Katika mazingira yanayoendelea kubadilika ya sekta ya nishati, utaftaji wa teknolojia bora za uzalishaji wa nishati umekuwa muhimu zaidi kuliko hapo awali. Wakati ulimwengu unapokabiliana na changamoto mbili za kukidhi mahitaji yanayoongezeka ya nishati na kupunguza utoaji wa kaboni, vyanzo vya nishati mbadala vimekuja mbele. Miongoni mwa haya, umeme wa maji unaonekana kama chaguo la kuaminika na endelevu, kutoa sehemu kubwa ya umeme duniani.
Turbine ya Francis, sehemu muhimu katika mitambo ya kuzalisha umeme kwa maji, ina jukumu muhimu katika mapinduzi haya safi ya nishati. Iliyovumbuliwa na James B. Francis mwaka wa 1849, aina hii ya turbine tangu wakati huo imekuwa mojawapo ya zinazotumiwa sana duniani. Umuhimu wake katika kikoa cha umeme wa maji hauwezi kupinduliwa, kwa kuwa ina uwezo wa kubadilisha kwa ufanisi nishati ya maji ya mtiririko ndani ya nishati ya mitambo, ambayo inabadilishwa kuwa nishati ya umeme na jenereta. Pamoja na anuwai ya matumizi, kutoka kwa miradi midogo midogo ya umeme wa maji vijijini hadi mitambo mikubwa ya kibiashara, turbine ya Francis imethibitika kuwa suluhisho la matumizi mengi na la kutegemewa la kutumia nguvu za maji.
Ufanisi wa Juu katika Ubadilishaji Nishati
Turbine ya Francis inasifika kwa ufanisi wake wa juu katika kubadilisha nishati ya maji yanayotiririka kuwa nishati ya mitambo, ambayo inabadilishwa kuwa nishati ya umeme na jenereta. Utendaji huu wa ufanisi wa juu ni matokeo ya muundo wake wa kipekee na kanuni za uendeshaji.
1. Utumiaji wa Nishati ya Kinetiki na Inayowezekana
Mitambo ya Francis imeundwa ili kutumia kikamilifu nishati ya kinetic na uwezo wa maji. Wakati maji huingia kwenye turbine, kwanza hupita kupitia casing ya ond, ambayo inasambaza maji sawasawa karibu na mkimbiaji. Vipande vya mkimbiaji vimeundwa kwa uangalifu ili kuhakikisha kwamba mtiririko wa maji una mwingiliano mzuri na mzuri nao. Maji yanaposogea kutoka kwa kipenyo cha nje cha kikimbiaji kuelekea katikati (katika muundo wa mtiririko wa radial - axial), nishati inayoweza kutokea ya maji kutokana na kichwa chake (tofauti ya urefu kati ya chanzo cha maji na turbine) inabadilishwa polepole kuwa nishati ya kinetiki. Nishati hii ya kinetic kisha huhamishiwa kwa mkimbiaji, na kusababisha kuzunguka. Njia ya mtiririko iliyoundwa vizuri na umbo la visu vya kukimbia huwezesha turbine kutoa kiasi kikubwa cha nishati kutoka kwa maji, kufikia uongofu wa juu wa ufanisi wa nishati.
2. Kulinganisha na Aina Nyingine za Turbine
Ikilinganishwa na aina nyingine za mitambo ya maji, kama vile turbine ya Pelton na turbine ya Kaplan, turbine ya Francis ina manufaa tofauti katika suala la ufanisi ndani ya anuwai ya hali fulani za uendeshaji.
Pelton Turbine: Turbine ya Pelton inafaa zaidi kwa matumizi ya juu - kichwa. Inafanya kazi kwa kutumia nishati ya kinetic ya ndege ya maji ya kasi ya juu ili kupiga ndoo kwenye mkimbiaji. Ingawa ina ufanisi wa hali ya juu katika hali za juu, haifanyi kazi vizuri kama turbine ya Francis katika matumizi ya kichwa cha kati. Turbine ya Francis, pamoja na uwezo wake wa kutumia nishati ya kinetic na inayoweza kutokea na sifa zake bora zaidi za mtiririko wa vyanzo vya maji vya kichwa cha kati, inaweza kufikia ufanisi wa juu katika safu hii. Kwa mfano, katika mtambo wa kuzalisha umeme ulio na chanzo cha maji cha kichwa cha kati (sema, mita 50 - 200), turbine ya Francis inaweza kubadilisha nishati ya maji kuwa nishati ya mitambo kwa ufanisi wa karibu 90% au hata zaidi katika baadhi ya matukio yaliyoundwa vizuri, wakati turbine ya Pelton inayofanya kazi chini ya hali sawa ya kichwa inaweza kuwa na ufanisi wa chini.
Turbine ya Kaplan: Turbine ya Kaplan imeundwa kwa matumizi ya chini - ya kichwa na ya juu - mtiririko. Ingawa ina ufanisi mkubwa katika hali za chini, wakati kichwa kinapoongezeka hadi safu ya kati, turbine ya Francis huishinda kwa ufanisi. Vibao vya kukimbia vya turbine ya Kaplan vinaweza kubadilishwa ili kuboresha utendakazi katika hali ya chini - ya kichwa, ya juu - ya mtiririko, lakini muundo wake haufai kwa ubadilishaji wa nishati bora katika hali za kichwa cha kati kama turbine ya Francis. Katika kiwanda cha nguvu kilicho na kichwa cha mita 30 - 50, turbine ya Kaplan inaweza kuwa chaguo bora kwa ufanisi, lakini kichwa kinapozidi mita 50, turbine ya Francis huanza kuonyesha ubora wake katika nishati - ufanisi wa uongofu.
Kwa muhtasari, muundo wa turbine ya Francis unaruhusu matumizi bora zaidi ya nishati ya maji katika anuwai ya matumizi ya kichwa, na kuifanya kuwa chaguo bora katika miradi mingi ya umeme wa maji kote ulimwenguni.
Kubadilika kwa Masharti Tofauti ya Maji
Mojawapo ya sifa za kushangaza za turbine ya Francis ni uwezo wake wa juu wa kubadilika kwa anuwai ya hali ya maji, na kuifanya kuwa chaguo linalofaa kwa miradi ya umeme wa maji kote ulimwenguni. Kubadilika huku ni muhimu kwani rasilimali za maji hutofautiana kwa kiasi kikubwa katika suala la kichwa (umbali wima maji huanguka) na kiwango cha mtiririko katika maeneo tofauti ya kijiografia.
1. Kubadilika kwa Kiwango cha Kichwa na Mtiririko
Masafa ya Vichwa: Mitambo ya Francis inaweza kufanya kazi kwa ufanisi katika safu ya kichwa pana kiasi. Mara nyingi hutumiwa katika matumizi ya kati - kichwa, kwa kawaida na vichwa vinavyoanzia mita 20 hadi 300. Hata hivyo, pamoja na marekebisho sahihi ya kubuni, yanaweza kutumika hata chini - kichwa au juu - hali ya kichwa. Kwa mfano, katika hali ya chini-kichwa, sema karibu mita 20 - 50, turbine ya Francis inaweza kuundwa kwa maumbo maalum ya blade ya kukimbia - kupitisha jiometri ili kuboresha uondoaji wa nishati. Vipu vya kukimbia vimeundwa ili kuhakikisha kwamba mtiririko wa maji, ambao una kasi ya chini kutokana na kichwa cha chini, bado unaweza kuhamisha nishati yake kwa mkimbiaji. Wakati kichwa kinapoongezeka, muundo unaweza kubadilishwa ili kushughulikia mtiririko wa juu - kasi ya maji. Katika matumizi ya juu ya kichwa yanayokaribia mita 300, vijenzi vya turbine vimeundwa kustahimili shinikizo la juu la maji na kubadilisha kiasi kikubwa cha nishati kuwa nishati ya mitambo kwa ufanisi.
Tofauti ya Kiwango cha Mtiririko: Turbine ya Francis inaweza pia kushughulikia viwango tofauti vya mtiririko. Inaweza kufanya kazi vizuri chini ya hali zote mbili - mtiririko na kutofautiana - mtiririko. Katika baadhi ya mitambo ya kuzalisha umeme kwa maji, kiwango cha mtiririko wa maji kinaweza kutofautiana kulingana na msimu kutokana na sababu kama vile mwelekeo wa mvua au kuyeyuka kwa theluji. Muundo wa turbine ya Francis huiruhusu kudumisha ufanisi wa juu kiasi hata wakati kasi ya mtiririko inabadilika. Kwa mfano, kiwango cha mtiririko kinapokuwa juu, turbine inaweza kuzoea kiasi kilichoongezeka cha maji kwa kuongoza maji kwa ufanisi kupitia vijenzi vyake. Casing ya ond na vani za mwongozo zimeundwa ili kusambaza maji sawasawa karibu na mkimbiaji, kuhakikisha kwamba vile vile vya kukimbia vinaweza kuingiliana kwa ufanisi na maji, bila kujali kiwango cha mtiririko. Kiwango cha mtiririko kinapopungua, turbine bado inaweza kufanya kazi kwa utulivu, ingawa pato la nishati litapunguzwa kwa kawaida kulingana na kupungua kwa mtiririko wa maji.
2. Mifano ya Matumizi katika Mazingira Tofauti ya Kijiografia
Mikoa ya Milimani: Katika maeneo ya milimani, kama vile Himalaya huko Asia au Andes katika Amerika Kusini, kuna miradi mingi ya umeme wa maji ambayo hutumia turbine za Francis. Mikoa hii mara nyingi huwa na vyanzo vya juu vya maji ya kichwa kutokana na eneo la mwinuko. Kwa mfano, Bwawa la Nurek huko Tajikistan, lililo kwenye Milima ya Pamir, lina chanzo cha maji cha juu. Tanuri za Francis zilizowekwa kwenye Kituo cha Umeme wa Maji cha Nurek zimeundwa kushughulikia tofauti kubwa ya vichwa (bwawa lina urefu wa zaidi ya mita 300). Mitambo hiyo inabadilisha kwa ufanisi nishati ya juu-inayoweza kuwa ya maji kuwa nishati ya umeme, na hivyo kuchangia kwa kiasi kikubwa usambazaji wa umeme nchini. Mabadiliko ya mwinuko mwinuko katika milima hutoa kichwa muhimu kwa turbine za Francis kufanya kazi kwa ufanisi wa hali ya juu, na kubadilika kwao kwa hali ya juu - ya kichwa huwafanya kuwa chaguo bora kwa miradi kama hiyo.
Uwanda wa Mito: Katika tambarare za mito, ambapo kichwa ni kidogo lakini kiwango cha mtiririko kinaweza kuwa kikubwa, turbine za Francis pia hutumiwa sana. Bwawa la Three Gorges nchini China ni mfano bora. Bwawa hilo likiwa kwenye Mto Yangtze, lina kichwa ambacho kiko ndani ya safu zinazofaa kwa turbine za Francis. Mitambo katika Kituo cha Umeme wa Maji cha Three Gorges inahitaji kushughulikia kiwango kikubwa cha mtiririko wa maji kutoka Mto Yangtze. Mitambo ya Francis imeundwa ili kubadilisha kwa ufanisi nishati ya mtiririko wa maji ya kichwa kikubwa - kiasi, kidogo - kuwa nishati ya umeme. Kutoweza kubadilika kwa turbine za Francis kwa viwango tofauti vya mtiririko huziruhusu kutumia vyema rasilimali za maji ya mto huo, na kuzalisha kiasi kikubwa cha umeme ili kukidhi mahitaji ya nishati ya sehemu kubwa ya Uchina.
Mazingira ya Visiwa: Visiwa mara nyingi vina sifa za kipekee za rasilimali za maji. Kwa mfano, katika baadhi ya visiwa vya Pasifiki, ambako kuna mito midogo - hadi - ya kati - yenye viwango tofauti vya mtiririko kulingana na misimu ya mvua na kiangazi, turbine za Francis hutumiwa katika mitambo midogo ya kufua umeme kwa maji. Mitambo hii inaweza kukabiliana na mabadiliko ya hali ya maji, kutoa chanzo cha kuaminika cha umeme kwa jamii za wenyeji. Katika msimu wa mvua, wakati kiwango cha mtiririko ni cha juu, turbines zinaweza kufanya kazi kwa pato la juu la nguvu, na wakati wa kiangazi, bado zinaweza kufanya kazi na mtiririko wa maji uliopunguzwa, ingawa kwa kiwango cha chini cha nguvu, kuhakikisha ugavi wa umeme unaoendelea.
Kuegemea na Uendeshaji wa Muda mrefu
Turbine ya Francis inasifiwa sana kwa kutegemewa kwake na uwezo wake wa kufanya kazi kwa muda mrefu, ambao ni muhimu kwa vifaa vya uzalishaji wa umeme ambavyo vinahitaji kudumisha usambazaji wa umeme kwa muda mrefu.
1. Muundo Imara wa Muundo
Turbine ya Francis ina muundo thabiti na ulioundwa vizuri. Kikimbiaji, ambacho ni kijenzi cha kati kinachozunguka cha turbine, kwa kawaida hutengenezwa kwa nyenzo za nguvu za juu kama vile chuma cha pua au aloi maalum. Nyenzo hizi huchaguliwa kwa sifa bora za mitambo, pamoja na nguvu ya juu ya mvutano, upinzani wa kutu, na upinzani wa uchovu. Kwa mfano, kwa kiwango kikubwa turbine za Francis zinazotumiwa katika mitambo mikuu ya kufua umeme kwa maji, vile vile vya runinga vimeundwa kustahimili mtiririko wa juu wa shinikizo la maji na mikazo ya kimitambo inayotolewa wakati wa mzunguko. Muundo wa kikimbiaji umeboreshwa ili kuhakikisha usambazaji sawa wa mafadhaiko, kupunguza hatari ya maeneo ya mkusanyiko wa mkazo ambayo inaweza kusababisha nyufa au kushindwa kwa muundo.
Casing ya ond, ambayo huongoza maji kwa mkimbiaji, pia imeundwa kwa kuzingatia uimara. Kawaida hutengenezwa kwa sahani za chuma zenye kuta ambazo zinaweza kuhimili mtiririko wa juu wa shinikizo la maji kuingia kwenye turbine. Uunganisho kati ya casing ya ond na vipengele vingine, kama vile vani za kukaa na vani za mwongozo, umeundwa kuwa imara na wa kuaminika, kuhakikisha kwamba muundo mzima unaweza kufanya kazi vizuri chini ya hali mbalimbali za uendeshaji.
2. Mahitaji ya chini ya matengenezo
Moja ya faida muhimu za turbine ya Francis ni mahitaji yake ya chini ya matengenezo. Shukrani kwa muundo wake rahisi na mzuri, kuna sehemu chache za kusonga ikilinganishwa na aina zingine za turbines, ambayo hupunguza uwezekano wa kushindwa kwa vipengele. Kwa mfano, paneli za mwongozo, ambazo hudhibiti mtiririko wa maji ndani ya mkimbiaji, zina mfumo wa kiunganishi wa moja kwa moja wa mitambo. Mfumo huu ni rahisi kupata kwa ukaguzi na matengenezo. Kazi za matengenezo ya mara kwa mara ni pamoja na kulainisha sehemu zinazosonga, ukaguzi wa mihuri ili kuzuia kuvuja kwa maji, na ufuatiliaji wa hali ya jumla ya mitambo ya turbine.
Nyenzo zinazotumiwa katika ujenzi wa turbine pia huchangia mahitaji yake ya chini ya matengenezo. Nyenzo zinazostahimili kutu zinazotumiwa kwa mkimbiaji na vifaa vingine vilivyowekwa wazi kwa maji hupunguza hitaji la uingizwaji wa mara kwa mara kwa sababu ya kutu. Kwa kuongezea, turbine za kisasa za Francis zina vifaa vya mifumo ya hali ya juu ya ufuatiliaji. Mifumo hii inaweza kuendelea kufuatilia vigezo kama vile mtetemo, halijoto na shinikizo. Kwa kuchambua data hizi, waendeshaji wanaweza kugundua shida zinazowezekana mapema na kufanya matengenezo ya kuzuia, na hivyo kupunguza hitaji la kuzima bila kutarajiwa kwa matengenezo makubwa.
3. Maisha Marefu ya Huduma
Mitambo ya Francis ina maisha marefu ya huduma, mara nyingi huchukua miongo kadhaa. Katika mitambo mingi ya kuzalisha umeme kwa maji duniani kote, mitambo ya Francis ambayo iliwekwa miongo kadhaa iliyopita bado inafanya kazi na inazalisha umeme kwa ufanisi. Kwa mfano, baadhi ya mitambo ya awali ya Francis iliyosakinishwa nchini Marekani na Ulaya imekuwa ikifanya kazi kwa zaidi ya miaka 50. Kwa matengenezo yanayofaa na uboreshaji wa mara kwa mara, turbine hizi zinaweza kuendelea kufanya kazi kwa uhakika.
Maisha marefu ya huduma ya turbine ya Francis sio tu ya manufaa kwa tasnia ya uzalishaji wa umeme kwa kuzingatia gharama - ufanisi lakini pia kwa uthabiti wa jumla wa usambazaji wa umeme. Turbine ya muda mrefu ina maana kwamba mitambo ya nguvu inaweza kuepuka gharama kubwa na usumbufu unaohusishwa na uingizwaji wa mara kwa mara wa turbine. Pia inachangia kuwepo kwa muda mrefu kwa umeme wa maji kama chanzo cha nishati cha kuaminika na endelevu, kuhakikisha kuwa umeme safi unaweza kuzalishwa mfululizo kwa miaka mingi.
Gharama - ufanisi katika muda mrefu
Wakati wa kuzingatia gharama - ufanisi wa teknolojia ya uzalishaji wa umeme, turbine ya Francis inathibitisha kuwa chaguo nzuri katika uendeshaji wa muda mrefu wa mitambo ya kuzalisha umeme.
1. Uwekezaji wa Awali na Gharama ya Uendeshaji wa Muda Mrefu
Uwekezaji wa Awali: Ingawa uwekezaji wa awali katika turbine ya Francis - mradi wa umeme wa maji unaweza kuwa wa juu kiasi, ni muhimu kuzingatia mtazamo wa muda mrefu. Gharama zinazohusiana na ununuzi, usakinishaji na usanidi wa awali wa turbine ya Francis, ikijumuisha kiendeshaji, casing ya ond, na vipengee vingine, pamoja na ujenzi wa miundombinu ya mitambo ya umeme, ni kubwa. Hata hivyo, matumizi haya ya awali yanafidiwa na faida za muda mrefu. Kwa mfano, katika mtambo wa ukubwa wa kati wa kufua umeme wa maji wenye uwezo wa MW 50 – 100, uwekezaji wa awali wa seti ya turbine za Francis na vifaa vinavyohusika unaweza kuwa katika makusanyo ya makumi ya mamilioni ya dola. Lakini ikilinganishwa na teknolojia zingine za uzalishaji wa nishati, kama vile kujenga kituo kipya cha kuzalisha umeme kwa makaa ya mawe ambacho kinahitaji uwekezaji endelevu katika ununuzi wa makaa ya mawe na vifaa vya ulinzi vya mazingira - ili kufikia viwango vya utoaji wa hewa safi, muundo wa gharama ya muda mrefu wa mradi wa umeme wa maji wa Francis - turbine - ni thabiti zaidi.
Gharama ya Uendeshaji ya Muda Mrefu: Gharama ya uendeshaji wa turbine ya Francis ni ndogo. Mara tu turbine imewekwa na mtambo wa nguvu kufanya kazi, gharama kuu zinazoendelea zinahusiana na wafanyakazi kwa ufuatiliaji na matengenezo, na gharama ya kubadilisha baadhi ya vipengele vidogo kwa muda. Utendaji wa juu wa ufanisi wa turbine ya Francis ina maana kwamba inaweza kuzalisha kiasi kikubwa cha umeme kwa kiasi kidogo cha uingizaji wa maji. Hii inapunguza gharama kwa kila kitengo cha umeme kinachozalishwa. Kinyume na hapo, mitambo ya kuzalisha umeme kwa joto, kama vile makaa ya mawe - moto au gesi - mitambo ya moto, ina gharama kubwa za mafuta ambazo huongezeka kwa muda kutokana na sababu kama vile kupanda kwa bei ya mafuta na kushuka kwa thamani katika soko la kimataifa la nishati. Kwa mfano, mtambo wa kuzalisha umeme wa makaa ya mawe unaweza kuona gharama zake za mafuta kuongezeka kwa asilimia fulani kila mwaka kwani bei ya makaa ya mawe inategemea usambazaji - na - mabadiliko ya mahitaji, gharama za uchimbaji madini na gharama za usafirishaji. Katika kiwanda cha kuzalisha umeme kwa kutumia maji cha Francis - turbine, gharama ya maji, ambayo ni "mafuta" ya turbine, kimsingi ni bure, mbali na gharama zozote zinazohusiana na maji - usimamizi wa rasilimali na ada za haki za maji - ambazo kwa kawaida huwa chini zaidi kuliko gharama ya mafuta ya mitambo ya nishati ya joto.
2. Kupunguza Umeme kwa Jumla - Gharama za uzalishaji kupitia Uendeshaji wa Ufanisi wa Juu na Matengenezo ya Chini
Utendaji wa Ufanisi wa Juu: Nishati ya ufanisi wa hali ya juu - uwezo wa ubadilishaji wa turbine ya Francis huchangia moja kwa moja katika kupunguza gharama. Turbine yenye ufanisi zaidi inaweza kuzalisha umeme zaidi kutoka kwa kiasi sawa cha rasilimali za maji. Kwa mfano, ikiwa turbine ya Francis ina ufanisi wa 90% katika kubadilisha nishati ya maji kuwa nishati ya mitambo (ambayo inabadilishwa kuwa nishati ya umeme), ikilinganishwa na turbine isiyo na ufanisi na ufanisi wa 80%, kwa mtiririko fulani wa maji na kichwa, 90% - turbine ya Francis yenye ufanisi itazalisha umeme zaidi wa 12.5%. Kuongezeka huku kwa pato la umeme kunamaanisha kuwa gharama zisizobadilika zinazohusiana na uendeshaji wa mitambo ya umeme, kama vile gharama ya miundombinu, usimamizi, na wafanyikazi, zimeenea kwa kiwango kikubwa cha uzalishaji wa umeme. Matokeo yake, gharama kwa kila kitengo cha umeme (gharama ya kiwango cha umeme, LCOE) imepunguzwa.
Matengenezo ya Chini: Hali ya chini ya matengenezo ya turbine ya Francis pia ina jukumu muhimu katika gharama - ufanisi. Kwa sehemu chache za kusonga na matumizi ya vifaa vya kudumu, mzunguko wa matengenezo makubwa na uingizwaji wa vipengele ni mdogo. Kazi za matengenezo ya mara kwa mara, kama vile kulainisha na ukaguzi, ni za gharama nafuu. Kinyume chake, baadhi ya aina nyingine za turbine au vifaa vya kuzalisha umeme vinaweza kuhitaji matengenezo ya mara kwa mara na ya gharama kubwa zaidi. Kwa mfano, turbine ya upepo, ingawa inaweza kutumika tena - chanzo cha nishati, ina vijenzi kama vile gia ambayo ni rahisi kuchakaa na inaweza kuhitaji urekebishaji wa gharama kubwa au uingizwaji kila baada ya miaka michache. Katika kiwanda cha kuzalisha umeme kwa kutumia maji cha Francis - turbine, vipindi virefu kati ya shughuli kuu za matengenezo inamaanisha kuwa gharama ya jumla ya matengenezo katika muda wa maisha wa turbine iko chini sana. Hii, pamoja na maisha yake ya muda mrefu ya huduma, hupunguza zaidi gharama ya jumla ya kuzalisha umeme kwa muda, na kufanya turbine ya Francis kuwa chaguo la gharama - chaguo bora kwa uzalishaji wa nguvu wa muda mrefu.
Urafiki wa Mazingira
Turbine ya Francis - uzalishaji wa umeme wa maji unatoa faida kubwa za kimazingira ikilinganishwa na njia zingine nyingi za uzalishaji wa nishati, na kuifanya kuwa sehemu muhimu katika mpito kuelekea siku zijazo za nishati endelevu zaidi.
1. Kupunguza Uzalishaji wa Carbon
Mojawapo ya faida kuu za kimazingira za turbine za Francis ni kiwango chao kidogo cha kaboni. Tofauti na visukuku - uzalishaji wa umeme unaotegemea mafuta, kama vile makaa ya mawe - moto na gesi - mitambo ya kuzalisha umeme, mitambo ya maji kwa kutumia turbine za Francis haichomi nishati ya mafuta wakati wa operesheni. Makaa ya mawe - mitambo ya kuzalisha umeme ni watoaji wakuu wa dioksidi kaboni (\(CO_2\)), huku mtambo wa kawaida wa kiwango kikubwa cha makaa - ukitoa mamilioni ya tani za \(CO_2\) kwa mwaka. Kwa mfano, mtambo wa kuzalisha umeme wa makaa ya mawe wa 500 - MW - unaweza kutoa takriban tani milioni 3 za \(CO_2\) kila mwaka. Kwa kulinganisha, mtambo wa kufua umeme wa uwezo sawa na unao na turbine za Francis hautoi uzalishaji wa moja kwa moja \(CO_2\) wakati wa operesheni. Tabia hii ya sifuri - chafu ya mitambo ya umeme wa maji ya Francis - turbine - ina jukumu muhimu katika juhudi za kimataifa za kupunguza uzalishaji wa gesi chafu na kukabiliana na mabadiliko ya hali ya hewa. Kwa kubadilisha uzalishaji wa nishati kwa kutumia mafuta na nishati ya maji, nchi zinaweza kuchangia kwa kiasi kikubwa kufikia malengo yao ya kupunguza kaboni. Kwa mfano, nchi kama Norway, ambazo zinategemea sana nishati ya maji (huku turbine za Francis zikitumika sana), zina kiwango cha chini cha utoaji wa kaboni kwa kila mtu ikilinganishwa na nchi ambazo zinategemea zaidi vyanzo vya nishati vinavyotokana na mafuta.
2. Hewa ya Chini - Uzalishaji wa Uchafuzi
Kando na utoaji wa kaboni, mitambo ya nishati inayotokana na visukuku - mafuta - pia hutoa aina mbalimbali za vichafuzi vya hewa, kama vile dioksidi ya salfa (\(SO_2\)), oksidi za nitrojeni (\(NO_x\)), na chembe chembe. Vichafuzi hivi vina athari mbaya kwa ubora wa hewa na afya ya binadamu. \(SO_2\) inaweza kusababisha mvua ya asidi, ambayo huharibu misitu, maziwa na majengo. \(NO_x\) huchangia katika uundaji wa moshi na inaweza kusababisha matatizo ya kupumua. Chembe chembe, hasa chembe chembe ndogo (PM2.5), huhusishwa na masuala mbalimbali ya afya, ikiwa ni pamoja na magonjwa ya moyo na mapafu.
Francis - turbine - mitambo ya umeme wa maji, kwa upande mwingine, haitoi vichafuzi hivi hatari vya hewa wakati wa operesheni. Hii ina maana kwamba maeneo yenye mitambo ya kuzalisha umeme kwa maji yanaweza kufurahia hewa safi, na hivyo kusababisha kuimarika kwa afya ya umma. Katika maeneo ambayo nishati ya maji imechukua nafasi ya sehemu kubwa ya uzalishaji wa nishati inayotokana na visukuku - mafuta, kumekuwa na maboresho yanayoonekana katika ubora wa hewa. Kwa mfano, katika baadhi ya maeneo ya Uchina ambako miradi mikubwa ya kufua umeme kwa kutumia turbine za Francis imetengenezwa, viwango vya \(SO_2\), \(NO_x\), na chembechembe angani vimepungua, na kusababisha visa vichache vya magonjwa ya kupumua na ya moyo na mishipa miongoni mwa wakazi wa eneo hilo.
3. Athari Ndogo kwenye Mfumo ikolojia
Inapoundwa na kusimamiwa ipasavyo, mitambo ya Francis - turbine - inayotokana na nguvu za maji inaweza kuwa na athari ndogo kwa mfumo ikolojia unaozunguka ikilinganishwa na miradi mingine ya maendeleo ya nishati.
Njia ya Samaki: Mitambo mingi ya kisasa ya kufua umeme kwa maji yenye turbine za Francis imeundwa kwa vifaa vya kupitisha samaki. Vifaa hivi, kama vile ngazi za samaki na lifti za samaki, vimeundwa ili kusaidia samaki kuhama kutoka juu na chini ya mkondo. Kwa mfano, katika Mto wa Columbia huko Amerika Kaskazini, mimea ya umeme wa maji imeweka samaki wa kisasa - mifumo ya kifungu. Mifumo hii inaruhusu lax na spishi zingine za samaki wanaohama kupita mabwawa na turbine, na kuwawezesha kufikia mazalia yao. Muundo wa samaki hawa - vifaa vya kupitisha huzingatia tabia na uwezo wa kuogelea wa aina tofauti za samaki, kuhakikisha kwamba kiwango cha maisha cha samaki wanaohama kinakuzwa.
Maji - Utunzaji Ubora: Uendeshaji wa turbine za Francis kwa kawaida hausababishi mabadiliko makubwa katika ubora wa maji. Tofauti na baadhi ya shughuli za viwandani au aina fulani za uzalishaji wa umeme unaoweza kuchafua vyanzo vya maji, mitambo ya kufua umeme kwa kutumia turbine za Francis kwa ujumla hudumisha ubora wa asili wa maji. Maji ambayo hupitia turbines hayabadilishwa kemikali, na mabadiliko ya hali ya joto kawaida huwa ndogo. Hii ni muhimu kwa kudumisha afya ya mifumo ikolojia ya majini, kwani viumbe vingi vya majini ni nyeti kwa mabadiliko ya ubora wa maji na joto. Katika mito ambapo mitambo ya kufua umeme kwa kutumia turbine za Francis inapatikana, ubora wa maji unaendelea kufaa kwa aina mbalimbali za viumbe vya majini, ikiwa ni pamoja na samaki, wanyama wasio na uti wa mgongo na mimea.
Muda wa kutuma: Feb-21-2025
