Гидроэнергетика

Эта статья об общей концепции гидроэнергетики. Чтобы узнать об использовании гидроэнергетики для производства электроэнергии, см. Гидроэлектричество .

Гидроэнергетика (от древнегреческого ὑδρο - «вода»), также известная как энергия воды , представляет собой использование падающей или быстро текущей воды для производства электроэнергии или привода в действие машин. Это достигается путем преобразования гравитационного потенциала или кинетической энергии источника воды для производства энергии. Гидроэнергетика – это метод устойчивого производства энергии . Гидроэнергетика в настоящее время используется в основном для производства гидроэлектроэнергии , а также применяется как половина системы хранения энергии, известной как гидроаккумулирующая гидроэлектроэнергия .

Гидроэнергетика является привлекательной альтернативой ископаемому топливу , поскольку она не производит напрямую углекислый газ или другие загрязнители атмосферы и обеспечивает относительно стабильный источник энергии. Тем не менее, он имеет экономические, социальные и экологические недостатки и требует достаточно энергичного источника воды, такого как река или возвышенное озеро . Международные институты, такие как Всемирный банк, рассматривают гидроэнергетику как низкоуглеродное средство экономического развития .

С древних времен гидроэнергия водяных мельниц использовалась в качестве возобновляемого источника энергии для орошения и работы механических устройств, таких как мельницы , лесопилки , текстильные фабрики, молоты , доковые краны , бытовые лифты и рудные мельницы . Тромпе . , производящий сжатый воздух из падающей воды, иногда используется для приведения в действие другого оборудования на расстоянии

Расчет количества доступной мощности

Плотина « Три ущелья» в Китае; Плотина ГЭС является крупнейшей в мире электростанцией по установленной мощности .

Гидроэнергетический ресурс можно оценить по его доступной мощности . Мощность зависит от гидравлического напора и объемного расхода . Напор — это энергия единицы веса (или единицы массы) воды. Статический напор пропорционален разнице высот, через которую падает вода. Динамический напор связан со скоростью движущейся воды. Каждая единица воды может совершить работу, равную произведению ее веса на голову.

Мощность падающей воды можно рассчитать исходя из скорости потока и плотности воды, высоты падения и местного ускорения силы тяжести:

${\dot {W}}_{\text{out}}=-\eta \ {\dot {m}}g\ \Delta h=-\eta \ \rho {\dot {V}}\ g\ \Delta h$

где

• ${\dot {W}}_{\text{out}}$ ( выходной рабочий поток) — полезная выходная мощность (единица СИ: ватты ).
• $\eta$ (« эта ») — КПД турбины ( безразмерный )
• ${\dot {m}}$ массовый расход (единица СИ: килограмм в секунду)
• $\rho$ (« ро ») — плотность воды (единица СИ: килограммы на кубический метр ).
• ${\dot {V}}$ - объемный расход (единица СИ: кубические метры в секунду)
• $g$ ускорение свободного падения (единица СИ: метры в секунду в секунду)
• $\Delta h$ (« Дельта h») — это разница по высоте между выпуском и входом (единица СИ: метры).

Для иллюстрации: выходная мощность турбины с КПД 85 %, расходом 80 кубических метров в секунду (2800 кубических футов в секунду) и напором 145 метров (476 футов) составляет 97 мегаватт:

${\dot {W}}_{\text{out}}=0.85\times 1000\ ({\text{kg}}/{\text{m}}^{3})\times 80\ ({\text{m}}^{3}/{\text{s}})\times 9.81\ ({\text{m}}/{\text{s}}^{2})\times 145\ {\text{m}}=97\times 10^{6}\ ({\text{kg}}\ {\text{m}}^{2}/{\text{s}}^{3})=97\ {\text{MW}}$

Операторы гидроэлектростанций сравнивают общую произведенную электроэнергию с теоретической потенциальной энергией воды, проходящей через турбину, для расчета эффективности. Процедуры и определения для расчета эффективности приведены в стандартах испытаний, таких как ASME PTC 18 и IEC 60041. Полевые испытания турбин используются для подтверждения гарантии эффективности производителя. Детальный расчет КПД гидроэнергетической турбины учитывает потерю напора из-за трения потока в энергетическом канале или водоводе, повышение уровня нижних вод из-за потока, расположение станции и влияние переменной силы тяжести, температуры воздуха и барометрического давления. , плотность воды при температуре окружающей среды и относительная высота носовой и хвостовой части. погрешности округления и количество значащих цифр констант. Для точных расчетов необходимо учитывать

Некоторые гидроэнергетические системы, такие как водяные колеса, могут получать энергию из потока водоема без необходимости изменения его высоты. В этом случае доступная мощность представляет собой кинетическую энергию текущей воды. Водяные колеса с перегрузкой могут эффективно улавливать оба типа энергии. Скорость потока в ручье может сильно меняться от сезона к сезону. Развитие гидроэлектростанции требует анализа данных о стоке , иногда охватывающих десятилетия, чтобы оценить надежность ежегодного энергоснабжения. Плотины и водохранилища обеспечивают более надежный источник энергии, сглаживая сезонные изменения расхода воды. Однако водохранилища оказывают значительное воздействие на окружающую среду , равно как и изменение естественного стока рек. Проект плотины должен учитывать наихудший случай, «вероятное максимальное наводнение», которое можно ожидать на объекте; водосброс часто включается для направления паводковых потоков вокруг плотины. Компьютерная модель гидробассейна , а также данные об осадках и снегопадах используются для прогнозирования максимального паводка.

Недостатки и ограничения

Основные статьи: Гидроэлектроэнергия § Недостатки и Дебаты о возобновляемых источниках энергии § Гидроэлектричество

Выявлены некоторые недостатки гидроэнергетики. Прорывы плотин могут иметь катастрофические последствия, включая гибель людей, имущества и загрязнение земель.

Плотины и водохранилища могут оказывать серьезное негативное воздействие на речные экосистемы , например, препятствуя перемещению некоторых животных вверх по течению, охлаждению и обескислороживанию воды, сбрасываемой вниз по течению, а также потере питательных веществ из-за осаждения твердых частиц. Речные отложения формируют дельты рек, а плотины не позволяют им восстановить то, что утрачено в результате эрозии. Кроме того, исследования показали, что строительство плотин и водохранилищ может привести к утрате среды обитания некоторых водных видов.

Гидроэнергетическая схема, использующая энергию воды, льющейся с гор Брекон-Биконс, Уэльс ; 2017 год

Большие и глубокие плотины и водохранилища покрывают большие площади суши, что приводит к выбросам парниковых газов из-за подводной гниющей растительности. Кроме того, хотя и на более низком уровне, чем другие энергии , возобновляемые источники Было обнаружено, что гидроэнергетика производит метан , эквивалентный почти миллиарду тонн парникового газа CO2 в год. Это происходит, когда органические вещества накапливаются на дне водоема из-за дезоксигенации воды , что запускает анаэробное сбраживание .

Люди, живущие рядом с гидроэлектростанцией , перемещаются во время строительства или когда берега водохранилища становятся неустойчивыми. Еще одним потенциальным недостатком является то, что культурные или религиозные объекты могут блокировать строительство.

Приложения

Сиси -одоси, приводимый в движение падающей водой, нарушает тишину японского сада звуком удара бамбукового коромысла о камень.

Механическая мощность

Водяные мельницы

Этот раздел представляет собой отрывок из «Водяной мельницы» . [ редактировать ]

Водяная мельница Брэн-ле-Шато , Бельгия (12 век)

Интерьер водяной мельницы Лайм-Реджис , Великобритания (14 век)

или Водяная мельница водяная мельница — это мельница, использующая гидроэнергию. Это конструкция, в которой используется водяное колесо или водяная турбина для управления механическими процессами, такими как фрезерование (шлифование) , прокатка или ковка . Такие процессы необходимы при производстве многих материальных товаров, в том числе муки , пиломатериалов , бумаги , текстиля и многих металлических изделий. Эти водяные мельницы могут включать в себя мельницы , лесопилки , бумажные фабрики , текстильные фабрики , молотковые мельницы , молотковые мельницы, прокатные станы и волочильные станы.

Один из основных способов классификации водяных мельниц - это ориентация колес (вертикальная или горизонтальная): одна приводится в движение вертикальным водяным колесом через зубчатый механизм, а другая оснащена горизонтальным водяным колесом без такого механизма. Первый тип можно далее подразделить, в зависимости от того, где вода попадает на лопасти колеса, на водяные мельницы с недолетом, перелетом, грудью и питчбэком (обратным или обратным выстрелом). Другой способ классифицировать водяные мельницы - по существенному признаку их местоположения: приливные мельницы используют движение прилива; Корабельные мельницы — это водяные мельницы, находящиеся на борту (и составляющие) корабля.

Водяные мельницы влияют на динамику рек в водотоках, где они установлены. Во время работы водяных мельниц каналы имеют тенденцию к осаждению , особенно подпоров. Также в зоне подпора увеличиваются случаи затопления и заиления прилегающих пойм . Однако со временем эти эффекты нивелируются повышением берегов рек. Там, где мельницы убраны, врез реки увеличивается, а русла углубляются.

Сжатый воздух

См. также: Тромпе

Обильный напор воды может быть использован для производства сжатого воздуха напрямую, без движущихся частей. В этих конструкциях падающий столб воды намеренно смешивается с пузырьками воздуха, образующимися за счет турбулентности или редуктора давления Вентури на впуске высокого уровня. Это позволяет ему упасть в шахту в подземную камеру с высокой крышей, где теперь сжатый воздух отделяется от воды и попадает в ловушку. Высота падающего столба воды поддерживает сжатие воздуха в верхней части камеры, а выходное отверстие, погруженное ниже уровня воды в камере, позволяет воде вытекать обратно на поверхность на более низком уровне, чем входное. Отдельный выход в крыше камеры подает сжатый воздух. Установка по этому принципу была построена на реке Монреаль в Рагед-Шутс недалеко от Кобальта, Онтарио , в 1910 году и поставляла 5000 лошадиных сил на близлежащие шахты.

Электричество

Основная статья: Гидроэлектроэнергия

Гидроэнергетика является крупнейшим применением гидроэнергетики. Гидроэлектроэнергия генерирует около 15% мировой электроэнергии и обеспечивает не менее 50% общего объема поставок электроэнергии в более чем 35 стран. В 2021 году мировая установленная электрическая мощность гидроэлектростанций достигла почти 1400 ГВт, что является самым высоким показателем среди всех технологий возобновляемой энергетики.

Производство гидроэлектроэнергии начинается с преобразования либо потенциальной энергии воды, присутствующей из-за высоты участка, либо кинетической энергии движущейся воды в электрическую энергию.

Гидроэлектростанции различаются по способу сбора энергии. Один тип включает в себя плотину и водохранилище . Вода в водохранилище доступна по требованию и может быть использована для выработки электроэнергии, проходя через каналы, соединяющие плотину с водохранилищем. Вода вращает турбину, которая соединена с генератором, вырабатывающим электричество.

Другой тип называется русловым заводом. В этом случае сооружается плотина для контроля потока воды при отсутствии водохранилища . Речная электростанция нуждается в непрерывном потоке воды и, следовательно, имеет меньшую способность обеспечивать электроэнергию по требованию. Кинетическая энергия текущей воды является основным источником энергии.

Обе конструкции имеют ограничения. Например, строительство плотины может вызвать дискомфорт у жителей близлежащих районов. Плотина и водохранилища занимают относительно большую площадь, которой могут противодействовать близлежащие населенные пункты. Более того, водохранилища потенциально могут иметь серьезные последствия для окружающей среды, например, наносить ущерб средам обитания, расположенным ниже по течению. С другой стороны, ограничением проекта русла реки является снижение эффективности производства электроэнергии, поскольку этот процесс зависит от скорости сезонного речного стока. Это означает, что в сезон дождей выработка электроэнергии увеличивается по сравнению с сухим сезоном.

Размер гидроэлектростанций может варьироваться от небольших электростанций, называемых микрогидроэлектростанциями , до крупных электростанций, снабжающих электроэнергией целую страну. По состоянию на 2019 год пять крупнейших электростанций мира представляют собой обычные гидроэлектростанции с плотинами.

Гидроэлектроэнергию также можно использовать для хранения энергии в виде потенциальной энергии между двумя резервуарами на разной высоте с помощью гидроаккумулятора . Вода закачивается вверх в резервуары в периоды низкого спроса, чтобы использоваться для выработки, когда спрос высок или выработка в системе низкая.

Другие формы производства электроэнергии с помощью гидроэнергетики включают генераторы приливных течений, использующие энергию приливов, вырабатываемых океанами, реками и искусственными системами каналов, для выработки электроэнергии.

• 
  Традиционно -плотинное гидросооружение (плотина ГЭС) является наиболее распространенным типом гидрогенерации.
• 
  Дамба Чиф-Джозеф недалеко от Бриджпорта, штат Вашингтон , представляет собой крупную русловую станцию ​​без большого водохранилища.
• 
  Микрогидроэлектростанции на северо-западе Вьетнама
• 
  Верхнее водохранилище и плотина гидроаккумулирующей системы Ффестиниог в Уэльсе . Младшая электростанция может вырабатывать 360 МВт электроэнергии.

Сила дождя

Дождь называют «одним из последних неиспользованных источников энергии в природе. Когда идет дождь, могут выпасть миллиарды литров воды, которая при правильном использовании имеет огромный электрический потенциал». Проводятся исследования различных методов получения энергии из дождя, например, путем использования энергии ударов дождевых капель. Это находится на очень ранней стадии, когда новые и новейшие технологии тестируются, прототипируются и создаются. Такая энергия была названа силой дождя. Один из методов, с помощью которого это была предпринята, — использование гибридных солнечных панелей, называемых «всепогодными солнечными панелями», которые могут генерировать электроэнергию как от солнца, так и от дождя.

По словам зоолога и преподавателя науки и техники Луиса Вильязона, «французское исследование 2008 года показало, что можно использовать пьезоэлектрические устройства, генерирующие энергию при движении, для извлечения 12 милливатт из капли дождя. За год это составит менее 0,001 кВтч на квадратный метр — достаточно для питания удаленного датчика». Виллазон предположил, что лучшим применением будет сбор воды из выпавшего дождя и использование ее для привода турбины, при этом расчетная выработка энергии составит 3 кВтч энергии в год на участке длиной 185 м2. ² крыша. Система на основе микротурбины, созданная тремя студентами Мексиканского технологического университета, использовалась для выработки электроэнергии. Система Pluvia «использует поток дождевой воды, стекающей из водосточных желобов на крышах домов, для вращения микротурбины в цилиндрическом корпусе. Электричество, генерируемое этой турбиной, используется для зарядки 12-вольтовых батарей».

Термин «энергия дождя» также применяется к гидроэнергетическим системам, которые включают процесс улавливания дождя.

История

Древняя история

Водяной поршень из Нонгшу работы Ван Чжэня (1290–1333 гг.)

Сент-Энтони-Фолс , США ; гидроэнергетика здесь использовалась для помола муки.

Рудная мельница с прямым приводом на воду, конец девятнадцатого века.

Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что основы гидроэнергетики восходят к древнегреческой цивилизации . Другие данные указывают на то, что водяное колесо независимо появилось в Китае примерно в тот же период. Свидетельства существования водяных колес и водяных мельниц относятся к древнему Ближнему Востоку, в IV веке до нашей эры. Более того, данные указывают на использование гидроэнергетики с использованием ирригационных машин в древних цивилизациях, таких как Шумер и Вавилония . Исследования показывают, что водяное колесо было первоначальной формой гидросилы и приводилось в движение либо людьми, либо животными.

В Римской империи водяные мельницы были описаны Витрувием еще в первом веке до нашей эры. Мельница Барбегаль , расположенная на территории современной Франции, имела 16 водяных колес, перерабатывавших до 28 тонн зерна в сутки. Римские водяные колеса также использовались для распиловки мрамора, например, на лесопилке Иераполиса конца III века нашей эры. Такие лесопилки имели водяное колесо, приводившее в движение два кривошипа и шатуна, приводившие в действие две пилы. Он также появляется на двух Восточной Римской лесопилках империи VI века , раскопанных в Эфесе и Герасе соответственно. Кривошипно - шатунный механизм этих римских водяных мельниц преобразовывал вращательное движение водяного колеса в линейное движение пильных полотен.

гидромолоты и сильфоны с приводом от воды в Китае, во времена династии Хань Первоначально считалось, что (202 г. до н.э. – 220 г. н.э.), приводятся в действие черпаками для воды . Однако некоторые историки предполагают, что они приводились в движение водяными колесами. Это связано с тем, что предполагалось, что у черпаков не было движущей силы для управления сильфонами доменной печи . Во многих текстах описывается гуннское водяное колесо; одними из самых ранних из них являются словарь Цзицзюпян 40 г. до н. э., Ян Сюна текст , известный как Фанъянь 15 г. до н. э., а также Синь Лунь, написанный Хуань Танем около 20 г. н.э. Именно в это же время инженер Ду Ши (ок. 31 г. н. э.) применил силу водяного колеса к поршням и сильфонам при ковке чугуна.

В древних индийских текстах, относящихся к 4 веку до нашей эры, упоминается термин чаккаваттака (вращающееся колесо), который в комментариях объясняется как арахатта-гхати-янта (машина с прикрепленными к нему колесными горшками), однако ученые оспаривают, приводится ли это в движение водой или вручную. Согласно греческим источникам, Индия получила римские водяные мельницы и бани в начале 4 века нашей эры. Плотины, водосбросы, водохранилища, каналы и водный баланс развивались в Индии во времена империй Маурьев , Гупта и Чола .

Еще одним примером раннего использования гидроэнергетики является замалчивание , исторический метод добычи полезных ископаемых, при котором для обнаружения минеральных жил используется наводнение или поток воды. Этот метод был впервые использован на золотых рудниках Долаукоти в Уэльсе, начиная с 75 года нашей эры. Этот метод получил дальнейшее развитие в Испании на таких шахтах, как Лас-Медулас . Шушинг также широко использовался в Британии в средневековый и более поздний периоды для добычи свинцовых и оловянных руд. Позже он превратился в гидравлическую добычу полезных ископаемых , когда использовался во время Калифорнийской золотой лихорадки в 19 веке.

Исламская империя охватывала большой регион, в основном в Азии и Африке, а также другие прилегающие территории. Во время Золотого века ислама и Арабской сельскохозяйственной революции (8–13 вв.) гидроэнергетика широко использовалась и развивалась. Первые случаи использования приливной энергии появились вместе с крупными гидравлическими заводскими комплексами. В регионе использовался широкий спектр промышленных мельниц с водяным приводом, включая валятельные , зерновые , бумажные , шелушильные , лесопильные , судовые , штамповочные , сталелитейные , сахарные и приливные мельницы . К 11 веку эти промышленные мельницы работали в каждой провинции Исламской империи, от Аль-Андалуса и Северной Африки до Ближнего Востока и Центральной Азии . Мусульманские инженеры также использовали водяные турбины при использовании шестерен в водяных мельницах и водоподъёмных машинах. Они также были пионерами в использовании плотин в качестве источника гидроэнергии, используемой для обеспечения дополнительной энергии водяных мельниц и водоподъёмных машин. Исламские методы орошения, включая персидские колеса , будут представлены в Индии и будут сочетаться с местными методами во времена Делийского султаната и Империи Великих Моголов .

Кроме того, в своей книге « Книга знаний об изобретательных механических устройствах » мусульманский инженер-механик Аль-Джазари (1136–1206) описал конструкции 50 устройств. Многие из этих устройств работали на воде, в том числе часы, устройство для подачи вина и пять устройств для подъема воды из рек или бассейнов, причем три из них имеют привод от животных, а одно может приводиться в движение животными или водой. с коровьим приводом Кроме того, они включали бесконечный ремень с прикрепленными к нему кувшинами, шадуф (оросительный инструмент, похожий на кран), а также возвратно-поступательное устройство с шарнирными клапанами.

Бенуа Фурнейрон, французский инженер, разработавший первую гидроэнергетическую турбину.

19 век

В 19 веке французский инженер Бенуа Фурнейрон разработал первую гидроэнергетическую турбину. Это устройство было внедрено на коммерческом заводе Ниагарского водопада в 1895 году и работает до сих пор. В начале 20 века английский инженер Уильям Армстронг построил и эксплуатировал первую частную электростанцию, которая располагалась в его доме в Крэгсайде в Нортумберленде , Англия. В 1753 году французский инженер Бернар Форест де Белидор опубликовал свою книгу «Гидравлическая архитектура» , в которой описывались гидравлические машины с вертикальной и горизонтальной осью.

Растущий спрос на промышленную революцию также будет стимулировать развитие. В начале промышленной революции в Британии вода была основным источником энергии для новых изобретений, таких как Ричарда Аркрайта водяной каркас . Хотя энергия воды уступила место энергии пара на многих крупных мельницах и фабриках, она все еще использовалась в течение 18 и 19 веков для многих более мелких операций, таких как привод сильфонов в небольших доменных печах (например, печи Дифи ) и мельницах . например, те, что построены на водопаде Сент-Энтони , где используется перепад реки Миссисипи с высоты 50 футов (15 м) .

Технологические достижения превратили открытое водяное колесо в закрытую турбину или водяной двигатель . В 1848 году британско-американский инженер Джеймс Б. Фрэнсис , главный инженер компании Lowell's Locks and Canals, усовершенствовал эти конструкции и создал турбину с КПД 90%. Он применил научные принципы и методы испытаний к проблеме проектирования турбин. Его математические и графические методы расчета позволили уверенно спроектировать высокоэффективные турбины, точно соответствующие условиям потока на конкретной площадке. все Реакционная турбина Фрэнсиса еще используется. В 1870-х годах, основываясь на использовании в горнодобывающей промышленности Калифорнии, Лестер Аллан Пелтон разработал высокоэффективную колесную импульсную турбину Пелтона , которая использовала гидроэнергию из потоков с высоким напором, характерных для Сьерра-Невады .

20 век

Современная история гидроэнергетики начинается в 1900-х годах, когда большие плотины были построены не просто для обеспечения электроэнергией соседних мельниц или фабрик. но обеспечить обширное электроснабжение все более отдаленных групп людей. Конкуренция во многом способствовала глобальному увлечению гидроэнергетикой: Европа соревновалась между собой за право первой электрифицировать, а гидроэлектростанции Соединенных Штатов в Ниагарском водопаде и Сьерра-Неваде вдохновили на более масштабные и смелые проекты по всему миру. Американские и советские финансисты и эксперты по гидроэнергетике также распространяли евангелие о плотинах и гидроэлектроэнергии по всему миру во время холодной войны , внося свой вклад в такие проекты, как плотина «Три ущелья» и Асуанская плотина . Удовлетворение желания крупномасштабной электрификации с помощью воды по своей сути требовало строительства больших плотин на мощных реках. которые затронули государственные и частные интересы ниже по течению и в зонах затопления. Неизбежно пострадали меньшие по размеру общины и маргинализированные группы. Они не смогли успешно противостоять компаниям, вытесняющим их из домов или блокирующим традиционные проходы лосося . Застойная вода, создаваемая плотинами гидроэлектростанций, создает питательную среду для вредителей и болезнетворных микроорганизмов , что приводит к местным эпидемиям . Однако в некоторых случаях взаимная потребность в гидроэнергетике может привести к сотрудничеству между враждующими странами.

Технологии и отношение к гидроэнергетике начали меняться во второй половине 20-го века. В то время как к 1930-м годам страны в значительной степени отказались от своих малых гидроэлектростанций, в 1970-х годах небольшие гидроэлектростанции начали возвращаться, чему способствовали государственные субсидии и стремление к созданию более независимых производителей энергии. Некоторые политики, которые когда-то выступали за крупные гидроэнергетические проекты в первой половине 20-го века, начали выступать против них, а количество групп граждан, выступающих против проектов строительства плотин, увеличилось.

В 1980-х и 90-х годах международное движение против плотин сделало невероятно трудным поиск государственных или частных инвесторов для новых крупных гидроэнергетических проектов и привело к появлению НПО, занимающихся борьбой с плотинами. Кроме того, хотя стоимость других источников энергии упала, стоимость строительства новых плотин гидроэлектростанций увеличивалась на 4% ежегодно в период с 1965 по 1990 год как из-за увеличения стоимости строительства, так и из-за уменьшения количества высококачественных строительных площадок. В 1990-е годы только 18% мировой электроэнергии производилось за счет гидроэнергетики. Производство приливной энергии также появилось в 1960-х годах как развивающаяся альтернативная гидроэнергетическая система, хотя до сих пор не стала сильным конкурентом в области энергетики.

Соединенные Штаты

Особенно в начале американского гидроэнергетического эксперимента инженеры и политики начали крупные гидроэнергетические проекты, чтобы решить проблему «растраченного потенциала», а не обеспечить энергией население, которое нуждалось в электроэнергии. Когда в 1890-х годах компания Niagara Falls Power Company начала изучать возможность строительства дамбы на Ниагаре, первом крупном гидроэнергетическом проекте в Соединенных Штатах, они изо всех сил пытались транспортировать электроэнергию от водопада достаточно далеко, чтобы на самом деле охватить достаточное количество людей и оправдать установку. Проект увенчался успехом во многом благодаря Николой Тесла изобретению двигателя переменного тока . На другом конце страны Сан-Франциско инженеры , Сьерра-клуб и федеральное правительство боролись за приемлемое использование долины Хетч-Хетчи . Несмотря на мнимую защиту национального парка, городские инженеры успешно завоевали права на воду и электроэнергию в долине Хетч-Хетчи в 1913 году. После своей победы они доставили гидроэлектроэнергию и воду Хетч-Хетчи в Сан-Франциско десять лет спустя, причем по цене вдвое превышающей обещанную. продажа электроэнергии компании PG&E , которая перепродавала ее жителям Сан-Франциско с прибылью.

Американский Запад с его горными реками и нехваткой угля рано и часто обращался к гидроэнергетике, особенно вдоль реки Колумбия и ее притоков. Бюро мелиорации построило плотину Гувера в 1931 году, символически связав создание рабочих мест и приоритеты экономического роста Нового курса . Федеральное правительство быстро последовало примеру Гувера, построив плотины Шаста и Гранд-Кули . Спрос на электроэнергию в Орегоне не оправдывал строительство дамбы на реке Колумбия до тех пор, пока Первая мировая война не выявила слабости угольной энергетической экономики. Затем федеральное правительство начало уделять приоритетное внимание взаимосвязанной власти – и во многом. Электричество от всех трех плотин шло на нужды военного производства во время Второй мировой войны .

После войны плотина Гранд-Кули и сопутствующие гидроэнергетические проекты электрифицировали почти всю сельскую местность бассейна Колумбии , но не смогли улучшить жизнь тех, кто живет и занимается сельским хозяйством так, как обещали ее сторонники, а также нанесли ущерб речной экосистеме и мигрирующим популяциям лосося. В 1940-х годах федеральное правительство также воспользовалось огромным количеством неиспользованной энергии и текущей воды из Гранд-Кули, чтобы построить ядерный объект на берегу Колумбии. Из ядерного объекта произошла утечка радиоактивных веществ в реку, заразившая всю территорию.

После Второй мировой войны американцы, особенно инженеры из Управления долины Теннесси , переориентировались с простого строительства внутренних плотин на продвижение гидроэнергетики за рубежом. В то время как строительство внутренних плотин продолжалось вплоть до 1970-х годов, когда Бюро мелиорации и Инженерный корпус армии построили более 150 новых плотин по всему американскому Западу. Организованная оппозиция плотинам гидроэлектростанций возникла в 1950-х и 60-х годах из-за экологических проблем. Экологические движения успешно закрыли предложенные плотины гидроэлектростанций в Национальном памятнике динозавров и Гранд-Каньоне и получили больше инструментов для борьбы с гидроэнергетикой благодаря экологическому законодательству 1970-х годов. По мере того, как в 70-е и 80-е годы росли запасы ядерного и ископаемого топлива, а активисты-экологи настаивали на восстановлении рек, значение гидроэнергетики в Америке постепенно утрачивалось.

Африка

Иностранные державы и МПО часто использовали гидроэнергетические проекты в Африке как инструмент вмешательства в экономическое развитие африканских стран, таких как Всемирный банк с плотинами Кариба и Акосомбо и Советский Союз с Асуанской плотиной . Река Нил особенно пострадала от последствий того, что страны, расположенные вдоль Нила, и отдаленные иностранные игроки использовали реку для расширения своей экономической мощи или национальной силы. После британской оккупации Египта в 1882 году британцы работали с Египтом над строительством первой Асуанской плотины. который они усилили в 1912 и 1934 годах, пытаясь сдержать разливы Нила. Египетский инженер Адриано Данинос разработал план Асуанской высокой плотины, вдохновленный многоцелевой плотиной Управления долины Теннесси.

Когда Гамаль Абдель Насер пришел к власти в 1950-х годах, его правительство решило реализовать проект строительства Высокой плотины, рекламируя его как проект экономического развития. После того, как отказ Америки помочь в финансировании строительства плотины, а также антибританские настроения в Египте и британские интересы в соседнем Судане в совокупности вынудили Великобританию выйти из проекта, Советский Союз профинансировал Асуанскую плотину. В период с 1977 по 1990 год турбины плотины производили треть электроэнергии Египта. Строительство Асуанской плотины спровоцировало спор между Суданом и Египтом по поводу раздела Нила, тем более что плотина затопила часть Судана и уменьшила объем доступной им воды. Эфиопия , также расположенная на Ниле, воспользовалась напряженностью времен холодной войны, чтобы запросить помощь у Соединенных Штатов для собственных инвестиций в ирригацию и гидроэнергетику в 1960-х годах. Хотя прогресс застопорился из-за государственного переворота 1974 года и после 17-летней гражданской войны в Эфиопии, Эфиопия начала строительство плотины Великого Эфиопского Возрождения в 2011 году.

За Нилом гидроэнергетические проекты охватывают реки и озера Африки. Электростанция Инга на реке Конго обсуждалась со времен бельгийской колонизации в конце 19 века и была успешно построена после обретения независимости. Правительству Мобуту не удавалось регулярно обслуживать электростанции, и их мощность снижалась до тех пор, пока в 1995 году не был создан Южноафриканский энергетический пул, создавший многонациональную энергосистему и программу технического обслуживания станций. Государства с обилием гидроэлектроэнергии, такие как Демократическая Республика Конго и Гана , часто продают излишки электроэнергии соседним странам. Иностранные игроки, такие как китайские гидроэнергетические компании, предложили значительное количество новых гидроэнергетических проектов в Африке. и уже финансировал и консультировал многих других в таких странах, как Мозамбик и Гана.

Малая гидроэнергетика также сыграла важную роль в электрификации Африки в начале 20 века. В Южной Африке небольшие турбины приводили в действие золотые прииски и первую электрическую железную дорогу в 1890-х годах, а зимбабвийские фермеры установили небольшие гидроэлектростанции в 1930-х годах. В то время как интерес угас по мере совершенствования национальных сетей во второй половине века, национальные правительства XXI века в таких странах, как Южная Африка и Мозамбик, а также неправительственные организации, обслуживающие такие страны, как Зимбабве, начали повторно изучать малую гидроэнергетику для диверсификации источников энергии и улучшить электрификацию сельской местности.

Европа

В начале 20 века два основных фактора мотивировали расширение гидроэнергетики в Европе: в северных странах Норвегии и Швеции обильные осадки и горы оказались исключительными ресурсами для обильной гидроэнергетики, а на юге нехватка угля подтолкнула правительства и коммунальные компании к поиску альтернативы. источники питания.

Вначале Швейцария построила дамбы на альпийских реках и швейцарском Рейне , создав вместе с Италией и Скандинавией гонку гидроэнергетики в Южной Европе. В итальянской долине По основным переходным периодом 20-го века было не создание гидроэнергетики, а переход от механической к электрической гидроэнергетике. В 1890-х годах в водоразделе реки По работало 12 000 водяных мельниц, но первая коммерческая гидроэлектростанция, построенная в 1898 году, ознаменовала конец господства механики. Эти новые крупные электростанции перенесли электроэнергию из сельских горных районов в городские центры на нижней равнине. Италия отдавала приоритет ранней почти общенациональной электрификации, почти полностью за счет гидроэнергетики, что способствовало ее восхождению в качестве доминирующей европейской и имперской силы. Однако до Первой мировой войны им не удалось достичь какого-либо окончательного стандарта для определения прав на воду.

Современное строительство плотин немецких гидроэлектростанций основано на истории небольших плотин, питающих шахты и мельницы, начиная с 15 века. Некоторые части промышленности Германии даже больше полагались на водяные колеса, чем на пар, до 1870-х годов. Правительство Германии не собиралось строить большие плотины, такие как довоенные плотины Урфт , Моне и Эдер , для расширения гидроэнергетики: они в основном хотели уменьшить наводнения и улучшить судоходство. Однако гидроэнергетика быстро стала дополнительным бонусом для всех этих плотин, особенно на бедном углем юге. Бавария даже создала энергосистему по всему штату, перекрыв Вальхензее плотиной в 1924 году, отчасти из-за потери запасов угля после Первой мировой войны.

Гидроэнергетика стала символом региональной гордости и отвращения к северным «угольным баронам», хотя север также с большим энтузиазмом относился к гидроэнергетике. Строительство плотин резко возросло после Второй мировой войны, на этот раз с явной целью увеличения гидроэнергетики. Однако строительство плотин и распространение гидроэнергетики сопровождался конфликтом: аграрные интересы пострадали от сокращения орошения, небольшие мельницы потеряли поток воды, а различные группы интересов боролись за то, где должны быть расположены плотины, контролируя, кому это выгодно и чьи дома они затопляют.

См. также

• Охлаждение глубоководного источника
• Гравитационно-водяная вихревая электростанция
• Эффективность преобразования энергии
• Гидравлический домкрат
• Международная ассоциация гидроэнергетики
• Гидроэлектростанция с низким напором
• Морская текущая мощность
• Морская энергетика
• Преобразование тепловой энергии океана
• Осмотическая сила
• Волновая мощность

Источники

• Викандер, Орджан (2000), «Водяная мельница», в Викандер, Орджан (редактор), Справочник по древним водным технологиям , технологиям и изменениям в истории, том. 2, Лейден: Брилл, стр. 371–400, ISBN.  90-04-11123-9

Внешние ссылки

• Международная ассоциация гидроэнергетики
• Портал гидроэнергетики Международного центра гидроэнергетики (ICH) со ссылками на многочисленные организации, связанные с гидроэнергетикой по всему миру.
• IEC TC 4: Гидравлические турбины (Международная электротехническая комиссия - Технический комитет 4). Портал IEC TC 4 с доступом к объему работ, документам и веб-сайту TC 4. Архивировано 27 апреля 2015 г. на Wayback Machine.
• Микрогидроэнергетика , Адам Харви, 2004 г., Группа развития промежуточных технологий. Проверено 1 января 2005 г.
• Микрогидроэнергетические системы , Министерство энергетики США, энергоэффективность и возобновляемые источники энергии, 2005 г.