什么是水电？
了解水电如何将水能转化为电能，其优缺点
图片：伊泰普大坝，巴拉圭/巴西，国际水电协会 (IHA) 根据 CC BY 2.0 获得许可
什么是水力（水力）能？
水力发电是利用包含在水体流动中的动能。动能促进构成水力发电厂系统的涡轮叶片旋转，然后由系统的发电机转化为电能。
什么是水力发电厂（或水力发电厂）？
水力发电厂是一组工程和设备，用于利用河流的水力发电。水势由水流和沿河道存在的不平整度的集中度给出。这些缝隙可以是天然的（瀑布），也可以是水坝的形式，也可以是通过河流从天然河床分流到水库的形式。有两种类型的水库：堆积和径流水库。堆积物通常形成在河流的源头，在有高瀑布的地方，由大水库和大量积水组成。径流式水库利用河水的流速发电，因此产生的积水很少或不积水。
反过来，这些工厂根据以下因素进行分类：瀑布的高度、流量、装机容量或功率、系统中使用的涡轮机类型、大坝和水库。施工现场给出了落差和流量，这两个因素决定了水电站的容量或装机功率。装机容量决定了涡轮机、水坝和水库的类型。
根据国家电力局 (Aneel) 的一份报告，国家小型水力发电厂参考中心 (Cerpch，来自伊塔朱巴联邦大学 – Unifei) 将瀑布的高度定义为低（高达 15 米）、中等（15 到 150 米）和高（大于 150 米）。然而，这些措施并不是双方同意的。发电厂的规模还决定了将产生的电力输送给消费者的配电网络的规模。工厂越大，远离城市中心的趋势就越大。这需要建造经常跨州并造成能量损失的大型传输线。
水力发电厂是如何工作的？
水力发电需要综合考虑河流流量、地形的不平坦（自然与否）和可用水量。
水力发电厂的系统由以下部分组成：
坝
大坝的目的是中断河流的自然循环，创造一个水库。除了蓄水外，水库还有其他功能，例如形成水隙、收集足够量的水用于能源生产以及在雨季和干旱期间调节河流流量。
集水（引）水系统
由隧道、渠道和金属管道组成，将水输送到发电厂。
发电厂
系统的这一部分是连接到发电机的涡轮机。涡轮运动通过发电机将水运动的动能转化为电能。
有几种类型的涡轮机，主要是佩尔顿、卡普兰、弗朗西斯和灯泡。每个水力发电厂最合适的涡轮机取决于水头和流量。一个例子：球茎用于径流式植物，因为它不需要水库的存在，并且适用于低落差和高流量。
逃生通道
通过涡轮机后，水通过尾水道返回到天然河床。
逃生通道位于厂房和河流之间，其尺寸取决于厂房和河流的大小。
溢洪道
每当水库中的水位超过推荐的限制时，溢洪道允许水流出。这通常发生在下雨期间。
由于水位高于理想水位，当电力生产受到影响时，溢洪道被打开；或避免在工厂周围发生洪水泛滥，从而避免洪水泛滥，这种情况很可能发生在多雨的时期。
水力发电厂的实施造成的社会和环境影响
第一个水力发电厂建于 19 世纪后期，位于美国和加拿大之间的尼亚加拉大瀑布，当时煤炭是主要燃料，石油还没有得到广泛使用。在此之前，液压能仅用作机械能。
尽管水电是一种可再生能源，但Aneel报告指出，其在世界电力矩阵中的参与度很小，而且越来越小。越来越不感兴趣的原因是实施这种规模的项目所产生的负面外部效应。
实施大型水电项目的一个负面影响是，该地区或该工厂将实施的地点周围的居民的生活方式发生了变化。还必须强调的是，这些社区通常是被确定为传统人口的人类群体（土著人民、quilombolas、亚马逊河滨社区等），他们的生存取决于对居住地资源的使用，并且与他们有联系与领土文化秩序。
水力发电干净吗？
尽管被许多人视为“清洁”能源，因为它与燃烧化石燃料无关，但水力发电会导致二氧化碳和甲烷的排放，这两种气体可能导致全球变暖。
二氧化碳 (CO2) 的排放是由于保持在水库水位以上的树木的分解，而甲烷 (CH4) 的释放是通过水库底部存在的有机物的分解而发生的。随着水柱的增加，甲烷 (CH4) 的浓度也会增加。当水撞击工厂的涡轮机时，压力差会导致甲烷释放到大气中。甲烷也会通过工厂的溢洪道释放到水路中，此时，除了压力和温度的变化外，水还会以液滴的形式喷洒。
水面上的枯树腐烂会释放二氧化碳。与甲烷不同，只有部分排放的 CO2 被认为是有影响的，因为大部分 CO2 通过发生在储层中的吸收而被抵消。由于甲烷没有被纳入光合作用过程（尽管它可以缓慢转化为二氧化碳），因此在这种情况下，它被认为对温室效应有更大的影响。
Balcar 项目（水力发电厂水库的温室气体排放）旨在研究人工水库通过排放二氧化碳和甲烷对温室效应加剧的贡献。该项目的第一批研究于 1990 年代在亚马逊地区的水库中进行：巴尔比纳 (Balbina)、图库鲁伊 (Tucuruí) 和塞缪尔 (Samuel)。亚马逊地区是研究的重点，因为它的特点是大量的植被覆盖，因此有机物分解排放气体的潜力更大。后来，在 1990 年代后期，该项目还包括 Miranda、Três Marias、Segredo、Xingo 和 Barra Bonita。
根据亚马逊研究所的 Philip M. Fearnside 博士在 1990 年发表的关于 Tucuruí 工厂气体排放的文章，该工厂当年的温室气体排放量（CO2 和 CH4）在 700 万吨到 1000 万吨之间变化.作者与圣保罗市进行了比较，圣保罗市在同一年从化石燃料中排放了 5300 万吨二氧化碳。换句话说，只有 Tucuruí 会排放相当于圣保罗市温室气体排放量的 13% 至 18%，对于长期以来被认为“无排放”的能源来说，这是一个重要的价值.人们相信，随着时间的推移，有机物会完全分解，因此不再排放这些气体。然而，Balcar 小组的研究表明，天然气生产过程是通过河流和雨水带来的新有机材料的到来提供的。
动植物物种的丧失
尤其是在生物多样性较高的亚马逊地区，在形成水库的地方，不可避免地存在着植物群生物的死亡。至于动物，即使精心策划，试图清除这些生物，也不能保证构成生态系统的所有生物都会得到拯救。此外，筑坝会改变周围的栖息地。
土壤流失
被淹地区的土壤必然无法用于其他目的。这成为一个中心问题，尤其是在主要平坦的地区，例如亚马逊地区本身。由于植物的功率是由河流流量和地形不平度的关系决定的，如果地形不平度低，则必须储存更多的水，这意味着水库面积很大。
河流水力几何结构的变化
河流往往在流量、平均水速、泥沙负荷和河床形态之间具有动态平衡。水库的建设会影响这种平衡，从而导致水文和沉积顺序的变化，不仅在蓄水区，而且在周围区域和水库下方的河床中。
标称产能 x 实际生产数量
另一个需要提出的问题是，标称装机容量与电厂实际发电量之间存在差异。产生的能量取决于河流的流量。
因此，安装一个可能产生比河流流量更多的能量的系统是没有用的，就像安装在 Uatumã 河上的 Balbina 水电站一样。
工厂实力雄厚
另一个需要考虑的重点是工厂的稳定电源概念。根据 Aneel 的说法，该工厂的稳定电力是可以获得的最大连续能源生产，基于该工厂所在河流的历史流量中记录的最干燥序列。面对日益频繁和严重的干旱期，这个问题往往变得越来越重要。
巴西的水力发电
巴西是世界上水电潜力最大的国家。因此，其中 70% 集中在亚马逊和托坎廷斯/阿拉瓜亚盆地。巴西第一座大型水力发电厂是 1949 年在巴伊亚州建造的 Paulo Afonso I，功率相当于 180 MW。目前，Paulo Afonso I 是 Paulo Afonso 水力发电综合体的一部分，该综合体共有四家工厂。
巴尔宾
Balbina 水力发电厂建在亚马孙州的 Uatumã 河上。 Balbina 的建造是为了满足马瑙斯的能源需求。预测是通过五台发电机安装 250 兆瓦的容量，每台发电机的功率为 50 兆瓦。然而，Uatumã 河的流量提供的平均年能源产量要低得多，约为 112.2 兆瓦，其中只有 64 兆瓦可被视为稳定电力。考虑到电力从工厂到消费者中心的传输过程中大约有 2.5% 的损失，只有 109.4 MW（固定功率为 62.4 MW）。价值远低于 250 兆瓦的标称容量。
伊泰普
伊泰普水电站被认为是世界第二大电站，装机容量为 1.4 万兆瓦，仅次于中国的特雷斯峡谷，装机容量为 1.82 万兆瓦。它建在巴拉那河上，位于巴西和巴拉圭的边界上，是一个两国植物，因为它属于两国。伊泰普生产的能源供应巴西，相当于其总电力的一半（7,000兆瓦），相当于巴西消耗能源的16.8%，另一半电力供巴拉圭使用，相当于巴拉圭的75%能源消耗。
图库鲁伊
Tucuruí 工厂建在帕拉州的托坎廷斯河上，装机容量相当于 8,370 兆瓦。
贝洛蒙特
Belo Monte 水力发电厂位于帕拉州西南部的阿尔塔米拉市，由总统迪尔玛·罗塞夫 (Dilma Roussef) 落成，建在新古河上。该电厂是100%全国最大的水力发电厂，也是世界第三大水力发电厂。装机容量为 11,233.1 兆瓦 (MW)。这意味着负荷足以服务17个州的6000万人，约占全国居民消费的40%，等效装机容量为1.1万兆瓦，也就是全国装机容量最大的电厂，取代 Tucuruí 工厂成为最大的 100% 国家工厂。贝洛蒙特也是世界第三大水力发电厂，分别仅次于 Três Gargantas 和 Itaipu。
许多问题都围绕着 Belo Monte 发电厂的建设展开。尽管装机容量为 11,000 兆瓦，但据环境部称，该工厂的固定功率对应于 4,500 兆瓦，即仅占总功率的 40%。由于它建在亚马逊地区，贝洛蒙特有可能排放大量的甲烷和二氧化碳。这一切还没有计算对传统人群生活的巨大影响和对动植物的巨大影响。另一个因素是它的建设主要使公司受益，而不是人口。大约 80% 的电力供应给该国中南部的公司。
适用性
尽管提到了负面的社会和环境影响，但与化石燃料等不可再生能源相比，水力发电具有优势。尽管会排放甲烷和二氧化硫，但水力发电厂不会排放或释放其他类型的有毒气体，例如热电厂呼出的气体——对环境和人类健康非常有害。
然而，与太阳能和风能等其他可再生能源相比，水力发电厂的劣势更加明显。问题仍然是新技术的可行性。减少与水力发电相关的影响的另一种选择是建造小型水力发电厂，它不需要建造大型水库。
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此外，大坝的使用寿命约为 30 年，这对其长期可行性提出了质疑。
密歇根州立大学进行的“21 世纪可持续水电”研究呼吁关注这样一个事实，即面对气候变化，大型水电大坝可能成为更不可持续的能源。
需要考虑水电能源的真实成本，不仅是经济和基础设施成本，还有社会、环境和文化成本。
