Mikä on vesivoima? – Selitys, toiminta ja hyödyt
Mikä on vesivoima? Selkeä selitys vesivoiman toiminnasta, eduista ja ympäristövaikutuksista – lue, miten padot, turbiinit ja generaattorit tuottavat sähköä.
Vesivoima on sähköä, joka tuotetaan veden liikkeen energian avulla pyörivillä generaattoreilla. Yleisin tapa on rakentaa patojen avulla vesivarastoja, joista vesi johdetaan painovoiman vaikutuksesta putkia pitkin turbiineihin. Padon yläpuolelle kertynyt vesi sisältää potentiaalienergiaa, joka muutetaan virtaavaksi energiaksi kun vesi lopulta vapautetaan. Virtaavan veden liike pyörittää turbiinia, ja turbiinin akseli pyörittää generaattoria, joka tuottaa sähköä.
Miten vesivoima toimii?
Perusperiaate on yksinkertainen: veden korkeusero luo paineen, joka saa veden virtaamaan. Veden potentiaalienergia muuttuu ensin kineettiseksi energiaksi kun vesi kulkee putkia (esimerkiksi paineputkia tai tunnelia pitkin) turbiiniin, jossa se muuttaa turbiinin lapojen liikkeeksi. Turbiinin pyörimisliike muunnetaan generaattorissa sähköksi, joka muuntajan avulla siirretään sähköverkkoon.
Vesivoiman tyypit
- Altaalliset voimalaitokset (reservoir): patojen ja tekoaltaiden avulla varastoidaan vettä. Ne voivat säätää tuotantoa pitkällä aikavälillä ja toimia myös tulvasuojana.
- Juoksutusvoimalaitokset (run-of-river): hyödyntävät joen luonnollista virtausta ilman suurta varastoa; tuotanto seuraa veden virtaamaa ja voi vaihdella nopeasti.
- Pumppuvoimalaitokset (pumped-storage): toimivat veden varastointina sähkön varastona — ylijäämäsähköllä pumpataan vettä ylempään altaaseen ja tuotantoa voidaan lisätä kun vettä lasketaan alas turbiineihin.
Vesivoiman osat
- Pato ja allas — säätävät veden virtausta ja muodostavat korkeuseron.
- Ottokaivo ja suodattimet — johtavat vettä ja estävät roskien pääsyn turbiiniin.
- Putkistot (penstock) — kuljettavat veden turbiinille korkeapaineisena.
- Turbiini — vesivirran mekaaninen muunnin (esim. Kaplan-, Francis- tai Pelton-turbiinit eri tilanteisiin).
- Generaattori — muuttaa turbiinin mekaanisen energian sähköksi.
- Laitoksen säätö- ja sähköjärjestelmät — muuntajat, suojalaitteet ja liitäntä sähköverkkoon.
Hyödyt
- Vesivoima on uusiutuvaa energiaa ja tuottaa käytössä huomattavasti vähemmän suoria kasvihuonekaasupäästöjä kuin fossiiliset polttoaineet.
- Se on erittäin tehokas energianmuunnosprosessi ja voi tuottaa suuria tehoja jatkuvasti tai nopeasti säädettävänä tuotantona.
- Pumppuvoimalat tarjoavat tehokkaan tavan varastoida energiaa ja tasapainottaa sähköverkkoa silloin, kun tuotanto vaihtelee (esim. tuuli- ja aurinkovoiman kanssa).
- Vesivoimalat voivat myös tarjota vesihuollon hallintaa, kastelumahdollisuuksia ja tulvasuojausta paikallisella tasolla.
Haitat ja ympäristövaikutukset
Vesivoimaan liittyy myös haittoja, jotka on otettava huomioon suunnittelussa ja lupa- sekä korvausprosesseissa:
- Padot ja altaat muuttavat jokien luonnollista virtausta, mikä voi heikentää kalakantoja, vesikasvillisuutta ja jokiekosysteemejä. Kalateiden tai kalaporttien rakentaminen voi osittain lieventää vaikutuksia.
- Laajat tekoaltaat voivat aiheuttaa ihmisten ja eläinten asuinalueiden siirtymistä sekä maisemallisia muutoksia.
- Altaissa tapahtuva orgaanisen aineksen hajoaminen vapauttaa joskus metaania, erityisesti trooppisilla alueilla.
- Padot muuttavat sedimenttien kulkeutumista, mikä voi johtaa jokien uoman muuttumiseen ja merenrantojen eroosioon.
- Tuotanto voi vaihdella sään ja veden saatavuuden mukaan; pitkittynyt kuivuus vähentää tuotantoa.
Käyttö maailmanlaajuisesti
Vesivoima tuottaa noin kuudesosan maailman sähköstä. Se on monissa maissa merkittävä tai jopa määräävä sähköntuotannon muoto: esimerkiksi Norjassa ja Quebecissä suuri osa sähköstä tuotetaan vesivoimalla. Suurimmat vesivoimamaat maailmassa ovat myös muun muassa Kiina, Brasilia, Kanada ja Yhdysvallat.
Käytännön huomioita
Vesivoiman suunnittelussa pitää huomioida paikalliset olosuhteet, ekologiset vaikutukset, yhteiskunnalliset seuraukset ja taloudelliset kustannukset. Nykyään kestävän kehityksen periaatteet ja tekniset ratkaisut — kuten pienemmän mittakaavan juoksutuslaitokset, kalatiet ja sedimentinhallintamenetelmät — pyritään ottamaan laajemmin käyttöön vaikutusten vähentämiseksi.
Yhteenvetona vesivoima on tehokas ja joustava tapa tuottaa sähköä, mutta sen ympäristö- ja yhteiskunnalliset vaikutukset edellyttävät huolellista suunnittelua ja paikallisten olosuhteiden huomioimista.
Vesivoimala Saksassa
Ihmiset ovat hyödyntäneet putoavan veden energiaa jo tuhansien vuosien ajan.
Vesivoimalaitokset
| Sijoitus | Asema | Maa | Sijainti | Kapasiteetti (MW) |
| 1 | 30°49′15″N 111°00′08″E / 30.82083°N 111. | 22,500 | ||
| 2 | Itaipu | 25°24′31″S 54°35′21″W / 25.40861°S 54. | 14,000 | |
| 3 | Xiluodu (rakenteilla) | 28°15′52″N 103°38′47″E / 28.26444°N 103. | 10,780 | |
| 4 | Guri | 07°45′59″N 62°59′57″W / 7.76639°N 62. | 10,235 | |
| 5 | 03°49′53″S 49°38′36″W / 3.83139°S 49. | 8,370 | ||
| 6 |
| 47°57′23″N 118°58′56″W / 47.95639°N 118. | 6,809 |
Vesivoiman edut
Sähkön tuotantotapa ei vahingoita ympäristöä yhtä paljon kuin fossiiliset polttoaineet, kuten öljy tai hiili. Vesivoima on erittäin tehokasta ja turvallista, eikä se tuota jätettä.
Vesivoimapatojen tärkeä etu on niiden kyky toimia huippuvoimalaitoksena. Kun sähkön kysyntä vähenee, pato yksinkertaisesti varastoi lisää vettä. Altaaseen varastoitu vesi voidaan vapauttaa (päästää pois), kun sitä tarvitaan, joten energiaa voidaan tuottaa nopeasti. Jotkin vesivoimalaitokset käyttävät pumppuvoimalaitosta ylimääräisen energian varastoimiseen (usein yön aikana) pumppaamalla vettä altaaseen sähkön avulla. Sähköä voidaan tuottaa, kun kysyntä kasvaa. Tämän joustavuuden ansiosta vesivoima sopii hyvin yhteen vähemmän hallittavien, ajoittaisten energialähteiden kanssa. Kun tuuli ei puhalla tai aurinko ei paista, vesivoimaa voidaan tuottaa.
Jokipatoihin varastoidun veden käyttöä vaikeuttavat joskus kastelutarpeet, jotka voivat tapahtua sähköenergian huipputarpeiden kanssa eri vaiheessa.
Toinen etu on se, että vesivoima ei voi loppua niin kauan kuin vettä on riittävästi. Kun pato on rakennettu, sähkö maksaa hyvin vähän, jätettä tai saasteita ei synny, ja sähköä voidaan tuottaa aina kun sitä tarvitaan.
Muutamissa vesivoimalaitoksissa ei ole patoa, vaan ne käyttävät jokivirtaa. Ne tuottavat vähemmän sähköä, eivätkä ne voi varastoida energiaa myöhempää käyttöä varten.
Vesivoiman haitat
Suurten patojen rakentaminen veden pidättämiseksi voi vahingoittaa ympäristöä. Vuonna 1983 Australian hallitus esti Tasmanian osavaltion hallitusta rakentamasta patoa Gordon-joelle Tasmaniassa valtavan yleisömielenosoituksen jälkeen. Pato olisi tulvittanut Franklin-joen. Kiinassa sijaitseva Kolmen rotkon pato on maailman suurin vesivoimahanke ja maailman suurin voimalaitos. Pato on tulvittanut valtavan alueen, minkä vuoksi 1,2 miljoonaa ihmistä on jouduttu siirtämään. Tutkijat ovat huolissaan padon monista ongelmista, kuten saastumisesta, lietteestä ja padon seinämän murtumisvaarasta.
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mitä on vesivoima?
V: Vesivoima on sähköä, jota tuotetaan generaattoreilla, joita veden liike pyörittää.
K: Miten se yleensä valmistetaan?
V: Sitä tehdään yleensä patojen avulla, jotka tukkivat osittain joen ja muodostavat vesivaraston. Vesi päästetään vapaaksi, ja padon paine pakottaa veden putkia pitkin, jotka johtavat turbiiniin, joka pyörittää generaattoria ja tuottaa sähköä.
K: Kuinka monta prosenttia maailman sähköstä tuotetaan?
V: Tällä uusiutuvan energian menetelmällä tuotetaan noin kuudesosa maailman sähköstä.
K: Aiheuttaako se vähemmän saasteita kuin muut menetelmät?
V: Kyllä, se tuottaa vähemmän saasteita kuin höyrykoneet.
K: Onko olemassa paikkoja, joissa suurin osa sähköstä saadaan vesivoimalla?
V: Kyllä, joissakin paikoissa, kuten Norjassa ja Quebecissä, suurin osa sähköstä saadaan tällä tavoin.
K: Onko kaikissa maissa useita tapoja tuottaa sähköä?
V: Kyllä, koska kaikilla menetelmillä on hyvät ja huonot puolensa, useimmissa maissa on useita tapoja tuottaa sähköä.
K: Onko vesivoima nykyään monissa maissa tyypillisesti suosittua?
V: Kyllä, useimmissa maissa vesivoima on nykyään ensisijainen tai yksi ensisijaisista menetelmistä.
Etsiä