Hidroelektrana
Hidroelektranaje postrojenje u kojem sepotencijalna energijavodenajprije pretvara ukinetičku energijunjezinog strujanja, a potom u mehaničkuenergijuvrtnje vratila turbine te, konačno uelektričnu energijuuelektričnom 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),transformacijui 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 izfosilnihinuklearnog goriva,zato jehidroenergijanajznačajnijiobnovljivi 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 unuklearnim elektranama,ali itermoelektranama.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 zaokoliš,osim toga na određenim lokacijama je za poništavanje utjecaja oscilacija vodostaja potrebno izgraditibranei akumulacije. Njihovom izgradnjom značajno se povećavainvesticija,utjecaji na okoliš, potrebna je zaštita odpotresa,a u zadnje vrijeme postoje i značajneterorističke prijetnje.
Jednom kada je hidroelektrana završena, nije potreban novac za sve skupljegorivo,ne stvara se opasanotpad(kao kod nuklearnih elektrana) i stvara gotovo zanemarivu količinustakleničkih plinova,za razliku od termoelektrana. U svijetu je instalirano hidroelektrana sa snagom od 777 GW,koje daju 2998 TWhelektrične energije,u 2006. To je otprilike 20 % svjetske proizvodnje električne energije svih vrsta, ili 88 % od svih obnovljivih izvora energije.[1]
Korištenje hidroenergije je započelo uMezopotamijiidrevnom Egiptuprije oko 8000 godina, tada se ona koristila zanavodnjavanje.Vodeni satili klepsidra počeo se koristiti prije oko 4000 godina. Hidroenergija se koristila zakanatili turpan, a to su vodovodni sustavi, koji su služili za dovodsvježe vode,u vrućim i suhim naseljenim područjima, a to su razvili stariPerzijancii proširili na druge krajeve, odMarokadoKine.
Hidroenergija se svugdje koristila. UIndijise koristilovodeničko koloivodenica,kao i u Rimskom Carstvu, za mljevenježitaubrašno.U Kini se vodenice koriste još oddinastije Han.
Hidroenergija se koristila uRimskom Carstvui zarudarstvo,a sastojalo se u potkopavanju planine velikim količinama vode, koja je dovođena putemakvedukatas obližnjih planinskih rijeka. Isti akvedukti rabljeni su u ispiranju velikih količinazlata.Ta se metoda koristila u rudnicimaLas MédulasuŠpanjolskoj,Velikoj Britaniji,i ne samo za vađenje zlata, nego i zaolovoikositar.Kasnije se to razvilo u hidraulično rudarenje, što je korištenje mlazova vode visokog tlaka, za ispiranjestijenaisedimenata,posebno prisutno za vrijeme zlatne groznice uSADu 19. stoljeću.
Kad je započelaindustrijska revolucija,parni stroj je preuzimao sve više posla, ali je hidroenergija još uvijek koristila, kao za puhanje mjehova za zrak kod visokih peći, zamlinove,prijevozteglenica,pogonuspinjačaitd.
Tijekom 1770.-tihfrancuskiinženjerBernard Forest de Bélidor izdaje knjiguArchitecture Hydraulique,koja opisujehidrauličnestrojeves horizontalnom i vertikalnom osi.[2]Krajem 19. stoljeća, razvijeni su prvielektrični generatori,što je otvorilo mogućnost izgradnje prvih hidroelektrana. Godine 1881. proradila je prva hidroelektrana koja je proizvodila istosmjernu električnu struju, godine 1895. naslapovima Niagareprva moderna hidrocentrala počela je proizvoditi izmjeničnu električnu struju, što označava veliku pobjeduTeslinasustavaizmjenične struje,koji, za razliku odEdisonova,omogućava prijenos velikih količina električne energije na daljinu.[3]Dne 28. kolovoza 1895., puštena je u pogon prvahrvatskahidroelektrana Jaruga,koja je druga najstarija hidroelektrana u svijetu i prva u Europi.
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 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.
Potencijalna energijaakumulacijskih hidroelektrana dolazi iz akumulacijskog jezera, koje imabranu,i kad je potrebno voda se dovodi dovodne turbinei 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 su one čija se uzvodna akumulacija može isprazniti za manje od dva sata rada kod nazivne snage ili takva akumulacija uopće ne postoji.Kinetička energijavode 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).
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 uHrvatskojjehidroelektrana Velebit.
Prema smještaju samih postrojenja, odnosno prema vodenom toku čiju energiju iskorištavaju, hidroelektrane mogu biti:
- "klasične", na kopnenim vodotocima: rijekama, potocima, kanalima i sl.
- na morske valove
- na morske mijene: plimu i oseku.
Podrobniji članak o temi:Elektrane na plimu i osekuEnergija plime i oseke spada u oblikhidroenergijekoja gibanje mora uzrokovanomorskim mijenamaili 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 odenergije vjetraisolarne energije.Taj način proizvodnje električne energije ne može pokriti svjetske potrebe, ali može dati veliki doprinos uobnovljivim izvorima energije.Na pojedinim mjestima obale u zapadnojFrancuskoji u jugozapadnom dijeluVelike Britanijeamplituda 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.
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, 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.
Za niske padove (do približno 40 metara) koriste se takozvaneKaplanove turbinekoje rade slično kao i Francisove turbine, s tim da je broj lopatica daleko manji.
Za srednje padove (do 200 metara) koriste se takozvaneFrancisove 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.
Za visoke padove (preko 200metara) primjenjuju se takozvanePeltonove turbinekod 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, 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 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 hidroektrane se dijele na:
- nadzemne, kod kojih je strojarnica smještena iznad razine tla
- podzemne, kod kojih je strojarnica smještena ispod razine tla.
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 (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.
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 ihidroelektrana 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.
Podrobniji članak o temi:Male hidroelektraneZa male hidroelektrane se smatra da nemaju nikakav štetan utjecaj naokoliš,za razliku od velikih, čija se štetnost opisuje kroz velike promjeneekosustava(gradnja velikih brana), utjecaji na tlo, poplavljivanje, utjecaji na slatkovodni živi svijet, povećana emisijametanai 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, s 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.
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 sasolarnim fotonaponskim elektranama,jer obično rijeke presuše po ljeti, kada ima najvišeSunčeve energije.
One uglavnom imaju snagu ispod 5 kW. Povoljne su za jedno ili nekoliko domaćinstava. Moguće je ugraditi piko vodnu turbine s padom vode od samo 1 metar, da bi dobili 200 do 300 W energije. Postavljaju se uglavnom kao protočne hidroelektrane.[5]
Ovisno o veličini hidroelektrane, odnosnovolumnomprotokurijeke,snagahidroelektrane se izračunava pomoću jednadžbe:
gdje je:
P - dobivenasnaga strujeielektrična energija(električna snaga),W;
q - raspoloživivolumni protokvode,m3/s;
ρ -gustoćavode (uzima se približna vrijednost 1000kg/m3);
g -ubrzanjesile teže(gravitacijske sile), 9,81m/s2;
h - visina vodenog stupca, to jest raspoloživi vodeni pad (m);
k - koeficijent djelovanja hidroelektrane koji poprima vrijednosti između 0 i 1;
Koeficijentkovisi isključivo o vrsti turbina ugrađenih u hidroelektrane. Što su turbine veće i modernije koeficijent,kse približava vrijednosti 1.
Podrobniji članak o temi:Provodnici vodeDovodnikanalisu u pravilu provodnici sa slobodnim vodnim licem, a cjevovodi provodnici s tečenjem podtlakom.Razlikujemotuneles tečenjem sa slobodnim vodnim licem i tečenjem pod tlakom. Dovodni tunel hidroelektrana obično jekružnogpresjeka, jer je tohidrauličkiistatičkinajpovoljniji oblik. Ali pri malim unutrašnjim tlakovima tuneli imaju oblik potkove. Optimalni je oblik D kružnog tunela, jer je zbroj troškova u elektroenergetskom sustavu minimalan. Prosječnabrzinavode u dovodnom tunelu je od 3 do 4m/s.Ulazna brzina ne treba iz hidrauličkih razloga biti veća od 1,2 m/s. Zbog toga, ulaz tunela ima ljevkasti oblik.
Podrobniji članak o temi:Tlačni cjevovodTlačni cjevovod (engl.penstock) ječeličnicjevovod (diocijevimože biti ibetonski), 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 pojedinimvodnim turbinama.
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 navodnim turbinamastvorila dovoljna snaga za proizvodnju električne energije. Da bi se umanjilo neželjeno djelovanjetromostivode, 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
Podrobniji članak o temi:Podzemna strojarnicaStrojarnica je postrojenje u kojem sepotencijalna energijavodenajprije pretvara ukinetičku energijunjezinog strujanja,a potom u mehaničku energiju vrtnje vratilavodne turbinete, konačno, u električnu energiju uelektričnom generatoru.Iskorištavanje energije vodnog potencijala ekonomski je konkurentno proizvodnji električne energije iz fosilnih i nuklearnog goriva, zato je hidroenergija najznačajnijiobnovljivi 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]
Podrobniji članak o temi:Provodnici vodeNadzemne strojarnice nalaze se uzrijeku;izturbinevoda otječe neposredno u korito rijeke ilikanalom,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 satmosferom,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 pomoćnihzatvaračai uređaji za njihovo podizanje, da bi se kanal mogao pregledati i popraviti.
Podrobniji članak o temi:HidrogeneratorHidrogeneratorjeelektrični generator,redovitotrofaznisinkroni,tjeranvodnom turbinom.Sinkrona brzina vrtnje određena je vrstom vodne turbine i ovisi ohidrauličnimprilikama (o količini vode i visini pada). Kod malih padova i velikihsnagačesto je potrebno, zbog svojstavaturbine,graditi hidrogeneratore za malebrzine vrtnje,s velikim brojemmagnetskih polova.Osovina(vratilo) hidrogeneratora obično je okomita, a vrlo rijetko vodoravna. U takozvanoj cijevnoj izvedbi (za male padove vode)generatori 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 konstrukcijerotorai provjeru mehaničke ispravnosti pokusom vitlanja.
Električna energija predstavlja jedan odnajčišćihoblika energije. Mogućnosti dobivanja električne energije su raznovrsni. Najprihvatljiviji su načini dobivanja izobnovljivih izvora energije,kao što su hidroelektrane,vjetroelektranetesolarne elektrane. Od obnovljivih izvora energije hidroelektrane su najraširenije. Njihov udio među obnovljivim izvorima energije je oko 88%(podatak za2005.godinu). To je posljedica više čimbenika. Za razliku odvjetrailisunca,čiji intenzitet je nepredvidljiv te ovisi ometeorološkimprilikama, voda, odnosno njen volumni protok, je puno stabilniji i stalniji tijekomgodine.To znači da je i opskrba električnom energijom pouzdanija. Također, vrlo zanimljiva skupina hidroelektrana sureverzibilne hidroelektrane,koje omogućavaju dva režima rada, te kao takve su vrlo isplative i poželjne za izgradnju. Procjenjuje se da je 2005. godine 20 % ukupnesvjetskepotrošnje električne energije bilo opskrbljeno upravo energijom iz hidroelektrana, što je približno 816 GW.
Ključna prednost obnovljivih izvora energije, pa tako i hidroelektrana, je smanjena ili u potpunosti eliminirana emisijastakleničkih 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 uStuttgartu.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 uEuropite se može primijeniti i na područjaSjeverne Amerikei SjeverneAzije.[7]
Velika prednost je što ne koristefosilna gorivakao 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]
Akumulacijska jezera hidroelektrana mogu osim svoje primarne funkcije imati još nekoliko pozitivnih aspekata. Svojom veličinom mogu privlačitituriste,te se na njihovoj površini mogu odvijati razni vodenisportovi.Također velike brane mogu igrati značajnu ulogu u navodnjavanju, te u regulaciji toka rijeka.
Ključni dio hidroelektrane je njenabrana.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 rijeciJangce.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 odpotresa.Dok znanstvenici strahuju od potresa i urušavanja brane, političari tvrde da takav rizik ne postoji.
Rijeka svojim tokom nosi vodeni materijal u oblikupijeskaimulja.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]
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.Faunatoga područja je primorana na preseljenje, također kao i ljudi. Što sefloretiče, situacija je malo drugačija, prvenstveno u tropskim područjima.
U tim područjima, gdje je temperatura viša, prilikom truljenja, raspadanja, biljnih ostataka zarobljenih pod vodom, u anaerobnim uvjetima, dolazi do stvaranjastakleničkih plinova.U prvom redu nastajuugljikov dioksid,(CO2) imetan.Stvaranje ugljikovog dioksida zapravo nije zabrinjavajuće. On je ionako već kružio u atmosferi te ga je bilje tijekom svoga rasta, u procesufotosintezeugradilo u svoje tkivo. To nije novooslobođeni CO2,kao što nastaje prilikom izgaranja fosilnih goriva. Emisija CO2,oslobođena u hidro akumulacijskim jezerima, veća nego u elektranama u kojima izgara fosilno gorivo, ako prije punjenja bazena vodom šuma nije bila porušena i očišćena. Puno veći problem je stvaranje metana, koji odlazeći u atmosferu pridonosiefektu staklenika.
Do 2008. se procjenjuje da je kod gradnji hidroelektrana preseljeno sveukupno između 40 do 80 milijuna ljudi širom svijeta.
Nesreće s branama mogu biti jedne od najvećih katastrofa uopće. Tako je nesreća na brani Banqiao uKiniodnijela 26 000 ljudi izravno i oko 145 000 od epidemije. Nesreća na brani Vajont uItalijije odnijela oko 2000 ljudskih života 1963.
Kada se promatra količina hidro-energije, tj. električne energije proizvedene u hidroelektranama, tijekom nekog razdoblja, razlikuju se dva pojma. Nominalna snaga koju ta hidroelektrana može ostvariti kada bi cijelo promatrano razdoblja radila punim kapacitetom, te stvarnu proizvedenu snagu u promatranom razdoblju. Omjer godišnje, stvarno proizvedene, snage te instalirane snage je faktor kapacitivnosti. Instalirana snaga je zbroj svih generatora nekedržavekada bi radili pri nominalnoj snazi tijekom cijele godine.[11]
U tablici se nalaze podaci o godišnjoj proizvodnji električne energije koju je objavioBP 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,Švicarskai Venecuela. Međutim, Paragvaj ne samo da proizvodi dovoljno električne energije, putem hidroelektrana, za domaće potrebe, nego iizvozisvoju električnu energiju Brazilu iArgentini.
| 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] |
Podrobniji članak o temi:Hidroelektrane u HrvatskojHidroelektrane u Hrvatskojčine više od polovineelektranau strukturi našegelektroenergetskog sustava.Nazivnasnagasvih hidroelektrana uRepublici Hrvatskoj2008. 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 izobnovljivih izvora.Hidroelektrane su proizvele 4357 GWhelektrične 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 energijeuvozimo.Danas je u Hrvatskoj u pogonu 17velikih hidroelektrana(više od 10 MW), akumulacijskog i protočnog tipa, oko 20malih 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 jeHE Zakučac,s ukupnom instaliranom snagom 486 MW, a isporučuje oko trećinu ukupnehidroenergijeu Hrvatskoj.
- ↑[1] Arhivirana inačica izvorne straniceod 18. srpnja 2011. (Wayback Machine) "Renewables Global Status Report 2006 Update",REN21,2007.
- ↑[2] Arhivirana inačica izvorne straniceod 26. siječnja 2010. (Wayback Machine) "History of Hydropower", publisher=U.S. Department of Energy
- ↑[3]"Hydroelectric power - energy from falling water", publisher=Clara.net
- ↑[4] Arhivirana inačica izvorne straniceod 28. lipnja 2011. (Wayback Machine) "Hidroelektrane", Energetika-net
- ↑[5] Arhivirana inačica izvorne straniceod 11. lipnja 2010. (Wayback Machine) "Energetske transformacije", Enerpedia
- ↑[6] Arhivirana inačica izvorne straniceod 18. srpnja 2011. (Wayback Machine) "Renewables Global Status Report 2006 Update", REN21, objavljeno 2006.
- ↑Technical Report, Version 2[neaktivna poveznica]Rabl A.: "Externalities of Energy: Extension of Accounting Framework and Policy Applications", publisher=European Commission, 2005.
- ↑[7] Arhivirana inačica izvorne straniceod 28. svibnja 2008. (Wayback Machine) "Hydropower – A Way of Becoming Independent of Fossil Energy?", 2010.
- ↑Patrick James, H. Chansen: "Teaching Case Studies in Reservoir Siltation and Catchment Erosion",[8] Arhivirana inačica izvorne straniceod 2. rujna 2009. (Wayback Machine), publisher=TEMPUS Publications, 1998.
- ↑Șentürk Fuat: "Hydraulics of dams and reservoirs", 1994., publisher=Water Resources Publications,
- ↑[9][neaktivna poveznica]"Hydro Consumption BP", 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] Arhivirana inačica izvorne straniceod 7. listopada 2006. (Wayback Machine) 2006.
- ↑"Powering Our Future: Annual Report 2008", author=Hydro-Québec, 2009.,[11] Arhivirana inačica izvorne straniceod 5. lipnja 2011. (Wayback Machine)
- ↑[12] Arhivirana inačica izvorne straniceod 26. kolovoza 2011. (Wayback Machine) Energy.people
