KUASA HIDRAULIK: CIRI, CARA IA BERFUNGSI, KELEBIHAN, PENGGUNAAN - PERSEKITARAN - 2026

Tenaga hidraulik adalah kemampuan air untuk menghasilkan kerja dalam bentuk gerakan, cahaya dan haba berdasarkan potensi dan tenaga kinetiknya. Ia juga dianggap sebagai tenaga boleh diperbaharui yang berprestasi tinggi dan bersih.

Tenaga ini ditentukan oleh aliran, ketidakseragaman antara titik-titik di tanah di mana air bergerak dan daya graviti. Telah digunakan oleh manusia sejak zaman kuno untuk melakukan pekerjaan yang berbeza.

Empangan Itaipú (Brazil dan Paraguay). Sumber: Angelo Leithold

Salah satu penggunaan tenaga hidraulik pertama adalah untuk menggerakkan kilang air yang memanfaatkan kuasa arus. Dengan cara ini, dengan menggunakan roda gigi, batu giling dapat dipindahkan ke gandum.

Pada masa ini aplikasi yang paling relevan adalah penjanaan tenaga elektrik melalui loji kuasa hidraulik atau loji hidroelektrik. Tumbuhan ini pada dasarnya terdiri daripada empangan dan sistem turbin dan alternatif.

Air terkumpul di empangan antara dua tahap saluran (ketidakseimbangan geodesi), menghasilkan tenaga berpotensi graviti. Seterusnya, arus air (tenaga kinetik) mengaktifkan turbin yang menghantar tenaga ke alternator untuk menghasilkan tenaga elektrik.

Antara kelebihan tenaga hidraulik ialah ia boleh diperbaharui dan tidak mencemarkan, tidak seperti sumber tenaga lain. Sebaliknya, ia sangat cekap dengan hasil antara 90 - 95%.

Kesan persekitaran tanaman hidroelektrik dikaitkan dengan perubahan suhu dan perubahan fizikal aliran air. Begitu juga, minyak sisa dan lemak dihasilkan yang ditapis dari mesin.

Kelemahan utamanya adalah perubahan fizikal yang diakibatkannya kerana banjir di kawasan daratan yang besar dan aliran semula jadi dan aliran sungai berubah.

Stesen janakuasa hidroelektrik terbesar di dunia ialah The Three Gorges, yang terletak di China, di Sungai Yangtze. Dua lagi yang penting ialah Itaipú di sempadan antara Brazil dan Paraguay dan kilang hidroelektrik Simón Bolívar atau Guri di Venezuela.

ciri

Sumber tenaga hidraulik adalah air dan ia dianggap sebagai tenaga yang boleh diperbaharui selagi kitaran air tidak diubah. Begitu juga, ia dapat menghasilkan kerja tanpa menghasilkan sisa pepejal atau gas pencemaran dan oleh itu dianggap sebagai tenaga bersih.

prestasi

Kecekapan tenaga merujuk kepada hubungan antara jumlah tenaga yang diperoleh dalam suatu proses dan tenaga yang diperlukan untuk melabur di dalamnya. Bagi tenaga hidraulik, prestasi antara 90 hingga 95% dicapai bergantung pada kelajuan air dan sistem turbin yang digunakan.

Bagaimana tenaga hidro berfungsi?

Skim stesen janakuasa hidroelektrik. Sumber: Pengguna: Tomia

Transformasi tenaga suria menjadi tenaga kinetik

Asas tenaga hidraulik adalah dalam tenaga suria, topografi tanah dan graviti bumi. Dalam kitaran air tenaga suria menyebabkan penyejatan dan kemudian air mengembun dan mendakan di bumi.

Akibat dari permukaan tanah yang tidak rata dan daya graviti, arus air permukaan berlaku di permukaan bumi. Dengan cara ini, tenaga suria diubah menjadi tenaga kinetik kerana pergerakan air oleh gabungan tindakan tidak sekata dan graviti.

Kemudian tenaga kinetik air dapat diubah menjadi tenaga mekanik yang mampu melakukan kerja. Contohnya, bilah boleh digerakkan yang memancarkan pergerakan ke sistem gear yang dapat mengoperasikan pelbagai peranti.

Besarnya tenaga hidraulik diberikan oleh ketidakseragaman antara dua titik dasar sungai dan alirannya. Semakin besar ketidakseragaman tanah, semakin besar potensi dan tenaga kinetik air serta kemampuannya untuk menghasilkan karya.

Dalam pengertian ini, tenaga berpotensi adalah tenaga yang terkumpul di dalam badan air dan berkaitan dengan ketinggiannya berbanding dengan tanah. Sebaliknya, tenaga kinetik adalah yang melepaskan air dalam gerakan jatuh sebagai fungsi topografi dan graviti.

Pengeluaran elektrik dari hidro (hidroelektrik)

Tenaga kinetik yang dihasilkan oleh air yang jatuh dapat digunakan untuk menghasilkan tenaga elektrik. Ini dicapai dengan membina empangan di mana air terkumpul dan ditahan pada tahap ketinggian yang berbeza.

Oleh itu, tenaga air yang berpotensi berkadar langsung dengan perbezaan tahap antara satu titik dengan titik yang lain dan ketika air jatuh, ia berubah menjadi tenaga kinetik. Selepas itu, air melalui sistem bilah berputar dan menghasilkan tenaga kinetik putaran.

Pergerakan putaran membolehkan sistem gear bergerak yang dapat mengaktifkan sistem mekanikal seperti kilang, roda atau alternator. Dalam kes tertentu penjanaan tenaga hidroelektrik, sistem ini memerlukan sistem turbin dan alternatif untuk menjana elektrik.

Turbin

Turbin terdiri daripada paksi mendatar atau menegak dengan sistem bilah yang memutar paksi dengan daya air.

Terdapat tiga jenis turbin hidraulik asas:

Turbin pelton

Turbin pelton. Sumber: Robertk9410

Ia adalah turbin impuls tekanan tinggi dengan paksi mendatar yang berfungsi tanpa tenggelam sepenuhnya. Pendesak mempunyai rangkaian bilah cekung (bilah atau gigi) yang didorong oleh jet air.

Semakin banyak jet air memukul turbin, semakin banyak kuasa yang akan dihasilkannya. Turbin jenis ini digunakan untuk air terjun setinggi 25 hingga 200 meter dan mencapai kecekapan hingga 90%.

Turbin Francis

Turbin Francis. Sumber: Pengunggah asal adalah Stahlkocher di Wikipedia Jerman.

Ia adalah turbin reaksi tekanan sederhana dengan paksi menegak dan berfungsi sepenuhnya terendam di dalam air. Pendesak terdiri daripada bilah yang didorong oleh air yang dipimpin melalui pengedar.

Alat ini dapat digunakan di air terjun setinggi 20 hingga 200 meter dan mencapai kecekapan 90%. Ini adalah jenis turbin yang paling kerap digunakan di loji hidroelektrik besar di dunia.

Turbin Kaplan

Turbin Kaplan. Sumber: TheRunnerUp

Ini adalah varian turbin Francis dan, seperti itu, mempunyai paksi menegak, tetapi pendesak terdiri dari serangkaian bilah yang dapat dikendalikan. Ia mempunyai reaksi tekanan tinggi dan berfungsi sepenuhnya terendam di dalam air.

Turbin Kaplan digunakan di air terjun setinggi 5 hingga 20 meter dan kecekapannya dapat mencapai hingga 95%.

Alternator

Alternator adalah alat yang mempunyai keupayaan untuk mengubah tenaga mekanikal menjadi tenaga elektrik melalui aruhan elektromagnetik. Oleh itu, tiang magnet (induktor) diputar dalam gegelung dengan tiang bergantian bahan konduktif (contohnya luka tembaga pada besi lembut).

Pengoperasiannya didasarkan pada fakta bahawa konduktor dikenakan untuk masa tertentu ke medan magnet yang berubah-ubah, menghasilkan voltan elektrik.

Kelebihan

Tenaga hidraulik digunakan secara meluas kerana mempunyai banyak aspek positif. Antara yang dapat kita ketengahkan:

Ia menjimatkan

Walaupun dalam kes loji hidroelektrik pelaburan awalnya tinggi, secara umum dalam jangka panjang ia adalah tenaga yang murah. Ini disebabkan kestabilannya dan kos penyelenggaraan yang rendah.

Sebagai tambahan, pampasan ekonomi yang disediakan oleh takungan dengan kemungkinan akuakultur, sukan air dan pelancongan mesti ditambah.

Ia boleh diperbaharui

Oleh kerana ia berdasarkan kitaran air, ia adalah sumber tenaga yang boleh diperbaharui dan berterusan. Ini menunjukkan bahawa ia tidak habis dalam masa tidak seperti tenaga dari bahan bakar fosil.

Walau bagaimanapun, kesinambungannya bergantung pada kitaran air yang tidak dapat diubah di kawasan tertentu atau secara global.

Prestasi tinggi

Tenaga hidraulik dianggap sangat cekap dan dengan prestasi tinggi antara 90 hingga 95%.

Ia tidak mencemarkan

Tenaga jenis ini menggunakan sumber semula jadi seperti air dan juga tidak menghasilkan sisa atau gas pencemar. Oleh itu, kesannya terhadap alam sekitar adalah rendah dan dianggap sebagai bentuk tenaga bersih.

Kehadiran takungan

Dalam kes di mana takungan dibina untuk penggunaan tenaga hidroelektrik, ini memberikan serangkaian faedah tambahan:

- Mereka memungkinkan untuk mengatur aliran sungai dan menghindari banjir.
- Mereka mewakili takungan air untuk penggunaan manusia, pengairan dan penggunaan industri.
- Mereka dapat digunakan sebagai tempat rekreasi dan untuk latihan sukan air.

Kekurangan

Bergantung pada hujan

Batasan penjanaan tenaga hidroelektrik adalah pergantungannya pada rejim hujan. Oleh itu, pada tahun-tahun kering terutamanya bekalan air dapat menurun secara drastik dan paras takungan diturunkan.

Apabila aliran air dikurangkan, penjanaan tenaga elektrik lebih rendah. Dengan cara yang boleh berlaku di kawasan yang sangat bergantung pada bekalan tenaga hidroelektrik.

Perubahan perjalanan semula jadi sungai

Pembinaan empangan di sungai mengubah arah semula jadi, rezim banjirnya, penurunan (penurunan aliran) dan proses seretan sedimen. Oleh itu, perubahan berlaku dalam biologi tumbuhan dan haiwan yang bersifat akuatik atau terletak di sekitar badan air.

Sebaliknya, penahanan sedimen di empangan mengubah pembentukan delta di muara sungai dan mengubah keadaan tanah.

Bahaya pecah empangan

Kerana banyaknya air yang tersimpan di beberapa empangan hidroelektrik, pecahnya dinding penahan atau lereng berdekatan boleh menyebabkan kemalangan serius. Contohnya, pada tahun 1963 kemerosotan empangan Vajont (sekarang tidak digunakan) di Itali berlaku, menyebabkan 2.000 kematian.

Permohonan

Roda Ferris dan pam air

Putaran roda yang digerakkan oleh tenaga kinetik air membolehkan air diambil dari telaga cetek atau saluran ke saluran atau takungan yang tinggi. Begitu juga, tenaga mekanikal yang dihasilkan oleh roda boleh menggerakkan pam hidraulik.

Model termudah terdiri daripada roda dengan bilah dengan mangkuk yang mengumpulkan air pada masa yang sama seperti yang digerakkan oleh arus. Kemudian, dalam putarannya, mereka menjatuhkan air ke dalam tangki atau saluran.

Kilang

Selama lebih dari 2000 tahun, orang Yunani dan Rom menggunakan tenaga hidraulik untuk memindahkan kilang untuk mengisar bijirin. Putaran roda yang digerakkan oleh aliran air mengaktifkan gear yang memutar batu giling.

Penempaan

Satu lagi aplikasi kebolehkerjaan berasaskan tenaga hidraulik kuno adalah penggunaannya untuk mengaktifkan penempaan tempa dalam kerja pandai besi dan metalurgi.

Keretakan hidraulik

Dalam perlombongan dan minyak, tenaga kinetik air digunakan untuk mengikis batu, memecahkannya dan memudahkan pengekstrakan pelbagai mineral. Untuk ini, meriam air tekanan raksasa digunakan yang menyentuh substrat sehingga menghakisnya.

Ini adalah teknik yang merosakkan tanah dan sangat mencemarkan saluran air.

Fracking

Teknik yang sangat kontroversial yang mendapat momentum dalam industri minyak adalah fracking. Ini terdiri dari peningkatan keliangan batuan dasar yang berisi minyak dan gas untuk memudahkan penyingkirannya.

Ini dicapai dengan menyuntik sejumlah besar air dan pasir pada tekanan tinggi bersama dengan serangkaian bahan tambahan kimia. Teknik ini telah dipertanyakan kerana penggunaan airnya yang tinggi, mencemarkan tanah dan perairan dan menyebabkan perubahan geologi.

Tumbuhan hidroelektrik

Penggunaan moden yang paling biasa adalah untuk menjalankan loji penjana tenaga elektrik, yang dipanggil loji hidroelektrik atau loji hidroelektrik.

Contoh loji tenaga hidro

Tiga Ngarai

Empangan Tiga Jurang (China). Sumber: Le Grand Portage Karya derivatif: Rehman

Loji Tenaga Hidroelektrik Three Gorges terletak di Provinsi Hubei China di sepanjang Sungai Yangtze. Pembinaan empangan ini bermula pada tahun 1994 dan disiapkan pada tahun 2010, mencapai kawasan banjir seluas 1.045 km² dan kapasiti terpasang 22.500 MW (megawatt).

Loji ini merangkumi 34 turbin Francis (32 dari 700 MW dan dua dari 50 MW) dengan pengeluaran tenaga elektrik tahunan sebanyak 80.8 GWh. Ia adalah loji hidroelektrik terbesar di dunia dari segi struktur dan kuasa terpasang.

Empangan Three Gorges telah berjaya mengawal banjir sungai secara berkala yang menyebabkan kerosakan serius kepada penduduk. Ia juga menjamin bekalan elektrik di rantau ini.

Namun, pembinaannya mempunyai beberapa kesan negatif seperti pemindahan sekitar 2 juta orang. Di samping itu, ia menyumbang kepada kepupusan lumba-lumba sungai Cina yang terancam punah (Lipotes vexillifer).

Itaipu

Empangan Itaipu. Sumber: Herr stahlhoefer

Loji hidroelektrik Itaipú terletak di sempadan antara Brazil dan Paraguay di sepanjang Sungai Paraná. Pembinaannya bermula pada tahun 1970 dan berakhir dalam tiga peringkat pada tahun 1984, 1991 dan 2003.

Kawasan banjir empangan adalah 1.350 km² dan mempunyai kapasiti terpasang 14.000 MW. Loji ini merangkumi 20 turbin Francis masing-masing 700 MW dan mempunyai pengeluaran tenaga elektrik tahunan sebanyak 94.7 GWh.

Itaipu dianggap sebagai loji hidroelektrik terbesar di dunia dari segi pengeluaran tenaga. Ia menyumbang 16% tenaga elektrik yang digunakan di Brazil dan 76% di Paraguay.

Mengenai kesan negatifnya, empangan ini mempengaruhi ekologi pulau-pulau dan delta Sungai Paraná.

Simon Bolivar (Guri)

Loji hidroelektrik Simón Bolívar (Gurí, Venezuela). Sumber: Warairarepano & Guaicaipuro

Loji hidroelektrik Simón Bolívar, juga dikenal sebagai empangan Guri, terletak di Venezuela di sepanjang Sungai Caroní. Pembinaan empangan bermula pada tahun 1957, tahap pertama disiapkan pada tahun 1978, dan siap pada tahun 1986.

Empangan Guri mempunyai kawasan banjir 4,250 km² dan kapasiti terpasang 10.200 MW. Kilangnya merangkumi 21 turbin Francis (10 dari 730 MW, 4 dari 180 MW, 3 dari 400 MW, 3 dari 225 MW dan satu dari 340 MW)

Pengeluaran tahunan ialah 46 GWh dan ia dianggap sebagai loji hidroelektrik ketiga terbesar di dunia dari segi struktur dan kuasa terpasang. Loji hidroelektrik menyediakan 80% tenaga elektrik yang digunakan oleh Venezuela dan sebahagiannya dijual ke Brazil.

Semasa pembinaan stesen janakuasa hidroelektrik ini, kawasan ekosistem besar di Guyana Venezuela ditenggelami air, wilayah dengan keanekaragaman hayati yang tinggi.

Hari ini, disebabkan oleh krisis ekonomi yang mendalam di Venezuela, kapasiti pengeluaran kilang ini telah berkurang dengan ketara.

Rujukan

1.- Hadzich M (2013). Tenaga hidraulik, Bab 7. Kursus latihan teknikal Kumpulan PUCP. Teknologi untuk rumah dan hotel ekologi. Universiti Katolik Pontifikal Peru.
2.- Raabe J (1985). Tenaga hidro. Reka bentuk, penggunaan, dan fungsi peralatan hidomekanik, hidraulik dan elektrik. Jerman: N. hlm.
3.- Sandoval Erazo, Washington. (2018). Bab 6: Konsep Asas Tumbuhan Hidroelektrik.https: //www.researchgate.net/publication/326560960_Capitulo_6_Conceptos_Basicos_de_Centrales_Hidroelectricas
4.- Stickler CM, Coe MT, Costa MH, Nepstad DC, McGrath DG, BSas LS HPS, BSas LS (2013). Ketergantungan penjanaan tenaga hidro pada hutan di Lembangan Amazon pada skala tempatan dan wilayah. Prosiding Akademi Sains Nasional, 110 (23), 9601–9606.
5.- Soria E (s / f). Hidraulik. Tenaga yang boleh diperbaharui untuk semua. IBERDROLA. 19 p.