12
EkoTecH Hidro-Elektrisiteit Alternatiewe bron van elektrisiteit Nicolaas Salomo Uys 16049187 3/7/2011

Verslag B 16049187

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Verslag B 16049187

EkoTecH

Hidro-Elektrisiteit

Alternatiewe bron van elektrisiteit

Nicolaas Salomo Uys 16049187

3/7/2011

Page 2: Verslag B 16049187

i

Opsomming

In „n wêreld waar die toename in elektrisiteit verbruik „n dringende bekommernis is is dit

nodig om hernubare energie bronne te ondersoek , een van hierdie bronne naamlik Hidro-

elektrisiteit toon „n groter potensiaal as meeste ander hernubare bronne.

Mense gebruik al vir duisende jare die krag van water om toerusting aangedryf bv. die Grieke

wat water gebruik het om koring te maal. Die konsep van hidro-elektrisiteit is maar om

hierdie krag van water tot die doeleinde van elektrisiteit voorsien in te span.

Die grootste spronge in die tegnologie van Hidro-elektrisiteit het gekom in die 1700s en

1800s.In 1882 het die eerste hidro-kragstasie in werking getree in Amerika Appleton

Wisconsin en in 1929 is die eerste gepompde water-opgaar projek voltooi in New Milford ,

Connecticut.

Sowat 15% van die wêreld se huidige krag verbruik word na omgesien deur hidroëlektrisiteit

en dat daar ook groot uitbreidings beplan word deur verskeie lande, dit toon dat Hidro-

elektrisiteit „n groot rol gaan speel in die toekoms

Die verslag gee ‟n kort verduideliking oor hoe elektrisiteit opgewek kan word deur water en

noem die verskeie metodes wat gebruik kan word onder andere; diversie ,gepompde opgaar

projekte en opberging..

Hidroëlektrisiteit is in die langtermyn een van die mees ekonomiesste hernubare-energie

bron , maar in die korttermyn het dit groot nadeel as gevolg van die groot aanvanklike koste

om projekte te voltooi ander voordele en nadele soos die sosiale- en omgewingsimpak word

ook in hierdie verslag bespreek.

Hidroëlektrisiteit is alreeds ‟n energie bron wat grotendeels benut word , tog is die potensiaal

wat dit het nog nie bereik nie en is dit definitief een van die voorstanders wanneer dit kom by

plaasvervangers vir fossielbrandstowwe as hoof energie bron vir die wêreld.

Page 3: Verslag B 16049187

ii

Inhoudsopgawe

1 Inleiding ........................................................................................... 1

2 Bekendstelling van hidroëlektrisiteit ............................................... 1

2.1 Breë oorsig ......................................................................................................... 1

2.2 Historiese oorsig ................................................................................................ 1

2.3 HUIDIGE BYDRAE VAN HIDRO-ELEKTRISITEIT ............................................................ 2

3 Opwekking van elektrisiteit deur water .......................................... 3

3.1 Proses ................................................................................................................ 3

3.2 TIPES HIDRO-ELEKTRIESE KRAGSTASIES ................................................................. 4

3.2.1 Opberging .......................................................................................................... 4

3.2.2 Diversie.............................................................................................................. 5

3.2.3 Gepompde water-opgaar projekte...................................................................... 5

3.3 TIPES TURBINES .................................................................................................... 5

3.3.1 Impuls turbine .................................................................................................... 5

3.3.2 Reaksie turbine .................................................................................................. 6

4 Voordele van hidro-elektrisiteitsopwekking .................................... 6

4.1 EKONOMIESE- EN PRODUKTIWITEIT VOORDELE ........................................................ 6

4.2 SOSIALE VOORDELE .............................................................................................. 6

4.3 OMGEWINGS VOORDELE ........................................................................................ 7

5 Nadele van hidro-elektrisiteitsopwekking ....................................... 7

5.1 EKONOMIESE EN PRODUKTIWITEIT NADELE ............................................................. 7

5.2 SOSIALE NADELE ................................................................................................... 7

5.3 OMGEWINGS NADELE ............................................................................................. 8

6 Gevolgtrekking ................................................................................. 8

7 Bronnelys.......................................................................................... 9

Page 4: Verslag B 16049187

1

1 Inleiding

In die huidige wêreld word daar baie klem gelê op die huidige energie krisis en word daar

spesifiek gekyk na alternatiewe energie bronne om fossielbrandstowwe te vervang.

Daar is verskeie tipes hernubare energie bronne naamlik sonkrag, windkrag, hidro krag en

geo-termiese krag; almal goeie kandidate om fossielbrandstowwe te vervang as

kragvoorsiener van die wêreld.

Die verslag gaan Hidro-elektrisiteit bespreek eerstens met „n bekendstelling oor die bron wat

sal handhaaf „n oorsig oor die bron die huidige bydrae tot wêreld se krag aanvraag en die

historiese oorsig van hierdie bron. Daar sal ook gekyk word na hoe elektrisiteit uit hierdie

bron opgewek kan word, die proses saal verduidelik word en inligting oor tipes hidro-

kragstasies en turbines sal oorgedra word asook kostes aangaande Hidro-elektriese

kragstasies en dit sal afsluit met „n slot oor algemene aanname oor doeltreffendheid van

bron.

2 Bekendstelling van hidro-elektrisiteit

2.1 Breë oorsig

Water is al vir duisende jare gebruik om verskeie prosesse aan te drewe die idee om

elektrisiteit op te wek deur gebruik te maak van water bestaan al sedert die 1800‟s.

Water word deur „n turbine gestoot of deur „n horisontale krag van gepompde water-opgaar

projekte of die vloei van „n rivier.

Water wat deur „n hidro-elektriese kragstasie opgewek word , word ook nie opgebruik nie dus

kan hierdie water nog aangewend word vir ander doeleindes soos besproeiing van landerye

of dit kan water verskaf aan naby geleë stede. Die damme kan selfs benut word as „n

vermaaklikheid.

2.2 Historiese oorsig

Mense gebruik al hidro krag vir duisende jare .Die Grieke het water wiele gebruik om koring

te maal meer as 2000 jaar terug. Die krag van water is nie net gebruik om koring te maal nie

verskeie prosesse was deur aangedryf ,onder andere saagmeule en tekstiele werkswinkels

Die evolusie van die Hidro krag turbine het eers begin in midde 1700s toe „n Franse

Hidroloog en militêre ingenieur , Bernard Forest de Bélidor, „n boek geskryf het oor die

verskille in horisontale aandrywing en vertikale aandrywing in „n water aangedrewe turbine.

Page 5: Verslag B 16049187

2

Die grootste sprong in die tegnologie het in 1882 gekom toe „n turbine die eerste keer aan „n

elektriese opwekker gekoppel was, dit was die wêreld se eerste Hidro-elektriese kragstasie

in Amerika Appleton Wisconsin. (History of Hydropower 2008)

Tussen 1886 en 1929 het daar verskeie vorderinge gekom in die gebied van hidroëlektrisiteit

In 1886 was omtrent 45 opwekkers in Amerika en Kanada opgerig teen 1889 was daar

omtrent 200 hidro-elektriese kragopwekkers wat vir meeste van Amerika se krag verbruik

voorsien het. In 1891 is Hidro-elektriese kragstasie die eerste keer gebruik om 3 fase krag

oor „n afstand van 175km te vervoer in Duitsland, Frankfort. In 1895 was die eerste

publiekbesitte Hidro-elektriese kragstasie in Duck Reach, Tasmania voltooi. Tussen 1900 en

1929 was daar verskeie ontwikkelinge gemaak in die tegnologie wat gebruik word in Hidro-

elektriese kragstasies en die turbines wat deur water aangedryf word en in 1929 was die

Rocky Rivier Plant by New Milford , Connecticut voltooi die eerste groot gepompde water-

opgaar projek Hidro-elektriese kragstasie. (What is hydropower's history? 2006)

2.3 Huidige bydrae van hidro-elektrisiteit

Tans word 18% van die wêreld se elektrisiteit opgewek deur hernubare energiebronne. Van

daardie 18% is 15% hidro-elektrisiteit opwekking soos getoon in Figuur 1. In 2008 en 2009

het die sektor in albei jare vergroot met omtrent 31 GW kapasiteit. In 2009 was hierdie

Figuur 1:Gedeelte van wêreld krag toegekry aan hernubare energie

Bron (Renewables Global Status Report 2010)

Page 6: Verslag B 16049187

3

vergroting die tweede hoogste vergroting in „n hernubare bron en slegs wind krag het hidro-

elektrisiteit oorskry.

Huidiglik is Sjina die land met die grootste kapasiteit met omtrent 197 GW. Amerika wat

tweede lê met 81 GW.

Groot vermeerdering is tans beplan vir 2011. Meeste van hierdie kan toegeskryf word aan

Brasilië , Sjina , India ,Malaysia , Rusland , Turkye , Vietnam. Wêreld wyd is daar tans 15

gepompde water-opgaar projekte projekte onder konstruksie in omtrent 9 lande India wat

400mw teen 2012 wil byvoeg en Suid Afrika wat met „n 1350 MW grootte projek besig is wat

teen 2013 in werking sal tree. (Renewables Global Status Report 2010)

Soos in Figuur 2 getoon kan gesien word dat Oos Asia en Midde Ooste sektor die grootste

ontwikkelinge beplan met die Europa sektor wat tans voor is met die meeste Hidro-elektriese

kragstasie (IHA Activity Report 2010)

3 Opwekking van elektrisiteit deur water

3.1 Proses

Water is deel van „n oneindige siklus. Water in oseane en damme word gekondenseer deur

die son en dit vorm wolke, hierdie wolke presipiteer weer die water oor die binneland waar dit

vloei tot by die see soos gesien in Figuur 3. Die proses van hidro-elektrisiteit is een wat

hierdie siklus benut , Turbines word gedraai deur die vloei van die rivier en hierdie turbines

Figuur 2:Huidige opdeling van hidro-elektrisiteit

Bron (IHA Activity Report 2010)

Page 7: Verslag B 16049187

4

word dan gekoppel aan „n opwekker om elektrisiteit op te wek. Hierdie elektrisiteit word dan

in die sisteem ingestoot om krag te voorsien aan huise besighede ens. Omdat die water

nooit opgebruik word nie kan dit beskou word as „n hernubare bron van energie

3.2 Tipes hidro-elektriese kragstasies

Daar is drie tipes hidro-elektriese kragstasies naamlik diversie, gepompde water-opgaar

projekte en opberging skema

Party skemas gebruik damme en ander nie. Meeste damme is gebou vir ander doeleindes

voordat dit na „n hidro-elektriese kragsentrale omgeskakel is, in Amerika is daar omtrent

80000 damme waarvan slegs 2400 gebruik word om elektrisiteit op te wek. Die grootte van „n

hidro-elektriese kragstasie kan verskil van „n klein plaaslike skema tot „n skema wat vir hele

stede krag voorsien.

3.2.1 Opberging

Die opberging metode is die mees algemeenste tipe kragstasie en word gewoonlik net by die

groter projekte gebruik. „n Dam word gebou om rivier water op te berg, die water word dan

vrygelaat en vloei deur „n turbine om dit aan te dryf, hierdie turbine is gekoppel aan „n

opwekker wat elektrisiteit opwek. Water binne die dam kan vrygelaat word om „n konstante

dam vlak te behou of om na die aanvraag van elektrisiteit te omsien.

Figuur 4 is ‟n tipiese deursnit van ‟n damwal by die opberging metode.

(Types of Hydropower Plants 2005)

Figuur 3:Water siklus

Bron (How Hydropower Works 2005)

Page 8: Verslag B 16049187

5

Figuur 4:Hidro-elektriese dam

Bron (Types Hydropower Plants 2005)

3.2.2 Diversie

Hierdie skema wat „n gedeelte van „n rivier se vloei herlei deur „n penstock of kanaal „n dam

is nie nodig vir hierdie tipe skema nie , die water wat dan herlei is kan gebruik word om „n

turbine aan te dryf, hierdie turbine kan dan ‟n opwekker aandryf wat elektrisiteit opwek.

(Types of Hydropower Plants 2005)

3.2.3 Gepompde water-opgaar projekte

Wanneer elektrisiteit aanvraag laag is kan elektrisiteit gestoor word deur so „n skema te

gebruik .Water word vanuit „n dam op „n lae grondvlak gepomp na „n dam met „n hoer

grondvlak, wanneer aanvraag weer hoër is word water vanuit die hoër dam laat vloei na die

laer dam en die gravitasie krag van hierdie water word dan gebruik om „n turbine aan te dryf,

hierdie turbine kan dan ‟n opwekker aandryf wat elektrisiteit opwek. (Types of Hydropower

Plants 2005)

3.3 Tipes turbines

Daar is twee tipes turbines; impuls en reaksie turbines. Die tipe turbine wat vir „n sekere

projek gebruik gaan word kan bepaal word deur na verskeie faktore te kyk; vlak van

stilstaande water, die hoeveelheid water vloei , kostes en waar die turbine moet geïnstalleer

word.

3.4 Impuls turbine

Die turbine gebruik gewoonlik die volume van water om dit aan te dryf .Water beweeg oor die

wiel en word vrygelaat in atmosferiese drukking. Daar is geen vakuum wat gevorm word in

die turbine nie en water vloei weer uit aan die onderkant van turbine behuising. Hierdie

metode word verkieslik gebruik waar die water vlakke hoog is en die rivier nie sterk vloei

nie(Types of Hydropower Turbines 2005)

Page 9: Verslag B 16049187

6

3.5 Reaksie turbine

‟n Reaksie turbine gebruik beide die vloei van water en drukking in „n kombinasie om

aangedryf te word. Die waterwiel aan die binnekant van die turbine word onder die water

geplaas inplaas van konvensionele metodes wat slegs ‟n gedeelte van die water wiel onder

water plaas waar water slegs een of 2 lemme op ‟n slag tref .Hierdie opstelling is meer

effektief in sterk vloeiende water en waar die rivier vlakke laer is. (Types of Hydropower

Turbines 2005)

4 Voordele van hidro-elektrisiteitsopwekking

4.1 Ekonomiese- en produktiwiteit voordele

Hidroëlektriese kragstasies bied ‟n groot ekonomiese voordeel as gevolg van die baie lae

bedryfs- en onderhoudkoste, die kragstasies hou ook langer as ander tipe hernubare

kragopwekkers en dus hoef duur toerusting minder vervang te word.

Behalwe die bogenoemde koste voordele bo ander hernubare bronne het hidro elektrisiteit

ook die voordeel om teen piek tye die hoeveelheid elektrisiteit wat opgewek word kan

verhoog deur die sluise van die dam groter op te maak asook om die sluise toe te maak

wanneer die aanvraag op elektrisiteit laer is hierdie voordeel kom spesifiek by opberging en

gepompde water-opgaar projekte

Hidroëlektrisiteit is lank deel van die wêreld se vooraanstaande voorsieners van elektrisiteit

en dus is die tegnologie van hidroëlektrisiteit ook al baie meer gevorder as die ander

hernubare bronne en het ‟n baie hoër effektiwiteit koëffisiënt as gevolg hiervan.

Ook omdat hidro kragstasies die water wat dit gebruik nie besoedel nie kan dieselfde damme

gebruik word om die water voorsiening van ‟n area baie te vergemaklik . (Sustainable

Hydropower 2011)

4.2 Sosiale voordele

Hidro elektriese kragstasies dra verskeie voordele by tot die sosiale omgewing onder andere

ontwikkel die bou van ‟n kragsentrale die infrastruktuur van die omliggende omgewing , dit

verskaf ook baie werk en maak die toegang tot elektrisiteit makliker vir almal wat naby die

kragsentrale woon.

Die omliggende omgewing word ook beskerm van oorstromings omdat die bou van ‟n

hidroëlektriese kragsentrale die vloei van water baie beter kan beheer as die natuurlike vloei

van ‟n rivier wat dit veiliger maak vir mense om nader aan die rivier beddings te bly omdat

die risiko van oorstroming verlaag word.

Page 10: Verslag B 16049187

7

Groot hidro kragsentrale projekte kan ook huidige dorpies positief beïnvloed deur groot

invloei van mense en fondse. (Sustainable Hydropower 2011)

4.3 Omgewings voordele

Omdat die water wat in die kragsentrales gebruik word glad nie besoedel word nie is die

effek wat ‟n hidro kragsentrale op die natuurlike omgewing het baie klein , geen hulpbronne

word gebruik in die proses nie dus word ook geen afvalstowwe geproduseer nie.

Die damme van die hidro kragsentrale skep ook groot areas waar nuwe varswater- ekologie

kan ontwikkel, hierdie nuwe ekologie kan ook gebruik vir navorsings doeleindes.

(Sustainable Hydropower 2011)

5 Nadele van hidro-elektrisiteitsopwekking

5.1 Ekonomiese en produktiwiteit nadele

Een van die grootse ekonomiese nadele van hidro kragstasies is die baie groot aanvanklike

koste wat dit benodig om so ‟n projek te voltooi , dit is ook een van die hoof redes hoekom

hidro elektrisiteit nie meer algemeen beskikbaar is nie.

Saam met die hoë koste van die oprigting van ‟n hidroëlektriese kragstasie gaan ‟n baie lang

beplanningsproses wat die samewerking van baie partye oor die hele proses benodig onder

andere regerings, maatskappye, beleggers, kontrakteurs asook omgewings bewaring

organisasies omdat daar so baie verskillende partye betrokke is by die beplanning van ‟n

nuwe kragsentrale bemoeilik dit die proses aansienlik baie

Die produktiwiteit van ‟n hidroëlektriese kragstasie word ook verminder deur die opbou van

slik in turbines asook sedimentasie in damme. Nog ‟n nadeel wat genoem moet word, is dat

by die Diversie metode is die kragstasie ook afhanklik van die reënval in die gebied.

(Sustainable Hydropower 2011)

5.2 Sosiale nadele

N baie groot sosiale nadeel van die oprigting van Hidroëlektriese kragstasies is dat groot

gebiede van reeds bewoonde areas partykeer moet verplaas word om plek te maak vir die

projek , soos in die geval van die Three Gorges projek in Sjina , waar 1.13 miljoen mense

verplaas moes geword het.(Boyle, 2004)

Opbou van bakterieë as gevolg van groot stilstaande water massas is ook ‟n nadeel wat

voorkom moet word indien die water ‟wat gebruik word versprei gaan word aand nabygeleë

gemeenskappe. (Sustainable Hydropower 2011)

Page 11: Verslag B 16049187

8

5.3 Omgewings nadele

Die mees prominente nadeel van hidroëlektriese kragstasies is die omgewings nadele en

daar word baie klem opgelê wanner nuwe projekte aangepak word. Dit kan toegeskryf word

aan hoofsaaklik die oorstroming van gebiede bo die damwal van ‟n kragstasie indien nie reg

gekontroleer nie kan dit verskeie probleme veroorsaak , soos versteuring van ekosisteme,

vermindering van habitat van moontlike bedreigde spesies , dit het ook ‟n groot impak op die

migrasie van visspesies .

Omdat hidroëlektrisiteit al so lank deel is van voorsieners van elektrisiteit kan meeste van

hierdie kwessies deur voldoende navorsing en goeie beplanning voorkom word en is daar

oplossing vir al die nadele van hidroëlektriese krag opwekking . (Sustainable Hydropower

2011)

6 Gevolgtrekking

Ons kan deur te kyk na die inligting wat verskaf word duidelik sien dat hidro-elektrisiteit

alreeds ‟n gevestigde bron van elektrisiteit in die wêreld is en dat dit effektief gebruik maak

van die die krag van water. Hierdie verslag het gekyk na beide die verlede en die hede van

hidroëlektrisiteit , ook is die proses van hoe om elektrisiteit op te wek deur middel van water

gebruik te maak verduidelik. Daarna is die voor- en nadele van Hidroëlektrisiteit bespreek ten

opsigte van die ekonomiese , sosiale en omgewings sektore. As gekyk word na die voordele

van hidroëlektrisiteit is dit merkwaardig beter indien vergelyk word met ander hernubare-

energie bronne. Die aanvanklike koste van ‟n hidroëlektriese kragsentrale is een van die

groot belemmerende faktore wat oorskry moet word om dit ‟n nog meer algemene verskynsel

te maak in die wêreld.

Hidroëlektrisiteit is alreeds ‟n energie bron wat grotendeels benut word , tog is die potensiaal

wat dit het nog nie bereik nie en is dit definitief een van die voorstanders wanneer dit kom by

plaasvervangers vir fossielbrandstowwe as hoof energie bron vir die wêreld.

“Hydropower will continue to be part of the solution to the world‟s water, energy and climate

challenges.” (Richard M. Taylor International Hydropower Association, 2010)

Page 12: Verslag B 16049187

9

7 Bronnelys

Boyle, G. 2004. Renewable Energy – Power for a sustainable future. Second edition. Oxford

University Press.

History of Hydropower 2008 [Intyds] Beskikbaar:

http://www1.eere.energy.gov/windandhydro/hydro_history.html [2011, Maart 07].

Hydroelectric power water use 2011 [Intyds] beskikbaar

byhttp://ga.water.usgs.gov/edu/wuhy.html [2011 Mei 05].

IHA Activity Report 2010[Intyds] Beskikbaar:

http://www.hydropower.org/publications/publications_and_policy_statements.html, [2011

Maart 07].

Renewables Global Status Report 2010[Intyds] Beskikbaar:

http://www.ren21.net/REN21Activities/Publications/GlobalStatusReport/GSR2010/tabid/5824/

Default.aspx [2011 Maart 07].

Sustainable Hydropower 2011 [Intyds] Beskikbaar:

http://www.sustainablehydropower.org/index.html, [2011 mei 05].

Types of Hydropower Turbines 2005 [Intyds] Beskikbaar:

http://www1.eere.energy.gov/windandhydro/hydro_turbine_types.html, [2011Maart 07].

Types of Hydropower Plants 2005 [Intyds] Beskikbaar:

http://www1.eere.energy.gov/windandhydro/hydro_plant_types.html [2011, Maart 07].

What is hydropower's history? 2006[Intyds] Beskikbaar:

http://www.ieahydro.org/What_is_hydropower%27s_history.html [2011 Maart 07].