Nyenzo za nguvu za maji zina thamani isiyo na kikomo, ingawa zinachukuliwa kuwa zinaweza kurejeshwa. Ni utajiri wa taifa, kama vile mafuta, gesi au madini mengine, na yanahitaji kushughulikiwa kwa uangalifu na kwa uangalifu.
Nguvu ya Maji
Hata katika nyakati za zamani, watu waliona kuwa maji yanayoanguka kutoka juu hadi chini yanaweza kufanya kazi fulani, kama vile kuzungusha gurudumu. Mali hii ya maji yanayoanguka ilianza kutumika kuweka magurudumu ya kinu katika mwendo. Kwa hivyo, mill ya kwanza ya maji ilionekana, ambayo imesalia hadi siku hii karibu katika fomu yao ya awali. Kinu cha maji ndicho kituo cha kwanza cha kuzalisha umeme kwa maji.
Uzalishaji wa viwandani, ambao ulianza katika karne ya 17, pia ulitumia magurudumu ya maji, na katika karne ya 18, kwa mfano, tayari kulikuwa na takriban elfu tatu za utengenezaji kama huo nchini Urusi. Inajulikana kuwa mitambo yenye nguvu zaidi ya magurudumu kama hayo ilitumiwa kwenye kiwanda cha kutengeneza Krenholm (Mto wa Narova). Magurudumu ya maji yalikuwa na kipenyo cha mita 9.5 na yalikuzwa hadi uwezo wa farasi 500.
Nyenzo za nguvu ya maji: ufafanuzi, faida na hasara
Katika tarehe 19karne baada ya magurudumu ya maji, hidroturbines zilionekana, na baada yao - mashine za umeme. Hii ilifanya iwezekane kubadilisha nishati ya maji yanayoanguka kuwa nishati ya umeme, na kisha kuisambaza kwa umbali fulani. Katika Urusi ya kifalme, kufikia 1913, kulikuwa na takriban vitengo 50,000 vilivyo na mitambo ya kuzalisha umeme.
Sehemu hiyo ya nishati ya mito inayoweza kubadilishwa kuwa nishati ya umeme inaitwa rasilimali za umeme wa maji, na kifaa kinachobadilisha nishati ya maji yanayoanguka kuwa nishati ya umeme kinaitwa kituo cha umeme wa maji (HPP). Kifaa cha mmea wa nguvu lazima ni pamoja na turbine ya majimaji, ambayo huendesha jenereta ya umeme kwa mzunguko. Ili kupata mtiririko wa maji yanayoanguka, ujenzi wa kituo cha kuzalisha umeme unahusisha ujenzi wa mabwawa na hifadhi.
Faida za kutumia umeme wa maji:
- Nishati ya mto inaweza kutumika tena.
- Hakuna uchafuzi wa mazingira.
- Ni umeme wa bei nafuu.
- Hali ya hewa karibu na hifadhi inaboreka.
Hasara za kutumia umeme wa maji:
- Kufurika baadhi ya eneo la ardhi ili kujenga hifadhi.
- Kubadilisha mifumo mingi ya ikolojia kando ya mto, kupungua kwa idadi ya samaki, maeneo yanayosumbua ya kutagia ndege, kuchafua mito.
- Hatari ya kujenga katika eneo la milimani.
Dhana ya uwezo wa maji
Kutathmini rasilimali ya umeme wa maji ya mto, nchi au sayari nzima ya DuniaMkutano wa Nishati (MIREC) ulifafanua uwezo wa kufua umeme kama jumla ya uwezo wa sehemu zote za eneo linalozingatiwa ambalo linaweza kutumika kuzalisha umeme. Kuna aina kadhaa za uwezo wa kuzalisha umeme kwa maji:
- Uwezo wa Jumla, ambao unawakilisha uwezo wa rasilimali za umeme wa maji.
- Uwezo wa kiufundi ni ule sehemu ya uwezo wa jumla unaoweza kutumika kitaalamu.
- Uwezo wa kiuchumi ni ule sehemu ya uwezo wa kiufundi, ambao matumizi yake yanawezekana kiuchumi.
Nguvu ya kinadharia ya baadhi ya mkondo wa maji hubainishwa na fomula
N (kW)=9, 81QH, ambapo Q ni kiwango cha mtiririko wa maji (m3/sek); H ni kimo cha maporomoko ya maji (m).
Kiwanda chenye nguvu zaidi duniani cha kufua umeme wa maji
Mnamo Desemba 14, 1994, nchini Uchina, kwenye Mto Yangtze, ujenzi wa kituo kikubwa zaidi cha kuzalisha umeme kwa maji, kinachoitwa Maporomoko Matatu, ulianza. Mnamo 2006, ujenzi wa bwawa ulikamilika, na kitengo cha kwanza cha umeme kilizinduliwa. Kiwanda hiki cha kuzalisha umeme kwa maji kilikuwa kiwe kituo kikuu cha kuzalisha umeme kwa maji nchini Uchina.
Mwonekano wa bwawa la kituo hiki unafanana na muundo wa kituo cha kuzalisha umeme cha Krasnoyarsk. Urefu wa bwawa ni mita 185, na urefu ni 2.3 km. Katikati ya bwawa kuna njia ya kumwagika iliyotengenezwa kutoa 116,000 m3 ya maji kwa sekunde, yaani, kutoka urefu wa takribani m 200, zaidi ya tani 100 za maji huanguka ndani. sekunde moja.
Mto Yangtze, ambapo Kiwanda cha Umeme wa Maji cha Three Gorges kimejengwa, ni mojawapo ya mito mingi zaidi.mito yenye nguvu duniani. Ujenzi wa kituo cha umeme wa maji kwenye mto huu hufanya iwezekane kutumia rasilimali asilia ya maji ya eneo hilo. Kuanzia Tibet, kwenye mwinuko wa m 5600, mto hupata uwezo mkubwa wa nguvu za maji. Mahali pa kuvutia zaidi kwa ajili ya ujenzi wa bwawa hilo ni eneo la Mifereji Mitatu, ambapo mto huo unatoka kwenye milima na kuingia uwanda.
Muundo wa HPP
Kiwanda cha Umeme wa Maji cha Three Gorges kina vituo vitatu vya kuzalisha umeme vilivyo na vitengo 32 vya kuzalisha umeme kwa maji, kila kimoja kikiwa na uwezo wa MW 700, na vitengo viwili vya kuzalisha umeme kwa maji vyenye uwezo wa MW 50. Jumla ya uwezo wa HPP ni 22.5 GW.
Kutokana na ujenzi wa bwawa hilo, bwawa lenye ujazo wa kilomita 39 liliundwa3. Ujenzi wa bwawa hilo ulisababisha kuhamishwa kwa wakazi wa miji miwili yenye jumla ya watu milioni 1.24 hadi mahali papya. Aidha, vitu 1,300 vya akiolojia viliondolewa kwenye eneo la mafuriko. Dola bilioni 11.25 zilitumika katika maandalizi yote ya ujenzi wa bwawa hilo. Gharama ya jumla ya ujenzi wa kituo cha kuzalisha umeme cha Three Gorges ni dola bilioni 22.5.
Ujenzi wa kituo hiki cha kuzalisha umeme kwa njia ya maji kwa usahihi unatoa fursa ya urambazaji, zaidi ya hayo, baada ya ujenzi wa bwawa, mtiririko wa meli za mizigo uliongezeka mara 5.
Meli za abiria hupitisha lifti ya meli, ambayo huruhusu meli zisizozidi tani 3,000 kupita. Mistari miwili ya kufuli ya hatua tano ilijengwa kwa kupitisha meli za mizigo. Katika kesi hii, uzito wa vyombo lazima iwe chini ya tani 10,000.
Yangtze HPP Cascade
Rasilimali za maji na umeme wa maji katika Mto Yangtze huwezesha kujenga juu ya hili.mto huo una zaidi ya kituo kimoja cha kuzalisha umeme kwa maji, ambacho kilifanyika nchini China. Juu ya kituo cha kuzalisha umeme cha Three Gorges, mteremko mzima wa vituo vya kuzalisha umeme ulijengwa. Huu ndio mkondo wenye nguvu zaidi wa mitambo ya kuzalisha umeme kwa maji yenye uwezo wa zaidi ya GW 80.
Ujenzi wa mteremko huepuka kuziba kwa hifadhi ya Maporomoko Matatu, kwa kuwa hupunguza mmomonyoko wa udongo kwenye kingo za mto juu ya kituo cha kuzalisha umeme kwa maji. Baada ya hapo, kuna tope chache za kubeba majini.
Aidha, mteremko wa HPP hukuruhusu kudhibiti utiririshaji wa maji hadi kwenye Maporomoko Matatu ya HPP na kupata uzalishaji sawa wa umeme.
Itaipu kwenye Mto Parana
Paraná inamaanisha "mto wa fedha", ni mto wa pili kwa ukubwa katika Amerika Kusini na una urefu wa kilomita 4380. Mto huu unapita kwa njia ya ardhi ngumu sana, kwa hiyo, kushinda, hujenga kasi na maporomoko ya maji kwenye njia yake. Hali hii inaonyesha hali nzuri ya ujenzi wa mitambo ya kuzalisha umeme kwa maji hapa.
HPP ya Itaipu ilijengwa kwenye Mto Parana, kilomita 20 kutoka jiji la Foz do Iguacu huko Amerika Kusini. Kwa upande wa nguvu, mtambo huu wa kuzalisha umeme unaotokana na maji ni wa pili baada ya Three Gorges HPP. Iko kwenye mpaka wa Brazili na Paraguay, Itaipu HPP hutoa umeme kamili kwa Paraguay na 20% kwa Brazili.
Ujenzi wa kituo cha kuzalisha umeme kwa maji ulianza mwaka wa 1970 na kukamilika mwaka wa 2007. Jenereta kumi za MW 700 zimewekwa kwa upande wa Paraguay na nambari sawa kwa upande wa Brazil. Kwa kuwa kulikuwa na msitu wa kitropiki karibu na kituo cha nguvu za umeme, ambacho kilikuwa chini ya mafuriko, wanyama kutoka maeneo haya walihamishwa hadi maeneo mengine. Urefu wa bwawa ni mita 7240,na urefu ni 196 m, gharama ya ujenzi inakadiriwa kuwa dola bilioni 15.3. Uwezo wa HPP ni GW 14,000.
Nyenzo za nishati ya maji ya Urusi
Shirikisho la Urusi lina uwezo mkubwa wa maji na nishati, lakini rasilimali za umeme za maji nchini zinasambazwa kwa njia isiyo sawa katika eneo lake. 25% ya rasilimali hizi ziko katika sehemu ya Uropa, 40% - Siberia na 35% - Mashariki ya Mbali. Katika sehemu ya Uropa ya serikali, kulingana na wataalam, uwezo wa umeme wa maji hutumiwa na 46%, na uwezo wote wa umeme wa serikali unakadiriwa kuwa 2500 kWh bilioni. Haya ni matokeo ya pili duniani baada ya Uchina.
Vyanzo vya nishati ya maji katika Siberia
Siberia ina akiba kubwa ya nishati ya maji, Siberia ya Mashariki ina rasilimali nyingi za nguvu za maji. Mito ya Lena, Angara, Yenisei, Ob na Irtysh inapita huko. Uwezo wa maji katika eneo hili unakadiriwa kuwa kWh bilioni 1,000.
Sayano-Shushenskaya HPP iliyopewa jina la P. S. Neporozhny
Uwezo wa mtambo huu wa kufua umeme ni MW 6400. Hiki ndicho kiwanda chenye nguvu zaidi cha kuzalisha umeme kwa maji katika Shirikisho la Urusi, na kinashika nafasi ya 14 katika orodha ya dunia.
Sehemu ya Yenisei, inayoitwa ukanda wa Sayan, inafaa kwa ujenzi wa mitambo ya kuzalisha umeme kwa maji. Hapa mto hupitia Milima ya Sayan, na kutengeneza mito mingi. Ilikuwa mahali hapa ambapo Sayano-Shushenskaya HPP ilijengwa, pamoja na HPP nyingine zinazounda cascade. Sayano-Shushenskaya HPP ndiyo hatua ya juu zaidi katika msururu huu.
Ujenzi ulitekelezwa kutoka 1963 hadi 2000. Ubunifu wa kituolina bwawa lenye urefu wa mita 245 na urefu wa mita 1075, jengo la mtambo wa nguvu, swichi na muundo wa njia ya kumwagika. Kuna vitengo 10 vya majimaji vyenye uwezo wa MW 640 kila kimoja katika jengo la HPP.
Bwawa lililoundwa baada ya ujenzi wa bwawa lina ujazo wa zaidi ya kilomita 303, na eneo lake lote ni kilomita 6212.
HPP Kubwa za Shirikisho la Urusi
Nyenzo za nguvu za maji za Siberia kwa sasa zinatumiwa na 20%, ingawa vituo vingi vya kuzalisha umeme kwa maji vimejengwa hapa. Kubwa zaidi kati yao ni Sayano-Shushenskaya HPP, ikifuatiwa na mitambo ifuatayo ya umeme wa maji:
- Krasnoyarskaya HPP yenye uwezo wa MW 6000 (kwenye Yenisei). Ina lifti ya meli, ndiyo pekee katika Shirikisho la Urusi hadi sasa.
- Bratskaya HPP yenye uwezo wa MW 4500 (kwenye Angara).
- Ust-Ilimskaya HPP yenye uwezo wa MW 3840 (kwenye Angara).
Mashariki ya Mbali ndiyo yenye uwezo mdogo zaidi. Kulingana na wataalamu, uwezo wa maji katika eneo hili unatumiwa na 4%.
Vyanzo vya nishati ya maji katika Ulaya Magharibi
Katika nchi za Ulaya Magharibi, uwezo wa kufua umeme unakaribia kutumika kabisa. Ikiwa pia ni ya juu kabisa, basi nchi kama hizo hujitolea kikamilifu na umeme kutoka kwa mitambo ya umeme wa maji. Hizi ni nchi kama vile Norway, Austria na Uswizi. Norway inashika nafasi ya kwanza duniani katika uzalishaji wa umeme kwa kila mkazi wa nchi hiyo. Nchini Norway, takwimu hii ni kWh 24,000 kwa mwaka, na 99.6% ya nishati hii inatolewa na mitambo ya kuzalisha umeme kwa maji.
Nguvu za majinchi tofauti za Ulaya Magharibi zinatofautiana sana kutoka kwa kila mmoja. Hii ni kutokana na hali tofauti za ardhi ya eneo na malezi tofauti ya kukimbia. 80% ya jumla ya uwezo wa umeme wa maji barani Ulaya umejilimbikizia milima yenye viwango vya juu vya mtiririko: sehemu ya magharibi ya Skandinavia, Alps, Rasi ya Balkan na Pyrenees. Jumla ya uwezo wa kuzalisha umeme kwa maji barani Ulaya ni kWh bilioni 460 kwa mwaka.
Hifadhi ya mafuta barani Ulaya ni ndogo sana, kwa hivyo rasilimali za nishati kwenye mito hutengenezwa kwa kiasi kikubwa sana. Kwa mfano, nchini Uswizi rasilimali hizi zinatengenezwa kwa 91%, nchini Ufaransa - kwa 92%, nchini Italia - kwa 86%, na Ujerumani - kwa 76%.
HPP Kuporomoka kwenye Mto Rhine
Mteremko wa mitambo ya kuzalisha umeme kwa maji umejengwa kwenye mto huu, unaojumuisha mitambo 27 ya kufua umeme yenye uwezo wa takriban MW 3,000.
Moja ya stesheni ilijengwa mwaka wa 1914. Hii ni HPP Laufenburg. Ilijengwa upya mara mbili, baada ya hapo uwezo wake ni 106 MW. Kwa kuongezea, kituo hiki ni cha makaburi ya usanifu na ni hazina ya kitaifa ya Uswizi.
HPP Rheinfelden ni mtambo wa kisasa wa kufua umeme. Uzinduzi wake ulifanyika mwaka 2010, na uwezo ni 100 MW. Muundo huo unajumuisha vitengo 4 vya majimaji vya MW 25 kila kimoja. Kituo hiki cha umeme wa maji kilijengwa kuchukua nafasi ya kituo cha zamani kilichojengwa mnamo 1898. Kituo cha zamani kiko kwenye ukarabati kwa sasa.
Vyanzo vya nishati ya maji barani Afrika
Rasilimali za maji za Afrika zinatokana na mito inayopita katika eneo lake: Kongo, Nile, Limpopo, Niger na Zambezi.
Mto Kongoina uwezo mkubwa wa umeme wa maji. Sehemu ya mkondo wa mto huu ina mteremko wa maporomoko ya maji yanayojulikana kama Inga Rapids. Hapa, mkondo wa maji hushuka kutoka urefu wa mita 100 kwa kasi ya 26,000 m3 kwa sekunde. Katika eneo hili, mitambo 2 ya kuzalisha umeme kwa maji ilijengwa: "Inga-1" na "Inga-2".
Serikali ya Jamhuri ya Kidemokrasia ya Kongo mwaka 2002 iliidhinisha mradi wa ujenzi wa jengo la Big Inga, ambalo lilitoa mradi wa ujenzi wa vituo vilivyopo vya kuzalisha umeme vya Inga-1 na Inga-2 na ujenzi wa ya tatu - Inga-3. Baada ya utekelezaji wa mipango hii, iliamuliwa kujenga jengo kubwa zaidi la Bolshaya Inga duniani.
Mradi huu ulikuwa mada ya majadiliano katika Kongamano la Kimataifa la Nishati. Kwa kuzingatia hali ya rasilimali za maji na maji ya Afrika, wawakilishi wa biashara na serikali kutoka Afrika ya Kati na Kusini, ambao walikuwa kwenye mkutano huo, waliidhinisha mradi huu na kuweka vigezo vyake: uwezo wa "Big Inga" uliwekwa kwa 40,000. MW, ambayo ni zaidi ya kituo cha nguvu zaidi cha umeme wa maji " Gorges tatu "karibu mara 2. Uzinduzi wa HPP umeratibiwa 2020, na gharama za ujenzi zinatarajiwa kuwa $80 bilioni.
Mradi utakapokamilika, DRC itakuwa msambazaji mkubwa wa umeme duniani.
gridi ya umeme ya Afrika Kaskazini
Afrika Kaskazini iko kando ya pwani ya Bahari ya Mediterania na Bahari ya Atlantiki. Eneo hili la Afrika linaitwa Maghreb, au Uarabuni Magharibi.
Nyenzo za nishati ya maji barani Afrika hazijasambazwa kwa njia isiyo sawa. Katika kaskazini mwa bara ni jangwa moto zaidi duniani - Sahara. Eneo hili linakabiliwa na uhaba wa maji, hivyo kutoa mikoa hii maji ni kazi kubwa. Suluhisho lake ni kujenga hifadhi.
Mabwawa ya kwanza yalionekana Maghreb nyuma katika miaka ya 30 ya karne iliyopita, kisha mengi yao yalijengwa katika miaka ya 60, lakini ujenzi wa kina ulianza katika karne ya 21.
Nyenzo za nguvu za maji za Afrika Kaskazini huamuliwa kimsingi na Mto Nile. Huu ndio mto mrefu zaidi ulimwenguni. Katika miaka ya 60 ya karne iliyopita, Bwawa la Aswan lilijengwa kwenye mto huu, baada ya ujenzi ambao hifadhi kubwa iliundwa, urefu wa kilomita 500 na upana wa kilomita 9. Kujazwa kwa bwawa kwa maji kulifanyika kwa muda wa miaka 5 kutoka 1970 hadi 1975.
Bwawa la Aswan lilijengwa na Misri kwa ushirikiano na Umoja wa Kisovieti. Huu ulikuwa mradi wa kimataifa, kama matokeo ambayo inawezekana kuzalisha hadi kWh bilioni 10 za umeme kwa mwaka, kudhibiti kiwango cha maji katika Mto Nile wakati wa mafuriko, na kukusanya maji katika hifadhi kwa muda mrefu. Mtandao wa mifereji ya kumwagilia mashamba hutofautiana kutoka kwenye hifadhi, na oasi zilionekana kwenye tovuti ya jangwa, maeneo zaidi na zaidi hutumiwa kwa kilimo. Rasilimali za maji na umeme wa maji za Afrika Kaskazini zinatumika kwa ufanisi wa hali ya juu.
Kushiriki uwezo wa dunia wa kufua umeme kwa maji
- Asia - 42%.
- Afrika - 21%.
- Amerika Kaskazini - 12%.
- Amerika Kusini - 13%.
- Ulaya - 9%.
- Australia na Oceania – 3%
Uwezo wa kuzalisha umeme kwa maji duniani unakadiriwa kuwa kWh trilioni 10 za umeme.
Karne ya 20 inaweza kuitwa karne ya umeme wa maji. Karne ya 21 inaleta nyongeza zake kwenye historia ya tasnia hii. Ulimwengu umeongeza umakini kwa mitambo ya kuhifadhi nishati ya pumped (PSPPs) na mitambo ya kuzalisha nishati ya mawimbi (TPPs), ambayo hutumia nguvu za mawimbi ya bahari kuzalisha nishati ya umeme. Maendeleo ya umeme wa maji yanaendelea.
