Hidroelektrik veya hidroelektrik , a, güç yenilenebilir dönüştürülmesi gelen hidrolik enerji içine elektrik . Kinetik enerji , su akımı, doğal ya da seviye farkı tarafından oluşturulan bölgesinin içine transforme edilir mekanik enerji , bir tarafından hidrolik türbin bir tarafından daha sonra elektrik enerjisine, senkronize bir elektrik jeneratörü .
2020'de hidroelektrik santrallerin kurulu gücü 1.330 GW'a ulaştı ve yaklaşık 4.370 TWh veya dünyanın yenilenebilir enerji üretiminin %70'ini ve 2019'daki küresel elektrik üretiminin %15,6'sını üretti . düşük işletme maliyeti ve düşük sera gazı emisyonları ; rezervuarlarının depolama kapasitesi, kesintili enerjilerin (rüzgar, güneş) yanı sıra talepteki değişiklikleri dengelemeye yardımcı olur. Ancak, sahip sosyal ve çevresel etkilerini özellikle durumunda, barajlar : olmayan dağlık bölgelerde kurulu nüfus değiştirmeler , muhtemelen sel ait ekilebilir arazi , parçalanma ve modifikasyonları sucul ve karasal ekosistemlerin , blokajı alüvyon , vb .
2020'deki ana hidroelektrik üreticileri Çin (%31,0), Brezilya (%9,4), Kanada (%8,8) ve ABD (%6,7) idi, merkez en güçlüler arasında yer alıyor.
Elektrik enerjisi, bir elektrik jeneratörüne bağlı bir hidrolik türbin vasıtasıyla suyun kinetik enerjisinin elektrik enerjisine dönüştürülmesiyle üretilir . Birikme yoluyla barajlar için, bir barajın su rezervinde belirli bir süre boyunca mevcut olan enerji miktarı, barajın hacmine, doğal girdilere ve dönem içindeki kayıplara ve düşüşün yüksekliğine bağlıdır . İçin çalıştırma-nehir baraj, üretilen enerji miktarı ile doğrudan akış (m ilgilidir 3 / s, m, 3 / saat, m 3 / d, m, 3 / yıl).
Dört ana türbin tipi vardır. En uygun türbin tipinin seçimi, "ns" ile gösterilen özgül hız hesaplanarak yapılır.
İnsanlar, iki bin yıldan fazla bir süredir buğdayı öğütmek için çarklarla çalışan su değirmenlerini kullandılar. Yapımcılığı ve kağıt endüstrileri arasında Alpleri çünkü vadiye inen sel bolluk büyük kullanım yaptı. In XIX inci yüzyıl, çarklar elektrik üretmek için kullanılır ve türbinler ile değiştirilir.
In 1869 , mühendis Aristide Berges de iki yüz metrelik bir düşüş üzerinde kullandı Lancey kağıt hamuru yapmak üzere odunu ızgara, onun öğütücüler çevirmek. O, "söz etti beyaz kömür içinde" 1878 yılında Grenoble Lyon fuarda sonra, 1887 ve en 1889'da Paris'te Evrensel Sergi .
1900'lerden itibaren, İsviçre hidroelektrik alanındaki teknolojik ilerleme , Alpler'deki sanayi kuruluşlarına fayda sağlayan hidroelektrik şirketleri hakkında yoğun borsa spekülasyonlarına yol açtı .
In 1920 , bir elektrik hızla genişlemesi bir ile, Fransa'da günün ışığı gördü hidrolik elektrik üretimi sekiz kat artış ilk barajlar sayesinde.
In 1925 , Grenoble düzenlenen Beyaz Kömürün Uluslararası Exhibition .
Hidroelektrik enerji üretiminin üç ana biçimi vardır:
Yerçekimi santralleri , rezervuar ve santral arasındaki seviye farkına bağlı potansiyel enerjiden yararlananlardır . Güç istasyonları, elektrik sistemi için farklı bir hizmet belirleyen üç çalışma türüne göre sınıflandırılabilir. Bu sınıflandırma, maksimum güçte türbinleme yaparak rezervi boşaltmak için gerekli olacak teorik süreye karşılık gelen boşaltma sabitine göre yapılır.
İşlem türüne göre sınıflandırmaBöylece ayırt ederiz:
Çoğunlukla ova alanlarında kurulu nehir tipi enerji santralleri, bu nedenlerden dolayı düşük rezervuarlara sahiptir. Depolama yoluyla önemli bir modülasyon kapasitesi olmaksızın nehrin akışını olduğu gibi kullanırlar. Çok ucuz baz enerji sağlarlar. Bunlar Rhône ve Ren gibi büyük nehirlerde gerçekleştirilen gelişmelerin tipik bir örneğidir .
“Kilitli” elektrik santrallerinin daha büyük gölleri vardır, bu da gün boyunca ve hatta hafta boyunca modüle edilmelerine olanak tanır. Yönetimleri, bu zaman dilimlerinde tüketimdeki değişimi takip etmeyi mümkün kılar (sabahları ve akşamları tüketim zirveleri, iş günleri ile hafta sonları arasındaki fark, vb. ). Orta dağlarda gerçekleştirilen kurulumların tipik bir örneğidir.
"Merkezi göller", en önemli rezervuarlara sahip yapılara karşılık gelir. Bunlar, suyun mevsimsel olarak depolanmasına ve elektrik tüketimi yükünün zirvelerini geçmek için üretimin modülasyonuna izin verir: tüketimin zirvesinin iklimlendirme tarafından belirlendiği ülkeler için yaz, iklimlendirme tarafından belirlendiği ülkeler için kış. ısıtma. Bu santraller, orta ve yüksek dağlarda gerçekleştirilen kurulumların tipik bir örneğidir.
Son iki göl türü, su tutma yoluyla belirli bir enerji depolamasına ( potansiyel düşme enerjisi ) izin vererek, elektrik üretimini en azından kısmen yumuşatmayı mümkün kılar.
Doldurma türüne göre sınıflandırmaSantralleri, yapılabilecek elektrik kullanımını şart koşan rezervuarlarının dolum özelliklerine göre de sınıflandırmak mümkündür.
Örneğin , James Bay projesinin bir parçası olarak oluşturulan Caniapiscau rezervuarı gibi çok büyük su kütleleri olması durumunda, belirli rezervuarların doldurulması istatistiksel olarak haftalık, mevsimlik, yıllık ve hatta çok yıllı olarak elde edilebilir. . , Quebec'te . Doldurma hızının kullanım esnekliği üzerinde doğrudan etkisi olduğu açıktır.
Düşme yüksekliğine göre sınıflandırmaSon olarak yapıları düşme yüksekliklerine, yani dolu tankın teorik aynası ile türbin arasındaki yükseklik farkına göre sınıflandırabiliriz. Bu düşme yüksekliği, kullanılan türbin tiplerini belirler.
Böylece ayırt ederiz:
Bu üç sınıflandırma türü arasında kesin bir denklik yoktur, ancak güçlü bir korelasyon vardır:
Bir hidroelektrik santralinin üretimi, onu besleyen nehirlerin katkılarına, mevsimlere göre ve yıldan yıla yağışa göre dalgalanmasına bağlıdır. Brezilya'nın hidroelektrik üretimi, birkaç yeni barajın işletmeye alınmasına rağmen, bir dizi kuraklık nedeniyle 2011 ile 2015 arasında %16 düştü. İspanya'da daha da uç varyasyonlar gözlemleniyor: 2010'da +%56,1, 2011'de -%27,7, 2012'de -%26,6, 2013'te +%69,9; 2017'de -%47,1 ve 2018'de + %74,4.
Göl enerji santrallerindeki rezervuarlar, talebin yanı sıra yağışın mevsimselliğini dengelemeye yardımcı olabilecek bir depolama aracıdır. Nadiren yıldan yıla değişimleri telafi etmek için yeterli hacme sahiptirler.
Pompalanan enerji transfer istasyonları (AAT'ler), doğal akıştan enerji üretmelerine ek olarak, diğer türdeki enerji santralleri tarafından üretilen enerjinin, tüketimin üretimden daha düşük olduğu durumlarda, örneğin geceleri yeniden dağıtılması için depolanmasına izin veren bir pompalama modunu içerir. türbin modunda, tüketimin zirve yaptığı zamanlarda.
Bu bitkiler iki havuzu, bir üst tankı ve konumlandırıldığı arasında daha düşük bir havza sahip döner hidroelektrik Makinesi : Hidrolik bir parçası olarak hem de çalışabilir pompa olarak, türbin ve elektrik parçası hem de motor olduğu alternatör ( Makine Senkron ). Biriktirme modunda makine, suyu alt havzadan üst havzaya yükseltmek için şebekedeki mevcut gücü kullanır ve üretim modunda makine , suyun yerçekimi potansiyel enerjisini elektriğe dönüştürür.
Verimlilik (tüketilen elektrik ile üretilen elektrik arasındaki oran) %82 mertebesindedir.
Marjinal üretim maliyetleri belirli bir zaman diliminde (gün, hafta, mevsim, yıl, vb. ) önemli ölçüde değiştiğinde , bu tür bir tesis ekonomik açıdan önemlidir . Bu maliyetlerin düşük olduğu dönemlerde yerçekimi enerjisinin depolanmasını, yüksek olduğu dönemlerde kullanılabilir olmasını sağlarlar.
Örneğin, talepte (yaz ve kış, gündüz veya gece, vb. arasında ) önemli yinelenen varyasyonlar varsa , aksi takdirde kaybedilecek ( rüzgar enerjisi ) veya düşük maliyetli büyük miktarlarda “ölümcül” üretimler varsa durum böyledir . modüle edilebilir temel enerji üretimi (kömür, nehir akışı hidroliği).
Bir gelgit santrali, elektrik üretmek için gelgitlerin enerjisini kullanan bir hidroelektrik santralidir . Brittany'deki düşük elektrik üretimini telafi etmek için 1966'da devreye alınan Rance gelgit enerji santrali buna bir örnektir.
dalgalardanJapon kaynak ilk ilgilenen oldu dalganın tarafından 1945 den takip Norveç ve Birleşik Krallık'ta .
ayının başındaAğustos 1995, Okyanus Yenilenebilir Enerji Powered Swell ( OSPREY), kullanım dalga enerjisine ilk santral kuzeyinde yer almaktadır, İskoçya . Prensip şudur: dalgalar bir tür batık kutuya girer, tabanda açılır, elektrik üreten alternatörleri çalıştıran türbinlerin içine havayı iter. Sonuncusu daha sonra denizaltı kablosuyla yaklaşık 300 metre uzaklıktaki sahile iletilir . Santral 2 MW gücündeydi , ne yazık ki dalgalardan zarar gören bu çalışma, 2007'de Felix Kasırgası'nın kuyruğu tarafından yok edildi . Yaratıcılarının cesareti kırılmıyor ve daha ucuz ve daha verimli yeni bir makine şu anda . odak . Elektrikten yoksun olan küçük adalara elektrik sağlanmasını ve bir deniz suyunu tuzdan arındırma tesisini sağlamayı mümkün kılmalıdır .
Deniz akıntılarındanİngiliz Marine Current Turbines (in) şirketinin bir projesi, elektrik üretmek için bir tekne pervanesine benzer okyanus akıntılarını kullanan türbinleri hayata geçirmeyi planlıyor .
Hidroelektrik enerjinin kaynağı olan su depolanabilirdir: bu nedenle elektrik üretimi yoğun olmayan saatlerde depolanarak yoğun saatlerde , yani şebekede talebin en fazla olduğu zamanlarda kullanılabilir . ayrıca hafta içi türbinlenmek üzere hafta sonları depolanabilir, hatta kışın türbinlenmek üzere kar erimesi sırasında ilkbaharda depolanabilir. Hidroelektrik üretimi, akış ve mevcut su rezervleri ile sınırlıdır; bu rezervler iklime , rezervuarların akış yukarısında yapılan pompalamaya (örneğin sulama için ) ve su rezervuarlarının (barajlar) boyutuna bağlıdır.
Dünyada kurulu hidroelektrik kapasitesi , 2020 yılı sonunda %1,6 artışla 1.330 GW'a ulaştı ve hidroelektrik üretimi %1.5 artışla 4.370 TWh olarak tahmin edildi . Yeni kapasite ilaveleri 2018'de 15,6 GW'a karşılık 2020'de 21 GW'a ulaştı . Bu ilavelerin neredeyse üçte ikisi Çin'de yapıldı: 13,8 GW ; yeni kapasite kuran ülkeler arasında sadece Türkiye megawatt'ı aştı: 2,5 GW . Çin, 370,2 GW veya dünya toplamının %27,8'i ile kurulu kapasiteye göre ülke sıralamasında büyük ölçüde hakimdir ve onu Brezilya (109,3 GW ) izlemektedir . Pompalı depolama bitkileri sahip 160 toplam GW kurulu gücü ve 9.000 GWh depolama kapasitesi. 2020'deki yeni kurulumlar , Çin'deki 1,2 GW dahil olmak üzere 1,5 GW'a ulaştı .
2018'de 21,8 GW'a karşılık 2019'da yeni kapasite ilaveleri 15,6 GW'a ulaştı. En büyük kapasiteye sahip ülkeler Brezilya: 4,92 GW , Çin: 4,17 GW ve Laos: 1,89 GW .
2019'da hidroelektriğin küresel elektrik üretimindeki payı BP tarafından %15,6 olarak tahmin ediliyor . Üretimi 2019'da %0,8, 2009'dan bu yana ise %22,5 arttı.
The World Factbook'a göre hidrolik, 2012'de dünya elektrik gücünün %18,7'sini ve 2011'de Avrupa'da %10,7'sini temsil ediyordu.
Hidroelektrik enerjinin üretimdeki payı, kurulu güçteki payından daha azdır: 2017'de dünya elektrik üretiminin %15,9'u (1973'te %20,9'a karşı), ancak elektrik üretimi ve tüketimi arasında anlık dengenin sağlanmasında özellikle önemli bir rol oynamaktadır; aslında, hidroelektrik gücü, esnekliği sayesinde (birkaç dakika içinde harekete geçirilebilir), temel bir ayarlama değişkenidir, çünkü elektrik enerjisinin büyük miktarlarda depolanması çok zordur.
| bölge |
2020 sonundaki toplam güç ( GW ) |
hangi GW pompalı depolama |
2020 GW eklemeleri |
2020 üretimi ( TWh ) |
Bölüm 2020 |
| Afrika | 38.2 | 3.4 | 0.94 | 139,5 | %3.2 |
| Güney ve Orta Asya | 154.4 | 7.8 | 1.61 | 498 | %11,4 |
| Doğu Asya ve Pasifik | 501.5 | 69.5 | 14.47 | 1643 | %37.6 |
| Avrupa | 254.5 | 54.9 | 3.03 | 674 | %15,4 |
| Kuzey ve Orta Amerika | 204.8 | 23.0 | 0,53 | 724 | %16,6 |
| Güney Amerika | 176.8 | 1.0 | 0.48 | 690 | %15,8 |
| dünya | 1330.1 | 159.5 | 21 | 4.370 | 100% |
| Ana üretici ülkeler | |||||
| Çin | 370.2 | 31.5 | 13.76 | 1.355 | %31.0 |
| Brezilya | 109.3 | 0.03 | 0.21 | 409.5 | %9,4 |
| Kanada | 82.0 | 0,2 | 0.27 | 383 | %8,8 |
| Amerika Birleşik Devletleri | 102.0 | 22.9 | 0.02 | 291 | %6.7 |
| Rusya | 49.9 | 1.4 | 0.38 | 196 | %4,5 |
| Hindistan | 50.5 | 4.8 | 0.48 | 155 | %3,5 |
| Norveç | 33.0 | 1.4 | 0.32 | 141.7 | %3.2 |
| Japonya | 50.0 | 27.6 | 0.11 | 89.2 | %2,0 |
| Türkiye | 31.0 | - | 2.48 | 77.4 | %1.8 |
| Venezuela | 15.4 | - | - | 72.0 | %1,6 |
| İsveç | 16.5 | 0.1 | - | 71.6 | %1,6 |
| Fransa | 25.5 | 5.8 | - | 64.8 | %1,5 |
| Vietnam | 17.1 | - | 0.08 | 52.0 | %1,2 |
| Paraguay | 8.8 | - | - | 49.3 | %1,1 |
| İtalya | 22.6 | 7.7 | - | 47.7 | %1,1 |
| Kolombiya | 11.9 | - | 0.02 | 45.8 | %1.0 |
| Avusturya | 14.6 | 5.6 | - | 42.5 | %1.0 |
| İsviçre | 16.9 | 3.0 | - | 40.6 | %0.9 |
| Veri kaynağı: Uluslararası Hidroelektrik Birliği. | |||||
Kurulu gücü pompalanan depolama güç tesislerinde 159.494 ulaştı MW 31490 dahil MW Çin (% 19,7) 'de, 27.637 MW Japonya'da (17.3%) ve 22855 MW ABD'de (% 14.3); bu üç ülke dünya toplamının %51,3'ünü oluşturmaktadır.
2017 yılında en büyük hidroelektrik üreticileri Çin (%28,3), Kanada (%9,4), Brezilya (%8,8) ve Amerika Birleşik Devletleri (%7,7) olmuştur. Ancak bu yenilenebilir enerjinin ulusal elektrik üretimindeki yeri çok değişkendir ve beş ülke Norveç'te %95,7, Brezilya'da %62,9, Kanada'da %59,6, Vietnam'da %44,8 ve İsveç'te %39,7 pay ile öne çıkmaktadır.
Genel olarak yüksek uygulama maliyetlerine rağmen, bakım maliyetleri makul, tesisler uzun süre dayanacak şekilde tasarlanmıştır, yakıt maliyeti yoktur ve uygun şekilde yönetilirse su enerjisi yenilenebilir . kWh başına maliyet, yapılan kurulumun özelliklerine bağlı olarak önemli ölçüde değişir; büyük nehirler üzerindeki dev barajların oranı son derece düşük olabilir, bu da alüminyum gibi elektro-yoğun endüstrileri cezbeder; ancak yüksek maliyetli tesisler, operasyon esneklikleri ve genel üretimi düzenleme yetenekleri nedeniyle çok karlı olabilir.
Hidroelektrik, petrol veya doğal gazın aksine yenilenebilir enerji olarak kabul edilir .
Bazı araştırmalar, hidroelektrik sistemlerin sera gazı dengesi hakkında şüpheler uyandırıyor. Özellikle tropik bölgelerde barajlar, su içinde bakteriyolojik aktivitesi, büyük miktarlarda serbest olur metan (gaz sahip olan , sera etkisine CO daha güçlü 20 kez 2). Baraj projelerinde hidroelektrik üretimi, taşkınların ve sonuçlarının kontrolü, bir akarsuyun seyrüsefer kabiliyetinin iyileştirilmesi, kanallara su temini, sulama için su stoklarının oluşturulması, turizm gibi diğer amaçlar sıklıkla tamamlayıcıdır. ..
2014 yılında Çin'de Yangzi Nehri üzerinde Üç Boğaz Barajı'nın kurulmasından bu yana , bu ülke hidroelektrik üretiminde Asya'da olduğu kadar Afrika ve Güney Amerika'da da lider olmuştur. Bu tür yapıların ekonomik sorunlarının yanı sıra küresel ısınmaya karşı mücadelenin diğer ekolojik sorunlara üstün geldiği görülmektedir.
Çevresel etkileri yerine koymak yapının tipine ve büyüklüğüne göre değişir: doğal şelaleler, deniz akıntıları, dalgalar istismar gelince onlar düşüktür, ancak doğal şelaleler, deniz akıntıları istismar meselesi ise çok önemli hale, dalgalar, barajlar ve yapay su rezervuarları oluşturmakla ilgilidir. İkinci durumda, genel olarak, tarım arazilerinin ve köylerin ortadan kalkması (nüfusun yer değiştirmesine yol açar) yanı sıra faunanın (yalnızca sucul değil) ve genel olarak çevredeki tüm ekosistemin hareketinin bozulmasını eleştirir.
Önemli çevresel etkilerin bazı dikkate değer örnekleri şunlardır:
Deltaların çökmesi, depremler gibi su rezervuarlarının neden olduğu sonuçlara ek olarak, yapıların kendileri inşa edilmesinden dolayı afetler olabilir. Böylece, Mekong'un bir kolu olan Pian Nehri üzerinde, Laos'taki birçok baraj gibi , gerçek bir etki çalışması yapılmadan inşa edilen bir barajın 2018'de çökmesi , 6.600 kişiyi evsiz bıraktı ve yüzden fazla kurbana neden oldu. Felaket , Kamboçya'daki 17 köyü yutan Mekong Nehri'nin sularını etkiledi .