A vízerőmű vagy vízenergia , a hatalom megújuló aki jön az átalakítás hidraulikus energia a villamosenergia . A természetes áram vagy a szintkülönbség által generált mozgási energiát egy hidraulikus turbina mechanikus energiává alakítja át , majd egy szinkron elektromos generátor elektromos energiává alakítja át .
2020-ban a vízerőművek beépített kapacitása elérte az 1330 GW-ot , ami mintegy 4 370 TWh-t , azaz a világ megújuló energiatermelésének 70% -át és 2019-ben a globális villamosenergia-termelés 15,6% -át termeli. A vízerőmű erősségei megújuló jellege, alacsony üzemeltetési költségek és alacsony üvegházhatásúgáz -kibocsátás ; tározóinak tárolókapacitása ellensúlyozza a kereslet és a szakaszos energiák (szél, nap) változásait. Azonban, hogy a társadalmi és környezeti hatások , különösen abban az esetben, gátak telepített nem hegyvidéki régiókban: népesség elmozdulások , esetleg árvíz a szántóföld , fragmentáció és módosításai vízi és szárazföldi ökoszisztémák , elzáródása hordalék , stb .
A fő vízenergia-termelők 2020-ban Kína (31,0%), Brazília (9,4%), Kanada (8,8%) és az Egyesült Államok (6,7%) voltak, a központi a legerősebbek között.
Az elektromos energiát úgy állítják elő, hogy a víz mozgási energiáját elektromos energiává alakítják át egy elektromos generátorhoz kapcsolt hidraulikus turbinán keresztül . A gátak felhalmozódása esetén a gát víztartalékában egy adott időszakban rendelkezésre álló energiamennyiség függ a térfogatától, az adott időszak természetes bevitelétől és veszteségeitől, valamint a zuhanás magasságától . A folyami vízfolyásoknál a megtermelt energia mennyisége közvetlenül függ az áramlástól (m 3 / s, m 3 / h, m 3 / d, m 3 / év).
A turbináknak négy fő típusa van. A legmegfelelőbb turbinatípust az "ns" jelölésű fajlagos sebesség kiszámításával lehet kiválasztani.
Az emberek több mint kétezer éve használnak lapátkerékkel működő vízimalmokat a búza őrléséhez. Az Órák és papír iparban az Alpokban is nagy hasznát, mert a rengeteg torrentek ereszkedtetek völgyekben. A XIX . Században a járókerekeket használják villamos energia előállítására, és turbinákkal helyettesítik őket.
A 1869 , a mérnök Aristide Berges használta esés kétszáz méter Lancey , hogy forduljon a aprító, rács a fát, hogy a papír cellulóz. " Fehér szénről " beszélt 1878- ban Grenoble-ban , majd az 1887-es lyoni vásáron és az 1889-es párizsi egyetemes kiállításon .
Az 1900-as évektől kezdve a svájci vízerőművek technológiai fejlődése intenzív tőzsdei spekulációkat váltott ki a vízerőművekkel kapcsolatban , amelyek az Alpok ipari létesítményeinek kedveztek .
Az 1920-as években , a gyors bővülése a villamosenergia látta meg a napvilágot Franciaországban, egy nyolc-szeres hidraulikus villamosenergia-termelés köszönhetően az első gátakat.
A 1925 , Grenoble szervezett az International Exhibition of White Coal .
A vízenergia-termelésnek három fő formája létezik:
A gravitációs erőművek azok, amelyek kihasználják a tározó és az erőmű közötti szintkülönbséghez kapcsolódó potenciális energiát . Az erőművek háromféle működési típus szerint osztályozhatók, meghatározva az elektromos rendszer eltérő szolgáltatását. Ez a besorolás az ürítési állandó szerint történik, amely megfelel annak az elméleti időnek, amelyre a tartalék kiürítéséhez lenne szükség a maximális teljesítményű turbinázással.
Osztályozás a művelet típusa szerintÍgy megkülönböztetjük:
A főként alföldi területekre telepített folyófutó erőművek alacsony tározókkal rendelkeznek ezért. Olyan formában használják a folyó áramlását , hogy nincs jelentős kapacitásuk a tárolással történő modulációra. Nagyon olcsó alapenergiát biztosítanak. Jellemzőek a nagyobb folyókon, például a Rhône-on és a Rajnán végrehajtott fejlesztésekre .
A „lezárt” erőművek nagyobb tavakkal rendelkeznek, így napközben vagy akár a héten is modulálhatók. Menedzsmentjük lehetővé teszi a fogyasztás ezen időhorizontok változásának követését (a fogyasztási csúcsok reggel és este, a munkanapok és a hétvégék közötti különbségek stb. ). Jellemzőek a középhegységekben végzett installációkra.
A "központi tavak" megfelelnek a legfontosabb víztározókkal rendelkező építményeknek. Ezek lehetővé teszik a víz szezonális tárolását és a termelés modulálását az elektromos fogyasztás csúcsainak túllépése érdekében: azoknak az országoknak a nyara, ahol a fogyasztás csúcsát a légkondicionáló határozza meg, a tél azok számára, ahol azt a fűtés. Ezek az erőművek jellemzőek a közepes és magas hegyekben végzett telepítésekre.
Az utolsó két tótípus vízvisszatartással bizonyos energiatárolást ( potenciális zuhanási energiát ) tesz lehetővé, lehetővé téve az áramtermelés legalább részbeni simítását.
Osztályozás a töltelék típusa szerintLehetőség van az erőművek tartályuk töltési jellemzői szerint történő osztályozására is, amely feltételezi a belőlük elérhető elektromos felhasználást.
Például egyes víztározók feltöltése statisztikailag elérhető heti, szezonális, éves vagy akár többéves alapon nagyon nagy víztestek esetében, mint például a James Bay projekt részeként létrehozott Caniapiscau víztározó . , Quebecben . Nyilvánvaló, hogy a töltési sebesség közvetlen hatással van a használat rugalmasságára.
Osztás az esés magassága szerintVégül osztályozhatjuk a szerkezeteket esési magasságuk, vagyis a teljes tartály elméleti tükre és a turbina közötti magasságkülönbség alapján. Ez az ejtési magasság határozza meg az alkalmazott turbinák típusait.
Így megkülönböztetjük:
E három osztályozási típus között nincs szigorú egyenértékűség, de szoros összefüggés van:
A vízerőmű gyártása az azt tápláló folyók hozzájárulásától függ, az évszakok szerint és évről évre változik a csapadék függvényében. Brazília vízenergia-termelése 2011 és 2015 között 16% -kal csökkent az évek óta tartó aszály miatt, annak ellenére, hogy több új gátat üzembe helyeztek. Spanyolországban még szélsőségesebb eltérések figyelhetők meg: + 56,1% 2010-ben, -27,7% 2011-ben, -26,6% 2012-ben, + 69,9% 2013-ban; -47,1% 2017-ben és + 74,4% 2018-ban.
A tavi erőművek tározói olyan tárolási eszközök, amelyek ellensúlyozhatják a csapadék szezonalitását és a keresletet. Ritkán van elegendő mennyiségük az évenkénti eltérések kompenzálására.
A szivattyúzott energiaátadó állomások a természetes áramlásból származó energiatermelés mellett tartalmaznak egy szivattyúzási módot, amely lehetővé teszi más típusú erőművek által termelt energia tárolását, ha a fogyasztás alacsonyabb, mint például a termelés, például éjszaka. turbina üzemmódban, a fogyasztási csúcsok idején.
Ezek a növények rendelkeznek két medence, egy felső tartály és egy alsó medence, amelyek között van elhelyezve, egy reverzibilis hidroelektromos Machine : a hidraulikus rész működhet mind a szivattyú , a turbina és az elektromos rész mindkét motort , hogy a generátor ( Machine szinkron ). Felhalmozási üzemmódban a gép a hálózaton rendelkezésre álló energiát felhasználva emeli a vizet az alsó medencéből a felső medencébe, és termelési üzemmódban a gép a víz gravitációs potenciális energiáját villamos energiává alakítja .
A hatékonyság (az elfogyasztott és a megtermelt villamos energia aránya) nagyságrendileg 82%.
Ez a típusú üzem akkor érdekelt gazdasági szempontból, ha a termelési határköltségek jelentősen változnak egy adott időszakban (nap, hét, évszak, év stb. ). Lehetővé teszik a gravitációs energia tárolását olyan időszakokban, amikor ezek a költségek alacsonyak, és elérhetővé teszik azokat olyan időszakokban, amikor ezek magasak.
Ez a helyzet például akkor, ha a keresletben jelentősen visszatérő eltérések vannak (nyári és téli, nappali vagy éjszakai stb. Között ), nagy mennyiségben „végzetes” produkciók, amelyek egyébként elvesznek ( szélenergia ) vagy alacsony modulálható alapenergia-termelés (szén, folyófolyadék hidraulika).
Az árapály-erőmű egy vízerőmű, amely az árapályok energiáját használja villamos energia előállítására. A Rance árapály erőmű üzembe 1966-ban, hogy kompenzálja az alacsony villamosenergia-termelés Bretagne, egy példa erre.
A hullámoktólA japánok először 1945-től kezdtek érdeklődni az erőforrások duzzadása iránt , majd Norvégia és az Egyesült Királyság következett .
A hónap elején1995. augusztus, Az Ocean Swell Powered Megújuló Energia ( OSPREY), az első hullámenergiát használó erőmű Skócia északi részén található . Az elv a következő: a hullámok egyfajta merülő dobozba jutnak, amely a tövénél nyílik, és levegőt tol a turbinákba, amelyek a villamos energiát generáló generátorokat működtetik. Utóbbit ezután tengeralattjáró kábellel továbbítják a partra, mintegy 300 méterre. Az erőmű ereje volt, 2 MW , sajnos ez a munka, sérült a hullámok, lerombolták a farkát hurrikán Felix 2007-ben Az alkotók nem akadályozzák, és egy új gép, olcsóbb és hatékonyabb, a jelenleg fókusz . Lehetővé kell tennie az áramellátást a hiányzó kis szigetek számára és a tengervíz sótalanító üzemének ellátását .
A tengeri áramlatoktólA brit Marine Current Turbines vállalat projektje (be) olyan turbinák bevezetését tervezi, amelyek a csónak propelleréhez hasonló óceánáramokat használnak áramtermelésre.
A víz, amely a vízenergia forrása, tárolható: a villamosenergia-termelés tehát csúcsidőn kívüli órákban tárolható, és csúcsidőben használható , vagyis amikor a legnagyobb a kereslet a hálózaton. hétvégén is tárolható, hogy a héten turbinás legyen, vagy akár tavasszal is tárolható a hóolvadás idején, hogy télen turbinázzanak. A vízenergia előállítását az áramlás és a rendelkezésre álló víztartalék korlátozza; ezek a tartalékok függenek az éghajlattól , a tározók előtt folyó szivattyúzástól (például öntözéshez ) és a víztározók (gátak) méretétől.
A világon beépített vízenergia-kapacitás 2020 végén elérte az 1330 GW-ot , ami 1,6% -os növekedést jelent, a vízenergia-termelést pedig 4370 TWh- ra becsülik , ami 1,5% -os növekedést jelent . Az új kapacitásbővítések 2020-ban elérték a 21 GW -ot, szemben a 2018- as 15,6 GW -vel. E kiegészítések majdnem kétharmadát Kínában hajtották végre: 13,8 GW ; az új kapacitásokat telepítő országok közül csak Törökország haladta meg a megawattot: 2,5 GW . Kína nagyrészt dominálja az országok rangsorát a beépített kapacitás szerint 370,2 GW-val , vagyis a világ összesített értékének 27,8% -ával, amelyet Brazília követ (109,3 GW ). A szivattyús tároló telepek összesen 160 GW beépített kapacitással és 9 000 GWh tároló kapacitással rendelkeznek. Az új létesítmények 2020-ban elérték az 1,5 GW-ot, beleértve a kínai 1,2 GW -ot is.
2019-ben az új kapacitásbővítések elérték a 15,6 GW-ot , szemben a 2018-as 21,8 GW -vel. A legnagyobb kapacitásokat Brazília telepítette: 4,92 GW , Kína: 4,17 GW és Laosz: 1,89 GW .
A vízenergia részesedését a globális villamosenergia-termelésben 2019-ben a BP 15,6% -ra becsüli . Termelése 2019-ben 0,8% -kal, 2009 óta pedig 22,5% -kal nőtt.
A The World Factbook szerint a hidraulika a világ elektromos energiájának 18,7% -át képviselte 2012-ben, Európában pedig 10,7% -át 2011-ben.
A hidroelektromos energia részaránya a termelésben kisebb, mint a beépített kapacitás aránya: a világ villamosenergia-termelésének 15,9% -a 2017-ben (szemben az 1973-as 20,9% -kal), de különösen fontos szerepet játszik a villamosenergia-termelés és -fogyasztás közötti azonnali egyensúly biztosításában; valójában a vízenergia a rugalmasságának köszönhetően (néhány perc alatt mobilizálható) elengedhetetlen beállítási változó, mivel az elektromos energiát nagyon nehéz nagy mennyiségben tárolni.
| Vidék |
Teljes teljesítmény 2020 végén ( GW ) |
ebből a GW szivattyúzta a tárolót |
2020 GW kiegészítések |
2020-as termelés ( TWh ) |
2020. rész |
| Afrika | 38.2 | 3.4 | 0,94 | 139.5 | 3,2% |
| Dél- és Közép-Ázsia | 154.4 | 7.8 | 1.61 | 498 | 11,4% |
| Kelet-Ázsia és a Csendes-óceán | 501.5 | 69.5 | 14.47 | 1643 | 37,6% |
| Európa | 254.5 | 54.9 | 3.03 | 674 | 15,4% |
| Észak- és Közép-Amerika | 204.8 | 23.0 | 0,53 | 724 | 16,6% |
| Dél Amerika | 176.8 | 1.0 | 0,48 | 690 | 15,8% |
| Világ | 1330.1 | 159.5 | 21 | 4,370 | 100% |
| A fő termelő országok | |||||
| Kína | 370.2 | 31.5 | 13.76 | 1,355 | 31,0% |
| Brazília | 109.3 | 0,03 | 0,21 | 409,5 | 9,4% |
| Kanada | 82.0 | 0.2 | 0,27 | 383 | 8,8% |
| Egyesült Államok | 102.0 | 22.9 | 0,02 | 291 | 6,7% |
| Oroszország | 49.9 | 1.4 | 0,38 | 196 | 4,5% |
| India | 50.5 | 4.8 | 0,48 | 155 | 3,5% |
| Norvégia | 33.0 | 1.4 | 0,32 | 141.7 | 3,2% |
| Japán | 50,0 | 27.6 | 0.11 | 89.2 | 2,0% |
| pulyka | 31.0 | - | 2.48 | 77.4 | 1,8% |
| Venezuela | 15.4 | - | - | 72.0 | 1,6% |
| Svédország | 16.5 | 0.1 | - | 71.6 | 1,6% |
| Franciaország | 25.5 | 5.8 | - | 64.8 | 1,5% |
| Vietnam | 17.1 | - | 0,08 | 52.0 | 1,2% |
| Paraguay | 8.8 | - | - | 49.3 | 1,1% |
| Olaszország | 22.6 | 7.7 | - | 47.7 | 1,1% |
| Colombia | 11.9 | - | 0,02 | 45.8 | 1,0% |
| Ausztria | 14.6 | 5.6 | - | 42.5 | 1,0% |
| svájci | 16.9 | 3.0 | - | 40.6 | 0,9% |
| Adatforrás: Nemzetközi Vízenergia Szövetség. | |||||
A szivattyús tárolóerőművek beépített kapacitása elérte a 159 494 MW-ot , ebből 31 490 MW Kínában (19,7%), 27 637 MW Japánban (17,3%) és 22 855 MW az Egyesült Államokban (14,3%); ez a három ország a világ 51,3% -át teszi ki.
A legnagyobb vízenergia-termelők 2017-ben Kína (28,3%), Kanada (9,4%), Brazília (8,8%) és az Egyesült Államok (7,7%) voltak. De ennek a megújuló energiának a helye a nemzeti villamosenergia-termelésben nagyon változó, és öt ország kiemelkedik Norvégiában 95,7% -os, Brazíliában 62,9%, Kanadában 59,6%, Vietnámban 44,8% és Svédországban 39,7% részesedéssel.
Az általában magas megvalósítási költségek ellenére a karbantartási költségek ésszerűek, a létesítményeket hosszú időre tervezték, nincsenek üzemanyagköltségek, és a vízenergia megújítható, ha megfelelően kezelik. A kWh / kW költség jelentősen változik az elvégzett telepítés jellemzőitől függően; a nagy folyók óriásgátjainak száma rendkívül alacsony lehet, és ez olyan elektromos intenzív iparágakat vonz, mint az alumínium; de a magas költségű üzemek működése rugalmasságuk és a teljes termelés szabályozásának képessége miatt nagyon jövedelmezőek lehetnek.
A vízenergiát megújuló energiának tekintik, ellentétben az olajjal vagy a földgázzal .
Egyes kutatások kétségbe vonják a hidroelektromos rendszerek üvegházhatásúgáz-egyensúlyát. A gátak vizében a bakteriológiai aktivitás, különösen a trópusi régiókban, nagy mennyiségű metánt szabadítana fel ( 20-szor erősebb üvegházhatású gáz, mint a CO 2). A gátprojekteknél a vízenergia előállítása gyakran kiegészítő jellegű, egyéb célok, mint például az árvizek és következményeik visszaszorítása, a vízfolyás hajózhatóságának javítása, a csatornák vízellátása, az öntözéshez szükséges vízkészletek kialakítása, turizmus. ..
Létrehozása óta a Három-szoros gát a Yangzi folyó Kínában 2014-ben, ez az ország volt vezetője a vízenergia-termelés, Ázsiában, hanem Afrika és Dél-Amerikában. Úgy találják, hogy az ilyen építkezések gazdasági kérdései, valamint a globális felmelegedés elleni küzdelem elsőbbséget élveznek más ökológiai kérdésekkel szemben.
A környezeti hatások a kialakított szerkezet típusától és nagyságától függően változnak: alacsonyak a természetes vízesések, tengeri áramlások, hullámok kiaknázása terén, de nagyon fontossá válnak, ha a természetes vízesések, a tengeri áramlások kiaknázásáról van szó, hullámok: gátak és mesterséges víztározók létrehozásáról szól. Ez utóbbi esetben általában kritizálják a mezőgazdasági területek és falvak eltűnését (ami lakosság elmozdulásához vezet), valamint az fauna (nemcsak a vízi) és összességében az egész környező ökoszisztéma mozgásának megzavarását.
Néhány figyelemre méltó példa a jelentős környezeti hatásra:
Az olyan víztározók következményei mellett, mint a delták összeomlása, földrengések, katasztrófák maguknak az építményeknek a megépítésének is köszönhetők. Így a Pek-folyón, a Mekong-mellékfolyón 2018-ban lezuhant egy gát, amely - akármilyen laoszi gáthoz hasonlóan - valós hatástanulmány nélkül készült, 6600 ember maradt hajléktalanul, és több mint száz áldozatot tett. A katasztrófa érintette a Mekong folyó vizeit , amely Kambodzsában 17 falut elárasztott .