HIDROLIK GÜÇ: ÖZELLIKLERI, NASIL ÇALIŞTIĞI, AVANTAJLARI, KULLANIMLARI - ÇEVRE - 2025

Hidrolik güç yeteneği arasında bölgesi üretmek çalışma su potansiyeli ve kinetik enerjiye göre hareket, ışık ve ısı şeklinde. Aynı zamanda temiz, yüksek performanslı bir yenilenebilir enerji olarak kabul edilir.

Bu enerji, akış, suyun hareket ettiği yerdeki noktalar arasındaki eşitsizlik ve yerçekimi kuvveti ile belirlenir. İnsanlar tarafından eski zamanlardan beri farklı işler yapmak için kullanılmıştır.

Itaipú Barajı (Brezilya ve Paraguay). Kaynak: Angelo Leithold

Hidrolik enerjinin ilk kullanımlarından biri, akımın gücünden yararlanan su değirmenlerine güç sağlamaktı. Bu şekilde, dişliler aracılığıyla değirmen taşları buğdayı dövmek için hareket ettirilebilir.

Şu anda en ilgili uygulaması, hidrolik santraller veya hidroelektrik santraller aracılığıyla elektrik enerjisi üretimidir. Bu tesisler temelde bir baraj ve bir türbin ve alternatör sisteminden oluşur.

Su, kanalın iki seviyesi arasında (jeodezik düzensizlik) barajda birikerek yerçekimi potansiyel enerjisi üretir. Ardından su akımı (kinetik enerji), elektrik enerjisi üretmek için enerjiyi alternatörlere ileten türbinleri harekete geçirir.

Hidrolik enerjinin avantajları arasında, diğer enerji kaynaklarından farklı olarak yenilenebilir ve kirletici olmamasıdır. Öte yandan% 90 - 95 arasında değişen verim ile oldukça verimlidir.

Hidroelektrik santrallerin çevresel etkisi, sıcaklıktaki değişim ve su yolunun fiziksel değişikliği ile ilişkilidir. Aynı şekilde, makinelerden filtrelenen atık yağlar üretilir.

Başlıca dezavantajı, geniş arazi alanlarının taşması nedeniyle neden olduğu fiziksel değişiklik ve nehirlerin doğal akışı ve akışının değişmesidir.

Dünyanın en büyük hidroelektrik santrali, Yangtze Nehri üzerinde Çin'de bulunan The Three Gorges'dur. Önem taşıyan diğer ikisi Brezilya ile Paraguay arasındaki sınırda bulunan Itaipú ve Venezuela'daki Simón Bolívar veya Guri hidroelektrik santrali.

karakteristikleri

Hidrolik enerjinin kaynağı sudur ve su döngüsü değişmediği sürece yenilenebilir enerji olarak kabul edilir. Aynı şekilde, katı atık veya kirletici gazlar oluşturmadan iş üretebilir ve bu nedenle temiz enerji olarak kabul edilir.

verim

Enerji verimliliği, bir süreçte elde edilen enerji miktarı ile ona yatırım yapmak için gerekli olan enerji arasındaki ilişkiyi ifade eder. Hidrolik enerji durumunda, kullanılan su ve türbin sisteminin hızına bağlı olarak% 90 ila 95 arasında bir verim elde edilir.

Hidroelektrik nasıl çalışır?

Bir hidroelektrik santralinin şeması. Kaynak: Kullanıcı: Tomia

Güneş enerjisinin kinetik enerjiye dönüşümü

Hidrolik enerjinin temeli, güneş enerjisinde, toprağın topografyasında ve dünyanın yerçekiminde yatmaktadır. Su çevriminde güneş enerjisi buharlaşmaya neden olur ve daha sonra su yoğunlaşır ve yeryüzünde çöker.

Düzensiz zemin ve yerçekimi kuvvetinin bir sonucu olarak, dünya yüzeyinde yüzey suyu akımları meydana gelir. Bu şekilde, güneş enerjisi, eşitsizlik ve yerçekiminin birleşik etkisiyle suyun hareketine bağlı olarak kinetik enerjiye dönüştürülür.

Daha sonra suyun kinetik enerjisi, iş yapabilen mekanik enerjiye dönüştürülebilir. Örneğin, hareketi çeşitli cihazları çalıştırabilen bir dişli sistemine ileten kanatlar hareket ettirilebilir.

Hidrolik enerjinin büyüklüğü, nehir yatağının belirli iki noktası ile akışı arasındaki eşitsizlik ile verilir. Arazinin düzensizliği ne kadar büyükse, suyun potansiyeli ve kinetik enerjisi ve iş üretme yeteneği o kadar büyük olur.

Bu anlamda potansiyel enerji, bir su kütlesinde biriken ve yere göre yüksekliğiyle ilgili olan enerjidir. Öte yandan, kinetik enerji, topografya ve yerçekiminin bir fonksiyonu olarak suyun düşme hareketinde bıraktığı enerjidir.

Hidroelektrikten elektrik üretimi (Hidroelektrik)

Düşen su tarafından üretilen kinetik enerji, elektrik enerjisi üretmek için kullanılabilir. Bu, suyun biriktiği ve farklı yükseklik seviyelerinde tutulduğu barajlar inşa edilerek elde edilir.

Böylece, suyun potansiyel enerjisi, bir nokta ile diğeri arasındaki seviye farkı ile doğru orantılıdır ve su düştüğünde kinetik enerjiye dönüşür. Daha sonra, su bir dönen kanat sisteminden geçer ve dönme kinetik enerjisi üretir.

Dönme hareketi, değirmenler, tekerlekler veya alternatörler gibi mekanik sistemleri etkinleştirebilen hareketli dişli sistemlerine izin verir. Hidroelektrik enerji üretimi söz konusu olduğunda, sistem elektrik üretmek için bir türbin sistemi ve bir alternatöre ihtiyaç duyar.

Türbinler

Türbin, ekseni suyun kuvveti ile döndüren bir kanat sistemi ile yatay veya dikey bir eksenden oluşur.

Üç temel tip hidrolik türbin vardır:

Pelton türbini

Pelton türbini. Kaynak: Robertk9410

Tamamen suya daldırılmadan çalışan, yatay eksenli yüksek basınçlı impuls türbinidir. Pervane, su jetleriyle tahrik edilen bir dizi içbükey kanala (bıçak veya diş) sahiptir.

Türbine ne kadar çok su jeti vurursa, o kadar fazla güç üretecektir. Bu türbin türü, 25 ila 200 metre yükseklikteki şelalelerde kullanılır ve% 90'a varan bir verime ulaşır.

Francis türbini

Francis türbini. Kaynak: Orijinal yükleyici Alman Wikipedia'daki Stahlkocher'dı.

Dikey eksenli orta basınçlı reaksiyon türbinidir ve tamamen suya daldırılmış olarak çalışır. Pervane, bir dağıtıcıdan geçen su tarafından tahrik edilen kanatlardan oluşur.

20 ila 200 metre yükseklikteki şelalelerde kullanılabilir ve% 90 verime ulaşır. Bu, dünyadaki büyük hidroelektrik santrallerinde en sık kullanılan türbin türüdür.

Kaplan türbini

Kaplan türbini. Kaynak: TheRunnerUp

Francis türbininin bir varyantıdır ve onun gibi dikey bir eksene sahiptir, ancak pervane bir dizi yönlendirilebilir kanattan oluşur. Yüksek basınç reaksiyonludur ve tamamen suya batırılmış olarak çalışır.

Kaplan türbini 5 ila 20 metre yüksekliğindeki şelalelerde kullanılır ve verimliliği% 95'e kadar ulaşabilir.

Alternatör

Alternatör, mekanik enerjiyi elektromanyetik indüksiyon yoluyla elektrik enerjisine dönüştürme kabiliyetine sahip bir cihazdır. Böylece, manyetik kutuplar (indüktör), iletken malzemenin alternatif kutupları olan bir bobin içinde döndürülür (örneğin, yumuşak demirle sarılmış bakır).

İşleyişi, belirli bir süre değişken bir manyetik alana maruz kalan bir iletkenin bir elektrik voltajı oluşturmasına dayanır.

avantaj

Hidrolik güç, birçok olumlu yönü olduğu için yaygın olarak kullanılmaktadır. Bunların arasında şunları vurgulayabiliriz:

Ekonomik

Hidroelektrik santraller söz konusu olduğunda ilk yatırım yüksek olmasına rağmen, genel anlamda uzun vadede ucuz enerjidir. Bu, stabilitesi ve düşük bakım maliyetinden kaynaklanmaktadır.

Ayrıca su ürünleri yetiştiriciliği, su sporları ve turizm olanaklarıyla birlikte rezervuarların sağladığı ekonomik tazminat da eklenmelidir.

Yenilenebilir

Su döngüsüne bağlı olduğu için yenilenebilir ve sürekli bir enerji kaynağıdır. Bu, fosil yakıtlardan elde edilen enerjinin aksine zamanla tükenmediği anlamına gelir.

Bununla birlikte, sürekliliği, belirli bir bölgede veya küresel olarak su döngüsünün değişmemesine bağlıdır.

Yüksek performans

Hidrolik enerji çok verimli ve% 90 ila 95 arasında yüksek bir performansla kabul edilir.

Kirletmiyor

Bu tür enerji, su gibi doğal bir kaynak kullanır ve ayrıca atık veya kirletici gazlar üretmez. Bu nedenle çevreye etkisi düşüktür ve bir temiz enerji şekli olarak kabul edilir.

Rezervuar varlığı

Hidroelektrik enerji kullanımı için rezervuarların inşa edildiği durumlarda, bunlar bir dizi ek fayda sunar:

- Nehrin akışını düzenlemeye ve selleri önlemeye izin verirler.
- İnsan tüketimi, sulama ve endüstriyel kullanım için bir su rezervuarını temsil ederler.
- Rekreasyon alanı olarak ve su sporları yapmak için kullanılabilirler.

Dezavantajları

Yağışa bağımlılık

Hidroelektrik enerji üretiminin bir sınırlaması, yağış rejimine bağımlı olmasıdır. Bu nedenle, özellikle kurak yıllarda su kaynağı önemli ölçüde azalabilir ve rezervuar seviyesi düşebilir.

Su akışı azaldığında elektrik enerjisi üretimi daha düşüktür. Öyle ki hidroelektrik enerji arzına büyük ölçüde bağımlı olan bölgelerde problemler ortaya çıkabilir.

Nehrin doğal seyrinin değiştirilmesi

Bir nehirde bir barajın inşası, doğal seyrini, taşkın rejimini, azalan (akışta azalma) ve tortu sürükleme sürecini değiştirir. Bu nedenle, suda yaşayan veya su kütlesinin yakınında bulunan bitki ve hayvanların biyolojisinde değişiklikler meydana gelir.

Öte yandan barajda tortu tutulması nehirlerin ağzında delta oluşumunu değiştirerek toprak koşullarını değiştirmektedir.

Barajın kırılma tehlikesi

Bazı hidroelektrik barajlarında depolanan yüksek hacimde su nedeniyle, istinat duvarının veya yakındaki yamaçların kırılması ciddi kazalara neden olabilir. Örneğin, 1963 yılında İtalya'da Vajont barajının (artık kullanılmayan) eğimi meydana geldi ve 2.000 kişinin ölümüne neden oldu.

Uygulamalar

Dönme dolaplar ve su pompaları

Suyun kinetik enerjisi ile tahrik edilen bir çarkın dönüşü, suyun sığ bir kuyudan veya kanaldan yükseltilmiş bir kanala veya rezervuara çekilmesine izin verir. Aynı şekilde, tekerlek tarafından üretilen mekanik enerji bir hidrolik pompayı çalıştırabilir.

En basit model, akıntıyla sürülürken aynı zamanda suyu toplayan kaselere sahip kanatlı bir çarktan oluşur. Daha sonra dönüşlerinde suyu bir tanka veya kanala bırakırlar.

Mills

Yunanlılar ve Romalılar, 2000 yıldan fazla bir süredir, değirmenleri tahıl öğütmek üzere hareket ettirmek için hidrolik enerji kullandılar. Su akışı tarafından tahrik edilen çarkın dönmesi, değirmen taşını döndüren dişlileri harekete geçirir.

Forges

Hidrolik güce dayalı işlenebilirliğin bir başka eski uygulaması, demircilik ve metalurji işlerinde dövme körüklerini etkinleştirmek için kullanılmasıdır.

Hidrolik kırılma

Madencilik ve petrolde, suyun kinetik enerjisi kayayı aşındırmak, kırmak ve çeşitli minerallerin çıkarılmasını kolaylaştırmak için kullanılır. Bunun için, alt tabakayı aşındırana kadar vuran devasa basınçlı su topları kullanılır.

Bu, toprak için yıkıcı bir tekniktir ve su yollarını oldukça kirletmektedir.

Fracking

Petrol endüstrisinde ivme kazanan çok tartışmalı bir teknik kırıcıdır. Petrol ve gaz içeren ana kayanın, çıkarılmasını kolaylaştırmak için gözenekliliğinin arttırılmasından oluşur.

Bu, bir dizi kimyasal katkı maddesi ile birlikte yüksek basınçta büyük miktarlarda su ve kumun enjekte edilmesiyle elde edilir. Teknik, yüksek su tüketimi, toprakları ve suları kirletmesi ve jeolojik değişikliklere neden olması nedeniyle sorgulandı.

Hidroelektrik santraller

En yaygın modern kullanım, hidroelektrik santraller veya hidroelektrik santraller olarak adlandırılan elektrik enerjisi üreten santralleri çalıştırmaktır.

Hidroelektrik santral örnekleri

Üç Geçit

Three Gorges Barajı (Çin). Kaynak: Le Grand Portage Türetilmiş çalışma: Rehman

Three Gorges Hidroelektrik Santrali, Yangtze Nehri kıyısındaki Çin'in Hubei Eyaletinde yer almaktadır. Bu barajın inşası 1994 yılında başlamış ve 2010 yılında tamamlanarak 1.045 km² su basmış alana ve 22.500 MW (megawatt) kurulu güce ulaşmıştır.

Tesis, yıllık 80,8 GWh elektrik enerjisi üretimine sahip 34 Francis türbinini (32'si 700 MW ve ikisi 50 MW) içermektedir. Yapı ve kurulu güç bakımından dünyanın en büyük hidroelektrik santralidir.

Three Gorges Barajı, nüfusa ciddi zararlar veren nehrin periyodik taşkınlarını kontrol etmeyi başardı. Aynı zamanda bölgenin elektrik arzını da garanti eder.

Ancak, inşaatı yaklaşık 2 milyon insanın yerinden edilmesi gibi bazı olumsuz sonuçlara yol açtı. Ek olarak, nesli tükenmekte olan Çin nehir yunusunun (Lipotes vexillifer) neslinin tükenmesine katkıda bulundu.

Itaipu

Itaipu Barajı. Kaynak: Herr stahlhoefer

Itaipú hidroelektrik santrali, Brezilya ve Paraguay arasındaki sınırda, Paraná Nehri boyunca yer almaktadır. Yapımı 1970 yılında başlamış ve 1984, 1991 ve 2003 yıllarında üç aşamada sona ermiştir.

Barajın su basmış alanı 1.350 km² olup 14.000 MW kurulu güce sahiptir. Santral, her biri 700 MW'lık 20 Francis türbinini içeriyor ve yıllık 94,7 GWh elektrik enerjisi üretimine sahip.

Itaipu, enerji üretimi açısından dünyanın en büyük hidroelektrik santrali olarak kabul edilmektedir. Brezilya'da tüketilen elektrik enerjisinin% 16'sına ve Paraguay'da% 76'sına katkıda bulunuyor.

Olumsuz etkileri ile ilgili olarak, bu baraj adaların ekolojisini ve Paraná Nehri'nin deltasını etkiledi.

Simon Bolivar (Guri)

Simón Bolívar hidroelektrik santrali (Gurí, Venezuela). Kaynak: Warairarepano & Guaicaipuro

Guri barajı olarak da bilinen Simón Bolívar hidroelektrik santrali, Venezuela'da Caroní Nehri boyunca yer almaktadır. Barajın inşaatına 1957 yılında başlanmış, ilk aşaması 1978 yılında tamamlanmış ve 1986 yılında tamamlanmıştır.

Guri barajının 4250 km² su altında kalan alanı ve 10.200 MW kurulu gücü vardır. Santrali 21 Francis türbinini içermektedir (10 tanesi 730 MW, 4 tanesi 180 MW, 3 tanesi 400 MW, 3 tanesi 225 MW ve biri 340 MW)

Yıllık üretim 46 GWh olup, yapı ve kurulu güç bakımından dünyanın üçüncü büyük hidroelektrik santrali olarak kabul edilmektedir. Hidroelektrik santral, Venezuela'nın tükettiği elektrik enerjisinin% 80'ini sağlıyor ve bir kısmı Brezilya'ya satılıyor.

Bu hidroelektrik santralinin inşası sırasında, yüksek biyolojik çeşitliliğe sahip bir bölge olan Venezuela Guyanası'ndaki geniş ekosistem alanları sular altında kaldı.

Bugün Venezuela'daki derin ekonomik kriz nedeniyle bu tesisin üretim kapasitesi önemli ölçüde azaldı.

Referanslar

1. - Hadzich M (2013). Hidrolik enerji, Bölüm 7. PUCP Group teknik eğitim kursu. Ekolojik evler ve oteller için teknolojiler. Peru Papalık Katolik Üniversitesi.
2. - Raabe J (1985). Hidro güç. Hidromekanik, hidrolik ve elektrikli ekipmanların tasarımı, kullanımı ve işlevi. Almanya: N. s.
3.-Sandoval Erazo, Washington. (2018). Bölüm 6: Hidroelektrik Santrallerin Temel Kavramları. Https://www.researchgate.net/publication/326560960_Capitulo_6_Conceptos_Basicos_de_Centrales_Hidroelectricas
4.- Stickler CM, Coe MT, Costa MH, Nepstad DC, McGrath DG, Dias HO ve Rodrigues BS-Soares-BS LCP (2013). Yerel ve bölgesel ölçeklerde hidroelektrik enerji üretiminin Amazon Havzası'ndaki ormanlara bağımlılığı. Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri, 110 (23), 9601–9606.
5. - Soria E (s / f). Hidrolik. Herkes için yenilenebilir enerjiler. IBERDROLA. 19 s.