Vannkraftverk

Fornybar energi
Biobrensel
Biomasse
Geotermisk
Hydroelektrisk
Solar
Tidevannsbølge
Bølgebevegelse
Vind

Et vannkraftverk er et sett med vannkraftverk plassert i en viss rekkefølge, koblet til en serie egnede elektriske maskiner (f.eks . dynamo og transformator ) for å oppnå produksjon av elektrisitet fra bevegelige eller passende .vannmasser kinetisk energi til elektrisk energi .

Beskrivelse

Vannkraftverk har den spesielle egenskapen at de kan aktiveres og deaktiveres i løpet av få minutter med umiddelbar åpning av de hydrauliske skodder , og gir dermed muligheten til enkelt å dekke de plutselige toppene i etterspørselen etter produksjon av elektrisitet som kan oppstå. Tvert imot har de fleste termoelektriske og kjernekraftverk lengre tenningstid, til og med titalls timer, nødvendig for termisk regulering av maskineriet og er derfor en type "alltid på" (eller "grunnleggende") type anlegg. .

Ulemper

Et problem knyttet til vannkraftverk er den progressive nedgravningen der akkumuleringsbassengene uunngåelig møtes over tid. For å unngå dette må disse mudres med jevne mellomrom.

Miljøproblemer kan utgjøres av at barrierer (dammer) blokkerer fast transport av elver (sand og grus) ved å endre balansen mellom fast forsyning og den erosive aktiviteten i nedstrøms vassdraget (erosjon av elvebunnselva og noen ganger , " meander cutting " på grunn av den større hastigheten) til sjøen hvor vi, på grunn av det reduserte eller ingen solide bidraget , er vitne til fenomenet kysterosjon. Store vannkraftbassenger kan også i noen tilfeller ha miljømessige og sosioøkonomiske påvirkninger av ulik størrelse eller alvorlighet på de omkringliggende områdene (endring av landskapet og ødeleggelse av naturlige habitater, befolkningsforflytninger, tap av jordbruksarealer osv.) og mulighetsstudien må være spesielt nøyaktig, spesielt når det gjelder den nøyaktige analysen av bakkens geologi og "skuldrene" som demningen vil støte mot, uten å neglisjere noen detaljer. Bare på denne måten vil det være mulig å unngå tragedier som Vajont-dalen , som høsten 1963 utslettet byen Longarone og to andre byer i dalen, og forårsaket ofre i 1917. Mange av disse miljøproblemene forekommer ikke i "MINI-HYDRO"-anleggene, som i de fleste tilfeller ikke krever bygging av demninger (se 1.1 elvekraftverk ).

Klassifisering etter type

Plantene er klassifisert etter ulike typer systemer:

Elvekraftverk

De finnes fremfor alt der store vannmasser av elver overvinner beskjedne høydeforskjeller; vannet ledes inn i en avledningskanal (ikke en penstock ) og gjennom denne sendes til turbinene som roterer takket være vannets skyvekraft, og dermed produserer turbinenes bevegelse, som hver er koblet til en dynamo som transformerer bevegelsen rotasjon til elektrisitet.

Hastigheten som tildeles av vannet til turbinene genereres gjennom en høydeforskjell, kalt "hopp", som oversettes til hydrodynamisk trykk i høyden der turbinene er plassert.

Dock kraftverk

I motsetning til de "rennende vannkraftverkene", blir en kunstig innsjø skapt , kalt lastebassenget, ved hjelp av oppdemming av en elvekløft med en demning , hvorfra pennstokker starter , som er anriket av en piezometrisk brønn (innsatt før turbin) som demper og unngår de forstyrrende effektene av vannhammeren (enorme overtrykk som genereres når turbinen stoppes gjennom stenging av rørledningen). Nedstrøms er det et rolig basseng hvor det urolige vannet så snart de forlater kraftverket får roet seg ned før det gjeninnføres i normal vannføring av elva.

Kraftverk med lagringssystemer

I motsetning til "reservoarkraftverk", er kraftverk med lagringsanlegg utstyrt med et oppsamlingsbasseng også nedstrøms: vannet som genererte elektrisitet i løpet av dagen som går gjennom turbinene, kan føres tilbake fra dalbassenget til oppstrømsbassenget. lavere energibehov (for eksempel om natten), ved å pumpe, og bruke for denne operasjonen overflødig elektrisitet produsert av "alltid på" type anlegg som ikke kan akkumuleres på annen måte. Med andre ord, oppstrømsbassenget "lades opp" i løpet av natten og vannmassene som bringes tilbake oppstrøms kan derfor gjenbrukes i timene med størst energibehov [1] [2] .

I disse akkumuleringsanleggene lages ternære grupper av maskiner, det vil si turbinen, pumpen og det elektriske maskineriet som, ettersom de er reversible, fungerer som generator eller motor om nødvendig. Hvis anlegget utelukkende er utstyrt med et oppstrøms basseng og et nedstrøms basseng (uten derfor en "flytende" komponent), kalles anlegget en lukket krets vannkraftverk eller til og med en pumpestasjon . I noen anlegg er det også mulig å utnytte reversibiliteten til noen turbiner, som Francis-turbinen , som i sin omvendte drift fungerer som en pumpe, reduserer anleggs- og vedlikeholdskostnadene, mot et akseptabelt effektivitetstap. Av denne typen er 1000 MW pumpeanlegget i Edolo, i provinsen Brescia, som bruker 8 125 MW Francis turbopumper.

Det finnes installasjoner av denne teknologien i liten skala, altså i bygninger, selv om disse ikke ser ut til å være økonomisk fordelaktige på grunn av de ugunstige stordriftsfordelene . [3] Videre kreves det for en betydelig lagringskapasitet en stor vannreserve som er en vanskelig tilpasning i urbane realiteter. [3] Noen forfattere forsvarer imidlertid sin teknologiske enkelhet og verdsetter den sikre tilførselen av vann som kreves som en viktig eksternalitet . [3]

Effektklassifisering

Kraften til et vannkraftverk avhenger av to termer:

I henhold til den nominelle kraften skilles følgende ut:

Implantatene kan også klassifiseres etter fall eller hopp (H):

Til slutt kan de klassifiseres i omfang (Q)

Verdensproduksjon av vannkraft

Installert kapasitet for vannkraft (MW) [4]
# Land 2020
1 Kina 370.160
2 Brasil 109.318
3 forente stater 103.058
4 Canada 81.058
5 Russland 51.811
6 India 50 680
7 Japan 50 016
8 Norge 33.003
9 Tyrkia 30.984
10 Frankrike 25.897
11 Italia 22.448
12 Spania 20.114
1. 3 Vietnam 18.165
14 Venezuela 16.521
15 Sverige 16.479
16 sveitsisk 15.571
17 Østerrike 15.147
18 Iran 13.233
19 Mexico 12.671
20 Colombia 12.611
21 Argentina 11.348
22 Tyskland 10.720
23 Pakistan 10.002
24 Paraguay 8.810
25 Australia 8.528
26 Laos 7.376
27 Portugal 7.262
28 Chile 6.934
29 Romania 6.684
30 Sør-Korea 6.506
31 Ukraina 6.329
32 Malaysia 6.275
33 Indonesia 6.210
34 Peru 5.735
35 New Zeland 5.389
36 Tadsjikistan 5.273
37 Ecuador 5.098

Mini-hydro anlegg

De største mulighetene for nye vannkraftinstallasjoner er i dag i liten skala, gjennom bruk av anlegg som kan klassifiseres som mini-hydro, dvs. med en størrelse på mindre enn 10 MW (derfor inkludert små, mini og mikro, ifølge forrige klassifisering).

I 2003, ifølge data fra GRTN ( National Transmission Network Manager ), i Italia var følgende aktive:

for en installert effekt på ca. 2 300 MW.

Mini-hydro anses i plandokumentene om fornybare kilder som en av sektorene hvor det er mulig å gjennomføre store utbygginger.

Noen faktorer som gjør denne kategorien implantater interessant:

Konfigurasjon av mini-hydro-systemer

Inndelingen etter størrelse av vannkraftverk er basert på installert effekt, som er proporsjonal med produktet mellom strømningshastighet og vannhøyde. Følgelig er ikke alle mini-hydro-anlegg de med de laveste synkenivåene eller de laveste strømningshastighetene. For eksempel kan et anlegg med en nær effekt på 10 MW bygges ved å utnytte middels fall og små vannføringer, eller lave fall og middels vannføringer.

Mini-hydroverkene med effekt mellom 100 kW og 10 MW har en konfigurasjon som ligner på de større anleggene.

Den lille størrelsen på plantene krever at følgende kostnader er minimale for å være økonomisk praktiske:

Mikroimplantater

Når det gjelder "mikrohydro", det vil si anleggene under 100 kW effekt, består ikke verdien så mye i energibidraget som de kan gi til det nasjonale elektrisitetsbehovet, men snarere i utnytting av vannressursen på lokalt nivå de representerer en måte å utnytte en fornybar energikilde, som ellers ville blitt spredt, med svært lav miljøpåvirkning.

De viktigste fordelene er følgende:

Steffturbin er en del av mikroanleggene .

Mini-hydroturbiner

I mini-hydro brukes turbiner som er konseptuelt lik de for større anlegg, designet med passende forholdsregler. Turbinene som brukes på denne størrelsen av anlegg har følgende egenskaper.

En annen løsning for mini-hydro-systemer med svært lave fallhøyder er VLH -turbinen ( Very Low Head ), som er i stand til å utnytte hopp fra 1,4 m. [5]

Auger turbin (eller arkimedeansk skrue)

Den fungerer etter det "inverse" prinsippet til Archimedes' rulle, nylig patentert som en vannkraftturbin. Den er spesielt egnet for drift i nærvær av rusk, enkel installasjon og vedlikehold, lave installasjons- og administrasjonskostnader, mulighet for drift selv med minimal vannføring, derfor i vannløp med diskontinuerlig strømning. Skrueturbiner brukes for høyder fra 1 til 10 meter og vannstrømningshastigheter fra 0,5 til5,5  m³ / s .

Very Low Head (VLH) turbin

VLH ( Very Low Head ) -turbinen er en turbin som hovedsakelig er rettet mot et smalt område av fallhøyder (fra 1,4 til 3,4 m) og strømningshastigheter (fra 10 til 27 m³/s), en forsterket versjon er også tilgjengelig for opphopp til 4,5 m. Dette resulterer i et effektområde per enhet fra 100 til500  kW (på nettverksnivå). I tillegg til det nesten unike med serien som er inkludert i VLH-turbinen, er denne typen installasjon spesielt effektiv på steder hvor det er nødvendig å utvikle et lavt miljøpåvirkningsanlegg (turbin og generator er nedsenket), med en betydelig reduksjon av anleggsarbeid og beskyttelse av fisk. . [6]

Vannhjul

Vannhjulet er en gravitasjonsmaskin som bruker vekten av vann (potensiell energi) og en del av den kinetiske energien til å produsere energi. Hjulene nedenfra kan brukes på steder med hopp under 1,5 m og maksimale strømningshastigheter på 1 m³/s per meter bredde ( https://www.youtube.com/watch?v=f-AfK2Bl4NY ), hjulene fra siden på steder med hopp opp til 4 m og maksimale strømningshastigheter på 600 l/s per meter bredde ( https://www.youtube.com/watch?v=dCVWwPHCENc ) og hjulene ovenfra for hopp mellom 3 – 6 m og maksimale strømningshastigheter på 100-200 l/s per meter bredde ( https://www.youtube.com/watch?v=O5CQ6wjZ02U ). De maksimale hydrauliske ytelsene varierer mellom 70 og 85 %.

Pelton mikroturbin med horisontal eller vertikal akse

Svært lik turbinene som brukes i større anlegg. På grunn av det relativt lave omdreiningstallet er det egnet for systemer med vannhopp på noen hundre meter. Enkel og robust konstruksjon, med reduserte dimensjoner og utmerket ytelse, fungerer ved atmosfærisk trykk og gir ikke tetteproblemer. Den er utstyrt med doble skjeblad, med et antall dyser opptil seks. Generelt er alle de viktigste mekaniske delene laget av rustfritt stål. Peltonturbiner er de mest brukte i mikroanlegg, fordi de er best egnet til å utnytte potensialet knyttet til begrensede strømningshastigheter.

Turgo mikroturbin

Det er en turbin med en Pelton-lignende handling og passer for hopp fra 30 til 300m. Den er egnet for situasjoner med betydelige variasjoner i vanntilsig og for grumsete vann.

Mikroturbin med radiell eller tverrstrøm

Den brukes til laveffektsystemer, da den er egnet for hopp fra noen få meter opp til 100 meter og for strømningshastigheter fra 20 til 1000 liter/sekund. Vanninntaket er radialt, med det spesielle ved en dobbel virkning av væsken på bladene. Overføringen av bevegelsen til generatoren er betrodd et tannbelte. Vanligvis er metallkomponentene laget av rustfritt stål. Effektiviteten til tverrstrømsturbinene er lavere enn Pelton-turbinene, men de har en større konstruksjonsvennlighet og bedre tilpasningsevne til små hopp.

Francis miniturbin

Francis miniturbinen er en reaksjonsturbin gyldig for kraftverk med effekt rundt 100 kW. Konstruksjonskonseptet ligner mye på turbiner for større anlegg. Fordelen med denne maskinen består i utnyttelsen av alt tilgjengelig hode, opp til lossekanalen. Den komplekse konstruksjonen, den høye rotasjonshastigheten som forårsaker friksjon og slitasje, og noen tetningsproblemer, gjør installasjonen av disse turbinene i små anlegg problematisk.

Merknader

  1. ^ Topper i forbruket oppstår vanligvis midt på morgenen og midt på ettermiddagen.
  2. ^ Arduino , s. 472 .
  3. ^ a b c Guilherme de Oliveira e Silva og Patrick Hendrick, Pumped hydro energy storage in buildings , i Applied Energy , vol. 179, 1. oktober 2016, s. 1242-1250, DOI : 10.1016 / j.apenergy.2016.07.046 . Hentet 10. mars 2017 .
  4. ^ STATISTIKK OVER FORNYBAR KAPASITET 2021 side. 17
  5. ^ http://www.vlh-turbine.com/gamma .
  6. ^ Fiskevennlighet®

Bibliografi

Relaterte elementer

Andre prosjekter

Eksterne lenker