Konstruktsioon sisaldab 4 hüdroagregaati, igaüks 25 MW. See hüdroelektrijaam ehitati vana 1898. aastal ehitatud jaama asemele. Vana jaam on praegu renoveerimisel.
Hüdroenergia allikad Aafrikas
Aafrika hüdroenergia ressursid on tingitud tema territooriumi läbivatest jõgedest: Kongo, Niilus, Limpopo, Niger ja Zambezi.
Kongo jõgiomab märkimisväärset hüdroelektripotentsiaali. Osa sellest jõest on Inga kärestikku tuntud koskede kaskaad. Siin laskub veevool 100 meetri kõrguselt alla kiirusega 26 000 m3 sekundis. Sellesse piirkonda ehitati 2 hüdroelektrijaama: "Inga-1" ja "Inga-2".
Kongo Demokraatliku Vabariigi valitsus kiitis 2002. aastal heaks Big Inga kompleksi rajamise projekti, mis nägi ette olemasolevate Inga-1 ja Inga-2 hüdroelektrijaamade rekonstrueerimise ning ehituse kolmas - Inga-3. Pärast nende plaanide elluviimist otsustati ehitada maailma suurim Bolšaja Inga kompleks.
See projekt oli rahvusvahelise energiakonverentsi aruteluteema. Võttes arvesse Aafrika vee- ja hüdroenergia seisukorda, kiitsid konverentsil kohal olnud Kesk- ja Lõuna-Aafrika ettevõtete ja valitsuste esindajad selle projekti heaks ja määrasid selle parameetrid: "Big Inga" võimsuseks määrati 40 000 inimest. MW, mis on rohkem kui võimsaim hüdroelektrijaam " Three Gorges "peaaegu 2 korda. HEJ kasutuselevõtt on kavandatud 2020. aastaks ja ehituskulud on eeldatavasti 80 miljardit dollarit.
Kui projekt on lõpule viidud, saab Kongo DVst maailma suurim elektritarnija.
Põhja-Aafrika elektrivõrk
Põhja-Aafrika asub Vahemere ja Atlandi ookeani rannikul. Seda Aafrika piirkonda nimetatakse Magribiks ehk Araabia lääneks.
Hüdroenergia ressursid on Aafrikas jaotunud ebaühtlaselt. Mandri põhjaosas asub maailma kuumim kõrb – Sahara. Sellel territooriumil on veepuudus, seega on nende piirkondade veega varustamine suur ülesanne. Selle lahenduseks on reservuaaride ehitamine.
Esimesed veehoidlad tekkisid Magribi juba eelmise sajandi 30ndatel, seejärel ehitati palju neist 60ndatel, kuid eriti intensiivne ehitamine algas 21. sajandil.
Põhja-Aafrika hüdroenergia ressursid määrab peamiselt Niiluse jõgi. See on maailma pikim jõgi. Eelmise sajandi 60ndatel rajati sellele jõele Aswani tamm, mille rajamise järel moodustus hiiglaslik, umbes 500 km pikkune ja umbes 9 km laiune veehoidla. Veehoidla täitmine veega toimus 5 aasta jooksul 1970–1975.
Aswani tammi ehitas Egiptus koostöös Nõukogude Liiduga. Tegemist oli rahvusvahelise projektiga, mille tulemusena on võimalik toota kuni 10 miljardit kWh elektrit aastas, kontrollida Niiluse jõe veetaset üleujutuste ajal ning akumuleerida veehoidlasse pikka aega vett. Veehoidlast lahkneb põlde niisutavate kanalite võrgustik ja kõrbealale tekkisid oaasid, üha rohkem alasid kasutatakse põllumajanduseks. Põhja-Aafrika vee- ja hüdroenergiaressursse kasutatakse maksimaalselt tõhus alt.
Maailma hüdroenergia potentsiaali jagamine
- Aasia – 42%.
- Aafrika – 21%.
- Põhja-Ameerika – 12%.
- Lõuna-Ameerika – 13%.
- Euroopa – 9%.
- Austraalia ja Okeaania – 3%
Globaalne hüdroenergia potentsiaal on hinnanguliselt 10 triljonit kWh elektrit.
20. sajandit võib nimetada hüdroenergia sajandiks. 21. sajand toob selle tööstuse ajalukku omad täiendused. Maailm on pööranud suuremat tähelepanu pump-akumulatsioonielektrijaamadele (PSPP) ja loodete elektrijaamadele (TPP), mis kasutavad elektrienergia tootmiseks loodete jõudu. Hüdroenergia arendamine jätkub.
