למשאבי כוח מים יש ערך סופי, למרות שהם נחשבים למתחדשים. הם עושר לאומי, כמו נפט, גז או מינרלים אחרים, וצריך לטפל בהם בזהירות ובמחשבה.
כוח מים
אפילו בימי קדם, אנשים שמו לב שמים הנופלים מלמעלה למטה יכולים לעשות עבודה מסוימת, כמו לסובב גלגל. מאפיין זה של נפילת מים החל לשמש כדי להניע את גלגלי הטחנה. כך הופיעו טחנות המים הראשונות, ששרדו עד היום כמעט בצורתן המקורית. טחנת המים היא תחנת הכוח ההידרואלקטרית הראשונה.
ייצור המפעל, שמקורו במאה ה-17, השתמש גם בגלגלי מים, ובמאה ה-18, למשל, היו כבר כשלושת אלפים מפעלים כאלה ברוסיה. ידוע שהמתקנים החזקים ביותר של גלגלים כאלה שימשו במפעל קרנהולם (נהר נארובה). גלגלי המים היו בקוטר 9.5 מטר ופיתחו עד 500 כוחות סוס.
משאבי כוח מים: הגדרה, יתרונות וחסרונות
ב-19המאה לאחר גלגלי המים, הופיעו הידרוטורבינות, ואחריהם - מכונות חשמליות. זה איפשר להמיר את אנרגיית המים הנופלים לאנרגיה חשמלית, ולאחר מכן להעביר אותה למרחק מסוים. ברוסיה הצארית, עד שנת 1913, היו כ-50,000 יחידות מצוידות בטורבינות הידרו שייצרו חשמל.
זה חלק מהאנרגיה של נהרות שניתן להמיר לאנרגיה חשמלית נקרא משאבי כוח הידרו, והמכשיר שממיר את האנרגיה של מים נופלים לאנרגיה חשמלית נקרא תחנת כוח הידרואלקטרית (HPP). המכשיר של תחנת הכוח כולל בהכרח טורבינה הידראולית, המניעה גנרטור חשמלי בסיבוב. כדי להשיג את זרימת המים הנופלים, הקמת תחנת כוח כרוכה בבניית סכרים ומאגרים.
היתרונות של שימוש בכוח הידרו:
- האנרגיה של הנהר מתחדשת.
- ללא זיהום סביבתי.
- מתברר חשמל זול.
- תנאי האקלים ליד המאגר משתפרים.
חסרונות בשימוש בכוח הידרו:
- הצפת חלק משטחי האדמה כדי לבנות מאגר.
- שינוי מערכות אקולוגיות רבות לאורך אפיק הנהר, ירידה באוכלוסיית הדגים, הפרעה לאתרי קינון של ציפורים, נהרות מזהמים.
- סכנת בנייה באזור הררי.
המושג של פוטנציאל כוח הידרו
כדי להעריך את משאבי כוח המים של נהר, מדינה או כדור הארץ כולו בעולםועידת האנרגיה (MIREC) הגדירה את פוטנציאל האנרגיה הידרומית כסכום היכולות של כל חלקי השטח הנבדק שניתן להשתמש בהם לייצור חשמל. ישנם מספר סוגים של פוטנציאל אנרגיה הידרומית:
- פוטנציאל ברוטו, המייצג משאבי כוח מים פוטנציאליים.
- פוטנציאל טכני הוא אותו חלק מהפוטנציאל הגולמי שניתן להשתמש בו טכנית.
- פוטנציאל כלכלי הוא אותו חלק מהפוטנציאל הטכני, שהשימוש בו אפשרי מבחינה כלכלית.
הכוח התיאורטי של זרם מים מסוים נקבע על ידי הנוסחה
N (kW)=9, 81QH, כאשר Q הוא קצב זרימת המים (m3/שנייה); H הוא גובה מפל המים (מ').
תחנת הכוח ההידרואלקטרית החזקה בעולם
ב-14 בדצמבר 1994, בסין, על נהר היאנגצה, החלה בנייתה של תחנת הכוח ההידרואלקטרית הגדולה ביותר, הנקראת שלושת הנקיקים. בשנת 2006 הושלמה בניית הסכר והושקה היחידה ההידרואלקטרית הראשונה. תחנת כוח הידרואלקטרית זו הייתה אמורה להפוך לתחנת הכוח ההידרואלקטרית המרכזית בסין.
הנוף של הסכר של תחנה זו דומה לתכנון של תחנת הכוח ההידרואלקטרית קרסנויארסק. גובה הסכר 185 מטר, ואורכו 2.3 ק מ. במרכז הסכר ישנו שפך שנועד לשחרר 116,000 מ'3 מים בשנייה, כלומר מגובה של כ-200 מ' נופלים פנימה יותר מ-100 טון מים. שנייה אחת.
נהר היאנגצה, שעליו בנויה תחנת הכוח ההידרואלקטרית של שלושת הנקיקים, הוא אחד האפשרויותנהרות עוצמתיים של העולם. הקמת תחנת כוח הידרואלקטרית על נהר זה מאפשרת להשתמש במשאבי הכוח הידרו-אלקטרי הטבעי של האזור. החל בטיבט, בגובה של 5600 מ', הנהר רוכש פוטנציאל אנרגיית מים משמעותי. המקום האטרקטיבי ביותר לבניית הסכר התברר כאזור שלושת הנקיקים, שבו הנהר פורץ מההרים אל המישור.
HPP design
לתחנת Three Gorges Hydropower יש שלוש תחנות כוח המכילות 32 יחידות הידרואלקטריות, כל אחת בהספק של 700 MW, ושתי יחידות הידרואלקטריות בהספק של 50 MW. הקיבולת הכוללת של ה-HPP היא 22.5 GW.
כתוצאה מבניית הסכר נוצר מאגר בנפח של 39 ק מ3. בניית הסכר הביאה להעברת תושבי שתי ערים עם אוכלוסייה כוללת של 1.24 מיליון איש למקום חדש. בנוסף, הוצאו מאזור השיטפונות 1,300 חפצים ארכיאולוגיים. 11.25 מיליארד דולר הוצאו על כל ההכנות להקמת הסכר. העלות הכוללת של הקמת תחנת הכוח ההידרואלקטרית Three Gorges היא 22.5 מיליארד דולר.
בניית תחנת כוח הידרואלקטרית זו מספקת בצורה נכונה ניווט, יתרה מכך, לאחר בניית המאגר, זרימת ספינות המטען גדלה פי 5.
ספינות נוסעים עוברות את מעלית הספינה, המאפשרת לעבור לספינות במשקל של לא יותר מ-3,000 טון. נבנו שני קווים של מנעולים בני חמישה שלבים למעבר ספינות משא. במקרה זה, משקל הכלים חייב להיות פחות מ-10,000 טון.
Yangtze HPP Cascade
משאבי המים וכוח המים של נהר היאנגצה מאפשרים לבנות על זהלנהר יש יותר מתחנת כוח הידרואלקטרית אחת, שבוצעה בסין. מעל תחנת הכוח ההידרואלקטרית שלושת הנקיקים, נבנה מפל שלם של תחנות כוח הידרואלקטריות. זהו המפל החזק ביותר של תחנות כוח הידרואלקטריות עם הספק של מעל 80 GW.
בניית המפל מונעת סתימה של מאגר שלושת הנקיקים, מכיוון שהיא מפחיתה את השחיקה באפיק הנהר במעלה הזרם של תחנת הכוח ההידרואלקטרית. לאחר מכן, יש פחות בוצה לשאת במים.
בנוסף, מפל HPP מאפשר לך לווסת את זרימת המים ל-HPP של שלושת הנקיקים ולקבל ייצור חשמל אחיד בו.
איטאיפו על נהר פארנה
Paraná פירושו "נהר כסף", זהו הנהר השני בגודלו בדרום אמריקה ואורכו 4380 ק"מ. הנהר הזה זורם דרך אדמה קשה מאוד, ולכן, בהתגברות עליו, הוא יוצר בדרכו מפלים ומפלים. נסיבות אלו מצביעות על תנאים נוחים להקמת תחנות כוח הידרואלקטריות כאן.
The Itaipu HPP נבנה על נהר Parana, 20 ק מ מהעיר Foz do Iguacu בדרום אמריקה. מבחינת כוח, תחנת הכוח ההידרואלקטרית הזו היא שנייה רק ל-HPP Three Gorges. ממוקם על הגבול של ברזיל ופרגוואי, Itaipu HPP מספק חשמל מלא לפרגוואי ו-20% לברזיל.
בניית תחנת הכוח ההידרואלקטרית החלה ב-1970 והסתיימה ב-2007. עשרה גנרטורים של 700 MW הותקנו בצד של פרגוואי ואותו מספר בצד הברזילאי. מכיוון שהיה יער טרופי סביב תחנת הכוח ההידרואלקטרית, שהיה נתון להצפות, החיות ממקומות אלו הועברו לשטחים אחרים. אורך הסכר הוא 7240 מטר,והגובה הוא 196 מ', עלות הבנייה מוערכת ב-15.3 מיליארד דולר. קיבולת HPP היא 14,000 GW.
משאבי חשמל הידרו-רוסים
לפדרציה הרוסית יש פוטנציאל מים ואנרגיה גדול, אבל משאבי כוח המים של המדינה מחולקים בצורה מאוד לא שווה על פני שטחה. 25% ממשאבים אלו נמצאים בחלק האירופי, 40% - בסיביר ו-35% - במזרח הרחוק. בחלק האירופי של המדינה, על פי מומחים, ניצול פוטנציאל כוח המים ב-46%, וכל פוטנציאל כוח המים של המדינה מוערך ב-2500 מיליארד קוט ש. זו התוצאה השנייה בעולם אחרי סין.
מקורות כוח הידרו בסיביר
לסיביר יש עתודות עצומות של כוח מים, מזרח סיביר עשיר במיוחד במשאבי כוח מים. הנהרות לנה, אנגרה, יניסאי, אוב ואירטיש זורמים לשם. פוטנציאל ההידרו של אזור זה מוערך ב-1,000 מיליארד קילו-וואט.
Sayano-Shushenskaya HPP על שם P. S. Neporozhny
הקיבולת של תחנת כוח הידרואלקטרית זו היא 6400 MW. זוהי תחנת הכוח ההידרואלקטרית החזקה ביותר בפדרציה הרוסית, והיא מדורגת במקום ה-14 בדירוג העולמי.
הקטע של Yenisei, המכונה פרוזדור Sayan, מתאים לבניית תחנות כוח הידרואלקטריות. כאן עובר הנהר דרך הרי סאיין, ויוצר מפלים רבים. במקום הזה נבנה ה-Syano-Shushenskaya HPP, כמו גם HPPs אחרים היוצרים מפל. ה-Syano-Shushenskaya HPP הוא הצעד הגבוה ביותר במפל זה.
הבנייה בוצעה משנת 1963 עד 2000. עיצוב תחנהמורכב מסכר בגובה של 245 מטר ואורך של 1075 מטר, מבנה תחנת כוח, מיתוג ומבנה שפך. יש 10 יחידות הידראוליות בהספק של 640 MW כל אחת בבניין HPP.
הנפח של המאגר שנוצר לאחר בניית הסכר הוא יותר מ-30 ק"מ3, ושטחו הכולל הוא 621 ק"מ2.
HPPs גדולות של הפדרציה הרוסית
משאבי כוח המים של סיביר נמצאים כיום בשימוש של 20%, אם כי הרבה תחנות כוח הידרואלקטריות גדולות למדי נבנו כאן. הגדול שבהם הוא ה-Syano-Shushenskaya HPP, ואחריו תחנות הכוח ההידרואלקטריות הבאות:
- Krasnoyarskaya HPP בהספק של 6000 MW (על ה-Yenisei). יש לו מעלית ספינה, היחידה בפדרציה הרוסית עד כה.
- Bratskaya HPP בהספק של 4500 MW (באנגרה).
- Ust-Ilimskaya HPP בהספק של 3840 MW (באנגרה).
למזרח הרחוק יש את הפוטנציאל הכי פחות מפותח. לדברי מומחים, פוטנציאל ההידרו של אזור זה מנוצל על ידי 4%.
מקורות כוח הידרו במערב אירופה
במדינות מערב אירופה, פוטנציאל כוח המים מנוצל כמעט לחלוטין. אם זה גם די גבוה, אז מדינות כאלה מספקות לעצמן חשמל מתחנות כוח הידרואלקטריות. מדובר במדינות כמו נורבגיה, אוסטריה ושוויץ. נורבגיה נמצאת במקום הראשון בעולם בייצור חשמל לתושב המדינה. בנורבגיה, נתון זה הוא 24,000 קילוואט-שעה בשנה, ו-99.6% מהאנרגיה הזו מופקת על ידי תחנות כוח הידרואלקטריות.
פוטנציאלים של כוח מיםמדינות שונות במערב אירופה שונות זו מזו באופן ניכר. זה נובע מתנאי שטח שונים ויצירת נגר שונה. 80% מכלל פוטנציאל האנרגיה של אירופה מרוכז בהרים בעלי קצב זרימה גבוה: החלק המערבי של סקנדינביה, הרי האלפים, חצי האי הבלקני והפירנאים. פוטנציאל כוח המים הכולל של אירופה הוא 460 מיליארד קילו-וואט בשנה.
עתודות הדלק באירופה קטנות מאוד, ולכן משאבי האנרגיה של הנהרות מפותחים בצורה משמעותית מאוד. לדוגמה, בשוויץ משאבים אלו מפותחים ב-91%, בצרפת - ב-92%, באיטליה - ב-86%, ובגרמניה - ב-76%.
HPP אשד על נהר הריין
על נהר זה נבנה מפל של תחנות כוח הידרואלקטריות, המורכבות מ-27 תחנות כוח הידרואלקטריות בהספק כולל של כ-3,000 MW.
אחת התחנות נבנתה ב-1914. זה HPP Laufenburg. הוא עבר בנייה מחדש פעמיים, ולאחר מכן הספק שלו הוא 106 MW. בנוסף, התחנה שייכת לאנדרטאות האדריכליות ומהווה אוצר לאומי של שוויץ.
HPP Rheinfelden היא תחנת כוח הידרואלקטרית מודרנית. השקתו בוצעה בשנת 2010, וההספק הוא 100 MW. התכנון כולל 4 יחידות הידראוליות של 25 MW כל אחת. תחנת כוח הידרואלקטרית זו נבנתה כדי להחליף את התחנה הישנה שנבנתה ב-1898. התחנה הישנה נמצאת כעת בשיפוצים.
מקורות כוח הידרו באפריקה
משאבי כוח המים של אפריקה נובעים מהנהרות הזורמים בשטחה: קונגו, הנילוס, הלימפופו, ניז'ר והזמבזי.
נהר קונגובעל פוטנציאל הידרואלקטרי משמעותי. בחלק מהמסלול של הנהר הזה יש מפל של מפלים הידועים כ-Inga Rapids. כאן נחל המים יורד מגובה 100 מטר במהירות של 26,000 מ'3 לשנייה. באזור זה נבנו 2 תחנות כוח הידרואלקטריות: "Inga-1" ו-"Inga-2".
ממשלת הרפובליקה הדמוקרטית של קונגו אישרה בשנת 2002 את הפרויקט לבניית מתחם Big Inga, שסיפק את הבנייה מחדש של תחנות הכוח ההידרואלקטריות הקיימות Inga-1 ו-Inga-2 והקמת השלישי - Inga-3. לאחר יישום התוכניות הללו, הוחלט לבנות את מתחם Bolshaya Inga הגדול בעולם.
פרויקט זה היה נושא הדיון בוועידת האנרגיה הבינלאומית. בהתחשב במצב משאבי המים והאנרגיה של אפריקה, נציגי עסקים וממשלות ממרכז ודרום אפריקה, שנכחו בוועידה, אישרו את הפרויקט הזה וקבעו את הפרמטרים שלו: הקיבולת של ה"ינגה הגדולה" נקבעה על 40,000 MW, שהוא יותר מתחנת הכוח ההידרואלקטרית החזקה ביותר " Three Gorges "כמעט 2 פעמים. הפעלת ה-HPP מתוכננת ל-2020, ועלויות הבנייה צפויות להיות 80 מיליארד דולר.
לאחר השלמת הפרויקט, DRC תהפוך לספקית החשמל הגדולה בעולם.
רשת החשמל בצפון אפריקה
צפון אפריקה ממוקמת לאורך חופי הים התיכון והאוקיינוס האטלנטי. אזור זה של אפריקה נקרא המגרב, או המערב הערבי.
משאבי כוח המים באפריקה מחולקים בצורה לא שווה. בצפון היבשת נמצא המדבר החם בעולם - הסהרה. הטריטוריה הזו חווה מחסור במים, ולכן לספק לאזורים אלה מים היא משימה מרכזית. הפתרון שלה הוא בניית מאגרים.
המאגרים הראשונים הופיעו במגרב עוד בשנות ה-30 של המאה הקודמת, אז הרבה מהם נבנו בשנות ה-60, אבל בנייה אינטנסיבית במיוחד החלה במאה ה-21.
משאבי כוח המים של צפון אפריקה נקבעים בעיקר על ידי נהר הנילוס. זהו הנהר הארוך ביותר בעולם. בשנות ה-60 של המאה הקודמת נבנה על נהר זה סכר אסואן, שלאחר בנייתו נוצר מאגר ענק, באורך של כ-500 ק"מ וברוחב של כ-9 ק"מ. מילוי המאגר במים התרחש במשך 5 שנים מ-1970 עד 1975.
סכר אסואן נבנה על ידי מצרים בשיתוף פעולה עם ברית המועצות. מדובר היה בפרויקט בינלאומי, שבעקבותיו ניתן לייצר עד 10 מיליארד קוט ש חשמל בשנה, לשלוט על מפלס המים בנהר הנילוס בזמן שיטפונות ולצבור מים במאגר לאורך זמן. מהמאגר חורגת רשת של תעלות השקיית שדות, ונווה מדבר הופיעו באתר המדבר, יותר ויותר שטחים משמשים לחקלאות. משאבי המים וכוח המים של צפון אפריקה משמשים ביעילות מירבית.
שיתוף בפוטנציאל כוח המים בעולם
- אסיה - 42%.
- Africa - 21%.
- צפון אמריקה - 12%.
- דרום אמריקה - 13%.
- אירופה - 9%.
- אוסטרליה ואוקיאניה – 3%
פוטנציאל אנרגיה הידרומית העולמי מוערך ב-10 טריליון קילו-שעה של חשמל.
ניתן לכנות את המאה ה-20 המאה של כוח המים. המאה ה-21 מביאה תוספות משלה להיסטוריה של התעשייה הזו. העולם הגדיל את תשומת הלב לתחנות כוח אחסון שאובות (PSPPs) ותחנות כוח גאות ושפל (TPPs), המשתמשות בכוח הגאות והשפל בים כדי לייצר אנרגיה חשמלית. פיתוח אנרגיה הידרומית נמשך.
