Hidroelektroenerģija

Hidroelektroenerģija ir elektroenerģija vai vienkāršojot — elektrība, ko ražo, izmantojot hidroenerģiju. 2015. gadā hidroelektroenerģija deva 16,6% no visas pasaulē saražotās elektroenerģijas un 70% no visas atjaunojamās enerģijas, un nākamajos 25 gados bija paredzēts ikgadējs pieaugums par aptuveni 3,1%. Gandrīz visa izmantojamā hidroenerģija 21. gadsimtā tiek iegūta hidroelektroenerģijas formā, tādēļ dažkārt šos jēdzienus apvieno. Ražošanai tiek izmantotas dažādu tipu hidroelektrostacijas (HES), jaudīgākās no kurām ir aizsprosta tipa stacijas.

Latvijā galvenais hidroelektroenerģijas avots ir Daugavas hidroelektrostaciju kaskāde, kas sastāv no Rīgas, Ķeguma un Pļaviņu HES ar kopjaudu virs 1,5 GW.

Vēsture 

Hidroenerģiju vēl pirms elektrības praktiskās pielietošanas atklāšanas izmantoja miltu malšanai un citu uzdevumu veikšanai vismaz jau no Senās Grieķijas laikiem. 18. gadsimta beigās ūdens enerģija bija enerģijas avots, kas ļāva sākt rūpniecisko revolūciju. 1770. gadu vidū franču inženieris Bernārs Forests de Belidors publicēja darbu Architecture Hydraulique, kurā aprakstīja hidrauliskās mašīnas ar vertikālām un horizontālām asīm, un 1771. gadā angļu izgudrotājs Ričards Ārkraits piedāvāja ūdens enerģijas izmantošanu nepārtrauktas ražošanas steļļu darbināšanai. 1840. gados tika izveidoti spiediena ūdensvadi, lai ūdens mehānisko enerģiju nodotu lietotājiem ievērojamā attālumā. 19. gadsimta beigās tika izgudrots elektriskais ģenerators, kuru tagad varēja savienot ar ūdens enerģijas staciju un elektrisko tīklu. Pieaugošā rūpniecība prasīja aizvien vairāk enerģijas, un tas veicināja jaunās nozares attīstību. 1878. gadā Anglijas Nortamberlendas pilsētiņā Kregsaidā Viljams Ārmstrongs izstrādāja pirmo hidroelektroenerģijas tīklu, kuru izmantoja, lai darbinātu lampu viņa mākslas galerijā. ASV Šēlkofa elektrostacija Ljūistonā, netālu no Niagāras ūdenskrituma, sāka ražot elektrību rūpnieciskos daudzumos 1881. gadā. Pirmā Edisona hidroelektrostacija, Vulcan Street Plant, sāka darboties 1882. gada 30. septembrī Epltonā, Viskonsinā, ar jaudu ap 12,5 kilovatiem. Līdz 1886. gadam Amerikas Savienotajās Valstīs un Kanādā bija 45 hidroelektrostacijas; un līdz 1889. gadam tikai Amerikas Savienotajās Valstīs to jau bija 200.

20. gadsimta sākumā kalnos netālu no lielpilsētu teritorijām komercsabiedrības būvēja daudzas mazas hidroelektrostacijas. Lielākos un dārgākos projektos ņēma dalību valsts, piemēram, Hūvera aizsprosta celšanas finansēšanā ASV.

Hidroelektrostaciju jauda visu 20. gadsimtu turpināja palielināties. Hidroenerģiju sauca par baltajām oglēm. Hūvera aizsprosta sākotnējā 1345 MW jauda bija pasaulē lielākā hidroelektrostacija 1936. gadā; 1942. gadā to pārspēja 6809 MW Grandkulī aizsprosts ASV Vašingtonas štatā. Itaipu aizsprosts 1984. gadā starp Brazīliju un Paragvaju uzstādīja jaunu rekordu ar 14 GW jaudu, bet 2008. gadā to pēc jaudas pārspēja Triju aizu aizsprosts Ķīnā ar 22,5 GW, lai gan Jandzi ūdensteces sezonāluma dēļ tas atpaliek no Itaipu gadā saražotās enerģijas ziņā.

Pašreizējais stāvoklis 

Hidroenerģiju ražo 150 valstīs, un Āzijas un Klusā okeāna reģions 2013. gadā saražoja 33 procentus no pasaules hidroenerģijas. Ķīna ir lielākais hidroelektroenerģijas ražotājs ar 2013. gadā saražotajām 920 TWh, kas ir 16,9% no tās iekšzemes elektroenerģijas patēriņa. Hidroelektroenerģija dod vairāk nekā 85% elektroenerģijas dažām valstīm, tostarp Norvēģijai, Kongo DR, Paragvajai un Brazīlijai. Dažām nelielām valstīm, kā Lesoto un Butānai, tā ir vienīgais elektroenerģijas avots.

Tehniskais potenciāls hidroelektroenerģijas attīstībai visā pasaulē ir daudz lielāks nekā faktiskā ražošana: potenciālās hidroenerģijas jaudas procentuālais daudzums, kas netiek lietots, 2008. gadā bija 71% Eiropā, 75% Ziemeļamerikā, 79% Dienvidamerikā, 95% Āfrikā, 95% Tuvajos Austrumos un 82% Āzijas un Klusā okeāna reģionā. Dažās valstīs ir ļoti attīstīta hidroenerģijas potenciāla izmantošana, un tām ir ļoti maz izaugsmes iespēju: Šveice saražo 88% no sava potenciāla, bet Meksika — 80%.

Elektroenerģijas ražošanas veidi

Aizsprostu HES 
Hidroelektroenerģija tiek iegūta no aizsprostotā ūdens potenciālās enerģijas, kas darbina ūdens turbīnu un tās ģeneratoru. No ūdens iegūtā jauda ir atkarīga no tilpuma un no augstuma starpības starp ūdens avotu un turbīnu.

Hidroakumulācijas elektrostacija 
Hidroakumulācijas elektrostacijas darbojas, pārvietojot ūdeni starp rezervuāriem dažādos augstumos. Tās izmanto, lai apmierinātu maksimālās tīkla noslodzes prasības. Zema elektrības pieprasījuma laikā elektroenerģija no tīkla tiek izmantota, lai sūknētu ūdeni augstāk novietotā rezervuārā. Kad pieprasījums kļūst lielāks, caur turbīnu ūdens tiek izlaists atpakaļ apakšējā rezervuārā. Sūknēšanas un uzglabāšanas sistēma ļauj uzkrāt lielus enerģijas daudzumus un uzlabo ražošanas sistēmas plastiskumu.

Straumes HES 
Straumes hidroelektrostacijas ir ar nelielu rezervuāru ietilpību vai vispār bez tādiem, tāpēc strāvas ģenerēšanai ir pieejams tikai ūdens, kas tobrīd nāk no augšteces, un jebkuram tā pārpalikumam ir jāiziet neizmantotam. Pastāvīga ūdens notece no ezera vai esošas ūdenskrātuves straumes augštecē ir būtiska priekšrocība, izvēloties vietu šādai stacijai. Galvenā šādas stacijas priekšrocība ir maza applūdināmā teritorija, kas ļauj to izvietot līdzenuma upēs bez saimniecisku zemju zaudējuma, mīnuss — zemāka jauda.

Plūdmaiņu HES 

Plūdmaiņu elektrostacija izmanto plūdmaiņu — paisumu un bēgumu dēļ notiekošo okeāna līmeņa ikdienas pieaugumu un kritumu; šādi avoti ir ļoti paredzami, un, ja apstākļi pieļauj rezervuāru būvniecību, tie var būt lietojami, lai ražotu enerģiju liela pieprasījuma periodos. Retāk sastopami veidi izmanto ūdens viļņu vai straumju kinētisko enerģiju vai ūdens virpuļus. Plūdmaiņu enerģiju efektīvi lietot var salīdzinoši nelielā skaitā vietu. Viena no šādā ziņā veiksmīgākajām valstīm ir Lielbritānija, kurā ir astoņas vietas, kurās pie pilnīgas attīstīšanas varētu saražot 20% no 2012. gadā valstī izmantotās elektroenerģijas.

Ietekme uz vidi 

Hidroelektroenerģijas izmaksas ir salīdzinoši zemas, padarot to par konkurētspējīgu atjaunojamās elektroenerģijas avotu. Hidroelektrostacija neiztērē savu enerģijas avotu — ūdeni, atšķirībā no ogļu vai gāzes enerģijas stacijām. Tipiskas elektroenerģijas izmaksas no HES, kuras jauda pārsniedz 10 megavatus, ir 3—5 ASV centi par kilovatstundu. Ar aizsprostu un rezervuāru HES ir arī elastīgs elektroenerģijas avots, jo stacijas saražoto elektrības daudzumu var ļoti ātri (pat dažu sekunžu laikā) palielināt vai samazināt, lai pielāgotos mainīgajām patērētāju vajadzībām. Kad HES komplekss ir uzbūvēts, projekts nerada tiešus atkritumus, un tam ir daudzkārt zemāks siltumnīcas efektu izraisošo gāzu izplūdes līmenis nekā ar fosilo kurināmo darbināmām enerģijas iekārtām, un arī salīdzinot ar vēja, saules un atomelektrostacijām. Tomēr, būvējot HES zemienēs, kur tiek veikta mežu applūdināšana, zem ūdens pūstošā koksne izdala ievērojamu daudzumu siltumnīcefekta gāzu. Šo problēmu var radīt arī ūdenskrātuves dibenā sakrājušās dūņas.

Hidroelektrostaciju būvniecība var radīt ievērojamu ietekmi uz vidi, galvenokārt zaudējot zemes platības un pārvietojot iedzīvotājus. Tās arī izjauc iesaistītās upes dabisko ekoloģiju, ietekmējot dzīvotnes un ekosistēmas, kā arī upes dibena nosēdumu un krastu erozijas modeļus, paceļ gruntsūdeņu līmeni un gaisa mitrumu. Sausos reģionos paaugstinātā iztvaikošana no ūdenskrātuves samazina pieejamā saldūdens daudzumu. Aizsprosti ievērojami mazina plūdu problēmu, taču tie iekļauj arī aizsprosta bojājuma risku, kas tā sabrukšanas gadījumā var kļūt katastrofāls. Lielākā šāda nelaime notika 1975. gadā, kad taifūna radīto lietavu dēļ Ķīnas vidienē sabruka Baņdzjao aizsprosts (un vēl 61 cits aizsprosts), kas maksāja ap 100 000 dzīvību.

Atsauces

Ārējās saites 

Enerģētika