Karakteristik energi hidrolik, cara kerja, keuntungan, penggunaan

Itu energi hidrolik Ini adalah kemampuan air untuk menghasilkan pekerjaan dalam bentuk gerakan, cahaya dan panas berdasarkan potensi dan energi kinetiknya. Demikian juga, itu dianggap sebagai energi terbarukan yang bersih dan berkinerja tinggi.

Energi ini ditentukan oleh aliran, kemiringan antara titik -titik medan yang melaluinya air dan gaya gravitasi bergerak. Itu telah digunakan oleh manusia sejak zaman kuno untuk melakukan karya yang berbeda.

Bendungan Itaipú (Brasil dan Paraguay). Sumber: Angelo Leithold [CC BY-SA 3.0 (http: // createveCommons.Org/lisensi/by-sa/3.0/]]

Salah satu kegunaan pertama yang diberikan untuk energi hidrolik adalah menggerakkan pabrik air yang memanfaatkan kekuatan arus. Dengan cara ini, dengan roda gigi bisa menggerakkan batu pabrik untuk dilemparkan.

Saat ini, aplikasinya yang paling relevan adalah pembangkit listrik melalui energi hidrolik atau pembangkit listrik tenaga air. Pusat ini pada dasarnya terdiri dari bendungan dan sistem turbin dan alternator.

Air menumpuk di bendungan antara dua tingkat saluran (kemiringan geodetik), menghasilkan energi potensial gravitasi. Selanjutnya, aliran air (energi kinetik) mengaktifkan turbin yang mengirimkan energi ke alternator untuk menghasilkan listrik.

Di antara keunggulan energi hidrolik adalah bahwa ia dapat terbarukan dan tidak berpakaian, tidak seperti sumber energi lainnya. Di sisi lain, sangat efisien dengan kinerja yang naik dari 90 - 95%.

Dampak lingkungan tanaman pembangkit listrik tenaga air dikaitkan dengan variasi suhu dan perubahan fisik dari saluran air. Demikian juga, ada limbah dan limbah lemak yang disaring dari mesin.

Kerugian utamanya adalah perubahan fisik yang disebabkannya karena ekstensi besar lahan banjir dan jalan dan aliran alami sungai diubah.

Pembangkit listrik tenaga air terbesar di dunia adalah tiga tenggorokan, yang terletak di Cina, di Sungai Yangtsé. Dua lainnya yang penting adalah orang -orang dari Itaipu di perbatasan antara Brasil dan Paraguay dan pabrik hidroelektrik Simón Bolívar atau Guri di Venezuela.

[TOC]

Karakteristik

Sumber energi hidrolik adalah air dan dianggap sebagai energi terbarukan sejauh siklus air tidak berubah. Ini juga dapat menghasilkan pekerjaan tanpa menghasilkan limbah padat atau gas pencemar dan karenanya dianggap energi bersih.

Pertunjukan

Kinerja energi mengacu pada hubungan antara jumlah energi yang diperoleh dalam suatu proses dan energi yang diperlukan untuk berinvestasi dalam hal yang sama. Dalam kasus energi hidrolik, hasilnya tercapai antara 90 dan 95% tergantung pada kecepatan air dan sistem turbin yang digunakan.

Bagaimana cara kerja energi hidrolik?

Skema pembangkit listrik tenaga air. Sumber: Pengguna: Tomia [CC oleh 3.0 (https: // createveCommons.Org/lisensi/oleh/3.0)]

Transformasi energi matahari menjadi energi kinetik

Fondasi energi hidrolik adalah energi matahari, topografi medan dan gravitasi terestrial. Dalam siklus air, energi matahari menyebabkan penguapan dan kemudian air mengembun dan mengendap di bumi.

Sebagai konsekuensi dari lereng medan dan gaya gravitasi, arus air permukaan diproduksi di permukaan bumi. Dengan cara ini, energi matahari diubah menjadi energi kinetik karena pergerakan air dengan aksi gabungan dari ketidakrataan dan gravitasi.

Selanjutnya, energi kinetik air dapat diubah menjadi energi mekanik yang mampu melakukan pekerjaan. Misalnya, bilah yang mengirimkan gerakan ke sistem roda gigi yang dapat membuat berbagai perangkat dapat dipindahkan.

Besarnya energi hidrolik diberikan oleh kemiringan antara dua titik yang diberikan dari saluran dan aliran yang sama. Semakin besar kemiringan medan, semakin besar potensi dan energi kinetik air serta kemampuannya untuk menghasilkan pekerjaan.

Dapat melayani Anda: 5 faktor polusi terpenting

Dalam pengertian ini, energi potensial adalah yang terakumulasi dalam massa air dan terkait dengan tingginya dalam kaitannya dengan tanah. Di sisi lain, energi kinetik adalah salah satu yang melepaskan air dalam gerakan jatuh tergantung pada topografi dan gravitasi.

Produksi Listrik dari Energi Hidrolik (Hidroelektrik)

Energi kinetik yang dihasilkan oleh air di musim gugur dapat digunakan untuk menghasilkan listrik. Ini dicapai dengan membangun bendungan di mana air menumpuk dan mempertahankan pada tingkat tinggi yang berbeda.

Dengan demikian, energi potensial air berbanding lurus dengan ketidakrataan antara satu titik dan satu dan ketika air jatuh diubah menjadi energi kinetik. Selanjutnya, air melewati sistem bilah rotasi dan menghasilkan energi rotasi kinetik.

Gerakan rotasi memungkinkan untuk memindahkan sistem roda gigi yang dapat mengaktifkan sistem mekanik seperti pabrik, norias atau alternator. Dalam kasus tertentu pembangkit energi hidroelektrik, sistem ini membutuhkan sistem turbin dan alternator untuk menghasilkan listrik.

Turbin

Turbin terdiri dari sumbu horizontal atau vertikal dengan sistem bilah yang dengan kekuatan air memutar sumbu.

Ada tiga jenis dasar turbin hidrolik:

Turbin Pelton

Turbin Pelton. Sumber: RobertK9410 [CC BY-SA 4.0 (https: // createveCommons.Org/lisensi/by-sa/4.0)]

Ini adalah turbin impuls tekanan tinggi dengan sumbu horizontal yang bekerja tanpa benar -benar terendam. Rodete membawa serangkaian bilah (palet atau gigi) cekung yang digerakkan oleh jet air.

Semakin banyak jet air menabrak turbin, lebih banyak daya akan dihasilkan. Jenis turbin ini digunakan untuk melompat air setinggi 25 hingga 200 meter dan mencapai efisiensi hingga 90%.

Turbin Francis

Turbin Francis. Sumber: Pengunggah asli adalah Stahlkocher di Jerman Wikipedia. [CC BY-SA 3.0 (http: // createveCommons.Org/lisensi/by-sa/3.0/]]

Ini adalah turbin reaksi tekanan sedang dengan sumbu vertikal dan bekerja benar -benar terendam di dalam air. Rodete terdiri dari palet yang digerakkan oleh air yang dilakukan melalui distributor.

Ini dapat digunakan dalam lompatan air setinggi 20 hingga 200 meter dan mencapai efisiensi 90%. Ini adalah jenis turbin yang lebih sering digunakan di tanaman hidroelektrik besar di dunia.

Turbin Kaplan

Turbin Kaplan. Sumber: Therunnerup [CC BY-SA 3.0 at (https: // createveCommons.Org/lisensi/by-sa/3.0/at/deed.di dalam)]

Ini adalah varian dari turbin Francis dan, seperti ini, ia memiliki sumbu vertikal, tetapi impeller dibentuk oleh serangkaian bilah yang dapat diorientasikan. Itu adalah reaksi bertekanan tinggi dan bekerja benar -benar terendam air.

Turbin Kaplan digunakan dalam lompatan air setinggi 5 hingga 20 meter dan efisiensinya dapat mencapai hingga 95%.

Alternator

Alternatornya adalah peralatan yang memiliki kemampuan untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik dengan induksi elektromagnetik. Dengan demikian, kutub magnetik (induktor) diputar di dalam koil dengan kutub alternatif bahan konduktif (misalnya tembaga digulung menjadi besi manis).

Operasinya didasarkan pada fakta bahwa pengemudi yang dikenakan waktu untuk medan magnet variabel menghasilkan tegangan listrik.

Keuntungan

Energi hidrolik banyak digunakan karena memiliki banyak aspek positif. Di antara ini kami dapat menyoroti:

Itu ekonomis

Meskipun dalam kasus pembangkit listrik tenaga air, investasi awalnya tinggi, secara umum dalam jangka panjang itu adalah energi yang murah. Ini karena stabilitasnya dan biaya perawatan yang rendah.

Selain itu, kompensasi ekonomi yang disediakan oleh reservoir dengan kemungkinan untuk akuakultur, olahraga air dan pariwisata harus ditambahkan.

Dapat melayani Anda: diri sendiri

Itu terbarukan

Berdasarkan siklus air itu adalah sumber energi terbarukan dan kontinu. Ini menyiratkan bahwa itu tidak habis dalam waktu tidak seperti energi dari bahan bakar fosil.

Namun, kesinambungannya tergantung pada siklus air tidak diubah secara tertentu atau secara global.

Kinerja tinggi

Energi hidrolik dianggap sangat efisien dan dengan kinerja tinggi yaitu antara 90 dan 95%.

Itu tidak mencemari

Jenis energi ini menggunakan sumber alami seperti air dan juga tidak menghasilkan limbah atau gas yang berpolusi. Oleh karena itu, dampaknya terhadap lingkungan berkurang dan dianggap sebagai bentuk energi bersih.

Kehadiran reservoir

Dalam kasus di mana reservoir dibangun untuk penggunaan energi hidroelektrik, ini memiliki serangkaian manfaat tambahan:

- Mereka memungkinkan mengatur aliran sungai dan menghindari banjir.
- Mereka mewakili reservoir air untuk konsumsi manusia, irigasi dan penggunaan industri.
- Mereka dapat digunakan sebagai area rekreasi dan untuk praktik olahraga air.

Kerugian

Ketergantungan curah hujan

Keterbatasan pembangkit energi hidroelektrik adalah ketergantungannya pada rezim curah hujan. Oleh karena itu, dalam tahun -tahun keringnya pasokan air dapat berkurang secara dramatis dan tingkat reservoir berkurang.

Saat aliran air berkurang, pembentukan listrik lebih rendah. Sedemikian rupa sehingga di daerah yang sangat tergantung pada energi hidroelektrik, masalah dapat terjadi pada pasokan.

Perubahan jalan alami sungai

Konstruksi bendungan di sungai mengubah arah alaminya, banjirnya, rezim yang semakin berkurang (penurunan aliran) dan proses seret sedimen. Oleh karena itu, perubahan dalam biologi tanaman air dan hewan diproduksi di sekitar badan air.

Di sisi lain, retensi sedimen di bendungan mengubah pembentukan delta di mulut sungai dan mengubah kondisi tanah.

Bahaya bendungan pecah

Karena volume air yang besar yang disimpan di beberapa bendungan hidroelektrik, kerusakan dinding penahanan atau lereng di dekatnya dapat menghasilkan kecelakaan serius. Misalnya, selama tahun 1963, detasemen bukit terjadi di Bendungan Vajont (hari ini tidak digunakan) di Italia dan menyebabkan 2.000 mati.

Aplikasi

Norias dan pompa air

Rotasi roda yang digerakkan oleh energi kinetik air memungkinkan air dibawa dari sumur dangkal atau saluran ke saluran tinggi atau tangki. Demikian juga, energi mekanik yang dihasilkan oleh roda dapat mengoperasikan pompa hidrolik.

Model paling sederhana terdiri dari roda dengan bilah dengan mangkuk yang mengumpulkan air pada saat yang sama yang didorong oleh arus. Kemudian, dalam rotasi mereka, mereka menjatuhkan air ke dalam tangki atau saluran.

Pabrik

Selama lebih dari 2000 tahun, orang Yunani dan Romawi menggunakan energi hidrolik untuk memindahkan pabrik untuk menggiling sereal. Belokan roda digerakkan oleh roda gigi arus air aktif yang memutar batu pabrik.

Forjas

Aplikasi kuno lain dari kapasitas kerja berdasarkan energi hidrolik adalah penggunaannya untuk mengaktifkan bellow dari Forge dalam pekerjaan Herrería dan Metalurgi.

Fraktur hidrolik

Dalam penambangan dan minyak, energi kinetik air digunakan untuk mengikis batu, patah dan memfasilitasi ekstraksi berbagai mineral. Untuk ini, meriam air tekanan raksasa digunakan yang mengenai substrat untuk mengikisnya.

Ini adalah tanah yang merusak dan teknik lapangan air yang sangat mencemari.

Dapat melayani Anda: perawatan air

Fracking

Teknik yang sangat kontroversial yang memperoleh ledakan di industri minyak adalah Fracking. Ini terdiri dari peningkatan porositas batu induk yang mengandung minyak dan gas untuk memfasilitasi keluarnya.

Ini dicapai dengan menyuntikkan air dan pasir dalam jumlah besar pada tekanan tinggi di sebelah serangkaian aditif kimia. Teknik ini telah dipertanyakan oleh konsumsi air yang tinggi, mencemari tanah dan perairan dan menyebabkan perubahan geologis.

Tanaman hidroelektrik

Penggunaan modern yang paling umum adalah untuk berfungsi sebagai pembangkit listrik pusat, jadi tanaman hidroelektrik atau hidrolik yang disebut.

Contoh tanaman energi hidrolik

Tiga tenggorokan

Bendungan tiga ngarai (Cina). Sumber: le grand portagederivative work: rehman [cc by 2.0 (https: // createveCommons.Org/lisensi/oleh/2.0)]

Hidroelektrik Las Tres Gulfantas terletak di provinsi Hubei di Cina di Kursus Sungai Yangtsé. Bendungan ini mulai dibangun pada tahun 1994 dan selesai pada 2010, mencapai daerah yang dibanjiri 1.045 km² dan kapasitas terpasang 22.500 MW (megawatt).

Pabrik ini mencakup 34 turbin Francis (32 dari 700 MW dan dua dari 50 mW) dengan produksi tenaga listrik tahunan 80,8 GWh. Ini adalah pembangkit listrik tenaga air terbesar di dunia dalam hal struktur dan daya terpasang.

Tiga mangsa tenggorokan telah berhasil mengendalikan banjir sungai yang berkala yang menyebabkan kerusakan serius pada populasi. Itu juga menjamin pasokan listrik di wilayah tersebut.

Namun, konstruksinya memiliki beberapa konsekuensi negatif seperti perpindahan sekitar 2 juta orang. Selain itu, ini berkontribusi pada kepunahan lumba -lumba Cina atau Baiji (lipotes vexilifer) yang berada dalam bahaya kritis.

Itaipú

Bendungan Itaipú. Sumber: Herr Stahlhoefer [domain publik]

Pembangkit listrik tenaga air Itaipu terletak di perbatasan antara Brasil dan Paraguay di jalan Sungai Paraná. Konstruksinya dimulai pada tahun 1970 dan berakhir pada tiga tahap pada tahun 1984, 1991 dan 2003.

Area bendungan yang banjir adalah 1.350 km² dan memiliki kapasitas terpasang 14.000 MW. Pabrik ini mencakup 20 turbin Francis masing -masing 700 MW dan memiliki produksi tenaga listrik tahunan 94,7 GWh.

Itaipú dianggap sebagai pembangkit listrik tenaga air terbesar di dunia dalam produksi energi. Itu menyumbang 16% dari listrik yang dikonsumsi di Brasil dan 76% dari Paraguay.

Adapun dampak negatifnya, bendungan ini memengaruhi ekologi pulau -pulau dan Delta del Río Paraná.

Simón Bolívar (Guri)

Simón Bolívar Pembangkit Listrik Hidroelektrik (Gurí, Venezuela). Sumber: Warairapano & Guaicaipuro [CC0]

Pembangkit Hidroelektrik Simón Bolívar, juga dikenal sebagai Bendungan Guri yang terletak di Venezuela di jalan Sungai Caroní. Bendungan mulai dibangun pada tahun 1957, tahap pertama berakhir pada tahun 1978 dan selesai pada tahun 1986.

Bendungan Guri memiliki area yang dibanjiri 4.250 km² dan kapasitas terpasang 10.200 MW. Pabriknya termasuk 21 turbin Francis (10 dari 730 MW, 4 dari 180 MW, 3 dari 400 MW, 3 dari 225 MW dan satu dari 340 MW)

Produksi tahunan adalah 46 GWh dan dianggap sebagai pembangkit listrik tenaga air terbesar ketiga di dunia dalam hal struktur dan daya terpasang. Pembangkit listrik tenaga air menyediakan 80% listrik yang dikonsumsi oleh Venezuela dan sebagian dijual kepada Brasil.

Selama pembangunan pembangkit listrik tenaga air ini, ekstensi besar ekosistem Venezuela Guayana dibanjiri, yang merupakan wilayah dengan keanekaragaman hayati yang tinggi.

Saat ini, karena krisis ekonomi Venezuela yang mendalam, kapasitas produksi pusat ini telah berkurang secara signifikan.

Referensi

1.- Hadzich M (2013). Energi Hidraulik, Bab 7. Kursus Pelatihan Teknis PUCP Group. Rumah Teknologi Ekologi dan Hotel. Universitas Katolik Peru Peru.
2.- Raabe J (1985). Daya hidro. Desain, Penggunaan, dan Fungsi Peralatan Hidromekanis, Hidrolik dan Listrik. Jerman: n. P.
3.- Sandoval Erazo, Washington. (2018). Bab 6: Konsep Dasar Tanaman Hidroelektrik.https: // www.ResearchGate.Net/publikasi/326560960_capitulo_6_conceptos_bosicos_de_centrales_hidroelectrica
4.- Stickler CM, Coe MT, biaya MH. Ketergantungan pembangkit energi tenaga air pada forets di Cekungan Amazon pada skala lokal dan regional. Prosiding National Academy of Sciences, 110 (23), 9601-9606.
5.- Soria E (S/F). Hidrolika. Energi terbarukan untuk semua. Iberdrola. 19 hal.