液压动力：特性，工作方式，优势，用途 - 环境 - 2025

所述液压动力是能力的水，以产生工作中的运动，光，热的基于它们的势能和动能的形式。它也被认为是一种清洁的高性能可再生能源。

该能量由流量，水在其中移动的地面上各个点之间的不均匀性以及重力所决定。自古以来，人类就一直使用它来执行不同的工作。

Itaipú大坝（巴西和巴拉圭）。资料来源：安吉洛·莱特霍尔德（Angelo Leithold）

液压能的最早用途之一是为水厂提供动力，以利用当前的力量。这样，可以通过齿轮将磨石打谷。

目前，它最相关的应用是通过水力发电厂或水力发电厂发电。这些工厂主要由水坝和涡轮机和交流发电机组成。

水积聚在渠道两级之间的大坝中（大地不均匀），产生重力势能。随后，水流（动能）激活涡轮，涡轮将能量传输到交流发电机以产生电能。

与其他能源不同，水能的优点之一是可再生且无污染。另一方面，它是高效的，产率为90-95％。

水力发电厂对环境的影响与温度的变化和水道的物理变化有关。同样，产生的废油脂也从机器中过滤出来。

它的主要缺点是由于大面积土地泛滥而造成的物理变化，河流的自然流量和航向也发生了变化。

世界上最大的水力发电站是位于中国长江上游的三峡。另外两个重要的是位于巴西和巴拉圭之间边界的伊泰普岛和委内瑞拉的西蒙·玻利瓦尔或古里水力发电厂。

特点

水能的来源是水，只要水循环不改变，就被认为是可再生能源。同样，它可以产生工作而不会产生固体废物或污染气体，因此被认为是清洁能源。

性能

能源效率是指过程中获得的能量与投资所需能量之间的关系。在使用水能的情况下，取决于水速和所使用的涡轮机系统，产率可达到90％到95％。

水电如何运作？

水力发电站的方案。资料来源：用户：Tomia

太阳能转化为动能

水能的基础是太阳能，土地的地形和地球的重力。在水循环中，太阳能导致蒸发，然后水凝结并沉淀在地球上。

由于地面不平坦和重力的影响，地球表面会产生地表水流。这样，由于水的运动，通过不平坦和重力的联合作用，太阳能转化为动能。

后来，水的动能可以转化为能够做功的机械能。例如，可以移动叶片，从而将运动传递到可以操作各种设备的齿轮系统。

水力的大小由河床两个给定点及其流量之间的不均匀性给出。土地的不平坦程度越大，水的势能和动能以及产生功的能力就越大。

从这个意义上说，势能是在水体内积累的能量，并且与水相对于地面的高度有关。另一方面，动能是水在下降运动中根据地形和重力而释放的动能。

水力发电（水力发电）

下降的水产生的动能可用于产生电能。这是通过建造水坝来实现的，在水坝中积水并保持在不同的高度。

因此，水的势能与一个点与另一个点之间的液位差成正比，当水落下时，它转换为动能。随后，水通过旋转叶片系统并产生旋转动能。

旋转运动允许移动齿轮系统，该齿轮系统可以激活机械系统，例如磨机，车轮或交流发电机。在水力发电的特定情况下，该系统需要涡轮机系统和交流发电机来发电。

涡轮机

涡轮机由水平轴或垂直轴组成，叶片系统通过水力使轴旋转。

水力涡轮机有三种基本类型：

佩尔顿涡轮

佩尔顿涡轮机。资料来源：Robertk9410

这是一种具有水平轴的高压脉冲涡轮，其工作状态并未完全浸没。叶轮具有一系列由水射流驱动的凹形叶片（叶片或齿）。

喷射到涡轮机上的水流越多，它将产生的功率就越大。这种类型的涡轮机适用于25至200米高的瀑布，效率高达90％。

弗朗西斯涡轮

弗朗西斯涡轮。资料来源：原始上传者是德国维基百科的Stahlkocher。

它是具有垂直轴的中压反应涡轮，完全浸没在水中。叶轮由叶片组成，叶片由流经分配器的水驱动。

它可以在20至200米高的瀑布中使用，效率高达90％。这是世界上大型水力发电站中最常用的涡轮机类型。

卡普兰涡轮

卡普兰涡轮机。资料来源：TheRunnerUp

它是弗朗西斯（Francis）涡轮机的一种变型，并且像它一样，具有垂直轴，但是叶轮由一系列可调叶片组成。它具有高压反应，完全浸没在水中。

Kaplan涡轮机用于5至20米高的瀑布中，其效率可达到95％。

交流发电机

交流发电机是一种具有通过电磁感应将机械能转换为电能的装置。因此，磁极（电感器）在线圈中与导电材料（例如，缠绕在软铁中的铜）的交替磁极交替旋转。

其操作基于以下事实：导体在一定时间内受到可变磁场的作用会产生电压。

优点

液压动力由于具有许多积极方面而被广泛使用。其中，我们可以强调：

很经济

尽管对于水力发电厂而言，初期投资很高，但从长远来看，从总体上讲，它是廉价能源。这是由于其稳定性和低维护成本。

此外，必须增加水库为水产养殖，水上运动和旅游业提供的经济补偿。

可再生的

由于它是基于水循环的，因此它是可再生的连续能源。这意味着它不会像化石燃料的能源那样及时耗尽。

但是，其连续性取决于给定区域或全球范围内水循环的变化。

高性能

液压能被认为是非常有效的，并且具有90％至95％的高性能。

它没有污染

这种能源使用自然资源，例如水，也不会产生废物或污染性气体。因此，它对环境的影响很小，被认为是一种清洁能源。

水库的存在

在为使用水力发电而建造水库的情况下，这些措施还带来了一系列其他好处：

-它们可以调节河流流量，避免洪水泛滥。

-它们代表着供人类消费，灌溉和工业使用的水库。

-它们可用作休闲区和进行水上运动的场所。

缺点

依赖降雨

水力发电的局限性在于它对降雨状况的依赖。因此，在特别干燥的年份，供水会急剧减少，水库水位降低。

当水流量减少时，电能的产生就减少。这样，在高度依赖水力能源供应的区域中可能会出现问题。

河流自然路线的变更

在河流中修建大坝会改变其自然过程，洪水状况，减少（流量减少）和泥沙拖曳过程。因此，水生或位于水体附近的动植物的生物学发生变化。

另一方面，大坝中沉积物的保留改变了河口三角洲的形成并改变了土壤条件。

溃坝的危险

由于某些水电站大坝中储存的大量水，违反挡土墙或附近的斜坡可能会导致严重事故。例如，在1963年，意大利Vajont大坝（现已废弃）的斜坡发生，造成2,000人死亡。

应用领域

摩天轮和水泵

由水的动能驱动的轮子的旋转允许水从浅井或通道被抽入高架的通道或水库。同样，车轮产生的机械能可以驱动液压泵。

最简单的模型由带轮和带碗的叶片的轮组成，这些轮在水流驱动的同时收集水。然后，通过旋转，它们将水滴入水箱或水槽。

米尔斯

在2000多年的历史中，希腊人和罗马人使用水力发电来推动工厂碾磨谷物。由水流驱动的车轮旋转激活了使磨石旋转的齿轮。

锻造

基于液压动力的作业能力的另一个古老应用是用于激活锻造和冶金作业中的锻造波纹管。

水力压裂

在采矿和石油中，水的动能用于腐蚀岩石，使其破裂并促进各种矿物的提取。为此，使用了巨大的加压水炮，该高压水炮击中了基板，直到其腐蚀为止。

这是对土壤和高污染水道的破坏性技术。

压裂

在石油工业中越来越有争议的一项技术是水力压裂。它包括增加含有石油和天然气的基岩的孔隙度，以便于去除。

这是通过在高压下注入大量水和沙子以及一系列化学添加剂来实现的。该技术因其高耗水量，污染土壤和水质并引起地质变化而受到质疑。

水力发电厂

现代最常见的用途是运行发电厂，即所谓的水力发电厂或水力发电厂。

水力发电厂的例子

三峡

三峡大坝（中国）。资料来源：Le Grand Portage衍生作品：Rehman

三峡水力发电厂位于中国湖北省长江沿岸。该水坝的建设始于1994年，并于2010年完成，达到1,045km²的水灾地区，装机容量为22,500 MW（兆瓦）。

该工厂包括34台弗朗西斯涡轮机（32台700兆瓦和2台50兆瓦），年发电量80.8吉瓦时。就结构和装机功率而言，它是世界上最大的水力发电厂。

三峡大坝已成功控制了河流的周期性洪水，这对人们造成了严重破坏。它还保证了该地区的电力供应。

但是，它的建造产生了一些负面影响，例如约200万人流离失所。此外，它还导致了极度濒危的中国河豚（Lipotes vexillifer）的灭绝。

伊泰普

伊泰普水坝。资料来源：Herr stahlhoefer

Itaipú水力发电厂位于巴拉那河沿岸的巴西和巴拉圭之间的边界。它的建设始于1970年，并在1984年，1991年和2003年分三个阶段结束。

大坝的洪水面积为1,350平方公里，装机容量为14,000兆瓦。该工厂包括20台每台700兆瓦的弗朗西斯涡轮机，年发电量为94.7吉瓦时。

就能源生产而言，伊泰普被认为是世界上最大的水力发电厂。它贡献了巴西和巴拉圭76％的电能消耗。

关于其负面影响，该水坝影响了岛屿的生态和巴拉那河的三角洲。

西蒙·玻利瓦尔（古里）

西蒙·玻利瓦尔水力发电厂（委内瑞拉古里）。资料来源：Warairarepano和Guaicaipuro

西蒙·玻利瓦尔水力发电厂，也称为古里水坝，位于委内瑞拉卡罗尼河上。大坝的建设始于1957年，第一阶段于1978年完成，并于1986年完成。

古里水坝的洪水面积为4,250平方公里，装机容量为10,200兆瓦。它的工厂包括21台弗朗西斯涡轮机（730 MW中的10台，180 MW中的4台，400 MW中的3台，225 MW中的3台和340 MW中的一台）

年产量为46 GWh，就结构和装机功率而言，它被认为是世界第三大水力发电厂。该水力发电厂提供委内瑞拉消耗的80％的电能，并将其一部分出售给巴西。

在该水电站的建设过程中，委内瑞拉圭亚那的生态系统大面积泛滥，该地区生物多样性高。

今天，由于委内瑞拉的严重经济危机，该工厂的生产能力已大大降低。

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