Vodní elektřina -Hydroelectricity

Přehrada Tři soutěsky ve střední Číně je největší zařízení na výrobu elektřiny všeho druhu na světě.

2019 světová výroba elektřiny podle zdrojů (celková výroba byla 27 petawatthodin )

  Uhlí (37 %)
  Zemní plyn (24 %)
  Hydro (16 %)
  Jaderná (10 %)
  Vítr (5 %)
  Solární (3 %)
  Jiné (5 %)

Hydroelektřina neboli hydroelektrická energie je elektřina vyrobená z vodní energie (vodní energie). Vodní energie dodává šestinu světové elektřiny , téměř 4500 TWh v roce 2020, což je více než všechny ostatní obnovitelné zdroje dohromady a také více než jaderná energie .

Vodní energie může poskytnout velké množství nízkouhlíkové elektřiny na vyžádání, což z ní činí klíčový prvek pro vytváření bezpečných a čistých systémů dodávek elektřiny. Vodní elektrárna s přehradou a nádrží je flexibilním zdrojem, protože množství vyrobené elektřiny lze zvýšit nebo snížit v sekundách nebo minutách v reakci na měnící se poptávku po elektřině. Jakmile je hydroelektrický komplex postaven, neprodukuje žádný přímý odpad a téměř vždy emituje podstatně méně skleníkových plynů než energetické elektrárny na fosilní paliva . Při výstavbě v nížinných oblastech deštných pralesů , kde je část lesa zaplavena, však může být emitováno značné množství skleníkových plynů.

Výstavba komplexu hydroelektráren může mít významný dopad na životní prostředí, zejména ve ztrátě orné půdy a vysídlení obyvatelstva. Narušují také přirozenou ekologii dotčené řeky, ovlivňují stanoviště a ekosystémy a vzorce zanášení a eroze. Zatímco přehrady mohou zmírnit rizika povodní, selhání přehrad může být katastrofální.

Dějiny

Muzeum vodní elektrárna ″Pod městem″ v Srbsku , postavená v roce 1900.

Vodní energie se od starověku používá k mletí mouky a provádění dalších úkolů. V pozdní 18. století hydraulická síla poskytovala zdroj energie potřeboval pro start průmyslové revoluce . V polovině 70. let 18. století publikoval francouzský inženýr Bernard Forest de Bélidor Architecture Hydraulique , který popisoval hydraulické stroje s vertikální a horizontální osou, a v roce 1771 sehrála významnou roli kombinace vodní síly , vodního rámu a nepřetržité výroby Richarda Arkwrighta . při rozvoji továrního systému s moderními postupy zaměstnávání. Ve 40. letech 19. století byla vyvinuta hydraulická energetická síť k výrobě a přenosu vodní energie ke koncovým uživatelům.

Koncem 19. století byl vyvinut elektrický generátor a mohl být nyní spojen s hydraulikou. Rostoucí poptávka vyplývající z průmyslové revoluce by také podpořila rozvoj. V roce 1878 byl William Armstrong v Cragside v Northumberlandu v Anglii vyvinut první hydroelektrický systém na světě . Sloužil k napájení jedné obloukové lampy v jeho umělecké galerii. Stará elektrárna Schoelkopf č. 1 v USA poblíž Niagarských vodopádů začala vyrábět elektřinu v roce 1881. První Edisonova vodní elektrárna, Vulcan Street Plant , zahájila provoz 30. září 1882 v Appletonu, Wisconsin , s výkonem asi 12,5 kW. V roce 1886 bylo ve Spojených státech a Kanadě 45 vodních elektráren; a v roce 1889 jich bylo jen ve Spojených státech 200.

Warwick Castle vodní generátorový dům, který se používal pro výrobu elektřiny pro hrad od roku 1894 do roku 1940

Na počátku 20. století bylo v horách poblíž metropolitních oblastí stavěno obchodními společnostmi mnoho malých vodních elektráren. Grenoble ve Francii pořádal mezinárodní výstavu vodní energie a cestovního ruchu s více než milionem návštěvníků. V roce 1920, kdy 40 % elektřiny vyrobené ve Spojených státech bylo vodních, byl uzákoněn Federal Power Act . Zákon vytvořil Federal Power Commission k regulaci vodních elektráren na federální půdě a vodě. Jak se elektrárny zvětšovaly, jejich související přehrady vyvinuly další účely, včetně protipovodňové ochrany , zavlažování a navigace . Federální financování se stalo nezbytným pro rozvoj ve velkém měřítku a byly vytvořeny federálně vlastněné korporace, jako je Tennessee Valley Authority (1933) a Bonneville Power Administration (1937). Kromě toho Bureau of Reclamation , které zahájilo sérii západních amerických zavlažovacích projektů na počátku 20. století, nyní stavělo velké hydroelektrické projekty, jako je Hoover Dam z roku 1928 . Armádní sbor inženýrů Spojených států se také podílel na vývoji hydroelektráren, v roce 1937 dokončil přehradu Bonneville a byl uznán zákonem o kontrole povodní z roku 1936 jako přední federální agentura pro kontrolu povodní.

Vodní elektrárny se během 20. století stále zvětšovaly. Vodní energie byla označována jako „bílé uhlí“. Hooverova přehrada je počáteční 1,345 MW elektrárna byla největší světová vodní elektrárna v 1936; byla zastíněna přehradou Grand Coulee o výkonu 6 809 MW v roce 1942. Přehrada Itaipu byla otevřena v roce 1984 v Jižní Americe jako největší s výkonem 14 GW , ale v roce 2008 ji překonala přehrada Three Gorges Dam v Číně s výkonem 22,5 GW . Vodní elektřina by nakonec zásobovala některé země, včetně Norska , Demokratické republiky Kongo , Paraguaye a Brazílie , více než 85 % jejich elektřiny.

Budoucí potenciál

V roce 2021 IEA uvedla, že je potřeba vyvinout větší úsilí, aby pomohla omezit změnu klimatu . Některé země vysoce rozvinuly svůj hydroenergetický potenciál a mají velmi malý prostor pro růst: Švýcarsko produkuje 88 % svého potenciálu a Mexiko 80 %.

Modernizace stávající infrastruktury

V roce 2021 IEA uvedla, že jsou nutné velké modernizační renovace.

Metody generování

Průřez konvenční vodní přehradou
Přečerpávací
Průběh řeky
Přílivová

Konvenční (přehrady)

Většina vodní energie pochází z potenciální energie přehrazené vody pohánějící vodní turbínu a generátor . Výkon odebraný z vody závisí na objemu a na výškovém rozdílu mezi zdrojem a odtokem vody. Tento výškový rozdíl se nazývá hlava . Velká trubka (" přivaděč ") dodává vodu z nádrže do turbíny.

Přečerpávací

Tato metoda vyrábí elektřinu pro zajištění vysokých špičkových požadavků pohybem vody mezi nádržemi v různých nadmořských výškách. V dobách nízké spotřeby elektrické energie se přebytečná výrobní kapacita využívá k čerpání vody do vyšší nádrže, čímž je zajištěna odezva na straně poptávky . Když se poptávka zvýší, voda se uvolňuje zpět do spodní nádrže přes turbínu. V roce 2021 přečerpávací systémy poskytly téměř 85 % ze 190 GW celosvětového úložiště energie v síti a zlepšily denní kapacitní faktor výrobního systému. Přečerpávací vodní elektrárna není zdrojem energie a ve výpisech se objevuje jako záporné číslo.

Průběh řeky

Průtokové vodní elektrárny jsou takové, které mají malou nebo žádnou kapacitu nádrže, takže pro výrobu je v tu chvíli k dispozici pouze voda přicházející z horního toku a případný přebytek musí zůstat nevyužit. Stálý přísun vody z jezera nebo stávající nádrže proti proudu je významnou výhodou při výběru míst pro stékání řeky.

Slapy

Přílivová elektrárna využívá každodenního vzestupu a poklesu oceánské vody v důsledku přílivu a odlivu; takové zdroje jsou vysoce předvídatelné, a pokud podmínky umožňují výstavbu nádrží, mohou být také použitelné pro výrobu energie během období vysoké poptávky. Méně běžné typy hydroplánů využívají kinetickou energii vody nebo nepřehrazené zdroje, jako jsou vodní kola s podhozem . Přílivová energie je životaschopná na relativně malém počtu míst po celém světě.

Velikosti, typy a výkony vodních elektráren

Velké vybavení

Největšími výrobci elektřiny na světě jsou vodní elektrárny, přičemž některá vodní zařízení jsou schopna generovat více než dvojnásobek instalovaného výkonu současných největších jaderných elektráren .

Ačkoli neexistuje žádná oficiální definice pro rozsah kapacity velkých vodních elektráren, zařízení od více než několika stovek megawattů jsou obecně považována za velká vodní zařízení.

V současnosti je celosvětově v provozu pouze pět zařízení nad 10 GW ( 10 000 MW ), viz tabulka níže.

Hodnost Stanice Země Umístění Kapacita ( MW )
1. Přehrada Tři soutěsky  Čína 30°49′15″N 111°00′08″V / 30,82083°N 111,00222°E / 30,82083; 111,00222 ( přehrada Tři soutěsky ) 22 500
2. Přehrada Itaipu  Brazílie Paraguay
 
25°24′31″J 54°35′21″Z / 25,40861°J 54,58917°Z / -25,40861; -54,58917 ( přehrada Itaipu ) 14 000
3. Přehrada Xiluodu  Čína 28°15′35″N 103°38′58″V / 28,25972°N 103,64944°E / 28,25972; 103,64944 ( přehrada Xiluodu ) 13 860
4. Přehrada Belo Monte  Brazílie 03°06′57″J 51°47′45″Z / 3,11583°J 51,79583°Z / -3,11583; -51,79583 ( přehrada Belo Monte ) 11,233
5. Guri Dam  Venezuela 07°45′59″N 62°59′57″Z / 7,76639°N 62,99917°Z / 7,76639; -62,99917 ( přehrada Guri ) 10 200


Panoramatický pohled na přehradu Itaipu s přelivy (v době fotografie zavřené) vlevo. V roce 1994 zvolila Americká společnost stavebních inženýrů přehradu Itaipu za jeden ze sedmi divů moderního světa .

Malý

Malá vodní elektrárna je vodní elektrárna v měřítku sloužící malé komunitě nebo průmyslovému závodu. Definice malého vodního projektu se liší, ale jako horní limit je obecně přijímána výrobní kapacita až 10 megawattů (MW). To může být v Kanadě a Spojených státech rozšířeno na 25 MW a 30 MW .

Mikrovodní zařízení ve Vietnamu
Vodní elektřina Pico v Mondulkiri , Kambodža

Malé vodní elektrárny mohou být napojeny na konvenční elektrické rozvodné sítě jako zdroj levné obnovitelné energie. Alternativně mohou být malé vodní projekty postaveny v izolovaných oblastech, které by bylo neekonomické obsluhovat ze sítě, nebo v oblastech, kde neexistuje národní elektrická distribuční síť. Vzhledem k tomu, že malé vodní projekty mají obvykle minimální nádrže a stavební práce, jsou považovány za mající relativně nízký dopad na životní prostředí ve srovnání s velkými vodními elektrárnami. Tento snížený dopad na životní prostředí silně závisí na rovnováze mezi tokem proudu a výrobou energie.

Micro

Mikro vodní elektrárna znamená vodní elektrárny , které obvykle produkují výkon až 100 kW . Tyto instalace mohou dodávat energii izolovanému domu nebo malé komunitě nebo jsou někdy připojeny k elektrické síti. Po celém světě existuje mnoho těchto zařízení, zejména v rozvojových zemích, protože mohou poskytnout ekonomický zdroj energie bez nákupu paliva. Mikrovodní systémy doplňují fotovoltaické solární energetické systémy, protože v mnoha oblastech je průtok vody, a tím i dostupná vodní energie, nejvyšší v zimě, kdy je solární energie na minimu.

Pico

Pico hydro je vodní elektrárna s výkonem do 5 kW . Je užitečný v malých odlehlých komunitách, které vyžadují pouze malé množství elektřiny. Například projekt ITDG Pico Hydro o výkonu 1,1 kW v Keni zásobuje 57 domácností velmi malou elektrickou zátěží (např. pár světel a nabíječku telefonu nebo malou televizi/rádio). Ještě menší turbíny o výkonu 200-300 W mohou napájet několik domácností v rozvojové zemi s poklesem pouze 1 m (3 stopy). Uspořádání Pico-hydro je typicky průtočné , což znamená, že se nepoužívají přehrady, ale potrubí spíše odvádí část toku, spouští ho dolů po gradientu a prochází turbínou, než se vrátí do proudu.

Podzemí

Podzemní elektrárna se obecně používá ve velkých zařízeních a využívá velký přirozený výškový rozdíl mezi dvěma vodními toky, jako je vodopád nebo horské jezero. Je vybudován tunel pro odvádění vody z vysoké nádrže do výrobní haly vybudované v kaverně poblíž nejnižšího bodu vodního tunelu a horizontální odpadní voda odvádějící vodu do spodní výstupní vodní cesty.

Měření sazeb tailrace a forebay u vápencové elektrárny v Manitobě , Kanada .

Výpočet dostupného výkonu

Jednoduchý vzorec pro aproximaci výroby elektrické energie ve vodní elektrárně je:

kde

  • je výkon (ve wattech )
  • ( eta ) je koeficient účinnosti (bezjednotkový, skalární koeficient, v rozsahu od 0 pro zcela neefektivní do 1 pro zcela efektivní).
  • ( rho ) je hustota vody (~1000  kg / m 3 )
  • je objemový průtok (v m 3 /s)
  • je hmotnostní průtok (v kg/s)
  • ( Delta h) je změna výšky (v metrech )
  • je gravitační zrychlení (9,8 m/s 2 )

Účinnost je často vyšší (tj. blíže k 1) u větších a modernějších turbín. Roční produkce elektrické energie závisí na dostupných zásobách vody. V některých instalacích se může průtok vody v průběhu roku lišit faktorem 10:1.

Vlastnosti

Výhody

Elektrárna Ffestiniog dokáže vyrobit 360 MW elektřiny do 60 sekund od vzniku poptávky.

Flexibilita

Vodní energie je flexibilním zdrojem elektřiny, protože stanice lze velmi rychle zvyšovat a snižovat, aby se přizpůsobily měnícím se požadavkům na energii. Vodní turbíny mají dobu náběhu řádově několik minut. Přestože je baterie rychlejší, její kapacita je ve srovnání s vodními bateriemi malá. Převedení většiny vodních jednotek ze studeného startu do plného zatížení trvá méně než 10 minut; to je rychlejší než jaderná energie a téměř všechna fosilní paliva. Výroba energie může být také rychle snížena, pokud existuje přebytek výroby energie. Omezená kapacita vodních elektráren se proto obecně nevyužívá k výrobě základní energie, kromě vyprázdnění povodňové nádrže nebo uspokojení potřeb po proudu. Místo toho může sloužit jako záloha pro nehydrogenerátory.

Výkon s vysokou hodnotou

Hlavní výhodou konvenčních vodních elektráren s nádržemi je jejich schopnost ukládat vodu s nízkými náklady pro pozdější expedici jako vysoce hodnotná čistá elektřina. V roce 2021 IEA odhadla, že „nádrže všech stávajících konvenčních vodních elektráren mohou dohromady uložit celkem 1 500 terawatthodin (TWh) elektrické energie v jednom úplném cyklu“, což bylo „asi 170krát více energie než celosvětová flotila přečerpávací vodní elektrárny“. Neočekává se, že by kapacita akumulátoru během roku 2020 předstihla přečerpávací. Při použití jako špičkový výkon k uspokojení poptávky má vodní elektřina vyšší hodnotu než výkon základního zatížení a mnohem vyšší hodnotu ve srovnání s přerušovanými zdroji energie , jako je vítr a slunce.

Vodní elektrárny mají dlouhou ekonomickou životnost, přičemž některé elektrárny jsou stále v provozu i po 50–100 letech. Provozní mzdové náklady jsou také obvykle nízké, protože závody jsou automatizované a za normálního provozu mají na místě jen málo personálu.

Tam, kde přehrada slouží více účelům, může být přidána vodní elektrárna s relativně nízkými stavebními náklady, což poskytuje užitečný tok příjmů pro kompenzaci nákladů na provoz přehrady. Bylo spočítáno, že prodej elektřiny z přehrady Tři soutěsky pokryje náklady na výstavbu po 5 až 8 letech plné výroby. Některá data však ukazují, že ve většině zemí budou velké vodní přehrady příliš nákladné a jejich výstavba bude trvat příliš dlouho, než aby přinesly pozitivní výnos přizpůsobený riziku, pokud nebudou zavedena vhodná opatření k řízení rizik.

Vhodnost pro průmyslové aplikace

Zatímco mnoho projektů vodních elektráren zásobuje veřejné elektrické sítě, některé jsou vytvořeny tak, aby sloužily konkrétním průmyslovým podnikům. Vyhrazené projekty vodních elektráren se často staví tak, aby poskytovaly značné množství elektřiny potřebné například pro elektrárny na výrobu hliníku . Přehrada Grand Coulee přešla na podporu hliníku Alcoa v Bellinghamu, Washington , Spojené státy americké pro letadla z druhé světové války , než bylo po válce povoleno poskytovat občanům zavlažování a energii (kromě hliníkové energie). V Surinamu byla přehrada Brokopondo postavena, aby poskytovala elektřinu pro hliníkový průmysl Alcoa . Novozélandská elektrárna Manapouri byla postavena pro dodávku elektřiny do hliníkové huti v Tiwai Point .

Snížené emise CO 2

Protože přehrady vodních elektráren nepoužívají palivo, při výrobě energie nevzniká oxid uhličitý . Zatímco oxid uhličitý je zpočátku produkován během výstavby projektu a část metanu je každoročně uvolňována z nádrží, vodní elektrárny mají jednu z nejnižších emisí skleníkových plynů během životního cyklu při výrobě elektřiny. Nízký dopad vodních elektráren na skleníkové plyny se vyskytuje zejména v mírných klimatech . Větší dopady emisí skleníkových plynů se vyskytují v tropických oblastech, protože zásobníky elektráren v tropických oblastech produkují větší množství metanu než v oblastech mírného pásma.

Stejně jako jiné zdroje nefosilních paliv, ani vodní energie nemá žádné emise oxidu siřičitého, oxidů dusíku nebo jiných částic.

Další využití nádrže

Nádrže vytvořené hydroelektrickými schématy často poskytují zázemí pro vodní sporty a samy se stávají turistickými atrakcemi. V některých zemích je akvakultura v nádržích běžná. Víceúčelové přehrady instalované pro zavlažování podporují zemědělství s relativně konstantní dodávkou vody. Velké vodní přehrady mohou kontrolovat povodně, které by jinak postihly lidi žijící pod projektem. Správa přehrad, které se používají i pro jiné účely, jako je zavlažování , je komplikovaná.

Nevýhody

V roce 2021 IEA vyzvala k „robustním standardům udržitelnosti pro veškerý rozvoj vodní energie se zjednodušenými pravidly a předpisy“.

Poškození ekosystému a ztráta půdy

Přehrada Merowe v Súdánu . Vodní elektrárny, které používají přehrady , ponořují velké plochy země kvůli požadavku na nádrž . Tyto změny barvy země nebo albeda , spolu s určitými projekty, které současně zaplavují deštné pralesy, mohou v těchto konkrétních případech vést k dopadu globálního oteplování nebo ekvivalentních skleníkových plynů životního cyklu hydroenergetických projektů, které potenciálně převýší dopad uhelných elektráren.

Velké nádrže spojené s tradičními vodními elektrárnami mají za následek zaplavení rozsáhlých oblastí proti proudu přehrad, což někdy ničí biologicky bohaté a produktivní nížinné a říční údolní lesy, bažiny a pastviny. Přehrazení přerušuje tok řek a může poškodit místní ekosystémy a budování velkých přehrad a nádrží často znamená vysídlení lidí a divoké zvěře. Ztráta půdy je často umocněna fragmentací stanovišť okolních oblastí způsobenou nádrží.

Projekty vodních elektráren mohou narušit okolní vodní ekosystémy jak proti proudu, tak po proudu od areálu elektrárny. Výroba vodní energie mění prostředí po proudu řeky. Voda vycházející z turbíny obvykle obsahuje velmi málo suspendovaných sedimentů, což může vést k vymývání koryt řek a ztrátě břehů. Vzhledem k tomu, že vrata turbín se často otevírají přerušovaně, jsou pozorovány rychlé nebo dokonce denní výkyvy průtoku řeky.

Sucho a ztráta vody výparem

Sucho a sezónní změny ve srážkách mohou výrazně omezit vodní energii. Voda se může ztrácet také odpařováním.

Zanášení a nedostatek průtoku

Když voda proudí, má schopnost transportovat částice těžší než ona po proudu. To má negativní vliv na přehrady a následně jejich elektrárny, zejména na řekách nebo v povodích s vysokým zanášením. Odbahnění může naplnit nádrž a snížit její schopnost kontrolovat povodně a způsobit další horizontální tlak na horní část přehrady. Nakonec se některé nádrže mohou během povodně naplnit sedimentem a být neužitečné nebo přeplnit a selhat.

Změny v množství průtoku řeky budou korelovat s množstvím energie vyrobené přehradou. Nižší průtoky řek sníží množství živých zásob v nádrži, čímž se sníží množství vody, kterou lze použít pro vodní elektřinu. Výsledkem sníženého průtoku řeky může být nedostatek energie v oblastech, které jsou silně závislé na vodní energii. Riziko nedostatku toku se může zvýšit v důsledku změny klimatu . Jedna studie z řeky Colorado ve Spojených státech naznačuje, že mírné změny klimatu, jako je zvýšení teploty o 2 stupně Celsia vedoucí k 10% poklesu srážek, by mohly snížit odtok řek až o 40 %. Zejména Brazílie je zranitelná kvůli své velké závislosti na vodní elektřině, protože rostoucí teploty, nižší průtok vody a změny v dešťovém režimu by mohly do konce století snížit celkovou produkci energie o 7 % ročně.

Emise metanu (z nádrží)

Hoover Dam ve Spojených státech je velké konvenční přehradní zařízení s instalovaným výkonem 2 080 MW .

Nižší pozitivní dopady se nacházejí v tropických oblastech. V nížinných oblastech deštných pralesů , kde je nutné zaplavit část lesa, bylo zjištěno, že zásoby elektráren produkují značné množství metanu . To je způsobeno rostlinným materiálem v zaplavených oblastech, který se rozkládá v anaerobním prostředí a tvoří metan, skleníkový plyn . Podle zprávy Světové komise pro přehrady , kde je nádrž velká ve srovnání s generační kapacitou (méně než 100 wattů na metr čtvereční plochy) a před zatopením nádrže nebylo provedeno žádné mýcení lesů v oblasti, skleník emise plynu z ložiska mohou být vyšší než u konvenčních tepelných elektráren spalujících olej.

V boreálních nádržích Kanady a severní Evropy však emise skleníkových plynů obvykle tvoří pouze 2 až 8 % jakéhokoli druhu konvenční tepelné výroby fosilních paliv. Nová třída podvodních těžebních operací, která se zaměřuje na utopené lesy, může zmírnit účinek rozkladu lesů.

Přemístění

Další nevýhodou vodních elektráren je nutnost přemístit obyvatele tam, kde jsou nádrže plánovány. V roce 2000 Světová komise pro přehrady odhadla, že přehrady fyzicky vysídlily 40–80 milionů lidí na celém světě.

Rizika selhání

Protože velká konvenční přehradní vodní zařízení zadržují velké objemy vody, selhání způsobené špatnou konstrukcí, přírodní katastrofou nebo sabotáží může být katastrofální pro osady a infrastrukturu po proudu řeky.

Během tajfunu Nina v roce 1975 přehrada Banqiao v jižní Číně selhala, když do 24 hodin spadlo více než roční déšť (viz porucha přehrady Banqiao z roku 1975 ). Výsledná povodeň měla za následek smrt 26 000 lidí a dalších 145 000 na epidemie. Miliony lidí zůstaly bez domova.

Vytvoření přehrady na geologicky nevhodném místě může způsobit katastrofy, jako byla katastrofa v roce 1963 na přehradě Vajont v Itálii, kde zemřelo téměř 2000 lidí.

Porucha přehrady Malpasset ve Fréjus na francouzské riviéře (Côte d'Azur), jižní Francie, se zhroutila 2. prosince 1959 a následná povodeň zabila 423 lidí.

Menší přehrady a mikro vodní zařízení představují menší riziko, ale mohou představovat pokračující nebezpečí i po vyřazení z provozu. Například malé hliněné nábřeží Kelly Barnes Dam selhalo v roce 1977, dvacet let poté, co byla jeho elektrárna vyřazena z provozu, a způsobilo 39 mrtvých.

Srovnání a interakce s jinými způsoby výroby energie

Vodní elektřina eliminuje emise spalin ze spalování fosilních paliv , včetně znečišťujících látek, jako je oxid siřičitý , oxid dusnatý , oxid uhelnatý , prach a rtuť v uhlí . Vodní elektřina také zabraňuje nebezpečím těžby uhlí a nepřímým zdravotním účinkům emisí uhlí. V roce 2021 IEA uvedla, že vládní energetická politika by měla „ocenit hodnotu mnoha veřejných výhod poskytovaných vodními elektrárnami“.

Jaderná energie

Jaderná energie je poměrně nepružná; i když dokáže poměrně rychle snížit svůj výkon. Vzhledem k tomu, že nákladům na jadernou energii dominují její vysoké náklady na infrastrukturu, náklady na jednotku energie výrazně rostou s nízkou výrobou. Z tohoto důvodu se jaderná energie většinou používá pro základní zatížení . Naproti tomu hydroelektřina může dodávat špičkový výkon za mnohem nižší náklady. Vodní elektřina se tak často používá k doplnění jaderných nebo jiných zdrojů pro sledování zátěže . Mezi příklady zemí, kde jsou spárovány v podílu téměř 50/50, patří elektrická síť ve Švýcarsku , sektor elektřiny ve Švédsku a v menší míře Ukrajina a sektor elektřiny ve Finsku .

Síla větru

Větrná energie prochází předvídatelnými změnami podle ročního období, ale je přerušovaná na denní bázi. Maximální produkce větru má malý vztah ke špičkové denní spotřebě elektřiny, vítr může vrcholit v noci, kdy není potřeba energie, nebo být klidný během dne, kdy je spotřeba elektřiny nejvyšší. Občasné počasí může vést k nízkému větru po dobu několika dnů nebo týdnů. Vodní nádrž schopná uchovat týdny výkonu je užitečná pro vyrovnání výroby na rozvodné síti. Špičkový výkon větru může být kompenzován minimální vodní energií a minimální vítr může být kompenzován maximální vodní energií. Tímto způsobem se snadno regulovatelný charakter vodní energie využívá ke kompenzaci přerušovaného charakteru větrné energie. Naopak v některých případech může být větrná energie využita k ušetření vody pro pozdější použití v období sucha.

Příkladem toho je obchodování Norska se Švédskem, Dánskem, Nizozemskem, Německem a Spojeným královstvím. Norsko je z 98 % vodní, zatímco jeho rovinatí sousedé mají větrnou energii. V oblastech, které nemají vodní energii, plní přečerpávací vodní elektrárny podobnou roli, ale s mnohem vyššími náklady a o 20 % nižší účinností.

Světová kapacita vodních elektráren

Světový podíl obnovitelné energie (2008)
Trendy v pěti největších zemích produkujících vodní elektřinu
Podíl výroby elektřiny z vodní energie, 2020

Hodnocení kapacity vodních elektráren je buď podle skutečné roční produkce energie, nebo podle jmenovitého výkonu instalovaného výkonu. V roce 2015 vyrobila vodní energie 16,6 % celkové světové elektřiny a 70 % veškeré elektřiny z obnovitelných zdrojů. Vodní energie se vyrábí ve 150 zemích, přičemž asijsko-pacifický region vytvářel v roce 2010 32 procent celosvětové vodní energie. Čína je největším výrobcem vodní energie s 721 terawatthodinami výroby v roce 2010, což představuje přibližně 17 procent domácí spotřeby elektřiny. Brazílie , Kanada , Nový Zéland , Norsko , Paraguay , Rakousko , Švýcarsko , Venezuela a několik dalších zemí mají většinu vnitřní výroby elektrické energie z vodní energie. Paraguay vyrábí 100 % elektřiny z vodních elektráren a 90 % své produkce vyváží do Brazílie a Argentiny. Norsko vyrábí 96 % své elektřiny z vodních zdrojů. Velké elektrárny mají tendenci stavět vlády, takže většina kapacity (70 %) je ve veřejném vlastnictví, i když od roku 2021 většinu závodů (téměř 70 %) vlastní a provozuje soukromý sektor.

Vodní elektrárna zřídka pracuje na plný výkon přes celý rok; poměr mezi ročním průměrným výkonem a jmenovitým instalovaným výkonem je kapacitní faktor . Instalovaný výkon je součtem jmenovitých výkonů všech generátorů.

Deset největších výrobců vodních elektráren v roce 2020
Země Roční
výroba vodních elektráren ( TWh )
Instalovaná
kapacita ( GW )

Faktor kapacity
% světové
produkce
% v domácí výrobě
elektřiny
 Čína 1232 352 0,37 28,5 % 17,2 %
 Brazílie 389 105 0,56 9,0 % 64,7 %
 Kanada 386 81 0,59 8,9 % 59,0 %
 Spojené státy 317 103 0,42 7,3 % 7,1 %
 Rusko 193 51 0,42 4,5 % 17,3 %
 Indie 151 49 0,43 3,5 % 9,6 %
 Norsko 140 33 0,49 3,2 % 95,0 %
 Japonsko 88 50 0,37 2,0 % 8,4 %
 Vietnam 84 18 0,67 1,9 % 34,9 %
 Francie 71 26 0,46 1,6 % 12,1 %
Instalovaná kapacita vodní energie (MW)
# Země nebo území 2020
1 ČínaČína 370 160
2 BrazílieBrazílie 109 318
3 Spojené státySpojené státy 103 058
4 KanadaKanada 81 058
5 RuskoRusko 51 811
6 IndieIndie 50 680
7 JaponskoJaponsko 50 016
8 NorskoNorsko 33 003
9 krocankrocan 30 984
10 FrancieFrancie 25 897
11 ItálieItálie 22 448
12 ŠpanělskoŠpanělsko 20 114
13 VietnamVietnam 18 165
14 VenezuelaVenezuela 16 521
15 ŠvédskoŠvédsko 16 479
16 ŠvýcarskoŠvýcarsko 15 571
17 RakouskoRakousko 15 147
18 ÍránÍrán 13 233
19 MexikoMexiko 12 671
20 KolumbieKolumbie 12 611
21 ArgentinaArgentina 11 348
22 NěmeckoNěmecko 10 720
23 PákistánPákistán 10 002
24 ParaguayParaguay 8 810
25 AustrálieAustrálie 8 528
26 LaosLaos 7 376
27 PortugalskoPortugalsko 7 262
28 ChileChile 6 934
29 RumunskoRumunsko 6 684
30 Jižní KoreaJižní Korea 6 506
31 UkrajinaUkrajina 6 329
32 MalajsieMalajsie 6 275
33 IndonésieIndonésie 6 210
34 PeruPeru 5 735
35 Nový ZélandNový Zéland 5 389
36 TádžikistánTádžikistán 5 273
37 EkvádorEkvádor 5 098

Ekonomika

Důležitým faktorem jsou vážené průměrné náklady kapitálu .

Viz také

Reference

externí odkazy