להבין כיצד המפעל ההידרואלקטרי הופך את אנרגיית המים לחשמל, יתרונותיה וחסרונותיה
תמונה: סכר איטאיפו, פרגוואי / ברזיל על ידי איגוד הכוח הימי הבינלאומי (IHA) מורשה תחת CC BY 2.0
מהי אנרגיה הידראולית (הידרואלקטרית)?
אנרגיה הידרואלקטרית היא השימוש באנרגיה הקינטית הכלולה בזרימת גופי המים. האנרגיה הקינטית מקדמת את סיבוב להבי הטורבינות המרכיבות את מערכת הצמח ההידרואלקטרית כדי להפוך מאוחר יותר לאנרגיה חשמלית על ידי מחולל המערכת.
מהו מפעל הידרואלקטרי (או מפעל הידרואלקטרי)?
מפעל הידרואלקטרי הוא מכלול עבודות וציוד המשמש לייצור אנרגיה חשמלית משימוש בפוטנציאל ההידראולי של נהר. הפוטנציאל ההידראולי ניתן על ידי הזרימה ההידראולית וריכוז חוסר האחידות הקיים לאורך הנהר. חוסר האחידות יכול להיות טבעי (מפלים) או להיבנות בצורת סכרים או באמצעות הסטת הנהר מהמצע הטבעי שלו ליצירת מאגרים. ישנם שני סוגים של מאגרים: הצטברות ומאגרי נהרות. ההצטברות נוצרת בדרך כלל בראש מי הנהרות, במקומות המתרחשים במפלים גבוהים ומורכבים ממאגרים גדולים עם הצטברות גדולה של מים. מאגרי הנחל מנצלים את מהירות המים של הנהר כדי לייצר חשמל ובכך מייצרים הצטברות מים מינימלית או ללא.
המפעלים, בתורם, מסווגים על פי הגורמים הבאים: גובה המפל, זרימה, קיבולת מותקנת או כוח, סוג הטורבינה המשמש במערכת, סכר ומאגר. אתר הבנייה נותן את גובה הנפילה ואת הזרימה, ושני גורמים אלה קובעים את הקיבולת או ההספק המותקן של מפעל הידרואלקטרי. הקיבולת המותקנת קובעת את סוג הטורבינה, הסכר והמאגר.
על פי דו"ח של הסוכנות הלאומית לאנרגיה חשמלית (Aneel), מרכז ההתייחסות הארצי לצמחים הידרואלקטריים קטנים (Cerpch, מהאוניברסיטה הפדרלית של איטג'ובה - אוניפי) מגדיר את גובה המפל נמוך (עד 15 מטר), בינוני ( 15 עד 150 מטר) וגובה (גדול מ -150 מטר). עם זאת, צעדים אלה אינם בהסכמה. גודל המפעל קובע גם את גודל רשת ההפצה שתוביל את החשמל שנוצר לצרכנים. ככל שהצמח גדול יותר, כך גדלה הנטייה שהוא יהיה רחוק ממרכזים עירוניים. זה דורש בנייה של קווי תמסורת גדולים שלעתים קרובות חוצים מצבים וגורמים לאובדן אנרגיה.
כיצד פועל מפעל הידרואלקטרי?
לייצור אנרגיה הידרואלקטרית, יש צורך לשלב את זרימת הנהר, את ההבדל בשטח (טבעי או לא) ואת כמות המים הזמינה.
המערכת של מפעל הידרואלקטרי מורכבת מ:
סֶכֶר
מטרת הסכר היא להפריע למחזור הטבעי של הנהר, וליצור מאגר מים. למאגר יש פונקציות נוספות מלבד אגירת מים, כמו יצירת פער מים, תפיסת מים בנפח הולם לייצור אנרגיה ויסות זרימת הנהרות בתקופות של גשם ובצורת.
מערכת צריכת מים (אדדוקציה)
מורכב ממנהרות, תעלות וצינורות מתכתיים שלוקחים את המים לתחנת הכוח.
תַחֲנַת כֹּחַ
בחלק זה של המערכת הטורבינות המחוברות לגנרטור. תנועת הטורבינות ממירה את האנרגיה הקינטית של תנועת המים לאנרגיה חשמלית דרך הגנרטורים.
ישנם מספר סוגים של טורבינות, כאשר העיקריים הם פלטון, קפלן, פרנסיס ונורה. הטורבינה המתאימה ביותר לכל מפעל הידרואלקטרי תלויה בגובה הנפילה ובזרימה. דוגמה: הנורה משמשת בצמחי ריצה מפני שהיא אינה דורשת קיומם של מאגרים והיא מסומנת לנפילות נמוכות ולקצבי זרימה גבוהים.
ערוץ בריחה
לאחר המעבר בטורבינות, המים מוחזרים למצע הטבעי של הנהר דרך תעלת הבריחה.
תעלת הבריחה ממוקמת בין תחנת הכוח לנהר וגודלה תלוי בגודל התחנה והנהר.
נשפך
השפך מאפשר למים לברוח בכל פעם שמפל המאגר חורג מהגבולות המומלצים. זה קורה בדרך כלל בתקופות של גשם.
הנשפך נפתח כאשר ייצור החשמל נפגע מכיוון שמפלס המים הוא מעל לרמה האידיאלית; או כדי למנוע הצפה וכתוצאה מכך מהצפה סביב הצמח, דבר האפשרי בתקופות גשומות מאוד.
השפעות חברתיות-סביבתיות הנגרמות על ידי השתלת מפעלים הידרואלקטריים
המפעל ההידרואלקטרי הראשון הוקם בסוף המאה ה -19 ברצועת מפלי הניאגרה, בין ארצות הברית לקנדה, כאשר פחם היה הדלק העיקרי ונפט עדיין לא נעשה שימוש נרחב. לפני כן, אנרגיה הידראולית שימשה רק כאנרגיה מכנית.
למרות שהאנרגיה ההידרואלקטרית הינה מקור אנרגיה מתחדשת, הדו"ח של אנייל מציין כי השתתפותה במטריקס החשמלי העולמי קטנה והולכת וקטנה עוד יותר. חוסר העניין הגובר יהיה תוצאה של החיצוניות השלילית הנובעת מיישום פרויקטים בסדר גודל כזה.
השפעה שלילית של השתלת פרויקטים הידרואלקטריים גדולים היא השינוי באורח החיים של האוכלוסיות שחיות באזור, או בסביבתו של המקום, שבו יושתל הצמח. חשוב גם להדגיש כי קהילות אלה הן לעיתים קרובות קבוצות אנושיות המזוהות כאוכלוסיות מסורתיות (עמים ילידים, קווילומבולות, קהילות לצד נהר האמזונס ואחרות), שהישרדותן תלויה בשימוש במשאבים מהמקום בו הם מתגוררים, ויש להם קשר עם השטח. סדר תרבותי.
האם הידרו אנרגיה נקייה?
למרות שהוא נחשב בעיני רבים כמקור לאנרגיה "נקייה" מכיוון שהוא אינו קשור לשריפת דלקים מאובנים, ייצור חשמל הידרואלקטרי תורם לפליטת פחמן דו חמצני ומתאן, שני גזים העלולים לגרום להתחממות כדור הארץ.
פליטת הפחמן הדו חמצני (CO2) נובעת מפירוק עצים שנותרו מעל מפלס המים של המאגרים, ושחרורו של מתאן (CH4) מתרחש על ידי פירוק החומר האורגני הקיים בתחתית המאגר. ככל שעמוד המים עולה, ריכוז המתאן (CH4) עולה גם הוא. כאשר המים מגיעים לטורבינות הצמח, הפרש הלחץ גורם לשחרור מתאן לאטמוספירה. מתאן משוחרר גם לנתיב המים דרך שפכי הצמח, כאשר בנוסף לשינוי הלחץ והטמפרטורה, מרססים את המים בטיפות.
CO2 משוחרר על ידי פירוק עצים מתים מעל המים. בניגוד למתאן, רק חלק מהפחמן הנפלט נחשב להשפיע, מכיוון שחלק גדול מהפחמן מבוטל באמצעות ספיגות המתרחשות במאגר. מכיוון שמתאן אינו משולב בתהליכי פוטוסינתזה (אם כי ניתן להפוך אותו לאט לאט לפחמן דו חמצני) הוא נחשב להשפעה גדולה יותר על השפעת החממה במקרה זה.
פרויקט בלקאר (פליטת גזי חממה במאגרי מים צמחיים) נוצר במטרה לחקור את תרומתם של מאגרים מלאכותיים להעצמת אפקט החממה באמצעות פליטת פחמן דו חמצני ומתאן. המחקרים הראשונים של הפרויקט בוצעו בשנות ה -90 במאגרים באזור האמזונס: בלבינה, טוקורי וסמואל. אזור האמזונס התמקד במחקר מכיוון שהוא מאופיין בכיסוי צמחייה מסיבי, ולכן, פוטנציאל גדול יותר לפליטת גז על ידי פירוק של חומרים אורגניים. לאחר מכן, בסוף שנות התשעים, הפרויקט כלל גם את מירנדה, טרס מריאס, סגרדו, שינגו ובארה בוניטה.
על פי המאמר שפרסם ד"ר פיליפ מ. פירנסייד, ממכון המחקר של אמזון, על פליטת גזים במפעל טוקורי, בשנת 1990, פליטת גזי החממה (CO2 ו- CH4) של המפעל נעה בין 7 מיליון ו -10 מיליון טונות באותה שנה. המחבר מבצע השוואה עם העיר סאו פאולו, שפלטה באותה שנה 53 מיליון טון CO2 מדלקים מאובנים. במילים אחרות, רק Tucuruí יהיה אחראי על פליטת המקבילה של 13% עד 18% מפליטת גזי החממה בעיר סאו פאולו, ערך משמעותי עבור מקור אנרגיה שנחשב במשך זמן רב כ"נטול פליטה ". האמינו כי לאורך זמן, חומר אורגני יעבור פירוק מוחלט וכתוצאה מכך הוא יפסיק לפלוט גזים אלה. למרות זאת,מחקרים של קבוצת בלקאר הראו כי תהליך ייצור הגז מוזן באמצעות הגעתם של חומרים אורגניים חדשים שהובאו בנהרות ובגשמים.
אובדן מיני צמחים ובעלי חיים
במיוחד באזור האמזונס, בעל המגוון הביולוגי הגבוה, יש מוות בלתי נמנע של אורגניזמים מהפלורה של המקום בו נוצר המאגר. באשר לבעלי חיים, גם אם נעשה תכנון יסודי בניסיון להסיר את האורגניזמים, לא ניתן להבטיח כי כל האורגניזמים המרכיבים את המערכת האקולוגית נשמרים. בנוסף, הסכר מטיל שינויים בבתי הגידול שמסביב.
אובדן קרקע
האדמה באזור המוצף תהפוך לבלתי שמישה למטרות אחרות. זה הופך לנושא מרכזי, במיוחד באזורים שטוחים בעיקר, כמו אזור האמזונס עצמו. מכיוון שכוח הצמח ניתן על ידי הקשר בין זרימת הנהר לאי אחידות השטח, אם בשטח יש חוסר אחידות נמוך, יש לאחסן כמות גדולה יותר של מים, מה שמרמז על שטח מאגר נרחב.
שינויים בגיאומטריה ההידראולית של הנהר
לנהרות נוטה להיות איזון דינמי בין פריקה, מהירות מים ממוצעת, עומס משקעים ומורפולוגיית המיטה. בניית מאגרים משפיעה על איזון זה וכתוצאה מכך גורמת לשינויים בסדר ההידרולוגי והמשקע, לא רק באתר הסכר, אלא גם בסביבה ובמיטה שמתחת לסכר.
קיבולת נומינלית x כמות מיוצרת בפועל
נושא נוסף שיש להעלות הוא שיש הבדל בין הקיבולת המותקנת הנומינלית לבין כמות האנרגיה החשמלית המופקת על ידי המפעל. כמות האנרגיה המיוצרת תלויה בזרימת הנהר.
לפיכך, אין תועלת להתקין מערכת עם פוטנציאל לייצר יותר אנרגיה מכפי שזרם הנהר יכול לספק, כפי שהתרחש במקרה של המפעל ההידרואלקטרי בבלבינה, שהותקן על נהר אוטומאה.
כוח חזק של המפעל
נקודה חשובה נוספת שיש לקחת בחשבון היא תפיסת הכוח האיתן של המפעל. לדברי אנייל, כוחו המוצק של המפעל הוא ייצור האנרגיה הרציפה המרבי שניתן היה להשיג, בהתחשב ברצף היבש ביותר שנרשם בתולדות הזרימה של הנהר בו הוא מותקן כבסיס. נושא זה נוטה להיות מרכזי יותר ויותר לנוכח תקופות בצורת תכופות וקשות יותר ויותר.
כוח הידרואלקטרי בברזיל
ברזיל היא המדינה המחזיקה בפוטנציאל ההידרואלקטרי הגדול בעולם. כך ש- 70% ממנו מתרכזים באגני אמזונס וטוקנטינים / אראגואיה. המפעל ההידרואלקטרי הגדול הברזילאי שנבנה היה פאולו אפונסו הראשון, בשנת 1949, בבאהיה, עם הספק שווה ערך ל -180 מגה-ווט. נכון לעכשיו, פאולו אפונסו הראשון הוא חלק מהמתחם ההידרואלקטרי פאולו אפונסו, המונה בסך הכל ארבעה מפעלים.
בלבינה
המפעל ההידרואלקטרי של בלבינה הוקם על נהר אוטומאה, באמזונס. בלבינה נבנתה כדי לספק את הביקוש לאנרגיה של מנואוס. התחזית הייתה להתקנת קיבולת של 250 מגה-ואט באמצעות חמישה גנרטורים, עם הספקים של 50 מגה-וואט כל אחד. עם זאת, זרימת נהר Uatumã מספקת ייצור אנרגיה שנתי ממוצע נמוך בהרבה, משהו בסביבות 112.2 MW, שרק 64 MW יכול להיחשב ככוח איתן. בהתחשב בכך שיש ירידה משוערת של 2.5% במהלך העברת החשמל מהמפעל למרכז הצרכנים, רק 109.4 מגה-וואט (62.4 מגה-וואט בהספק יציב). ערך נמוך בהרבה מהקיבולת הנומינלית של 250 מגוואט.
איטאיפו
המפעל ההידרואלקטרי של איטאיפו נחשב למפעל השני בגודלו בעולם, עם קיבולת מותקנת של 14 אלף מגה-וואט, והשני רק עם ערוצי טרס, בסין עם 18.2 אלף מגה-ווט. נבנה על נהר פאראנה ונמצא על הגבול בין ברזיל לפרגוואי, זהו מפעל דו לאומי, שכן הוא שייך לשתי המדינות. האנרגיה המופקת על ידי איטאיפו המספקת את ברזיל מתאימה למחצית מהספקה הכולל (7,000 מגה וואט) המקבילה ל- 16.8% מהאנרגיה הנצרכת בברזיל, והמחצית השנייה של ההספק משמשת את פרגוואי ומתאימה ל 75%. צריכת אנרגיה פרגוואית.
טוקורי
מפעל Tucuruí הוקם על נהר הטוקאנטינס בפארה ובעל קיבולת מותקנת השווה ל- 8,370 מגה-ווט.
בלו מונטה
המפעל ההידרואלקטרי של בלו מונטה, הממוקם בעיריית אלטמירה, דרומית-מערבית לפארה ונחנך על ידי הנשיא דילמה רוסף, הוקם על נהר שינגו. המפעל הוא המפעל ההידרואלקטרי הגדול ביותר ב 100% ולאומי והשלישי בגודלו בעולם. עם קיבולת מותקנת של 11,233.1 מגוואט (MW). המשמעות היא מספיק מטען לשרת 60 מיליון בני אדם ב -17 מדינות, המהווים כ -40% מצריכת המגורים ברחבי הארץ. כושר הייצור המותקן השווה ערך הוא 11,000 MW, כלומר המפעל הגדול ביותר בהספק מותקן. את הארץ, ותופס את מקומו של צמח Tucuruí כצמח הלאומי הגדול ביותר ב 100%. בלו מונטה הוא גם המפעל השלישי בגודלו בהידרואלקטריה בעולם, מאחורי Três Gargantas ו- Itaipu, בהתאמה.
נושאים רבים סובבים סביב הקמת מפעל בלו מונטה. למרות היותו קיבולת מותקנת של 11 אלף מגוואט, לפי המשרד לאיכות הסביבה, ההספק המקיף של המפעל מתאים ל -4.5 אלף מגה-וואט, כלומר רק 40% מהספק כללי. מכיוון שהוא בנוי באזור אמזון, לבלו מונטה יש פוטנציאל לפלוט ריכוזים גדולים של מתאן ופחמן דו חמצני. כל זאת מבלי לספור את ההשפעה הגדולה על חיי האוכלוסיות המסורתיות וההשפעה הגדולה על בעלי החיים והצומח. גורם נוסף הוא שהבנייה שלה מועילה בעיקר לחברות, ולא לאוכלוסייה. כ- 80% מהחשמל מיועד לחברות במרכז דרום הארץ.
יָשִׂימוּת
למרות ההשפעות השליליות הסביבתיות שהוזכרו, לאנרגיה הידרואלקטרית יתרונות בהשוואה למקורות אנרגיה שאינם מתחדשים כמו דלקים מאובנים. למרות תרומתם לפליטת מתאן וגופרית דו-חמצנית, מפעלים הידרואלקטריים אינם פולטים או משחררים סוגים אחרים של גזים רעילים, כמו אלה הנשפים על ידי מפעלים תרמואלקטריים - מזיקים מאוד לאיכות הסביבה ובריאות האדם.
עם זאת, החסרונות של תחנות הידרואלקטריות בהשוואה למקורות אנרגיה מתחדשים אחרים כמו אנרגיה סולארית ורוח, שהפחיתו את ההשפעות הסביבתיות בהשוואה לפגיעות הנגרמות על ידי תחנות הידרואלקטריות, ניכרים יותר. הבעיה היא עדיין הכדאיות של טכנולוגיות חדשות. אלטרנטיבה להפחתת ההשפעות הקשורות לייצור אנרגיה הידרואלקטרית היא הקמת מפעלים הידרואלקטריים קטנים, שאינם דורשים הקמת מאגרים גדולים.
- מהי אנרגיה סולארית, יתרונות וחסרונות
- מהי אנרגיית רוח?
בנוסף, לסכרים יש אורך חיים שימושי של כ- 30 שנה, מה שמטיל ספק בכדאיות שלהם לטווח הארוך.
המחקר "אנרגיה מימית בת קיימא במאה ה -21", שנערך על ידי אוניברסיטת מישיגן, מפנה את תשומת הלב לעובדה שסכרים הידרואלקטריים גדולים עלולים להפוך למקור אנרגיה פחות-קיימא עוד יותר לנוכח שינויי האקלים.
יש לקחת בחשבון את העלויות האמיתיות של אנרגיה מימית, לא רק את העלויות הכלכליות והתשתיות, אלא גם את העלויות החברתיות, הסביבתיות והתרבותיות.
