lovesouthernsocial.com

Hiểu cách thủy điện biến năng lượng nước thành điện năng, ưu nhược điểm của nó

Hình ảnh: Đập Itaipu, Paraguay / Brazil do Hiệp hội Thủy điện Quốc tế (IHA) cấp phép theo CC BY 2.0

Năng lượng thủy lực (thủy điện) là gì?

Năng lượng thủy điện là việc sử dụng động năng chứa trong dòng chảy của các khối nước. Động năng thúc đẩy chuyển động quay của các cánh tuabin tạo nên hệ thống nhà máy thủy điện, sau này được máy phát của hệ thống chuyển hóa thành năng lượng điện.

Nhà máy thuỷ điện (hay nhà máy thuỷ điện) là gì?

Nhà máy thủy điện là một tập hợp các công trình và thiết bị được sử dụng để sản xuất điện từ việc sử dụng tiềm năng thủy lực của sông. Tiềm năng thủy lực được cho bởi dòng chảy thủy lực và sự tập trung của sự không đồng đều hiện có dọc theo dòng sông. Các khoảng trống có thể là tự nhiên (thác nước) hoặc được xây dựng dưới dạng các con đập hoặc thông qua sự chuyển hướng của sông từ lòng tự nhiên của nó để hình thành các hồ chứa. Có hai loại hồ chứa: hồ tích tụ và hồ cạn sông. Các tích tụ thường được hình thành ở đầu nguồn các sông, những nơi có thác nước cao và bao gồm các hồ chứa lớn với lượng nước tích tụ lớn. Các hồ chứa nước chảy trên sông tận dụng tốc độ của nước sông để phát điện, do đó tạo ra lượng nước tích tụ tối thiểu hoặc không.

Các nhà máy lần lượt được phân loại theo các yếu tố: độ cao của thác nước, lưu lượng, công suất lắp đặt hoặc công suất, loại tuabin được sử dụng trong hệ thống, đập và hồ chứa. Vị trí xây dựng đưa ra độ cao của thác và dòng chảy, và hai yếu tố này quyết định công suất hoặc công suất lắp đặt của một nhà máy thủy điện. Công suất lắp đặt xác định loại tuabin, đập và hồ chứa.

Theo báo cáo của Cơ quan Năng lượng Điện Quốc gia (Aneel), Trung tâm Tham khảo Quốc gia về Các Nhà máy Thủy điện Nhỏ (Cerpch, thuộc Đại học Liên bang Itajubá - Unifei) xác định độ cao của thác là thấp (lên đến 15 mét), trung bình. (15 đến 150 mét) và cao (lớn hơn 150 mét). Tuy nhiên, các biện pháp này không đồng thuận. Quy mô của nhà máy cũng quyết định quy mô của mạng lưới phân phối sẽ mang điện được tạo ra đến các hộ tiêu thụ. Các nhà máy càng lớn, càng có xu hướng xa các trung tâm đô thị. Điều này đòi hỏi phải xây dựng các đường truyền lớn thường xuyên qua các trạng thái và gây ra tổn thất năng lượng.

Nhà máy thủy điện hoạt động như thế nào?

Để sản xuất năng lượng thủy điện, cần có sự tích hợp của dòng chảy sông, sự không đồng đều của địa hình (tự nhiên hay không) và lượng nước sẵn có.

Hệ thống của nhà máy thủy điện bao gồm:

Đập

Mục đích của con đập là làm gián đoạn chu kỳ tự nhiên của sông, tạo ra một hồ chứa nước. Ngoài việc trữ nước, hồ còn có các chức năng khác như tạo khe hở nước, giữ nước với khối lượng thích hợp để sản xuất năng lượng và điều tiết dòng chảy của sông trong thời kỳ mưa và hạn hán.

Hệ thống thu gom (bổ sung) nước

Bao gồm các đường hầm, kênh và ống dẫn kim loại dẫn nước đến nhà máy điện.

Powerhouse

Trong phần này của hệ thống là các tuabin được kết nối với máy phát điện. Chuyển động của tuabin biến đổi động năng của chuyển động của nước thành năng lượng điện thông qua máy phát điện.

Có một số loại tuabin, là pelton, kaplan, francis và bóng đèn là những loại chính. Tua bin phù hợp nhất cho mỗi nhà máy thủy điện phụ thuộc vào cột nước và lưu lượng. Một ví dụ: bóng đèn được sử dụng trong các nhà máy ven sông vì nó không yêu cầu sự tồn tại của các hồ chứa và được chỉ định cho các thác thấp và dòng chảy cao.

kênh thoát

Sau khi đi qua các tuabin, nước được quay trở lại lòng sông tự nhiên qua ống xả.

Kênh thoát hiểm nằm giữa nhà máy điện và sông và kích thước của nó phụ thuộc vào kích thước của nhà máy điện và dòng sông.

Tràn

Đập tràn cho phép nước chảy ra bất cứ khi nào mức trong hồ chứa vượt quá giới hạn khuyến nghị. Điều này thường xảy ra trong thời kỳ mưa.

Đập tràn được mở khi sản xuất điện bị suy giảm do mực nước trên mức lý tưởng; hoặc để tránh tràn và gây ngập úng xung quanh cây trồng, có thể xảy ra trong những thời kỳ mưa rất lớn.

Các tác động xã hội và môi trường do thực hiện các nhà máy thủy điện

Nhà máy thủy điện đầu tiên được xây dựng vào cuối thế kỷ 19 trên một đoạn của thác Niagara, giữa Hoa Kỳ và Canada, khi than đá là nhiên liệu chính và dầu mỏ vẫn chưa được sử dụng rộng rãi. Trước đó, năng lượng thủy lực chỉ được sử dụng làm năng lượng cơ học.

Mặc dù năng lượng thủy điện là một nguồn năng lượng tái tạo, báo cáo của Aneel chỉ ra rằng sự tham gia của nó vào ma trận điện thế giới là nhỏ và ngày càng trở nên nhỏ hơn. Sự không quan tâm ngày càng tăng sẽ là kết quả của các tác động ngoại tác tiêu cực phát sinh từ việc thực hiện các dự án quy mô này.

Tác động tiêu cực của việc thực hiện các dự án thủy điện lớn là sự thay đổi cách sống của các nhóm dân cư cư trú trong khu vực, hoặc xung quanh địa điểm sẽ thực hiện nhà máy. Cũng cần nhấn mạnh rằng những cộng đồng này thường là những nhóm người được xác định là quần thể truyền thống (dân tộc bản địa, quilombolas, cộng đồng ven sông Amazonian và những cộng đồng khác), mà sự tồn tại của họ phụ thuộc vào việc sử dụng tài nguyên từ nơi họ sinh sống và những người có liên kết với lãnh thổ của trật tự văn hóa.

Thủy điện có sạch không?

Mặc dù được nhiều người coi là nguồn năng lượng “sạch” vì nó không liên quan đến việc đốt cháy nhiên liệu hóa thạch, nhưng việc phát điện bằng thủy điện góp phần phát thải carbon dioxide và methane, hai loại khí có khả năng gây ra hiện tượng nóng lên toàn cầu.

Việc phát thải khí cacbonic (CO2) là do sự phân hủy của cây cối ở trên mực nước của các hồ chứa, và việc giải phóng khí mêtan (CH4) xảy ra thông qua sự phân hủy các chất hữu cơ có ở đáy hồ chứa. Khi cột nước tăng lên, nồng độ khí mêtan (CH4) cũng tăng lên. Khi nước chạm vào các tua-bin của nhà máy, sự chênh lệch áp suất khiến khí mê-tan được giải phóng vào khí quyển. Khí mê-tan cũng được giải phóng vào đường dẫn nước thông qua đập tràn của nhà máy, khi đó, ngoài sự thay đổi của áp suất và nhiệt độ, nước được phun ra dưới dạng giọt.

CO2 được giải phóng do sự phân hủy của cây chết trên mặt nước. Không giống như mêtan, chỉ một phần CO2 thải ra được coi là có tác động, vì một phần lớn CO2 bị hủy bỏ thông qua quá trình hấp thụ xảy ra trong bể chứa. Do mêtan không được đưa vào các quá trình quang hợp (mặc dù nó có thể chuyển hóa từ từ thành carbon dioxide) nên trong trường hợp này được coi là có tác động lớn hơn đến hiệu ứng nhà kính.

Dự án Balcar (Phát thải khí nhà kính từ các hồ chứa của các nhà máy thủy điện) được thành lập để điều tra sự đóng góp của các hồ chứa nhân tạo vào việc tăng cường hiệu ứng nhà kính thông qua việc phát thải carbon dioxide và methane. Các nghiên cứu đầu tiên của dự án được thực hiện vào những năm 1990, tại các hồ chứa ở vùng Amazon: Balbina, Tucuruí và Samuel. Khu vực Amazon được chú trọng trong nghiên cứu vì nó được đặc trưng bởi lớp phủ thực vật khổng lồ, và do đó, tiềm năng phát thải khí lớn hơn do phân hủy chất hữu cơ. Sau đó, vào cuối những năm 1990, dự án còn có Miranda, Três Marias, Segredo, Xingo và Barra Bonita.

Theo bài báo mà Tiến sĩ Philip M. Fearnside, từ Viện Nghiên cứu Amazon, công bố về lượng khí thải tại Nhà máy Tucuruí, vào năm 1990, lượng phát thải khí nhà kính của nhà máy (CO2 và CH4) dao động từ 7 triệu đến 10 triệu tấn trong năm đó. . Tác giả so sánh với thành phố São Paulo, nơi đã thải ra 53 triệu tấn CO2 từ nhiên liệu hóa thạch trong cùng năm. Nói cách khác, chỉ Tucuruí sẽ chịu trách nhiệm phát thải tương đương 13% đến 18% lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính ở thành phố São Paulo, một giá trị đáng kể đối với một nguồn năng lượng được coi là “không phát thải” trong một thời gian dài. . Người ta tin rằng, theo thời gian, các chất hữu cơ sẽ bị phân hủy hoàn toàn và kết quả là sẽ không còn thải ra các khí này nữa. Tuy nhiên, các nghiên cứu của nhóm Balcar đã chỉ ra rằng quá trình sản xuất khí được cung cấp thông qua sự xuất hiện của các vật liệu hữu cơ mới do sông và mưa mang lại.

Mất các loài động thực vật

Đặc biệt là ở khu vực Amazon, nơi có tính đa dạng sinh học cao, không thể tránh khỏi cái chết của các sinh vật thực vật tại nơi hình thành hồ chứa. Đối với động vật, ngay cả khi lập kế hoạch cẩn thận để cố gắng loại bỏ các sinh vật, nó không thể đảm bảo rằng tất cả các sinh vật tạo nên hệ sinh thái sẽ được cứu. Hơn nữa, việc đắp đập gây ra những thay đổi trong môi trường sống xung quanh.

mất đất

Đất ở vùng ngập lụt nhất thiết sẽ trở nên không thể sử dụng cho các mục đích khác. Điều này trở thành một vấn đề trọng tâm, đặc biệt là ở các khu vực chủ yếu là bằng phẳng, chẳng hạn như chính khu vực Amazon. Vì công suất của nhà máy được cung cấp bởi mối quan hệ giữa dòng chảy của sông và sự không bằng phẳng của địa hình, nếu địa hình có độ không bằng phẳng thấp thì lượng nước lớn hơn phải được tích trữ, điều này có nghĩa là một khu vực hồ chứa rộng lớn.

Những thay đổi đối với hình dạng thủy lực của sông

Các sông có xu hướng cân bằng động giữa lưu lượng, vận tốc nước trung bình, lượng phù sa và hình thái lòng sông. Việc xây dựng các hồ chứa ảnh hưởng đến sự cân bằng này và do đó, gây ra những thay đổi về trật tự thủy văn và trầm tích, không chỉ ở vị trí tích nước, mà còn ở khu vực xung quanh và ở đáy hồ chứa.

Công suất danh nghĩa x số lượng thực tế được sản xuất

Một vấn đề khác được đặt ra là có sự chênh lệch giữa công suất đặt danh định và sản lượng điện thực tế của nhà máy. Lượng năng lượng được tạo ra phụ thuộc vào dòng chảy của sông.

Do đó, việc lắp đặt một hệ thống có tiềm năng tạo ra nhiều năng lượng hơn dòng chảy của sông có thể cung cấp là vô ích, như đã xảy ra trong trường hợp của nhà máy thủy điện Balbina, được lắp đặt trên sông Uatumã.

Công suất vững chắc của nhà máy

Một điểm quan trọng khác cần được tính đến là khái niệm công suất công ty của nhà máy. Theo Aneel, công suất chắc chắn của nhà máy là sản lượng năng lượng liên tục tối đa có thể thu được, dựa trên trình tự khô hạn nhất được ghi lại trong dòng chảy lịch sử của con sông mà nó được lắp đặt. Vấn đề này có xu hướng ngày càng trở thành trọng tâm khi đối mặt với thời kỳ hạn hán ngày càng thường xuyên và nghiêm trọng.

Năng lượng thủy điện ở Brazil

Brazil là quốc gia có tiềm năng thủy điện lớn nhất thế giới. Do đó, 70% trong số đó tập trung ở lưu vực sông Amazon và Tocantins / Araguaia. Nhà máy thủy điện quy mô lớn đầu tiên của Brazil được xây dựng là Paulo Afonso I, vào năm 1949, ở Bahia, với công suất tương đương 180 MW. Hiện tại, Paulo Afonso I là một phần của tổ hợp thủy điện Paulo Afonso, bao gồm tổng cộng 4 nhà máy.

balbine

Nhà máy thủy điện Balbina được xây dựng trên sông Uatumã, ở Amazonas. Balbina được xây dựng để cung cấp nhu cầu năng lượng của Manaus. Dự báo sẽ lắp đặt công suất 250 MW, thông qua 5 máy phát, với công suất 50 MW mỗi máy. Tuy nhiên, dòng chảy của sông Uatumã cung cấp sản lượng năng lượng trung bình hàng năm thấp hơn nhiều, khoảng 112,2 MW, trong đó chỉ có 64 MW có thể được coi là năng lượng công ty. Xét rằng tổn thất xấp xỉ 2,5% trong quá trình truyền tải điện từ nhà máy đến trung tâm tiêu thụ chỉ là 109,4 MW (điện lực doanh nghiệp là 62,4 MW). Giá trị thấp hơn nhiều so với công suất danh định 250 MW.

Itaipu

Nhà máy thủy điện Itaipu được coi là nhà máy lớn thứ hai trên thế giới, với 14 nghìn MW công suất lắp đặt, và chỉ đứng sau Três Gorges, ở Trung Quốc, với 18.200 MW. Được xây dựng trên sông Paraná và nằm trên biên giới giữa Brazil và Paraguay, nó là một nhà máy quốc gia vì nó thuộc về cả hai quốc gia. Năng lượng được tạo ra bởi Itaipu cung cấp cho Brazil tương ứng với một nửa tổng công suất của nó (7.000 MW), tương đương với 16,8% năng lượng tiêu thụ ở Brazil, và một nửa năng lượng còn lại được sử dụng bởi Paraguay và tương ứng với 75% của Paraguay tiêu thụ năng lượng.

Tucuruí

Nhà máy Tucuruí được xây dựng trên sông Tocantins, ở Pará, và có công suất lắp đặt tương đương 8.370 MW.

Belo Monte

Nhà máy thủy điện Belo Monte, nằm ở đô thị Altamira, phía tây nam của Pará và được khánh thành bởi Tổng thống Dilma Roussef, được xây dựng trên sông Xingu. Nhà máy này là nhà máy thủy điện lớn nhất 100% công suất quốc gia và lớn thứ ba trên thế giới. Với công suất lắp đặt 11.233,1 Megawatt (MW). Điều này có nghĩa là đủ tải để phục vụ 60 triệu người ở 17 bang, chiếm khoảng 40% nhu cầu tiêu dùng của dân cư trên toàn quốc. , thay thế nhà máy Tucuruí là nhà máy 100% quốc gia lớn nhất. Belo Monte cũng là nhà máy thủy điện lớn thứ ba trên thế giới, sau Três Gargantas và Itaipu, lần lượt.

Nhiều vấn đề xoay quanh việc xây dựng nhà máy điện Belo Monte. Mặc dù có công suất lắp đặt 11.000 MW, nhưng theo Bộ Môi trường, công suất của nhà máy tương ứng với 4.500 MW, tức là chỉ bằng 40% tổng công suất. Do được xây dựng ở vùng Amazon, Belo Monte có khả năng thải ra nồng độ lớn khí mê-tan và carbon dioxide. Tất cả những điều này mà không tính đến tác động lớn đến cuộc sống của các quần thể truyền thống và tác động lớn đến động thực vật. Một yếu tố khác là việc xây dựng nó mang lại lợi ích chủ yếu cho các công ty chứ không phải người dân. Khoảng 80% lượng điện được cung cấp cho các công ty ở miền Trung - Nam của đất nước.

Khả năng áp dụng

Bất chấp những tác động tiêu cực đến xã hội và môi trường đã đề cập, năng lượng thủy điện có những lợi thế so với các nguồn năng lượng không thể tái tạo như nhiên liệu hóa thạch. Mặc dù góp phần phát thải khí mêtan và lưu huỳnh điôxít, nhưng các nhà máy thủy điện không thải hoặc thải ra các loại khí độc khác, như khí thải do nhà máy nhiệt điện thải ra - rất có hại cho môi trường và sức khỏe con người.

Tuy nhiên, nhược điểm của các nhà máy thủy điện so với các nguồn năng lượng tái tạo khác như năng lượng mặt trời và gió là tác động đến môi trường giảm so với tác động do nhà máy thủy điện gây ra càng thể hiện rõ. Vấn đề vẫn là khả năng tồn tại của các công nghệ mới. Một giải pháp thay thế để giảm tác động liên quan đến sản xuất năng lượng thủy điện là xây dựng các nhà máy thủy điện nhỏ, không cần xây dựng các hồ chứa lớn.

• Năng lượng mặt trời là gì, ưu nhược điểm
• Năng lượng gió là gì?

Hơn nữa, các đập có tuổi thọ hữu ích khoảng 30 năm, điều này đặt ra câu hỏi về khả năng tồn tại lâu dài của chúng.

Nghiên cứu "Thủy điện bền vững trong thế kỷ 21", do Đại học Bang Michigan thực hiện, kêu gọi sự chú ý đến thực tế là các đập thủy điện lớn có thể trở thành nguồn năng lượng kém bền vững hơn khi đối mặt với biến đổi khí hậu.

Cần phải xem xét chi phí thực sự của năng lượng thủy điện, không chỉ chi phí kinh tế và cơ sở hạ tầng, mà còn cả chi phí xã hội, môi trường và văn hóa.