Hidroelektrana je postrojenje u kojem se potencijalna energija vode najprije pretvara u kinetičku energiju njezinog strujanja, a potom u mehaničku energiju vrtnje vratila turbine te, konačno u električnu energiju u električnom generatoru. Hidroelektranu u širem smislu čine i sve građevine i postrojenja, koje služe za prikupljanje (akumuliranje), dovođenje i odvođenje vode (brana, zahvati, dovodni i odvodni kanali, cjevovodi itd.), pretvorbu energije (vodne turbine, generatori), transformaciju i razvod električne energije (rasklopna postrojenja, dalekovodi) te za smještaj i upravljanje cijelim sustavom (strojarnica i sl).
Iskorištavanje energije vodnog potencijala ekonomski je konkurentno proizvodnji električne energije iz fosilnih i nuklearnog goriva, zato je hidroenergija najznačajniji obnovljivi izvor energije. U zadnjih trideset godina proizvodnja u hidroelektranama je utrostručena, a njen udio povećan je za 50 %, za to je vrijeme proizvodnja u nuklearnim elektranama povećana za 100 puta, a udio oko 80 puta. Ti podatci pokazuju da se proizvodnja u hidroelektranama brzo povećava, ali značajno zaostaje za proizvodnjom u nuklearnim elektranama, ali i termoelektranama. Razlog takvom stanju leži u činjenici da iskorištavanje hidroenergije ima bitna tehnička i prirodna ograničenja. Glavno ograničenje jest zahtjev za postojanjem obilnog izvora vode kroz cijelu godinu, jer je skladištenje električne energije skupo i vrlo štetno za okoliš, osim toga na određenim lokacijama je za poništavanje utjecaja oscilacija vodostaja potrebno izgraditi brane i akumulacije. Njihovom izgradnjom značajno se povećava investicija, utjecaji na okoliš, potrebna je zaštita od potresa, a u zadnje vrijeme postoje i značajne terorističke prijetnje.
Jednom kada je hidroelektrana završena, nije potreban novac za sve skuplje gorivo, ne stvara se opasan otpad (kao kod nuklearnih elektrana) i stvara gotovo zanemarivu količinu stakleničkih plinova, za razliku od termoelektrana. U svijetu je instalirano hidroelektrana sa snagom od 777 GW, koje daju 2998 TWh električne energije, u 2006. To je otprilike 20 % svjetske proizvodnje električne energije svih vrsta, ili 88 % od svih obnovljivih izvora energije. [1]
Povijest
Korištenje hidroenergije je započelo u Mezopotamiji i drevnom Egiptu prije oko 8000 godina, tada se ona koristila za navodnjavanje. Vodeni sat ili klepsidra počeo se koristiti prije oko 4000 godina. Hidroenergija se koristila za kanat ili turpan, a to su vodovodni sustavi, koji su služili za dovod svježe vode, u vrućim i suhim naseljenim područjima, a to su razvili stari Perzijanci i proširili na druge krajeve, od Maroka do Kine.
Vodeničko kolo i vodenica
Hidroenergija se svugdje koristila. U Indiji se koristilo vodeničko kolo i vodenica, kao i u Rimskom Carstvu, za mljevenje žita u brašno. U Kini se vodenice koriste još od dinastije Han.
Hidroenergija se koristila u Rimskom Carstvu i za rudarstvo, a sastojalo se u potkopavanju planine velikim količinama vode, koja je dovođena putem akvedukata s obližnjih planinskih rijeka. Isti akvedukti rabljeni su u ispiranju velikih količina zlata. Ta se metoda koristila u rudnicima Las Médulas u Španjolskoj, Velikoj Britaniji, i ne samo za vađenje zlata, nego i za olovo i kositar. Kasnije se to razvilo u hidraulično rudarenje, što je korištenje mlazova vode visokog tlaka, za ispiranje stijena i sedimenata, posebno prisutno za vrijeme zlatne groznice u SAD u 19. stoljeću.
Kad je započela industrijska revolucija, parni stroj je preuzimao sve više posla, ali je hidroenergija još uvijek koristila, kao za puhanje mjehova za zrak kod visokih peći, za mlinove, prijevoz teglenica, pogon uspinjača itd.
Prve hidroelektrane
1770.-tih francuski inženjer Bernard Forest de Bélidor izdaje knjigu Architecture Hydraulique, koja opisuje hidraulične strojeve sa horizontalnom i vertikalnom osi.[2] Krajem 19. stoljeća, razvijeni su prvi električni generatori, što je otvorilo mogućnost izgradnje prvih hidroelektrana. Godine 1881. na slapovima Niagare prva moderna hidrocentrala počela je proizvoditi električnu struju, što označava veliku pobjedu Teslina sustava izmjenične struje, koji, za razliku od Edisonova, omogućava prijenos velikih količina električne energije na daljinu.[3] Dne 28. kolovoza 1895., puštena je u pogon prva hrvatska hidroelektrana Jaruga, koja je druga najstarija hidroelektrana u svijetu i prva u Europi.
Podjela hidroelektrana
Hidroelektrane se mogu podijeliti prema njihovom smještaju, padu vodotoka, načinu korištenja vode, volumenu akumulacijskog bazena, smještaju strojarnice, ulozi u elektroenergetskom sustavu, snazi itd. [4]
Prema načinu korištenja
Prema načinu korištenja vode, odnosno regulacije protoka, hidroelektrane se dijele na:
- akumulacijske, kod kojih se dio vode prikuplja (akumulira) kako bi se mogao koristiti kada je potrebnije
- protočne, kod kojih se snaga vode iskorištava kako ona dotječe
- reverzibilne ili crpno-akumulacijske, kod kojih se dio vode koji nije potreban pomoću viška električne energije u elektroenergetskom sustavu pumpa na veću visinu (u tzv. gornju vodu), odakle se pušta kada je potrebnije.
Akumulacijske hidroelektrane
Potencijalna energija akumulacijskih hidroelektrana dolazi iz akumulacijskog jezera, koje ima branu, i kad je potrebno voda se dovodi do vodne turbine i električnog generatora, da bi se proizvela električna energija. Snaga ovisi o visini vodenog stupca, ili razlici visine između površine vode u akumulacionom jezeru i odvodu vode poslije vodne turbine. Velika cijev koja vodi od akumulacijskog jezera do vodne turbine naziva se tlačni cjevovod.
Protočne hidroelektrane
Protočne hidroelektrane su one čija se uzvodna akumulacija može isprazniti za manje od dva sata rada kod nazivne snage ili takva akumulacija uopće ne postoji. Kinetička energija vode se skoro direktno koristi za pokretanje vodnih turbina. Vrlo su jednostavne za izvođenje, nema dizanja razine vodostaja, imaju vrlo mali utjecaj na okoliš, ali su i vrlo ovisne o trenutno raspoloživom vodenom toku (primjer: Hidroelektrana Rijeka).
Reverzibilne hidroelektrane
Podrobniji članak o temi: Reverzibilne hidroelektraneReverzibilnim turbinama voda se iz donjeg akumulacijskog jezera pumpa natrag u gornje akumulacijsko jezero. Taj proces se dešava u satima u kojima nije vršno opterećenje, radi uštede energije i radi raspoloživosti postrojenja u vršnim satima. Principijelno, donja akumulacija služi za punjenje gornje akumulacije. Iako pumpanje vode zahtjeva utrošak energije, korisnost se očituje u tome što hidroelektrana raspolaže s više vodenog potencijala za vrijeme vršnih opterećenja. Osnovna primjena je pokrivanje vršnih opterećenja. Energetski su neučinkovite, ali su praktičnije od dodatne izgradnje termoelektrana za pokrivanje vršnih opterećenja potrošnje. Jedina reverzibilna hidroelektrana u Hrvatskoj je hidroelektrana Velebit.
Prema smještaju samih postrojenja
Prema smještaju samih postrojenja, odnosno prema vodenom toku čiju energiju iskorištavaju, hidroelektrane mogu biti:
- "klasične", na kopnenim vodotokovima: rijekama, potocima, kanalima i sl.
- na morske valove
- na morske mijene: plimu i oseku.
Hidroelektrane na plimu i oseku
Podrobniji članak o temi: Elektrane na plimu i osekuEnergija plime i oseke spada u oblik hidroenergije koja gibanje mora uzrokovano morskim mijenama ili padom i porastom razine mora, koristi za transformaciju u električnu energiju i druge oblike energije. Za sad još nema većih komercijalnih dosega na eksploataciji te energije, ali potencijal nije mali. Energija plime i oseke ima potencijal za stvarnje električne energije u određenim dijelovima svijeta, odnosno tamo gdje su morske mijene izrazito naglašene. Morske mijene su predvidljivije od energije vjetra i solarne energije. Taj način proizvodnje električne energije ne može pokriti svjetske potrebe, ali može dati veliki doprinos u obnovljivim izvorima energije. Na pojedinim mjestima obale u zapadnoj Francuskoj i u jugozapadnom dijelu Velike Britanije amplituda dostiže i više od 12 m. Za ekonomičnu proizvodnju je potrebna minimalna visina od 7 m. Procjenjuje se da na svijetu postoji oko 40 lokacija pogodnih za instalaciju plimnih elektrana.
Hidroelektrane na valove
Podrobniji članak o temi: Elektrane na valoveHidroelektrane na valove su elektrane koje koriste energiju valova za proizvodnju električne energije. Energija valova je obnovljivi izvor energije. To je energija uzrokovana najvećim dijelom djelovanjem vjetra o površinu oceana. Snaga valova se razlikuje od dnevnih mijena plime/oseke i stalnih cirkularnih oceanskih struja. Za korištenje energije valova moramo odabrati lokaciju na kojoj su valovi dovoljno česti i dovoljne snage. Ta snaga varira ovisno o zemljopisnom položaju, od 3 kW/m na Mediteranu do 90 kW/m na Sjevernom Atlantiku.
Generiranje snage iz valova trenutno nije široko primijenjena komercijalna tehnologija, iako su postojali pokušaji njenog korištenja još od 1890.
Prema padu vodotoka
Prema padu vodotoka, odnosno visinskoj razlici između zahvata i ispusta vode (klasične) hidroelektrane se mogu podijeliti na:
- niskotlačne, s padom do 25 m
- srednjotlačne, s padom između 25 i 200 m
- visokotlačne, s padom većim od 200 m.
Niskotlačne
Za niske padove (do približno 40 metara) koriste se takozvane Kaplanove turbine koje rade slično kao i Francisove turbine, s tim da je broj lopatica daleko manji.
Srednjotlačne hidroelektrane
Za srednje padove (do 200 metara) koriste se takozvane Francisove turbine, kod kojih provodni dio s lopaticama okružuje kotač. U provodnom dijelu ovih turbina potencijalna se energija vode samo djelomično pretvara u kinetičku, tako da s određenim pretlakom dospijeva u obrtno kolo (kotač) i njemu predaje svoju energiju.
Visokotlačne hidroelektrane
Za visoke padove (preko 200 metara) primjenjuju se takozvane Peltonove turbine kod kojih se potencijalna energija vode u provodnom dijelu potpuno pretvara u kinetičku, i u obliku vodenog mlaza pokreće lopatice turbine pretvarajući kinetičku energiju u mehaničku.
Prema načinu punjenja akumulacijskog bazena
Prema načinu punjenja, odnosno veličini akumulacijskog bazena hidroelektrane mogu biti:
- s dnevnom akumulacijom, kod kojih se akumulacija puni po noći, a prazni po danu
- sa sezonskom akumulacijom, kod kojih se akumulacija puni tijekom kišnog, a prazni tijekom sušnog razdoblja godine
- s godišnjom akumulacijom, kod kojih se akumulacija puni tijekom kišnih, a prazni tijekom sušnih godina.
Prema udaljenosti strojarnice od brane
Prema udaljenosti strojarnice od brane hidroektrane se dijele na:
- pribranske, čija je strojarnica smještena neposredno uz branu, najčešće podno nje
- derivacijske, čija je strojarnica smještena podalje od brane.
Prema smještaju strojarnice
Prema smještaju strojarnice hidroektrane se dijele na:
- nadzemne, kod kojih je strojarnica smještena iznad razine tla
- podzemne, kod kojih je strojarnica smještena ispod razine tla.
Prema ulozi u elektroenergetskom sustavu
Prema njihovoj ulozi u elektroenergetskom sustavu hidroelektrane se mogu podijeliti na:
- temeljne, koje rade cijelo vrijeme ili većinu vremena
- vršne, koje se uključuju kada se za to pokaže potreba, npr. za pokrivanje vršne potrošnje.
Prema instaliranoj snazi
Prema instaliranoj snazi (učinku) hidroelektrane mogu biti:
- velike
- male
- mikro
- piko
Razlika između velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno određeni pa se, na primjer, mogu kretati od 5 kW (u Kini) do 30 MW (SAD-u), dok se kod nas malom smatra HE snage između 50 i 5000 kW. Također valja reći da u nekim zemljama postoji i dodatna podjela hidroelektrana malih snaga na mikro, mini i male hidroelektrane.
Velike hidroelektrane
Podrobniji članak o temi: Velike hidroelektraneVelike hidroelektrane su megagrađevine i obično imaju snagu od nekoliko stotina MW do preko 20 GW. Trenutno najveće hidroelektrane u pogonu su: hidroelektrana Tri klanca (Kina) – 22,5 GW, hidroelektrana Itaipu (Brazil/Paragvaj) – 14 GW i hidroelektrana Guri (Venezuela) – 10,2 GW. Veliki nedostatak takvih megagrađevina je negativan utjecaj na okoliš. Tako je kod gradnje hidroelektrane Tri klanca poplavljeno 29 milijuna četvornih metara zemlje, dva velika i 116 manjih gradova su se potopila, raseljeno je više od milijun stanovnika (neki spominju i dva milijuna). U umjetnom jezeru završit će sva prljavština potopljenih gradova, tvornica i bolnica i više od tri tisuće industrijskih i rudarskih poduzeća .
Male hidroelektrane
Podrobniji članak o temi: Male hidroelektraneZa male hidroelektrane se smatra da nemaju nikakav štetan utjecaj na okoliš, za razliku od velikih, čija se štetnost opisuje kroz velike promjene ekosustava (gradnja velikih brana), utjecaji na tlo, poplavljivanje, utjecaji na slatkovodni živi svijet, povećana emisija metana i postojanje štetnih emisija u čitavom životnom ciklusu hidroelektrane, koje su uglavnom vezane za period izgradnje elektrane, proizvodnje materijala i transport. Danas se za tehnologiju vezanu za hidroenergiju, koja se smatra obnovljivim izvorom energije, može reći da je tehnički najpoznatija i najrazvijenija na svjetskoj razini, sa iznimno visokim stupnjem učinkovitosti. 22% svjetske proizvodnje električne energije dolazi iz malih i velikih hidroelektrana.
Granična snaga koja dijeli hidroelektrane na male hidroelektrane razlikuje se od zemlje do zemlje. Neke zamlje poput Portugala, Španjolske, Irske, Grčke i Belgije su prihvatila 10 MW kao gornju granicu instalirane snage za male hidroelektrane. U Italiji je granica 3 MW, u Švedskoj 1,5 MW, u Francuskoj 8 MW, u Indiji 15 MW, u Kini 25 MW. Međutim u Europi se sve više prihvaća kapacitet od 10 MW instalirane snage kao gornja granica i tu granicu je podržala Europska udruga malih hidroelektrana (ESHA), te Europska komisija. Prema postojećim propisima u Hrvatskoj, mala hidroelektrana, određena je kao postrojenje za iskorištavanje energije vodotokova s izlaznom električnom snagom od 10 kW do 10MW.
Mikro hidroelektrane
One uglavnom imaju snagu do 100 KW, i obično se grade za male odvojene zajednice ili su povezane na dalekovode kao izvor jeftine i obnovljive energije. Najveća prednost je takvih elektrana da nije potrebno gorivo. Vrlo se dobro nadopunjuju sa solarnim fotonaponskim elektranama, jer obično rijeke presuše po ljeti, kada ima najviše Sunčeve energije.
Piko hidroelektrane
One uglavnom imaju snagu ispod 5 kW. Povoljne su za jedno ili nekoliko domaćinstava. Moguće je ugraditi piko vodnu turbine sa padom vode od samo 1 metar, da bi dobili 200 do 300 W energije. Postavljaju se uglavnom kao protočne hidroelektrane. [5]
Snaga dobivena u hidroelektranama
Ovisno o veličini hidroelektrane, odnosno volumnom protoku rijeke, snaga hidroelektrane se izračunava pomoću jednadžbe:
gdje je:
P - dobivena snaga struje i električna energija (električna snaga), W;
q - raspoloživi volumni protok vode, m3/s;
ρ - gustoća vode (uzima se približna vrijednost 1000 kg/m3);
g - ubrzanje sile teže(gravitacijske sile), 9,81 m/s2;
h - visina vodenog stupca, to jest raspoloživi vodeni pad (m);
k - koeficijent djelovanja hidroelektrane koji poprima vrijednosti između 0 i 1;
Koeficijent k ovisi isključivo o vrsti turbina ugrađenih u hidroelektrane. Što su turbine veće i modernije koeficijent, k se približava vrijednosti 1.
Dijelovi hidroelektrane
Dovodni tunel
Podrobniji članak o temi: Provodnici vodeDovodni kanali su u pravilu provodnici sa slobodnim vodnim licem, a cjevovodi provodnici s tečenjem pod tlakom. Razlikujemo tunele s tečenjem sa slobodnim vodnim licem i tečenjem pod tlakom. Dovodni tunel hidroelektrana obično je kružnog presjeka, jer je to hidraulički i statički najpovoljniji oblik. Ali pri malim unutrašnjim tlakovima tuneli imaju oblik potkove. Optimalni je oblik D kružnog tunela, jer je zbroj troškova u elektroenergetskom sustavu minimalan. Prosječna brzina vode u dovodnom tunelu je od 3 do 4 m/s. Ulazna brzina ne treba iz hidrauličkih razloga biti veća od 1,2 m/s. Zbog toga, ulaz tunela ima ljevkasti oblik.
Tlačni cjevovod
Podrobniji članak o temi: Tlačni cjevovodTlačni cjevovod (engl. penstock) je čelični cjevovod (dio cijevi može biti i betonski), koji je postavljen koso ili u nekim slučajevima okomito, a služi da se voda provodi do strojarnice, te završava nesimetričnom račvom kojom se voda dijeli pojedinim vodnim turbinama.
Vodna komora
Podrobniji članak o temi: Vodna komoraVodna komora ili vodostan se gradi u slučaju da je dovodni tunel dugačak (može biti i 10 do 20 km), te pri pokretanju hidroelektrane se vodna masa ne može u kratkom roku (10-20 sekundi) pokrenuti i dobiti brzinu da bi se na vodnim turbinama stvorila dovoljna snaga za proizvodnju električne energije. Da bi se umanjilo neželjeno djelovanje tromosti vode, kao i da bi se izbjegli utjecaji koji nastaju zbog njene stišljivosti (vodni udar), u blizini turbine se grade vodne komore. Osnovna zadaća vodne komore je da se pri ulasku turbine u pogon osigura dio vode prije nego što on poteče u dovoljnoj količini kroz dovodni tunel, te da prihvati dio vode koja se kreće dovodnim tunelom pri zaustavljanju turbina. Na taj način se izbjegava nagla promjena brzine u dovodnom tunelu i pojava vodnog udara
Strojarnica
Podrobniji članak o temi: Podzemna strojarnicaStrojarnica je postrojenje u kojem se potencijalna energija vode najprije pretvara u kinetičku energiju njezinog strujanja,a potom u mehaničku energiju vrtnje vratila vodne turbine te, konačno, u električnu energiju u električnom generatoru. Iskorištavanje energije vodnog potencijala ekonomski je konkurentno proizvodnji električne energije iz fosilnih i nuklearnog goriva, zato je hidroenergija najznačajniji obnovljivi izvori energije. U zadnjih trideset godina proizvodnja u hidroelektranama je utrostručena, a njen udio povećan je za 50 %, za to je vrijeme proizvodnja u nuklearnim elektranama povećana za 100 puta, a udio oko 80 puta. [6]
Odvod iz strojarnice
Podrobniji članak o temi: Provodnici vodeNadzemne strojarnice nalaze se uz rijeku; iz turbine voda otječe neposredno u korito rijeke ili kanalom, ako je strojarnica udaljena od obale. Kanal se gradi kao u niskotlačnim hidroelektranama, iako ima potpuno obloženih kanala, kada nema poteškoća s podzemnom vodom. Iz podzemnih hidroelektrana voda se odvodi tunelom, koji završava u koritu rijeke ili u odvodnom kanalu. Ako je tunel dug, a protok velik ili se razina vode u koritu znatno mijenja, voda otječe pod tlakom, pa je potrebna donja vodna komora, koja se dimenzionira na istim principima, kao i gornja. Gornji dio donje vodne komore povezan je s atmosferom, i to obično kroz pristupni tunel. Brzine vode u odvodnom tunelu iznose 2 do 3 m/s. Tlačni tuneli su obično obloženi radi smanjenja hrapavosti. Na kraju tunela moraju se predvidjeti vodilice za postavljanje pomoćnih zatvarača i uređaji za njihovo podizanje, da bi se kanal mogao pregledati i popraviti.
Hidrogenerator
Podrobniji članak o temi: HidrogeneratorHidrogenerator je električni generator, redovito trofazni sinkroni, tjeran vodnom turbinom. Sinkrona brzina vrtnje određena je vrstom vodne turbine i ovisi o hidrauličnim prilikama (o količini vode i visini pada). Kod malih padova i velikih snaga često je potrebno, zbog svojstava turbine, graditi hidrogeneratore za male brzine vrtnje, s velikim brojem magnetskih polova. Osovina (vratilo) hidrogeneratora obično je okomita, a vrlo rijetko vodoravna. U takozvanoj cijevnoj izvedbi (za male padove vode) generator i turbina čine cjelinu, jer je generator ugrađen u posebno kućište (takozvano kruška) ispred turbine, koje je u vodoravnom položaju potopljeno u vodotok. Rotor hidrogeneratora uvijek se izvodi s istaknutim magnetskim polovima. Zbog velikih mjera i mase, hidrogeneratori se u tvornicama grade od više dijelova, koji se nakon prijevoza na mjesto ugradnje spajaju i ispituju prije puštanja u pogon. Hlade se zrakom u zatvorenom krugu s vodnim hladnjacima, a postoje i izvedbe s izravnim hlađenjem namota vodom. Velike brzine pobjega vodnih turbina zahtijevaju visok stupanj sigurnosti mehaničke konstrukcije rotora i provjeru mehaničke ispravnosti pokusom vitlanja.
Uloga hidroelektrana u suvremenom svijetu
Električna energija predstavlja jedan od najčišćih oblika energije. Mogućnosti dobivanja električne energije su raznovrsni. Najprihvatljiviji su načini dobivanja iz obnovljivih izvora energije, kao što su hidroelektrane, vjetroelektrane te solarne elektrane. Od obnovljivih izvora energije hidroelektrane su najraširenije. Njihov udio među obnovljivim izvorima energije je oko 88% (podatak za 2005. godinu). To je posljedica više čimbenika. Za razliku od vjetra ili sunca, čiji intenzitet je nepredvidljiv te ovisi o meteorološkim prilikama, voda, odnosno njen volumni protok, je puno stabilniji i stalniji tokom godine. To znači da je i opskrba električnom energijom pouzdanija. Također, vrlo zanimljiva skupina hidroelektrana su reverzibilne hidroelektrane, koje omogućavaju dva režima rada, te kao takve su vrlo isplative i poželjne za izgradnju. Procjenjuje se da je 2005. godine 20% ukupne svjetske potrošnje električne energije bilo opskrbljeno upravo energijom iz hidroelektrana, što je približno 816 GW.
Prednosti hidroelektrana
Smanjena emisija stakleničkih plinova
Ključna prednost obnovljivih izvora energije, pa tako i hidroelektrana, je smanjena ili u potpunosti eliminirana emisija stakleničkih plinova. Emisija stakleničkih plinova je u potpunosti eliminirana, ako se isključivo promatra samo proces proizvodnje električne energije. Isto se ne može reći za cijelu hidroelektranu, kao sustav sačinjen od brane, turbine i električnog generatora, te hidro akumulacijskog jezera. Međutim, zanimljiva je studija koja je provedene u suradnji Paul Scherrer Institut-a i Sveučilišta u Stuttgartu. Ona je pokazala da su, među svim izvorima energije, hidroelektrane najmanji proizvođači stakleničkih plinova. Slijede redom vjetroelektrane, nuklearne elektrane, energija dobivena foto naponskim ćelijama. Važno je napomenuti da je ta studija rađena za klimatske prilike u Europi te se može primijeniti i na područja Sjeverne Amerike i Sjeverne Azije. [7]
Ekonomija
Velika prednost je što ne koriste fosilna goriva kao pokretač turbine, odnosno električnog generatora. Time električna energija nastala u hidroelektranama postaje rentabilnija, te neovisna o cijeni i ponudi fosilnih goriva na tržištu. Hidroelektrane također imaju predviđen dulji životni vijek nego elektrane na fosilna goriva. Ono što je bitno, u razmatranju hidroelektrana s ekonomskog aspekta, jest da današnje, moderne, hidroelektrane zahtijevaju vrlo malen broj osoblja, zbog velikog stupnja automatiziranosti. Nadalje, cijena investicije u izgradnju hidroelektrane se povrati u razdoblju do desetak godina. [8]
Druge funkcije umjetnih jezera
Akumulacijska jezera hidroelektrana mogu osim svoje primarne funkcije imati još nekoliko pozitivnih aspekata. Svojom veličinom mogu privlačiti turiste, te se na njihovoj površini mogu odvijati razni vodeni sportovi. Također velike brane mogu igrati značajnu ulogu u navodnjavanju, te u regulaciji toka rijeka.
Nedostaci hidroelektrana
Uništavanje ekosustava i gubitak zemlje
Ključni dio hidroelektrane je njena brana. Urušavanje brane može dovesti do velikih katastrofa za cijeli ekosustav nizvodno od brane. Sama kvaliteta gradnje, konstrukcije i održavanje brane nije dovoljna garancija da je brana osigurana od oštećivanja. Brane su vrlo primamljiv cilj tijekom vojnih operacija, terorističkih činova i tomu sličnih situacija. Također jedan primjer koji svjedoči opasnosti ljudskim životima je hidroelektrana Tri klanca u Kini. Naime, hidroelektrana se nalazi na rijeci Jangce. To je najveće kineska rijeka i shodno tomu je i rijeka najbogatija vodom, što opravdava izgradnju hidroelektrane na njoj. Međutim, vodeni bazen, tj. hidro akumulacijsko jezero te brane, je toliko veliko da svojom težinom opterećuje zemljinu koru. Ako se uzme u obzir da je to područje geološki nestabilno, tj. da se nalazi na spoju litosfernih ploča, jasno je da postoji opravdani rizik od potresa. Dok znanstvenici strahuju od potresa i urušavanja brane, političari tvrde da takav rizik ne postoji.
Nanosi mulja
Rijeka svojim tokom nosi vodeni materijal u obliku pijeska i mulja. To s vremenom dovodi do taloženja toga materijala u vodenom bazenu, a posljedica toga je smanjivanje dubine vodenog bazena. Zahvaljujući tome, vodeni bazen gubi svoju ulogu. Akumulaciju vodene mase tijekom kišnih razdoblja, a korištenja iste tijekom suhih razdoblja godine. To se može izbjeći gradnjom raznoraznih kanala koji imaju ulogu premosnice, te se tako odvodi taj sediment. Rezultat je da svaka hidroelektrana ima svoj životni vijek, nakon kojeg postaje neekonomična. [9] [10]
Promjena okoliša
Također uočeni, negativni, aspekt prilikom gradnje brana je nužnost uništavanja gospodarskih, kulturoloških i prirodnih dobara. Prilikom punjenja hidro akumulacijskog jezera dolazi do nužnog potapanja svega onoga što se našlo ispod površine samoga jezera. Fauna toga područja je primorana na preseljenje, također kao i ljudi. Što se flore tiče, situacija je malo drugačija, prvenstveno u tropskim područjima.
Stvaranje ugljikovog dioksida i metana
U tim područjima, gdje je temperatura viša, prilikom truljenja, raspadanja, biljnih ostataka zarobljenih pod vodom, u anaerobnim uvjetima, dolazi do stvaranja stakleničkih plinova. U prvom redu nastaju ugljikov dioksid,(CO2) i metan. Stvaranje ugljikovog dioksida zapravo nije zabrinjavajuće. On je ionako već kružio u atmosferi te ga je bilje tokom svoga rasta, u procesu fotosinteze ugradilo u svoje tkivo. To nije novooslobođeni CO2, kao što nastaje prilikom izgaranja fosilnih goriva. Zanimljivo je kazati da je emisija CO2, oslobođena u hidro akumulacijskim jezerima, veća nego u elektranama u kojima izgara fosilno gorivo, ukoliko prije punjenja bazena vodom šuma nije bila porušena i očišćena. Puno veći problem je stvaranje metana, koji odlazeći u atmosferu pridonosi efektu staklenika.
Preseljenje ljudi
Do 2008. se procjenjuje da je kod gradnji hidroelektrana preseljeno sveukupno izmedu 40 do 80 milijuna ljudi širom svijeta.
Nesreće sa branama
Nesreće sa branama mogu biti jedne od najvećih katastrofa uopće. Tako je nesreća na brani Banqiao u Kini odnijela 26 000 ljudi izravno i oko 145 000 od epidemije. Nesreća na brani Vajont u Italiji je odnijela oko 2 000 ljudskih života 1963.
Države s najvećom proizvodnjom hidro-električne energije
Kada se promatra količina hidro-energije, tj. električne energije proizvedene u hidroelektranama, tijekom nekog perioda, valja razlikovati dva pojma. Nominalnu snagu koju ta hidroelektrana može ostvariti kada bi cijeli promatrani period radila punim kapacitetom, te stvarnu proizvedenu snagu u promatranom periodu. Omjer godišnje, stvarno proizvedene, snage te instalirane snage je faktor kapacitivnosti. Instalirana snaga je zbroj svih generatora neke države kada bi radili pri nominalnoj snazi tijekom cijele godine. [11]
U tablici se nalaze podaci o godišnjoj proizvodnji električne energije koju je objavio BP Statistical Review –Full Report 2009
| Država | Godišnja proizvodnja hidro-električne energije (TWh) | Instalirana snaga (GW) | Faktor kapacitivnosti | Postotak od ukupne proizvodnje el. energ. |
|---|---|---|---|---|
| Kina | 585,2 | 171,52 | 0,37 | 17,18 |
| Kanada | 369,5 | 88,974 | 0,59 | 61,12 |
| Brazil | 363,8 | 69,080 | 0,56 | 85,56 |
| SAD | 250,6 | 79,511 | 0,42 | 5,74 |
| Rusija | 167,0 | 45,000 | 0,42 | 17,64 |
| Norveška | 140,5 | 27,528 | 0,49 | 98,25 |
| Indija | 115,6 | 33,600 | 0,43 | 15,80 |
| Venezuela | 86,8 | - | - | 67,17 |
| Japan | 69,2 | 27,229 | 0,37 | 7,21 |
| Švedska | 65,5 | 16,209 | 0,46 | 44,34 |
| Paragvaj (2006.) | 64,0 | - | - | - |
| Francuska | 64,4 | 25,335 | 0,25 | 11,23 |
Jedine zemlje koje većinu električne energije osiguravaju pomoću hidroelektrana su Brazil, Paragvaj, Kanada, Norveška, Švicarska i Venecuela. Međutim, Paragvaj ne samo da proizvodi dovoljno električne energije, putem hidroelektrana, za domaće potrebe, već on i izvozi svoju električnu energiju Brazilu i Argentini.
Deset najvećih hidroelektrana u svijetu
| Ime hidroelektrane | Država | Godina završetka izgradnje | Ukupan kapacitet (MW) | Maksimalna godišnja proizvodnja električne struje (TWh) |
Umjetno jezero (km2) | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | HE Tri klanca | Kina | 2008./2012. [12] | 22 500 | 80,8 | 632 |
| 2 | HE Itaipu | Brazil/Paragvaj | 1984./1991./2003. | 14 000 | 94,7 | 1 350 |
| 3 | HE Guri | Venezuela | 1986. | 10 200 | 53,41 | 4 250 |
| 4 | HE Tucuruí | Brazil | 1984. | 8 370 | 41,43 | 3 014 |
| 5 | HE Grand Coulee | SAD | 1942./1980. | 6 809 | 20 [13] | |
| 6 | HE Sajano Šušenskaja (popravak) |
Rusija | 1985./1989. 2009./2014. | 6 400 | 26,8 | 621 |
| 7 | HE Krasnojarsk | Rusija | 1972. | 6 000 | 20,4 | 2 000 |
| 8 | HE Robert Bourassa | Kanada | 1981. | 5 616 | [14] | |
| 9 | HE Churchill Falls | Kanada | 1971. | 5 429 | 35 | 6 988 |
| 10 | HE Longtan | Kina | 2009. | 4 900 (6 300 kod završetka) | 18,7 [15] |
Hidroelektrane u Hrvatskoj
Podrobniji članak o temi: Hidroelektrane u HrvatskojHidroelektrane u Hrvatskoj čine više od polovice elektrana u strukturi našeg elektroenergetskog sustava. Nazivna snaga svih hidroelektrana u Republici Hrvatskoj 2008. iznosila je 2097 MW, što je 55% ukupne snage svih elektrana na području Republike Hrvatske. Hrvatska zbog toga spada među vodeće zemlje u proizvodnji energije iz obnovljivih izvora. Hidroelektrane su proizvele 4357 GWh električne energije u 2007., a 5277 GWh u 2008., što čini približno 25%, odnosno 29% električne energije preuzete u elektroenergetski sustav Republike Hrvatske, zato što još uvijek dobar dio električne energije uvozimo. Danas je u Hrvatskoj u pogonu 17 velikih hidroelektrana (više od 10 MW), akumulacijskog i protočnog tipa, oko 20 malih hidroelektrana (od 0,5 do 10 MW) i nekoliko mini (od 0,1 do 0,5 MW) i mikro hidroelektrana (od 5 do 100 kW). Najveća hidroelektrana je HE Zakučac, s ukupnom instaliranom snagom 486 MW, a isporučuje oko trećinu ukupne hidroenergije u Hrvatskoj.
Izvori
- ↑ [1] (Arhivirano 18. srpnja 2011.) "Renewables Global Status Report 2006 Update", REN21, 2007.
- ↑ [2] (Arhivirano 26. siječnja 2010.) "History of Hydropower", publisher=U.S. Department of Energy
- ↑ [3] "Hydroelectric power - energy from falling water", publisher=Clara.net
- ↑ [4] "Hidroelektrane", Energetika-net.com
- ↑ [5] "Energetske transformacije", Enerpedia
- ↑ [6] (Arhivirano 18. srpnja 2011.) "Renewables Global Status Report 2006 Update", REN21, objavljeno 2006.
- ↑ Technical Report, Version 2 Rabl A.: "Externalities of Energy: Extension of Accounting Framework and Policy Applications", publisher=European Commission, 2005.
- ↑ [7] (Arhivirano 28. svibnja 2008.) "Hydropower – A Way of Becoming Independent of Fossil Energy?", 2010.
- ↑ Patrick James, H. Chansen: "Teaching Case Studies in Reservoir Siltation and Catchment Erosion", [8] (Arhivirano 2. rujna 2009.), publisher=TEMPUS Publications, 1998.
- ↑ Șentürk Fuat: "Hydraulics of dams and reservoirs", 1994., publisher=Water Resources Publications,
- ↑ [9] "Hydro Consumption BP.com", 2010.
- ↑ 26 generatora ugrađeno u listopadu 2008., još 6 je ugrađeno 2012., kada se ostvario puni kapacitet od 22 500 MW
- ↑ "Generation Records Fall at Grand Coulee Dam", publisher = U.S. Bureau of Reclamation, [10] (Arhivirano 7. listopada 2006.) 2006.
- ↑ "Powering Our Future : Annual Report 2008", author=Hydro-Québec, 2009., [11] (Arhivirano 5. lipnja 2011.)
- ↑ [12] Energy.people.com