A vízenergia műszaki kihasználhatóságának lehetősége szoros kapcsolatban van a természetföldrajzi környezettel. A folyókon általában szakaszjellegeket szoktunk megkülönböztetni, ahol az esésnek megfelelően a felső, középső vagy alsó szakasz jelleg dönti el a vízierő nagyságát. Ahol nagy esésmagasságok vannak, azok a helyek kiválóan alkalmasak vízerőmű építésére: pl. Skandináv félszigeten, az Alpokban, a Pireneusokban, a Sziklás-hegységben. Az energia hatékonyságot lehet növelni a felszíni adottságoknak megfelelően, ha például egy könnyen lezárható völgyben, vagy völgykatlanban, kanyonban völgyzárógátak segítségével megnöveljük a szintkülönbséget, és ugyanakkor egyenletessé tudjuk tenni a vízhozamot.
(kép: Ice Harbor Dam, Washington, USA, Courtesy of DOE/NREL)
A vízenergia nagysága mindig szorosan összefügg a folyóvizek vízjárásával is. A vízierőművek építése szempontjából a kétperiódusú esős övezet a legkedvezőbb, ahol egyenletes a folyók vízjárása, pl. a Kongóé, az Amazonasnak a vízjárása rendkívül egyenletes. Az egyperiódusú esőzónában és a trópusi monszunéghajlat alatt már igen nagy eltérésekkel találkozunk, félévenként a vízhozam szakaszosságával kell számolni, pl. a Nílus, az Orinoco, a Gangesz is ebbe a kategóriába tartozik. A mérsékelt övben, az óceáni klímában a legegyenletesebb a csapadék és ebből a szempontból az itt építendő erőművek igen kedvező helyzetben vannak, így Skóciában, Új-Zélandon. A vízhozamban a legnagyobb egyenetlenség a kontinentális és mediterrán klímájú területek folyóin mutatkozik. Például a Tiszánál, Szolnoknál a legkisebb és a legnagyobb vízszint aránya, több mint százszoros különbséget mutat. Nyilvánvaló, hogy az erőmű kapacitásának meghatározásánál mindig a legnagyobb vízhozamra kellene építeni, de ha az év bizonyos részében csak csökkentett kapacitással tudjuk üzemeltetni – mivel a vízhozam nem elegendő - így ez rendkívül gazdaságtalanná teszi az erőművet. Ilyen esetben az a vízmennyiség számítható, ami az év nagy részében egyenletes hozamot biztosít.
Korszerű erőműveknél figyelembe kell venni az eljegesedést, a téli fagyást, a jégzajlást és még sok egyéb tényezőt is. Alacsony hőmérsékletnél a folyók nem kapnak elegendő vizet még akkor sem, ha a tél egyébként csapadékos. A hosszú tél nagy problémát jelent a szibériai és a kanadai vízierőművek kihasználásában. De Európában is előfordul, hogy komoly ellátási zavarok léptek fel, pl. 1962-63 telén éppen a hideg miatt.
A völgyzáró gátak igen jelentős kultúrmérnöki teljesítmények, de nagy veszélyeket is hordanak magukban, ha a geológiai viszonyok, adottságok nem megfelelően voltak vizsgálva, nem elég körültekintő volt a tervezés, előkészítés. Pl. 1963-ban Észak-Olaszországban Vaiont-gát esete. A gát mögött felgyülemlett víz a hatalmas esőzések hatására földcsuszamlást eredményezett és 240 millió m3 földtömeget zúdított le a víztározóba az óriási földtömeg nyomására a víz átbukott a gáton és a települések egész sorát öntötte, pusztította el, háromezer ember halálát okozva. Eddig a világ ötödik legmagasabb gátjával, tehát ezzel a gáttal – ami 266 m magas – történt a legsúlyosabb gátszerencsétlenség. A vizsgálatok azt igazolták, hogy a geológiai adottságokat nem vették kellőképpen figyelembe.
Az alacsony esésű erőműveket többnyire beépítik a folyómederbe, pl. ilyen a tiszalöki erőmű. A középesésű erőműveknél szintén gyakori ez a megoldás, de az energia jobb kihasználása érdekében a folyóvizet nem egyszer elzárják gáttal és az erőművek külön épített mederbe, terelik. Az ilyen erőműveket üzemi víz csatornás erőműveknek nevezik.
A nagyesésű erőművek építésénél különleges megoldásokat alkalmaznak, a víz esését többnyire duzzasztógátakkal növelik, amellyel a hasznosítható energia is növekszik. Ilyenek épültek az USA-ban a Colorado-folyónál több is (pl. a Hoover gát).
forrás: http://www.usbr.gov/lc/hooverdam/
Nagyon gyakran a vizet nyomóalagúton vagy nyomócsőrendszeren juttatják el a turbinákhoz. Ilyenekkel találkozunk Norvégiában is, de pl. Bulgáriában a Battak erőmű is ilyen rendszerű. De itt a szomszédban, Kárpátalján meg is lehet tekinteni szintén ilyen típusú erőművet építettek, amelyet annak idején még a II. világháború előtt magyar tervezőmérnökök is papírra vetettek, de megvalósítani már csak a szovjet időszakban tudták. Ezekkel a módszerekkel pl. a hegy másik oldalán egy völgybe kivezetve a vizet egy csőrendszerrel, igen nagy esést lehet elérni, csak rendkívül megnöveli az építési, beruházási költségeket.
A világ 10 legmagasabb gátja:
Szivatyús-tározós erőművek
Sorrend
|
A gát neve
|
Ország
|
Magasság (m)
|
Befejezés éve
|
1
|
Rogun
|
USSR
|
335
|
1989
|
2
|
Nurek
|
USSR
|
300
|
1980
|
3
|
Grand Dixence
|
Switzerland
|
285
|
1961
|
4
|
Inguri
|
USSR
|
272
|
1980
|
5
|
Boruca
|
Costa Rica
|
267
|
1990
|
6
|
Vaiont
|
Italy
|
262
|
1961
|
7
|
Tehri
|
India
|
261
|
1990
|
8
|
Chicoasen
|
Mexico
|
261
|
1980
|
9
|
Kishau
|
India
|
253
|
1995
|
10
|
Guavio
|
Columbia
|
246
|
1989
|
Ezek valójában egy völgykatlanban, ill. elhagyott bányaüregekben kialakított mesterséges tavak, ahová vizet szivattyúznak fel azokban az időszakokban, amikor az erőművek olcsón termelnek. A villamos energia nagyipari méretekben ugyanis nem tárolható. A csúcsterhelések időszakában előnyös - a gyorsan indítható tározós vízerőművi egységek - használata. Az energia a víz helyzeti energiájában tárolódik. A veszteség 20-25%-os. A tározós vízerőmű turbógenerátorai két irányban működnek. Éjszaka munkagépként a hálózatból felvett villamos energia felhasználásával vizet szivattyúznak a magaslaton elhelyezett víztározóba. Nappal a csúcsterhelés időszakában a tározóból lefolyó víz hajtja meg a hidrogenerátort és termel áramot. Így páldául Luxemburgban a Viaden mellett megépített szívattyús energiatárolót éjjel feltöltik Németországból vett olcsó villamosenergia segítségével, majd nappal vagy csúcsidőben - természetesen nappali tarifával, azaz drágábban - újra eladják a tároló leürítésével nyerhető villamos energiát.(Magyarországon a Dömsöd és Dobogó között tervezett tározós erőművet nem építették meg.) A világon kb. 200 ilyen erőmű működik. Például:Cruachan tározós erőmű Skóciában.
A vilád 10 legnagyobb szivattyús-tározós erőműve:
Sorrernd
|
Az erőmű neve
|
Ország
|
Tátoló kapacitás
(millió m3)
|
Üzembehelyezés éve
|
1
|
Owen Falls
|
Uganda
|
204.800
|
1954
|
2
|
Kariba
|
Zimbabwe/Zambia
|
180.600
|
1959
|
3
|
Bratsk
|
USSR
|
169.270
|
1964
|
4
|
Aswan, High
|
Egyiptom
|
168.900
|
1970
|
5
|
Akosombo
|
Ghana
|
148.000
|
1965
|
6
|
Daniel Johnson
|
Canada
|
141.852
|
1968
|
7
|
Guri (Raul Leoni)
|
Venezuela
|
138.000
|
1986
|
8
|
Krasnoyarsk
|
USSR
|
73.300
|
1967
|
9
|
Bennett W.A.C
|
Canada
|
70.309
|
1967
|
10
|
Zeya
|
USSR
|
68.400
|
1978
|
Vízenergia felhasználás
A legnagyobb vízenergia felhasználók a világon Svájc, Olaszország, Norvégia, Svédország és Finnország. Majd az utóbbi évtizedekben Oroszország, Németország, USA és Dél-Amerikában, Brazíliában, valamint Afrikában is létesítettek hatalmas erőműveket. A világ legnagyobb vízienergia-készletével Afrika rendelkezik. Itt is elsősorban a Kongó áll első helyen. Ezek a felmérések, amelyek a vízi energia hasznosítására vonatkoztak nem mindig voltak reálisak. Tudniillik számításba kell venni a beruházási költségeket, amelyek rendkívül nagyok a vízierőműveknél, az amortizáció hosszát, távlatait, az áramtermelésnek a költségeit, a szállítást és még sok egyéb tényezőt.
A világ 10 legnagyobb teljesítményű erőműve:
Sorrend
|
A gát neve
|
Ország
|
Üzembehelyezés éve
|
Kapacitás (KW)
|
Kapacitás
(KW)
|
|
|
|
|
1989-ben
|
Maximum
|
1
|
Turukhansk
|
USSR
|
1994
|
-
|
20.000.000
|
2
|
Itaipu
|
Brazil/Paraguay
|
1983
|
7.400.000
|
12.600.000
|
3
|
Grand Coulee
|
USA
|
1942
|
7.460.000
|
10.830.000
|
4
|
Grui (Raul Leoni)
|
Venezuela
|
1968
|
10.300.000
|
10.300.000
|
5
|
Tucurui (Raul G. Lhano)
|
Brazil
|
1984
|
7.460.000
|
7.960.000
|
6
|
Sayano-Shushensk
|
USSR
|
1980
|
6.400.000
|
6.400.000
|
7
|
Corpus Posadas
|
Argentina / Paraguay
|
1990
|
-
|
6.000.000
|
8
|
Krasnoyarsk
|
USSR
|
1968
|
6.000.0001
|
6.000.000
|
9
|
La Grand 2
|
Canada
|
1979
|
5.328.000
|
5.328.000
|
10
|
Churchill Falls
|
Canada
|
1971
|
5.225.000
|
5.225.000
|
Erőműfejlesztési tervek a nagyvilágban
Az elkövetkező években várhatóan Dél-Kelet-Ázsia fejlődő országaiban, Indiában és Kínában fognak leggyorsabban növekedni az új villamosenergia-termelő kapacitások. Az elektromos energia iránti igény növekedése Ázsiában 2000-ig évente 6%-ra tehető. Ezt követően pedig 2020-ig 4-5% növekedés várható. Ehhez a növekedéshez az ázsiai országokban 1350 GW új kapacitást kell üzembe helyezni. A fejlett európai országokban korlátozott az új villamosenergia-termelő kapacitások iránti igény. Ebben a régióban az a trend érvényesül, hogy a régi, kevéssé hatékony erőművi egységeket korszerű kombinált ciklusú gázturbinás egységekre cserélik ki. Jelentősebb új erőműépítés a kelet-európai országokban, Törökországban és az Európai Közösség déli országaiban várható. A volt szocialista országokban nem a kapacitások szűkös volta jelentett korábban problémát, hanem a működés alacsony hatásfoka. Ezért itt a korszerűsítés, a hatásfok növelése és a környezetszennyezés csökkentése volt a fő cél az elmúlt években.
Az elkövetkező húsz évben a közép- és dél-amerikai országokban évente 2,6%-oselektromos -energiaigény növekedés várható. Tekintve, hogy Dél-Amerikai igen jelentős vízenergia-potenciállal rendelkezik, ez a régió lesz a vízierőművi berendezések legnagyobb piaca. 2010-ig várhatóan 121 GW új erőművi kapacitást helyeznek üzembe, amelyből 58 GW vízenergiára, 37 GW földgázra, 15 GW pedig szénbázisra épül. A maradékot megújuló energiahordozókra tervezik. Bár a Dél-Afrikai Köztársság a kontinens területének mindössze 4%-át teszi ki, lakosainak száma pedig éppen, hogy eléri Afrika összes lakosainak 6%-át, itt termelik az egész kontinens összes villamosenergia-felhasználásának 50%-át. Az afrikai kontinens elektromosenergia-termelése 2010-re várhatóan megduplázódik. A Dél-Afrikai Köztársaságban termelt villamos energia döntő részét jelenleg hazai szénből állítják elő. Mivel az ország igen jelentős szénkészletekkel rendelkezik, a belátható jövőn belül ez a helyzet nem fog változni. Tekintettel arra, hogy a Dél-Afrikai Köztársaság 6000 MW fölös kapacitással rendelkezik, a következő néhány éven belül nem várható új, az alapterhelés kielégítésére szolgáló kapacitások beléptetése.
Figyelemmel azonban az elektromos energiaigények növekedésére, várható a csúcsigények növekedése is, ami szükségessé teszi új kapacitások kiépítését. Az Egyesült Államokban a lakossági villamosenergia-felhasználás az előrejelzések szerint 2015-ig 15%-kal fog növekedni. Ugyanebben az időszakban az ipar igénye 20,3%-kal növekszik majd. 1994-től 2001-ig 252 GW új kapacitást helyeznek üzembe, amelynek 80%-át gázturbinás vagy kombinált ciklusú erőmű egységek teszik ki. A szénerőművi részesedése 11%, a maradék 9%-ot pedig megújuló energiaforrásokra, nagyobb részben vízenergiára tervezik. A nyári csúcsigény itt az előrejelzések szerint évente 2,5%-kal fog növekedni.
Környezeti hatások
Az erőművek környezeti hatása külön vizsgálatot érdemel. A vízierőművek gyakran egy-egy állam életében igen nagy szerepet játszanak az energiatermelésben, de ugyanakkor az ökológiai hatásuk rendkívül negatív, különösen hosszú távon számolva. Ha csak a brazíliai Parána folyót vesszük - Argentína és Paragvay területén - itt egy egész tórendszert, tavak láncolatát alakította ki a kiépült vízerőmű, és így rendkívül mélyrehatóan befolyásolta a környezetet és élővilágot. Ha például nem megfelelő az erőmű kiépítése, egyes halak nem tudnak eljutni a felső szakaszokra, hogy ott ikráikat lerakják, így veszélybe kerülhet a faj fennmaradása. A lebegő vízinövények a lelassult folyókon és a víztárolóban rendkívül elszaporodhatnak, ezzel akadályozzák a víz áramlását. Megállapítható, hogy a térségben kialakított vízrendszer, ami főleg a hajózást szolgálja (pl. ilyen a hidrovia terv, amely Paragvay vízrendszerét kötné össze) egy teljes mocsárvilágot fog majd kialakítani, vagy már részben kialakított.
Ilyen és ehhez hasonló ökológiai hatást tapasztalunk Kelet-Afrikában, Nyugat-Afrikában és számos helyen, ahol ezek a gátak leblokkolják az üledéket és a tápanyagok áramlását. A folyótorkolatok, delták, amelyeken eddig mindig mangrove-erdők díszlettek, folyamatosan gyorsított erózióval pusztulnak el. Az üledék ellátottság csökkenése, ami helyenként viszont a tápanyag ellátást biztosította a part menti övezetekben élő földművelési kultúrák fennmaradását veszélyezteti, ill. a tengeri élővilágot is, hiszen a beáramló üledék sok állat számára jelent táplálékot, valamint a rák és kagylófélék - a meghatározott növekedési ciklusban - ivására igen távol a parttól kerülhet sor.
Forrás: Dr.Göőz Lajos és Kovács Tamás, "Vízenergia" c. munkája, eredeti változata itt.
Közzétéve szerzői engedéllyel
|