Hüdroelektrienergia: mis on hüdroelektrijaam ja kuidas see töötab

Hüdroelektrijaam on elektrienergia tootmise paigutus, kus elektrit toodetakse generaatorite abil, mida vee liikumine paneb käima. Seda tehakse tavaliselt tammide abil, mis blokeerivad jõe, et luua veehoidla või koguda sinna pumbatav vesi. Kui vesi vabastatakse, liigub see surve all tammi tagant torustikku (nn penstock), mis suunab vee turbiini. Kiirenev vesi paneb turbiini pöörlema, mis omakorda käivitab generaatori, muutes mehaanilise pöörlemisenergia elektrienergiaks.

Kuidas see töötab praktiliselt

Tähelepanuväärsed etapid:

Veesurve ja kõrguse diferent: suurenenud hüdrauliline peaproov (potentsiaalne energia), kui vesi hoitakse kõrgel veetasemel.
Suunamine turbiinile: vesi liigub torude kaudu turbiini, kus voolukiirus ja surve tekitavad pöörlemisliikumise.
Generatsioon: turbiini pöörlemine paneb generaatori rootori pöörlema magnetvälja sees, tekitades elektrivoolu.
Tagasivool: kasutatud vesi suunatakse allavoolu tagasi jõkke (tailrace).

Peamised komponendid

Tamm ja veehoidla: võimaldavad vee kogumist ja vooluhulga kontrolli.
Penstockid: kõrgsurve torud, mis juhivad vett turbiinile.
Turbiinid: tüübid sõltuvad veetingimustest (nt Pelton kõrge languse jaoks, Francis keskmise jaoks, Kaplan madala languse ja suure voolu korral).
Generaator: muundab turbiini mehaanilise pöörde elektrienergiaks.
Muundurid ja ülekandesüsteemid: viivad toodetud elektri võrku õige pingega.

Tüübid

Tammiga hüdroelektrijaamad: suured veehoidlad, mis võimaldavad voolu reguleerida ja talletada vett aastaaegade järgi.
Jooksulõikude ehk run-of-river jaamad: väiksema reservoiriga; sõltuvad otseselt vooluhulgast ja on vähem reguleeritavad.
Pumbatud veesalvestus (pumped-storage): kaks veekogu eri kõrgusel — ülejääguelektri ajal pumbatakse vesi ülemisse reservuaari ja nõudluse ajal lastakse see taas alla turbiini kaudu, pakkudes energiasalvestust ja võrguhäälestust.
Väikehüdro: paigad väikese võimsusega kohaliku tarbe jaoks; nende keskkonnamõju on tavaliselt väiksem.

Eelised

Värske ja taastuv allikas: hüdroenergia kasutab vett, mida looduslikult täiendatakse sademete ja jõevooludega — see on taastuvenergia vorm (taastuvenergia).
Madalam õhusaaste: genereerib oluliselt vähem õhusaastet kui fossiilkütustel põhinevad jaamad (nt aurumasinad või kivisöega töötavad elektrijaamad).
Hea reguleeritavus: hüdrojaamad suudavad kiiresti suurendada või vähendada toodangut, aidates stabiliseerida elektrivõrku.
Pikk tööiga ja madalad tegevuskulud: hästi hooldatud hüdroelektrijaamad võivad töötada aastakümneid, pakkudes konkreetset tasuvust pikas perspektiivis.

Puudused ja keskkonnamõjud

Elupaikade muutumine: tammide ehitamine võib ujukite ja loomade rände teid häirida ning muuta ökosüsteeme.
Setete kogunemine: veehoidlad püüavad kinni setteid, mis mõjutab allavoolu sette- ja toitainetsüklit.
Sotsiaalsed mõjud: suuremad projektid võivad nõuda elanike ümberasustamist või mõjutada kohalikke kogukondi ja kultuurilisi paiku.
Metaanieraldus: troopilistes reservoirites võib orgaaniline lagunemine tekitada metaani, mis on tugev kasvuhoonegaas — siiski üldiselt vähem kui fossiilsete kütuste põletamisel tekkiv heide võrreldava elektritoodanguga.

Globaalne roll ja näited

Hüdroenergia on oluline osa maailma energiabilansist: see meetod toodab ligikaudu kuuesosa kogu maailma elektrist (umbes 15–16%) ja moodustab suure osa taastuvenergiast paljudes riikides. Mõnes piirkonnas, näiteks Norras ja Quebecis, pärineb enamik elektrienergiast hüdroenergiast. Maailmas on installeeritud hüdroelektri võimsus gigavattide suurusjärgus, mistõttu hüdroenergia on üks suurima mõjuga taastuvenergiaallikaid.

Kasutus ja tulevik

Hüdrojaamad on eriti väärtuslikud võrgu tasakaalustajana ja energiasalvestuse lahenduste (pumped-storage) osana, mis aitab integreerida muutuvat tootmist, nagu tuule- ja päikeseenergia. Tulevikutehnoloogiad keskenduvad keskkonnakahjude vähendamisele (nt kalateed, paremad setete juhtimise lahendused) ning väiksemate ja paindlikumate võimsuste arendamisele, et minimeerida sotsiaalset mõju.

Lühike kokkuvõte

Hüdroelektrijaam on tõhus ja reguleeritav viis elektri tootmiseks, mis kasutab vee potentsiaalset ja kineetilist energiat generaatorite käivitamiseks. Kuigi see on suhteliselt puhas ja taastuv energiaallikas, tuleb arvestada keskkonna- ja sotsiaalsete tagajärgedega ning planeerida projekte hoolikalt, et vähendada negatiivset mõju.

Hüdroelektrijaam Saksamaal

Inimesed on vee langemise energiat kasutanud juba tuhandeid aastaid.

Hüdroelektrijaamad

Koht	Jaam	Riik	Asukoht	Võimsus (MW)
1	Kolm kuristikku	Hiina	30°49′15″N 111°00′08″E / 30.82083°N 111.00222°E / 30.82083; 111.00222 (Kolme kuristiku tamm)	22,500
2	Itaipu	Brasiilia Paraguay	25°24′31″S 54°35′21″W / 25.40861°S 54.58917°W / -25.40861; -54.58917 (Itaipu tamm)	14,000
3	Xiluodu (ehitamisel)	Hiina	28°15′52″N 103°38′47″E / 28.26444°N 103.64639°E / 28.26444; 103.64639 (Xiluodu tamm)	10,780
4	Guri	Venezuela	07°45′59″N 62°59′57″W / 7.76639°N 62.99917°W / 7.76639; -62.99917 (Guri tamm)	10,235
5	Tucuruí	Brasiilia	03°49′53″S 49°38′36″W / 3.83139°S 49.64333°W / -3.83139; -49.64333 (Tucuruí tamm)	8,370
6	Grand Coulee	Ameerika Ühendriigid	47°57′23″N 118°58′56″W / 47.95639°N 118.98222°W / 47.95639; -118.98222 (Grand Coulee Dam)	6,809

Hüdroelektrijaama eelised

Elektri tootmise viis ei kahjusta keskkonda nii palju kui fossiilsed kütused, nagu nafta või kivisüsi. Hüdroelektrijaam on väga võimas ja ohutu ning ei tekita jäätmeid.

Hüdroelektrijaamade oluliseks eeliseks on nende võime kasutada elektrijaama tippvõimsusena. Kui elektrienergia nõudlus väheneb, ladustab tamm lihtsalt rohkem vett. Veehoidlasse ladustatud vett saab vajaduse korral vabastada (vabastada), nii et energiat saab kiiresti toota. Mõned hüdroelektrijaamad kasutavad ülemäärase energia salvestamiseks (sageli öösel) pumbaga salvestatud energiat, kasutades elektrienergiat vee ülespumpamiseks basseini. Elektrit saab toota, kui nõudlus suureneb. Selline paindlikkus muudab hüdroelektrijaama ka heaks sobivaks vähem kontrollitavate katkendlike energiaallikate jaoks. Kui tuul ei puhu või päike ei paista, saab toota hüdroelektrit.

Tegelikkuses on jõe tammidesse ladustatud vee kasutamine mõnikord raskendatud niisutusvajaduse tõttu, mis võib toimuda väljaspool elektri tippnõudluse faasi.

Teine eelis on see, et hüdroelektrijaam ei saa otsa saada, kui on olemas hea veevarustus. Kui tamm on ehitatud, maksab elekter väga vähe, ei teki jäätmeid ega reostust ning elektrit saab toota siis, kui seda vajatakse.

Mõnel hüdroturbiinil ei ole tammi, vaid see kasutab hoopis jõe voolu. Nad toodavad vähem elektrit ja ei saa energiat hilisemaks kasutamiseks salvestada.

Hüdroelektrijaama puudused

Suurte tammide ehitamine vee hoidmiseks võib kahjustada keskkonda. 1983. aastal peatas Austraalia valitsus pärast suurt avalikku protesti Tasmaania osariigi valitsusel Gordoni jõe tammi ehitamise Tasmaanias. Tamm oleks üleujutanud Franklini jõe. Hiinas asuv Kolme kuru tamm on maailma suurim hüdroelektrijaam ja maailma suurim igasugune elektrijaam. Tamm on üleujutanud tohutu ala, mis tähendab, et 1,2 miljonit inimest tuli ümber paigutada. Teadlased tunnevad muret paljude tammiga seotud probleemide pärast, nagu reostus, muda ja oht, et tammi sein murdub.

Küsimused ja vastused

K: Mis on hüdroelektrijaam?

V: Hüdroelektrijaam on elektrienergia, mida toodetakse generaatorite abil, mida keerab vee liikumine.

K: Kuidas seda tavaliselt toodetakse?

V: Seda tehakse tavaliselt tammidega, mis osaliselt blokeerivad jõe, et teha veehoidla. Vesi lastakse vabaks ja tammi rõhk surub vett mööda torusid, mis viivad turbiini, mis keerab generaatorit ja toodab elektrienergiat.

K: Kui palju protsenti maailma elektrienergiast toodetakse?

V: See taastuvenergia meetod toodab umbes kuuendiku maailma elektrienergiast.

K: Kas see tekitab vähem reostust kui teised meetodid?

V: Jah, see toodab vähem saastet kui aurumasinad.

K: Kas on kohti, kus suurem osa elektrist saadakse hüdroelektrijaamadest?

V: Jah, mõnedes kohtades, näiteks Norras ja Quebecis, saadakse suurem osa elektrist sel viisil.

K: Kas kõigis riikides on mitu võimalust elektrienergia tootmiseks?

V: Jah, kuna kõigil meetoditel on eelised ja puudused, siis on enamikus riikides mitu elektrienergia tootmise viisi.

K: Kas paljudes riikides eelistatakse tänapäeval tavaliselt hüdroenergiat?

V: Jah, enamikus riikides on hüdroenergia tänapäeval eelistatud või üks eelistatud meetoditest.