Hydraulische Energieeigenschaften, Wie funktioniert, Vorteile, verwendet

Der Hydraulische Energie Es ist die Fähigkeit von Wasser, Arbeiten in Form von Bewegung, Licht und Wärme zu produzieren, die auf seinem Potenzial und seiner kinetischen Energie basieren. Ebenso gilt es als saubere und hohe Leistung erneuerbarer Energien.

Diese Energie wird durch den Fluss bestimmt, die Steigung zwischen den Punkten des Geländes, durch das sich das Wasser bewegt. Es wurde seit der Antike von Menschen verwendet, um verschiedene Werke auszuführen.

Itaipú Dam (Brasilien und Paraguay). Quelle: Angelo Leithold [CC BY-SA 3.0 (http: // creativecommons.Org/lizenzen/by-sa/3.0/]]

Eine der ersten Verwendungszwecke, die für hydraulische Energie vergeben wurden. Auf diese Weise konnte durch Zahnräder Mühlensteine ​​zu geworfen werden.

Derzeit ist die relevanteste Anwendung die Erzeugung von Elektrizität durch hydraulische Energie oder Wasserkraftwerke. Diese Zentralen bestehen im Grunde genommen aus einem Damm und einem System von Turbinen und Lichtmaschinen.

Das Wasser sammelt sich im Damm zwischen zwei Niveaus des Kanals (geodätische Steigung), wodurch eine gravitationale potentielle Energie erzeugt wird. Anschließend aktiviert der Wasserstrom (kinetische Energie) Turbinen, die Energie an Lichtmaschinen übertragen, um Strom zu erzeugen.

Unter den Vorteilen der hydraulischen Energie besteht darin, dass sie im Gegensatz zu anderen Energiequellen erneuerbar und nicht abgestimmt ist. Andererseits ist es mit einer Leistung, die von 90 bis 95% stammt.

Der Umwelteinfluss von Wasserkraftwerken ist mit der Variation der Temperatur und der physikalischen Veränderung des Wasserverlaufs verbunden. Ebenso gibt es Abfälle und Fettabfälle, die aus den Maschinen filtern.

Der Hauptnachteil ist die physikalische Veränderung, die sie verursacht, da große Landverlängerungen überflutet und der Verlauf und der natürliche Fluss der Flüsse verändert werden.

Die weltweit größte Wasserkraftwerke sind die drei Hals in China am Yangtsé River. Die beiden anderen Bedeutung sind die von Itaipu an der Grenze zwischen Brasilien und Paraguay und der Simón Bolívar oder Guri Wasserkraftwerk in Venezuela.

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Eigenschaften

Die Quelle der hydraulischen Energie ist Wasser und wird in dem Maße, in dem sich der Wasserkreislauf nicht ändert. Es kann auch Arbeiten produzieren, ohne feste Abfälle oder Verschmutzungsgase zu erzeugen, und wird daher als saubere Energie angesehen.

Leistung

Die Energieleistung bezieht sich auf die Beziehung zwischen der in einem Prozess gewonnenen Energie und der Energie, die erforderlich war, um in dasselbe zu investieren. Bei hydraulischer Energie wird eine Ausbeute je nach Geschwindigkeit des Wassers und dem verwendeten Turbinensystem zwischen 90 und 95% erreicht.

Wie funktioniert hydraulische Energie?

Schema einer Wasserkraftanlage. Quelle: Benutzer: Tomia [CC von 3.0 (https: // creativecommons.Org/lizenzen/bis/3.0)]]

Umwandlung von Sonnenenergie in kinetische Energie

Die Grundlage der hydraulischen Energie liegt in Sonnenenergie, der Topographie des Geländes und der terrestrischen Schwere. Im Wasserkreislauf verursacht die Sonnenenergie Verdunstung und dann kondensiert das Wasser auf der Erde und schlägt sie aus.

Infolge der Hänge des Geländes und der Schwerkraft werden Oberflächenwasserströmungen auf der Erdoberfläche erzeugt. Auf diese Weise wird die Sonnenenergie aufgrund der Bewegung von Wasser durch die kombinierte Wirkung der Unebenheit und Schwerkraft in kinetische Energie umgewandelt.

Anschließend kann die kinetische Wasserergie in mechanische Energie umgewandelt werden, die in der Lage ist, Arbeiten zu erledigen. Zum Beispiel können Klingen, die die Bewegung auf ein Zahnradsystem übertragen, das verschiedene Geräte erzeugen kann, bewegt werden.

Die Größe der hydraulischen Energie wird durch die Steigung zwischen zwei angegebenen Punkten des Kanals und dem Fluss derselben gegeben. Je größer die Steigung des Geländes ist, desto größer ist das Potenzial und die kinetische Energie des Wassers sowie seine Fähigkeit, Arbeit zu erzeugen.

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In diesem Sinne ist die potentielle Energie eine, die sich in einer Wassermasse ansammelt und mit ihrer Höhe in Bezug auf den Boden zusammenhängt. Andererseits ist kinetische Energie eine, die Wasser in seiner fallenden Bewegung abhängig von der Topographie und der Schwere freisetzt.

Stromerzeugung aus hydraulischer Energie (Wasserkraft)

Die durch Wasser im Sturz erzeugte kinetische Energie kann zur Erzeugung von Strom verwendet werden. Dies wird erreicht, indem Dämme gebaut werden.

Somit ist die potentielle Wasserergie direkt proportional zur Unebenheit zwischen einem Punkt und einem und wenn das Wasser fällt, wird in kinetische Energie umgewandelt. Anschließend fließt Wasser durch ein Rotationschaufelsystem und erzeugt kinetische Rotationsenergie.

Die Rotationsbewegung ermöglicht das Bewegen von Zahnradsystemen, die mechanische Systeme wie Mühlen, Norias oder Lichtmaschinen aktivieren können. Im speziellen Fall der Wassererzeugung von Wasserkraft benötigt das System ein Turbinensystem und eine Lichtmaschine, um Strom zu erzeugen.

Turbinen

Die Turbine besteht aus einer horizontalen oder vertikalen Achse mit einem System von Klingen, die durch Kraft des Wassers die Achse drehen.

Es gibt drei grundlegende Arten von Hydraulikturbinen:

Pelton Turbine

Pelton Turbine. Quelle: Robertk9410 [CC BY-SA 4.0 (https: // creativecommons.Org/lizenzen/by-sa/4.0)]]

Es ist eine Hochdruckimpuls -Turbine mit einer horizontalen Achse, die funktioniert. Das Rodete trägt eine Reihe von Klingen (Paletten oder Zähne) konkav, die von Wasserstrahlen angetrieben werden.

Je mehr Wasserjets gegen die Turbine abstürzen, desto mehr Strom wird erzeugt. Diese Art von Turbinen wird für Wassersprünge 25 bis 200 Meter hoch verwendet und erreicht eine Effizienz von bis zu 90%.

Francis Turbine

Francis Turbine. Quelle: Der ursprüngliche Uploader war Stahlkocher bei deutscher Wikipedia. [CC BY-SA 3.0 (http: // creativecommons.Org/lizenzen/by-sa/3.0/]]

Es handelt sich um eine mittlere Druckreaktionsturbine mit vertikal. Der Rodete besteht aus Paletten, die durch das Wasser durch einen Händler angetrieben werden.

Es kann in Wasserspionen von 20 bis 200 Metern verwendet werden und erreicht eine Effizienz von 90%. Dies ist die Art von Turbinen, die häufiger in den großen Wasserkraftwerken der Welt verwendet wird.

Kaplan -Turbine

Kaplan -Turbine. Quelle: Therunnerup [CC BY-SA 3.0 at (https: // creativeCommons.Org/lizenzen/by-sa/3.0/at/Tat.In)]

Es ist eine Variante der Francis -Turbine und hat wie diese eine vertikale Achse, aber das Laufrad wird durch eine Reihe von orientierbaren Klingen gebildet. Es ist Hochdruckreaktion und arbeitet vollständig in Wasser eingetaucht.

Die Kaplan -Turbine wird in Wasser verwendet.

Generator

Die Lichtmaschine ist ein Apparat, der die Fähigkeit hat, mechanische Energie durch elektromagnetische Induktion in elektrische Energie umzuwandeln. Somit werden Magnetpolen (Induktor) in einer Spule mit alternativen Polen aus leitfähigem Material gedreht (z. B. Kupfer in süßem Eisen gerollt).

Sein Betrieb basiert auf der Tatsache, dass ein für einiger Zeit einem variabler Magnetfeld ausgesetztes Treiber eine elektrische Spannung erzeugt.

Vorteile

Hydraulische Energie wird weit verbreitet, da sie viele positive Aspekte hat. Unter diesen können wir hervorheben:

Es ist wirtschaftlich

Obwohl bei Wasserkraftanlagen die anfängliche Investition hoch ist, ist dies langfristig im Allgemeinen eine billige Energie. Dies ist auf seine Stabilität und die geringen Wartungskosten zurückzuführen.

Darüber hinaus müssen die wirtschaftlichen Vergütungen von Stauseen mit Möglichkeiten für Aquakultur, Wassersport und Tourismus hinzugefügt werden.

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Es ist erneuerbar

Basierend auf dem Wasserzyklus ist es eine erneuerbare und kontinuierliche Energiequelle. Dies impliziert, dass es im Gegensatz zur Energie von fossilen Brennstoffen nicht in der Zeit erschöpft ist.

Seine Kontinuität hängt jedoch vom Wasserzyklus ab.

Hochleistung

Hydraulische Energie wird als sehr effizient und mit hoher Leistung zwischen 90 und 95% angesehen.

Es ist nicht verschmutzt

Diese Art von Energie verwendet eine natürliche Quelle wie Wasser und produziert auch keine Verschwendung oder Verschmutzung Gase. Daher wird die Auswirkungen auf die Umwelt reduziert und als Form mit sauberer Energie angesehen.

Vorhandensein von Stauseen

In Fällen, in denen Reservoire für die Nutzung von Wasserkraft Energie gebaut werden, haben diese eine Reihe zusätzlicher Vorteile:

- Sie ermöglichen es, den Flussfluss zu regulieren und Überschwemmungen zu vermeiden.
- Sie repräsentieren ein Wasserreservoir für den menschlichen Verbrauch, die Bewässerung und den industriellen Gebrauch.
- Sie können als Freizeitbereiche und für die Praxis des Wassersports genutzt werden.

Nachteile

Niederschlagsabhängigkeit

Eine Einschränkung der Wassererzeugung von Wasserkraft ist die Abhängigkeit vom Niederschlagsregime. Daher kann die Wasserversorgung in besonders trockenen Jahren dramatisch abnehmen und der Reservoirspiegel wird verringert.

Wenn der Wasserfluss verringert wird, ist die Stromerzeugung niedriger. Auf diese Weise, dass in Regionen, die stark von Wasserkraft abhängig sind, Probleme in der Versorgung auftreten können.

Veränderung des natürlichen Verlaufs des Flusses

Der Bau eines Damms in einem Fluss verändert seinen natürlichen Verlauf, seine Flut, abnehmende Regime (Abnahme des Flusses) und den Sedimentwiderstandsprozess. Daher werden Veränderungen in der Biologie von Wasserpflanzen und Tieren in der Nähe des Wasserkörpers erzeugt.

Andererseits verändert die Sedimentretention im Damm die Bildung von Deltas an der Mündung der Flüsse und verändert die Bodenbedingungen.

Dammbruchgefahr

Aufgrund des großen Wasservolumens, das in einigen Wasserkraftdämmen gespeichert ist. Zum Beispiel fand im Jahr 1963 die Abteilung des Hangs am Vajont -Damm (heute in nicht verwendeten) in Italien statt und verursachte 2.000 tot.

Anwendungen

Norias und Wasserpumpen

Die Rotation eines Rades, der durch die kinetische Energie des Wassers angetrieben wird. Ebenso kann die vom Rad erzeugte mechanische Energie eine Hydraulikpumpe bedienen.

Das einfachste Modell besteht aus einem Rad mit Klingen mit Schalen, die gleichzeitig das Wasser sammeln, die von der Strömung angetrieben werden. Dann fallen sie in ihrer Rotation das Wasser in einen Tank oder Kanal fallen.

Mühlen

Seit mehr als 2000 Jahren nutzten die Griechen und Römer hydraulische Energie, um Mühlen zu bewegen, um Müsli zu mahlen. Das Rad dreht von den aktiven Wasserstromgängen, die den Mühlenstein drehen.

Forjas

Eine weitere alte Anwendung der Arbeitskapazität, die auf hydraulischer Energie basiert.

Hydraulikfraktur

In Bergbau und Öl wird die kinetische Wasserergie von Wasser verwendet, um das Gestein zu erodieren, zu brechen und die Extraktion verschiedener Mineralien zu erleichtern. Dafür werden gigantische Druckwasserkanonen verwendet, die das Substrat treffen, um es zu untergraben.

Dies ist ein zerstörerischer Boden und eine hochverschmutzende Technik von Wasserläufen.

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Fracking

Eine sehr kontroverse Technik, die den Boom in der Ölindustrie erfasst, ist die Fracking. Es besteht darin, die Porosität des Muttergesteins zu erhöhen, der Öl und Gas enthält, um seinen Ausgang zu erleichtern.

Dies wird erreicht, indem große Mengen Wasser und Sand bei hohen Drücken neben einer Reihe chemischer Zusatzstoffe injiziert werden. Die Technik wurde durch ihren hohen Wasserverbrauch, die Kontaminierung von Böden und Gewässern und durch geologische Veränderungen in Frage gestellt.

Wasserkraftwerke

Die häufigste moderne Verwendung besteht darin, zentrale Stromerzeugung zu funktionieren, so.

Beispiele für hydraulische Energieanlagen

Die drei Hals

Mutter der drei Schluchten (China). Quelle: LE GRAND PORTAGAGEDERIVATION ARBEIT: Rehman [CC von 2.0 (https: // creativecommons.Org/lizenzen/by/2.0)]]

Der Wasserkraft von Las Tres Gulfantas befindet sich in der Provinz Hubei in China im Yangtsé River -Kurs. Dieser Damm wurde 1994 gebaut und wurde 2010 fertiggestellt, um ein Gebiet mit 1 überflutet zu werden.045 km² und eine installierte Kapazität von 22.500 MW (Megawatt).

Die Anlage umfasst 34 Francis -Turbinen (32 von 700 MW und zwei von 50 MW) mit einer jährlichen Stromerzeugung von 80,8 GWh. Es ist die weltweit größte Wasserkraftanlage in Bezug auf Struktur und installierte Leistung.

Die Beute mit drei Kehlen hat es geschafft, die regelmäßigen Überschwemmungen des Flusses zu kontrollieren, die den Bevölkerung schwerwiegende Schäden verursachten. Es garantiert auch die Stromversorgung der Region.

Die Konstruktion hatte jedoch einige negative Folgen wie die Vertreibung von rund 2 Millionen Menschen. Darüber hinaus trug es zum Aussterben des Delphins von Chinesisch oder Baiji (Lipotes Vexillifer) bei, der in kritischer Gefahr war.

Itaipú

Itaipú Dam. Quelle: Herr Stahlhoefer [Public Domain]

Die Wasserkraftwerk Itaipu befindet sich im Verlauf des Paraná -Flusses an der Grenze zwischen Brasilien und Paraguay. Der Bau begann 1970 und endete 1984, 1991 und 2003 in drei Phasen.

Das überflutete Bereich des Damms beträgt 1.350 km² und verfügt über eine installierte Kapazität von 14.000 MW. Die Anlage umfasst 20 Francis -Turbinen von jeweils 700 MW und verfügt über eine jährliche Stromerzeugung von 94,7 GWh.

Itaipú gilt als das weltweit größte Wasserkraftwerk in der Energieerzeugung. Es trägt 16% zum in Brasilien verbrauchten Strom und 76% von Paraguay bei.

In Bezug auf seine negativen Auswirkungen wirkte sich dieser Damm auf die Ökologie der Inseln und die Delta del Río Paraná aus.

Simón Bolívar (Guri)

Simón Bolívar Wasserkraftwerk (Gurí, Venezuela). Quelle: Warairapano & Guaicaipuro [CC0]

Die Hydroelektrizanlage Simón Bolívar, auch als Guri Dam bekannt. Der Damm wurde 1957 gebaut, eine erste Etappe endete 1978 und wurde 1986 fertiggestellt.

Der Guri -Damm hat ein Gebiet mit 4 überflutet.250 km² und eine installierte Kapazität von 10.200 MW. Das Werk umfasst 21 Francis -Turbinen (10 von 730 MW, 4 von 180 MW, 3 von 400 MW, 3 von 225 MW und einer von 340 MW)

Die jährliche Produktion beträgt 46 GWh und gilt als drittgrößter Wasserkraftwerk der Welt in Bezug auf Struktur und installierte Strom. Die Wasserkraftanlage liefert 80% des von Venezuela verbrauchten Stroms und ein Teil wird an Brasilien verkauft.

Während des Aufbaus dieser Wasserkraftwerk wurden große Erweiterungen der venezolanischen Guayana -Ökosysteme überflutet, eine Region mit einer hohen Artenvielfaltsvielfalt.

Heute wurde die Produktionskapazität dieses Zentrums aufgrund der tiefen Wirtschaftskrise von Venezuela erheblich verringert.

Verweise

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