Hidroëlektrisiteit

Hidroëlektrisiteit is die elektrisiteit wat deur waterkrag opgewek word, d.i. die produksie van elektriese energie deur die gebruik van gravitasiekrag van vallende of vloeiende water. Hierdie vorm van elektrisiteit is die mees algemene bron van hernubare energie. Wanneer so 'n hidroëlektriese skema eers in bedryf gestel word, word daar geen afval geproduseer nie, met beduidende minder uitsette van die kweekhuisgas koolstofdioksied teenoor kragsentrales wat fossielbrandstowwe gebruik.

In 2015, het hidroëlektrisiteit 16.6% van die wêreld se krag gegenereer en 70% van alle hernubare elektrisiteit,http://www.ren21.net/wp-content/uploads/2016/06/GSR_2016_Full_Report_REN21.pdf en sal na verwagting ongeveer 3,1% per jaar vir die volgende 25 jaar styg. Hidroëlektrisiteit word in 150 lande geproduseer. China is die grootste produsent van hidroëlektrisiteit, met 920 TWh produksie in 2013, wat 16,9 persent van huishoudelike elektrisiteitsverbruik verteenwoordig.

Beginsel
duimnael|300px|A - reservoir, B - kragsentrale, C - turbine, D - generator, E - inlaat, F - leiding, G - hoogspanningskabels, H - rivier

Hidrokragtegnologieë genereer krag deur 'n hoogteverskil te gebruik van rivierwater wat aan die een kant invloei (A) en deur 'n leiding (F) 'n turbine (C) aandryf en dan ver onder, aan die ander kant uitvloei (H). Hierdie hoogteverskil word geskep deur 'n dam of afleidingstruktuur. 'n Land moet dus èn berge èn riviere het.  

Waterkrag, of hidroëlektriese krag, is een van die oudste en grootste bronne van hernubare energie, wat die natuurlike vloei van bewegende water gebruik om elektrisiteit op te wek. 'n Hidrokragsasie kan 'n groot fasiliteit wees wat die krag van 'n hele rivier agter sy muur benut, maar hidrokragfasiliteite kom in alle groottes voor. Sommige kan baie groot wees, maar hulle kan ook klein wees, wat voordeel trek uit watervloei in munisipale waterfasiliteite of besproeiingslote. 

Gebruike
In die VSA
In die Verenigde State is hidrokrag is tans (2023) verantwoordelik vir 28,7% van die totale hernubare elektrisiteitsopwekking en sowat 6,2% van die totale elektrisiteitsopwekking. Al die state behalwe twee (Delaware en Mississippi) gebruik hidrokrag vir elektrisiteit, sommige meer as ander. Byvoorbeeld, in 2020 was ongeveer 66% van die staat Washington se elektrisiteit afkomstig van hidrokrag.

In Suid-Afrika
duimnael|Die Cahora Bassa
Suid-Afrika het berge maar dit het min riviere en die weste is baie droog. Dit beperk die vermoë vir waterkrag. Die land het vroeër elektrisiteit vanaf die Cahora Bassa-waterkragstasie in Mosambiek ingevoer en sal dit weer doen wanneer die transmissielyn herstel word. Daar is ook die potensiaal om meer waterkrag uit lande soos Zambië, Zimbabwe en Demokratiese Republiek die Kongo in te voer om Suid-Afrika se huidige (2024) afhanklikheid van steenkoolkragstasies te verminder.

Die Oos-Kaap en KwaZulu-Natal is toegerus met die beste potensiaal vir die ontwikkeling van klein, dit wil sê minder as 10MW hidrokragsentrales. Die voordele en aantreklikheid van hierdie aanlegte is dat hulle óf selfstandig óf in ’n hibriede kombinasie met ander hernubare energiebronne kan wees. Voordeel kan verkry word uit die assosiasie met ander gebruike van water (watervoorsiening, besproeiing, vloedbeheer, ens.), wat van kritieke belang is vir die toekomstige ekonomiese en sosiale ontwikkeling van die land.

Sien ook Lys van grootste damme in Suid-Afrika

Buigsaamheid
Hidrokrag verteenwoordig gebergde elektriese energie wat op buigsame wyse benut kan word. Dit is belangrik omdat ander hernubare bronne soos son en wind wisselvallig is. In 'n studie gelei deur die National Renewable Energy Laboratory oor hidrokrag-buigsaamheid, het voorlopige ontleding bevind dat die vaste kapasiteit wat met Amerikaanse hidrokrag se buigsaamheid geassosieer word, na raming meer as 24 GW is. Om hierdie vermoë met ander berging te vervang, sal die uitbou van 24 GW van 10-uur berging vereis word. Dit is meer as al die bestaande berging in die Verenigde State in 2023. Daarbenewens, in terme van die integrasie van wind en sonkrag, kan die buigsaamheid wat in bestaande Amerikaanse hidrokragfasiliteite aangebied word, help om  teen 2035 tot 137 gigawatt nuwe wind en sonkrag aanlyn te bring.

Die koste
Waterkrag is 'n bekostigbare bron van elektrisiteit wat minder kos as die meeste. Aangesien hidrokrag slegs op die energie van bewegende water staatmaak, het Amerikaanse state wat die meerderheid van hul elektrisiteit van hidrokrag kry, soos Idaho, Washington en Oregon, laer energierekeninge as die res van die land. 
In vergelyking met ander elektrisiteitsbronne, het hidrokrag ook relatief lae koste gedurende die duur van 'n volle projekleeftyd in terme van instandhouding, bedrywighede en brandstof. Soos enige groot energiebron, is aansienlike voorafkoste onvermydelik, maar hidrokrag se langer lewensduur versprei hierdie koste oor tyd. Boonop werk die toerusting wat by hidrokragfasiliteite gebruik word, dikwels vir langer tydperke sonder dat vervangings of herstelwerk nodig is, wat op die lang termyn geld bespaar.
Die installasiekoste vir groot hidrokragfasiliteite bestaan meestal uit siviele konstruksiewerke (soos die bou van die damme, tonnels en ander nodige infrastruktuur) en elektromeganiese toerustingkoste (elektrisiteit-genererende masjinerie). Aangesien hidrokrag 'n terreinspesifieke tegnologie is, kan hierdie koste in die beplanningstadium tot die minimum beperk word deur behoorlike keuse van ligging en ontwerp.

Ander gebruike
duimnael|Seiljagte op die Vaaldam
Damme van hidrokragaanlegte word baie vir watersport gebruik. 'n Ander gebruik is die opgaar van water vir gebruik in die landbou of vir die drinkwatervoorsiening.

Nadele
Die opwekking van hidro-elektrisiteit is egter nie sonder omgewingseffekte nie. Groot gebiede kan oorstroom word wanneer damme gebou word. Dit sal wildhabitatte en woon- en landbougebiede ontwrig.

Hidroëlektriese fasiliteite is al jare lank groot hindernisse vir die natuurlike stroomop vismigrasie. Verstoppings (mensgemaakte of natuurlike strukture) kan voorkom dat anadrome visse hul historiese stroomop paaigronde bereik, wat kuitsukses kan belemmer en verhoed dat vispopulasies die huidige vlakke verhoog of volhou. Daar is twee hooftegnieke wat aangewend kan word om visspesies te help om hulle voorkeurlokasie te bereik: vrywillige visgang en lokval-en-trok. Alhoewel albei aanvaarbare metodes is om vismigrasie te help, kom hulle albei met uitdagings.

Vrywillige visgang vereis die veilige en doeltreffende werking van visweë wat verskeie migrerende en inwonende visspesies lok en versamel. Om dit suksesvol te kan doen, is gekwalifiseerde tegnici vereis wat hierdie visse identifiseer en tel terwyl hulle deur 'n uitkykvenster swem nadat hulle in die fasiliteit se viskrip of goot neergesit is.

Gepompte waterkrag
duimnael|Die pompaanleg van Rönkhausen, Duitsland

Suid-Afrika het 'n mengsel van klein hidro-elektrisiteitstasies en pompwaterbergingskemas. In 'n pompopgaarskema word water na 'n dam opgepomp.Die gebergde energie word later grotendeels weer  as elektrisiteit teruggewen. Gepompte hidroberging is in 2023 die grootste bron vir grootskaalse berging en dit is verantwoordelik vir 99% van globale energieberging met 'n gelykgemaakte koste van elektrisiteit teen $0.05-$0.15/kWh. Hierdie proses kan redelik doeltreffend wees (70-80%), maar die energiedigtheid is slegs 0.5-3 Wh/kg. Daarom moet 'n groot volume gestoor word om hierdie tegnologie lewensvatbaar vir berging te maak. Daar is egter nie baie plekke wat geskik is vir toekomstige pompberging nie.  Berging is egter die sleutel om die wisselvalligheid van bronne soos son en wind teen te staan. Daarom word baie navorsing gedoen om ander metodes van berging te ontwikkel.

Drywende sonselle op hidrokragaanlegte
duimnael|Die Alquevadam
Om sonselle op water te laat dryf het baie voordele. Hulle blyf koel wat hulle opbrengs verbeter, hulle onderdruk verdamping wat in droë gebiede belangrik kan wees en die grondoppervlak wat hulle bedek is gewoonlik kosteloos. Indien die water aan 'n hidrokragstasie behoort is daar egter nóg voordele.

NREL-wetenskaplikes het probeer om die bedryfsvoordele van die kombinasie van drywende FV-opwekking met hidrokragsentrales te kwantifiseer. Hulle het gevind dat die kombinasie van drywende PV en hidrokrag sonkragbeperking kan verminder. Die navorsers het beide die lang- en korttermynkombinasie van die twee energiebronne oorweeg. In hul voorgestelde stelselkonfigurasie sal die hidrokragaanleg staatmaak op 'n netwerk-interkonneksiekapasiteit wat gelyk is aan sy geïnstalleerde kapasiteit. Die drywende PV-skikking sal intussen 50% van die naambordkapasiteit wees.

'n Soortgelyke studie is in 2021 gepubliseer deur 'n navorsingsgroep van die Islamitiese Universiteit van Tegnologie, in Bangladesj. Hulle het getoon dat die twee energiebronne perfek geoptimaliseer kan word en dat PV vir watertekorte gedurende die winter kan vergoed, terwyl hidrokrag kan vergoed vir swak opbrengste van die drywende selle gedurende die moessonseisoen. 

In Julie 2022 het EDP (Portugal) die nuwe drywende fotovoltaïese sonkragaanleg in Alqueva ingewy. Die Alqueva drywende fotovoltaïese sonkragaanleg is vandag die grootste drywende sonkragaanleg in Europa op 'n reservoir: met ongeveer 12 duisend fotovoltaïese panele en 'n jaarlikse produksievermoë van 7,5 GWh, voorsien dit ongeveer 1500 gesinne in die Portel- en Moura-streek met groen elektrisiteit.

Portugal is nie die enigste land waar hierdie moonlikheid benut word nie. In Frankryk versterk EDF Renewables se teenwoordigheid in die Provence Alpes Côte d'Azur-streek, waar vyf nuwe sonkragaanlegte, insluitend Lazer, in 2023 in diens het getree. Die nuwe aanlegte sluit aan by vyf fasiliteite wat reeds in bedryf is, wat EDF Renewables se sonkragopwekkingskapasiteit in die streek verhoog tot 'n totaal van 85 MW.

Onverwant aan EDF se pogings in Frankryk, sal 'n 1.5 MW sonkragstelsel wat op die reservoir by Colombia se Urrá-dam dryf, demonstreer dat hidroëlektriese projekte wat te doen het met wisselende watervlakke kan koppel met drywende sonkragopwekking om energiebetroubaarheid en produksie te verhoog.

 Verwysings