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水力発電とは何ですか?

水力発電所が水エネルギーを電気に変える方法、その長所と短所を理解する

水力電気エネルギー

画像:国際水力発電協会(IHA)によるパラグアイ/ブラジルのイタイプダムはCC BY2.0で認可されています

油圧(水力)エネルギーとは何ですか?

水力発電エネルギーは、水体の流れに含まれる運動エネルギーの使用です。運動エネルギーは、水力発電所のシステムを構成するタービンのブレードの回転を促進し、後でシステムの発電機によって電気エネルギーに変換されます。

水力発電所(または水力発電所)とは何ですか?

水力発電所は、川の水力ポテンシャルを利用して電気エネルギーを生成するために使用される一連の作業と設備です。水力ポテンシャルは、水力の流れと川の流れに沿った凹凸の集中によって与えられます。凹凸は自然(滝)であるか、ダムの形で構築されているか、川を自然の河床から迂回させて貯水池を形成することによって構築されます。貯水池には、貯水池と川の流れの貯水池の2種類があります。堆積物は通常、川の源流、高い滝が発生する場所に形成され、大きな貯水池と大量の水が溜まっています。河川の貯水池は、川の水速を利用して発電するため、水の蓄積が最小限に抑えられるか、まったく発生しません。

次に、プラントは、滝の高さ、流れ、設置容量または電力、システムで使用されるタービンのタイプ、ダム、および貯水池の要素に従って分類されます。建設現場は落下の高さと流れを示し、これら2つの要因が水力発電所の設備容量または電力を決定します。設置容量によって、タービン、ダム、貯水池の種類が決まります。

National Electric Energy Agency(Aneel)の報告によると、国立小型水力発電所リファレンスセンター(Cerpch、イタジュバ連邦大学-ユニフェイ)は、滝の高さを低(最大15メートル)、中(最大15メートル)と定義しています。 15〜150メートル)および高さ(150メートルを超える)。ただし、これらの措置は合意に基づくものではありません。プラントのサイズは、生成された電力を消費者に提供する配電ネットワークのサイズも決定します。植物が大きいほど、都心から遠くなる傾向が大きくなります。これには、しばしば州を越えてエネルギー損失を引き起こす大きな送電線の建設が必要です。

水力発電所はどのように機能しますか?

水力発電のエネルギーを生み出すには、川の流れ、地形の違い(自然かどうか)、利用可能な水の量を統合する必要があります。

水力発電所のシステムは、次のもので構成されています。

ダム

ダムの目的は、川の自然の循環を中断し、貯水池を作ることです。貯水池には、水を貯める以外にも、水ギャップの作成、エネルギー生産に十分な量の水を取り込む、雨や干ばつの時期の河川の流れの調整など、他の機能があります。

取水(内転)システム

水を発電所に運ぶトンネル、水路、金属製の導管で構成されています。

パワーハウス

システムのこの部分には、発電機に接続されたタービンがあります。タービンの動きは、水の動きの運動エネルギーを発電機を介して電気エネルギーに変換します。

タービンにはいくつかの種類があり、主なものはペルトン、カプラン、フランシス、バルブです。各水力発電所に最適なタービンは、液滴の高さと流れによって異なります。例:バルブは、貯水池の存在を必要とせず、低落下と高流量で示されるため、一般的なプラントで使用されます。

エスケープチャンネル

タービンを通過した後、水は逃げ道を通って川の自然の河床に戻されます。

避難路は発電所と川の間にあり、その大きさは発電所と川の大きさによって異なります。

流出路

貯水池の水位が推奨限度を超えると、流出路によって水が逃げることができます。これは通常、雨の時期に発生します。

水位が理想的な水位を超えているために電気の生産が損なわれると、流出路が開かれます。または、非常に雨の多い時期に発生する可能性のある、オーバーフローとその結果としてのプラント周辺の洪水を回避するため。

水力発電所の移植によって引き起こされる社会環境への影響

最初の水力発電所は、19世紀の終わりに、石炭が主な燃料であり、石油がまだ広く使用されていなかった、米国とカナダの間のナイアガラの滝に建設されました。それ以前は、油圧エネルギーは機械エネルギーとしてのみ使用されていました。

水力電気エネルギーが再生可能なエネルギー源であるにもかかわらず、Aneelのレポートは、世界の電気マトリックスへの参加が小さく、さらに小さくなっていることを指摘しています。関心の欠如が高まっているのは、この規模のプロジェクトの実施に起因する負の外部性の結果です。

大規模な水力発電プロジェクトの移植による悪影響は、その地域または植物が移植される場所の周辺に住む人々の生活様式の変化です。これらのコミュニティは、多くの場合、伝統的な集団(先住民、キロンボラ、アマゾンの川沿いのコミュニティなど)として識別される人間のグループであり、その生存は、住んでいる場所からのリソースの使用に依存し、領土とのつながりがあることを強調することも重要です。文化的秩序。

水力発電はきれいですか?

化石燃料の燃焼とは関係がないため、多くの人が「クリーンな」エネルギー源と見なしていますが、水力発電エネルギーの生成は、地球温暖化を引き起こす可能性のある2つのガスである二酸化炭素とメタンの放出に寄与します。

二酸化炭素(CO2)の放出は、貯水池の水位より上に残っている木の分解によるものであり、メタン(CH4)の放出は、貯水池の底に存在する有機物の分解によって起こります。水柱が増えると、メタン(CH4)の濃度も上がります。水がプラントのタービンに到達すると、圧力の差によりメタンが大気中に放出されます。メタンはまた、圧力と温度の変化に加えて、水が滴状に噴霧されると、植物の流出路を通って水路に放出されます。

CO2は、水面上の枯れ木の分解によって放出されます。メタンとは異なり、CO2の大部分はリザーバーで発生する吸収によってキャンセルされるため、排出されるCO2の一部のみが影響を与えると見なされます。メタンは光合成プロセスに組み込まれないため(ゆっくりと二酸化炭素に変換される可能性はありますが)、この場合、温室効果により大きな影響を与えると考えられます。

Balcarプロジェクト(水力発電所の貯水池における温室効果ガス排出量)は、二酸化炭素とメタンの放出による温室効果の強化に対する人工貯水池の寄与を調査するために作成されました。プロジェクトの最初の研究は、90年代に、アマゾン地域の貯水池であるバルビナ、トゥクルイ、サミュエルで実施されました。アマゾン地域は、大規模な植生被覆が特徴であり、したがって、有機物の分解によるガス放出の可能性が高いため、研究に焦点が当てられました。その後、1990年代後半には、プロジェクトにはミランダ、トレズマリアス、セグレド、シンゴ、バラボニータも含まれていました。

アマゾン研究所のPhilipM。Fearnside博士が、1990年にTucuruí工場でのガスの排出について発表した記事によると、工場の温室効果ガス(CO2とCH4)の排出量はその年は700万トンと1000万トン。著者は、同じ年に化石燃料から5,300万トンのCO2を排出したサンパウロ市と比較します。言い換えれば、サンパウロ市の温室効果ガス排出量の13%から18%に相当する排出量に責任があるのはトゥクルイだけであり、これは長い間「排出物がない」と考えられてきたエネルギー源にとって重要な価値です。時間の経過とともに、有機物は完全に分解され、その結果、これらのガスの放出が停止すると考えられていました。しかしながら、Balcarグループの研究によると、ガス生産プロセスは、川や雨によって持ち込まれた新しい有機材料の到着によって供給されることが示されています。

動植物種の喪失

特に生物多様性の高いアマゾン地域では、貯水池が形成された場所の植物相による生物の死が避けられません。動物に関しては、有機体を除去するために綿密な計画が行われたとしても、生態系を構成するすべての有機体が保存されることを保証することはできません。さらに、ダムは周囲の生息地に変化をもたらします。

土壌損失

氾濫域の土壌は他の目的に使用できなくなります。これは、特にアマゾン地域自体など、主に平坦な地域で中心的な問題になります。プラントの力は川の流れと地形の凹凸の関係で与えられるので、地形の凹凸が少ないと貯水量が多くなり、貯水量が多くなります。

川の水理形状の変化

河川は、排出量、平均水速度、堆積物の負荷、および河床の形態の間で動的なバランスをとる傾向があります。貯水池の建設はこのバランスに影響を及ぼし、その結果、ダムの場所だけでなく、周辺地域やダムの下のベッドでも、水文学的および堆積的秩序の変化を引き起こします。

公称容量x実際の生産量

提起されるべきもう一つの問題は、公称設備容量とプラントによって生成される実際の電気エネルギー量との間に違いがあるということです。生成されるエネルギーの量は、川の流れによって異なります。

したがって、ウアトゥマン川に設置されたバルビナ水力発電所の場合のように、川の流れが提供できるよりも多くのエネルギーを生成する可能性のあるシステムを設置することは無意味です。

プラントのしっかりした力

考慮すべきもう一つの重要な点は、プラントの確固たる力の概念です。アニールによれば、プラントの確固たる力は、それがベースとして設置された川の流れの履歴に記録された最も乾燥したシーケンスを考慮すると、得られる最大の連続エネルギー生産です。この問題は、ますます頻繁で深刻な干ばつ期間に直面して、ますます中心的になる傾向があります。

ブラジルの水力発電

ブラジルは、世界最大の水力発電の可能性を秘めている国です。その70%がアマゾナスとトカンチン/アラグアイアの盆地に集中しているように。ブラジルで最初に建設された大規模な水力発電所は、1949年にバイアにあるPaulo Afonso Iで、電力は180MWに相当します。現在、Paulo Afonso Iは、合計4つのプラントで構成されるPauloAfonso水力発電複合施設の一部です。

バルビナ

バルビナ水力発電所は、アマゾナスのウアトゥマン川に建設されました。バルビナはマナウスのエネルギー需要を供給するために建てられました。予測では、5つの発電機を介してそれぞれ50MWの電力で250MWの容量を設置する予定でした。ただし、Uatumã川の流れは、平均年間エネルギー生産量がはるかに少なく、約112.2 MWであり、そのうち64MWのみが安定した電力と見なすことができます。工場から消費者センターへの送電中に約2.5%の損失があることを考慮すると、わずか109.4 MW(確定電力では62.4 MW)です。公称容量の250MWをはるかに下回る値。

イタイプ

Itaipu水力発電所は、世界で2番目に大きな発電所と見なされており、設備容量は14,000 MWで、中国のTrêsGorgesに次ぐ18.2千MWです。パラナ川に建設され、ブラジルとパラグアイの国境に位置し、両国に属しているため、二国間プラントです。ブラジルに供給するイタイプが生成するエネルギーは、ブラジルで消費されるエネルギーの16.8%に相当する総電力(7000 MW)の半分に相当し、残りの半分はパラグアイが使用する75%に相当します。パラグアイのエネルギー消費。

トゥクルイ

トゥクルイ工場はパラのトカンティンス川に建設され、8,370MWに相当する設備容量を備えています。

ベロモンテ

パラの南西にあるアルタミラ市に位置し、ディルマ・ルセフ大統領によって発足したベロモンテ水力発電所は、シング川に建設されました。このプラントは、100%全国で最大の水力発電所であり、世界で3番目に大きいプラントです。 11,233.1メガワット(MW)の設備容量。これは、17の州で6000万人にサービスを提供するのに十分な負荷を意味し、これは全国の住宅消費の約40%に相当します。同等の設備生産能力は11,000 MWであり、これは設備電力で最大のプラントです。トゥクルイ工場に代わって最大の100%国営工場となった国。 Belo Monteは、それぞれTrêsGargantasとItaipuに次ぐ、世界で3番目に大きな水力発電所でもあります。

多くの問題は、ベロモンテ工場の建設を中心に展開しています。環境省によると、設備容量は11,000MWであるにもかかわらず、プラントの確固たる電力は4.5千MWに相当し、総電力の40%に過ぎません。ベロモンテはアマゾン地域に建設されているため、高濃度のメタンと二酸化炭素を放出する可能性があります。伝統的な人々の生活への大きな影響と動植物への大きな影響を数えずに、これらすべて。もう1つの要因は、その建設が人口ではなく企業に利益をもたらすことです。電力の約80%は、国の中央南部にある企業に向けられています。

適用性

言及された社会環境への悪影響にもかかわらず、水力発電エネルギーは、化石燃料などの再生不可能なエネルギー源と比較して利点があります。水力発電所は、メタンと二酸化硫黄の排出に寄与していますが、熱電発電所から吐き出されるような他の種類の有毒ガスを放出または放出しません。これは、環境と人間の健康に非常に有害です。

ただし、太陽光発電や風力発電などの他の再生可能エネルギー源と比較した水力発電ダムの欠点は、ダムによる影響と比較して環境への影響が少ないことから明らかです。問題はまだ新しい技術の実行可能性です。水力発電エネルギーの生産に関連する影響を減らすための代替案は、大きな貯水池の建設を必要としない小さな水力発電所の建設です。

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また、ダムの耐用年数は約30年であり、長期的な存続に疑問を投げかけています。

ミシガン州立大学が実施した「21世紀の持続可能な水力発電」の研究は、大きな水力発電ダムが気候変動に直面してさらに持続可能性の低いエネルギー源になる可能性があるという事実に注目しています。

水力発電の真のコスト、経済的およびインフラストラクチャーのコストだけでなく、社会的、環境的および文化的コストも考慮する必要があります。


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