Vandens energija

VANDENS ENERGIJA

TURINYS
Įvadas 1
Raida 1
Situacijos analizė 3
Svarbiausi hidroelektrinių tipai 4
Hidroelektrinės ir gamta. trūkumai ir privalumai 4
Kauno hidroelektrinė 7
Hidroelektrinių statybos Lietuvoje perspektyvos 7
Hidroelektrinės pasaulyje 8
Išvados 9
Literatūra 9

ĮVADAS
Vanduo – tai bene labiausiai paplitęs skystis gamtoje, teikiantis žmonijai daug naudos. Šio darbo tema yra vandens teikiama energija, kuri mano nuomone šiuo metu yra labai svarbi, nes yra ekologiškai švari, gaunama nenaudojant jokio kuro. Hidroenergija – tai perspektyvus atsinaujinančios energijos šaltinis.
Hidroenergijos naudojimo formos yra labai įvairios: tai tekančio vandens srauto, jūrų potvynių ir vandenynų bangų energija. Ši atsinaujinančios energijos rūšis yra naudojama jau labai seniai įvairiose žmogaus veeiklos srityse: medienos apdirbimui, grūdų malimui, sunkiems darbams statybose ir žemės ūkyje mechanizuoti. Tačiau pastaruoju metu hidroenergija naudojama praktiškai vien tiktai universalios rūšies energijos- elektros energijai gaminti.
Mano darbo tikslas yra kuo plačiau ir išsamiau susipažinti su vandens energija, jos naudojimu Lietuvoje ir pasaulyje.
Šio darbo uždaviniai:
ü Išsiaiškinti vandens panaudojimo energijai gauti ištakų pradžią;
ü Sužinoti, kokių tipų yra hidroelektrinės;
ü Išanalizuoti dabartinę Lietuvos hidroelektrinių padėtį;
ü Aptarti hidroelektrinių svarbą;
ü Išsiaiškinti hidroelektrinių praktinę naudą;
ü Sužinoti, kaip hidroelektrinės veikia gamtą;
ü Pateikti hidroelektrinių ateities perspektyvas;
ü Aptarti užsienio šalių hidroelektrines.

RAIDA
Vandens ratai jau buvo naudojami senovės Egipte, Kiinijoje, Indijoje. Vandens malūnai statyti antikinėje Graikijoje ir Romoje.
Ypatjevo metraštyje minima, kad prie Būgo upės XIII amžiuje būta daug vandens malūnų. Kadangi tuo laikotarpiu lietuviai palaikė gerus santykius su Rytų kaimynais, tikėtina, kad ir jie apie vandens malūnus žinojo ir ga

alėjo juos statyti jau XII-XIII amžiuje.
Pirmosios rašytinės žinios apie Lietuvos upių energijos panaudojimą paskelbtos XIV amžiaus pabaigoje. Kunigaikščiai ir stambieji feodalai, skatindami bajorus ir dvarininkus, dovanodavo jiems žemės su visais turtais. Dovanojimo raštuose būdavo minimi ir vandens malūnai. Pavyzdžiui, 1387m. vasario 17 d. kunigaikščio Jogailos rašte, kuriuo jis dovanojo Vilniaus vyskupui žemes, rašoma „<.> mes duodame su visais atskirais kaimais, ežerais, tvenkiniais, malūnais ir jų vandens srovėmis“. 1404 m. rugpjūčio 17 d. Lietuvos Didysis Kunigaikštis Vytautas savo raštu leido kryžiuočių magistrui K.Jungingenui tvenkti Nevėžio upę malūnui ir kitiems reikalams. Malūnai minimi ir Vytauto Didžiojo 1421 m. dovanojimo rašte Žemaitijos vyskupystei.
Klaipėdos krašte vandens malūnų istorinė raida prasideda nuo 1256 metų, kai prie Danės upės buvo pastatytas pirmasis vandens malūnas. Tad visiškai tikėtina, kad vandens malūnai Lietuvoje jaau buvo statomi XII-XIII amžiuje ar net dar anksčiau.
Tačiau vandens energija plačiau pradėta naudoti tik XVI amžiuje. Kad tuo laikotarpiu malūnai plačiau plito liudija ir tai, jog XVII amžiaus pradžioje įvestas malūnų mokestis. Jis buvo renkamas nuo valakų (turimos žemės) ploto, neatsižvelgiant į tai, ar valstietis grūdus malė pono malūne, ar namie rankinėmis girnomis. Tad mokestis skatino valstiečius grūdus malti ponų malūnuose. Kartu faktai liudija ir tai, kad malūnų turėjo būti daug. Tuo metu malūnais vadinti visi statiniai (įrenginiai), kurių ratus su
ukdavo tekantis arba krintantis vandens srautas. Tad buvo ne tik grūdų malimo, bet ir vilnų karšimo, audeklų vėlimo, popieriaus bei parako gaminimo malūnų (hidrojėgainių).
Valstiečiai (baudžiauninkai) privalėjo įrengti malūnų tvenkinių užtvankas, jas remontuoti ir saugoti per potvynius.
Vėliau, XVI amžiuje, feodalų iniciatyva pradėta įrenginėti tobulesnes užtvankas ir vandens energiją išnaudoti ne tik grūdams malti, bet ir kitiems reikalams. Pavyzdžiui, stambi feodalizmo epochos, vandens ratų varoma, buvo Rudnios metalo liejykla, pastatyta Ulos upės krante. Ulos vandens srautas suko tris didelius ratus, kurių vieno dantračių pavara judino lydomosios krosnies dumples, antro – kaitinamosios krosnies dumples, o trečio – kilnojo kūjus,kalančius įkaitintą geležį.
Prie tos pačios upės užtvankos, kitame krante, buvo pastatytas grūdų malimo malūnas ir milo vėlykla. Čia taip pat veikė lentpjūvė. Rudnios metalo liejykla, malūnas ir vėlyklas priklausė Kaniavos dvarui. Panašios, vandens ratų sukamos, hidrojėgainės – geležies liejyklos, vėlyklos, malūnai – veikė ir kituose dvaruose.
XVI-XVII amžiuje stambi patrankų liejykla veikė Valkininkuose. Ji buvo pastatyta Spenglos upės krante netoli Valkininkų, Pučkarnios kaime. Liejyklos mechanizmus suko 5 ratai. Vandens srauto jėga liejykloje buvo naudojama visiems sunkiems darbams: keldavo metalo lydinius, kaldavo patrankas, padėdavo jas keldinėti bei gludinti ir panašiai. Toje pačioje Valkininkų ginklų liejykloje, be patrankų ir sviedinių liejimo, buvo gaminamas parakas. Parako žaliavas malė specialus malūnas.
Tokios metalo liejyklos ir ka
alyklos kaip Rudnios ar Valkininkų buvo valstybinės, pastatytos Didžiojo Kunigaikščio žemėse. Reikalingas žaliavas joms tiekė miestelių ir apylinkių kaimų valstiečiai bei dvarų baudžiauninkai. Šiek tiek jų buvo importuojama.
Beveik visi vandens malūnai Vilniuje buvo pastatyti prie Vilnelės (Vilnios) upės, todėl ir jos krantu nutiesta gatvė jau XVI amžiuje pavadinta Malūnų gatve. Pirma popieriaus gamykla Vilniuje taip pat buvo pastatyta prie Vilnelės. 1524m. lapkričio 16 d. raštu Žygimantas Senasis Karoliui Vernartui leido ją įrengti panaudojant vandens rato jėgą mechanizmams sukti. 1578 metais Steponas Batoras davė sutikimą Jurgiui Reineriui Kaune, Jiesios ir Vyčiaus upelių santakoje, statyti tokią gamyklą ir kirsti medžius valstybiniame miške.
Popieriaus gamyklos buvo statomos ne tik didžiuosiuose miestuose, bet ir miesteliuose bei dvaruose. Pavyzdžiui, Prienuose, prie Drobingos upelio žiočių, tokią gamyklą XVIII amžiuje pastatė Kazimieras Sapiega. Tai didžiausia XIX amžiaus pradžios popieriaus gamykla.
XVI-XVIII amžiuje Lietuvoje jų jau veikė kelios dešimtys. Vėliau jos buvo pertvarkytos į grūdų malimo malūnus, arba atvirkščiai. XIX amžiaus pirmoje pusėje Lietuvos dvaruose spragilus ėmė keisti kuliamosios, įrengtos prie malūnų, kurių pagrindinė varomoji jėga buvo vandens ratai. 1824 m. Strėvininkų dvare sukonstruota tobulesnė kuliamoji mašina, sukama vandens rato jėga. Strėvos vandens srautas sukdavo 5 m skersmens vandens ratą, krumpliaračiais sujungtą su kuliamosios ratu, kuris per minutę apsisukdavo 165 kartus.
1841 m. surašymo duomenimis, Lietuvoje tada veikė 53
32 vandens jėgainės (hidrojėgainės). Vėlesniais (1857-1858 m.) surašymo duomenimis, Vilniaus gubernijoje buvo 715, o Kauno – 426 hidrojėgainės, tai yra nuo 1841 m. jų padaugėjo apie pusantro karto.
Tuometinių hidrojėgainių vandens ratai buvo mediniai su horizontaliais mediniais velenais, geležimi apkaustytais galais. Ratus vandens srautas (srovė) sukdavo dvejopai: tekėdamas iš apačios arba krisdamas iš viršaus stumdavo vandens rato perimetru įtaisytas briaunotas plokšteles.
Nuo XVI amžiaus Lietuvoje plačiau buvo paplitę krintančios vandens tėkmės sukami ratai. Tokiais atvejais gaunama didesnė varomoji jėga. Tačiau, kad vandens tėkmė kristų iš viršaus, reikėjo vandens lygį pakelti aukščiau užtvankomis. Užtvankos dambos dažniausiai būdavo žemo slėgio (2-3 m aukščio), įrengiamos iš akmenų, žabų, rąstų ir kitų vietinių medžiagų. Jos paprastai buvo daromos per visą upės ar upelio vagos plotį be jokių papildomų vandens pralaidų. Vandens lygių pakėlimo aukščius reguliuodavo valstybės teisių kodeksas – Lietuvos Statutas. Hidrojėgainių pastatai būdavę mediniai su mūriniais aukštais pamatais, rečiau mūriniai.
Dėl įvairių priežasčių vėlesniu laikotarpiu vandens energija Lietuvoje buvo naudojama retai. Tik XIX amžiaus pabaigoje ir XX amžiaus pradžioje pradėtos įrenginėti pirmosios hidroturbinos. 1926 metų statistikos duomenimis, Lietuvoje tuo metu veikė 616 hidrojėgainių: malūnų, lentpjūvių, vilnų karšyklų, milo vėlyklų ir hidroelektrinių, visų jų bendra galia nesiekė 8000 AG (arklio galios), 1939 metais- 640 hidrojėgainių, jų bendra galia – 11860 AG. Karas, okupacija ir sovietmetis mažoms hidrojėgainėms padarė didžiulių nuostolių: daugelis jų buvo visiškai sugriauta, daug sunyko neremontuojamos.
Pagal 1958-1960 metais sudarytą sąrašą respublikoje veikė 329 hidrojėgainės.

SITUACIJOS ANALIZĖ
Jei reikalai klostosi nekaip, mes griebiamės praeities idealizacijos. Idealizuojame ir hidrotechniką, nors turime pačią galingiausią atominę elektrinę ir galėtume gaminti dvigubai daugiau elektros negu gaminame ar kiek jos mums dabar reikia. Tačiau taip galime daryti tik įvežtinio kuro dėka, kurio pavojingų atliekų niekas nenori priimti atgal, tad jos kaupiasi.
Mūsų vietiniai energijos šaltiniai aprūpinimo energija problemos neišspręs, tačiau pagelbėti gali.
Šiandieninė hidroenergetikos padėtis apibūdinta antroje lentelėje. Turime dvi didžiąsias ir 18 mažųjų hidroelektrinių. Kruonio hidroakumuliacinė elektrinė galingiausia šalyje. Tačiau ji, keldama vandenį į aukštutinį baseiną, suvartoja trečdaliu elektros daugiau, negu vėliau patiekia. Tad realūs elektros hidroenergijos gamintojai yra Kauno hidroelektrinė ir šiuo metu esančios 18 mažųjų hidroelektrinių.
Visų mažųjų hidroelektrinių galia 7,0, o su Kauno hidroelektrine – 107,8 tūkst. kW. Kauno hidroelektrinė kasmet gamina 250-450, vidutiniškai apie 352 mln. kWh, o 1995m. pagamino 357 mln. kWh, tai yra šiek tiek daugiau nei vidutiniškai. Visos mažosios hidroelektrinės 1995 m. pagamino 15,7 tūkst. kWh. Tuos skaičius palyginus su visa 1995 m. šalyje pagaminta elektra (13898 mln. kWh), gautume, kad visos hidroelektrinės (su Kruonio HAE) pagamino 5,4%, iš jų Kauno hidroelektrinė – 2,57%, o mažosios hidroelektrinės – 0,11% elektros.
Atlikime dar vieną palyginimą: visų hidroelektrinių (be Kruonio HAE) pagamintą 1995 m. elektros kiekį (372,7 mln. kWh) palyginkime su apskaičiuotais realiai (optimistiniais) hidroenergijos ištekliais, pateiktais pirmoje lentelėje (2647 mln. kWh). Gauname, kad šiuo metu panaudojama 14,1% realių hidroenergijos išteklių. Šiuo požiūriu hidroenergetikai plėtoti yra labai didelis rezervas.
Negalima teigti, kad nesistengiama pagyvinti hidroenergetikos plėtrą. Paieškomiesiems projektavimo ir tyrimo darbams lėšų skyrė Ūkio ministerija. Šia kryptimi darbuojasi Lietuvos hidroenergetikų draugija, o konkrečiai – Žemaitijos inžinieriai ir statybininkai 1996 m. prie Varduvos upės atstatė Renavo hidroelektrinę ir pastatė naujas Juodeikių hidroelektrinę prie esamo tvenkinio bei 1997 m. hidroelektrines prie Ubiškės tvenkinio ant Pateklos ir Šerkšnėnų hidroelektrinę prie esamo tvenkinio ant Šerkšnės. Jonavos UAB „Achema hidrostotys“ finansuoja Pastrėvio hidroelektrinės statybą buvusios hidroelektrinės vietoje.
Kauno apskrities administracijos iniciatyva išnagrinėta galimybė prie esamų tvenkinių pastatyti septynias (Kruostos (atstatyti), Angarių, Dotnuvos akademijos, Juodkiškių, Bublių, Labūnavos, Mantviliškio HE).
Įvertinus naujai pastatytas hidroelektrines nuo 1995 m. iki 1998 m., mažosiose hidroelektrinėse elektros gamyba padidėjo iki 17,2 mln. kWh per metus.

SVARBIAUSI HIDROELEKTRINIŲ TIPAI
Pagal slėgio (kritimo) aukščio sudarymo būdą hidroelektrinės skirstomos į:
1. Vagines;
2. Derivacines;
3. Mišrias;
4. Hidroakumuliacines;
5. Potvynių-atoslūgių.
1. Vaginės hidroelektrinės vandens slėgis (kritimas) sudaromas užtvanka, patvenkiančia upės, upelio srauto tėkmę ir pakeliančia vandens lygį iki viršutiniame bjefe numatytos altitudės. Kitoje užtvankos pusėje – apatiniame bjefe įprastinis vandens lygis pažemėja iki tam tikros leistinos ribos. Vaginių hidroelektrinių pastatai dažniausiai būna įkomponuoti pačiose užtvankose. Šalia hidroelektrinių paprastai įrengiamos vandens pertekliaus pralaidos. Tokios hidroelektrinės dažnai statomos upių ar upelių vagų ruožuose, kur nuolydžiai būna didesni kaip i=0,001–0,003. Jos labai populiarios.
2. Derivacinės hidroelektrinės savo ruožtu skirstomos į: atviras, pusiau atviras ir uždaras. Paprastai statomos didesnių vingiuotų upių vagų ruožuose. Populiariausios pusiau atviros ir atviros derivacinės hidroelektrinės.
3. Mišrios hidroelektrinės tai tokios, kai dalis slėgio (kritimo) aukščio sudaroma užtvanka, o kita – derivaciniais įrenginiais. Šių hidroelektrinių svarbiausi elementai: 1) užtvanka su pralaida; 2) upės vaga; 3) kanalas ar slėgimo tunelis; 4) šliuzas-reguliatorius; 5) slėginis baseinas ar išlyginamasis rezervuaras; 6) slėgimo vamzdžiai; 7) hidroelektrinės pastatas ir žemutinė dalis.
4. Hidroakumuliacinės hidroelektrinės. Jų įrengimo principas toks: skirtinguose aukščiuose įrengiami du vandens baseinai: žemutinis ir aukštutinis. Mažo elektros energijos sunaudojimo valandomis vanduo siurbliais pumpuojamas į aukštutinį baseiną, o kai elektros energijos reikia daug, vandens tėkmė iš aukštutinio baseino slėgimo vamzdžiais teka į žemutinį baseiną per dvigubo veikimo hidroagregatus ir gamina elektros energiją. Praktiškai nakties metu hidroakumuliacinė hidroelektrinė veikia kaip siurblinės, o didelio elektros energijos pareikalavimo valandomis – kaip hidroelektrinės.
5. Potvynių-atoslūgių hidroelektrinės. Jūrose ir vandenynuose, Mėnulio traukos veikiami, vandens lygiai svyruoja: pakyla arba nuslūgsta. Tokie pakilimai ir nuslūgimai ypač būna žymūs pakrančių įlankose. Taigi jie ir išnaudojami potvynių-atoslūgių hidroelektrinėms įrengti.
Jūrų ir vandenynų potvynių-atoslūgių energetinis potencialas yra neišsemiamas: jis nuolat atsinaujina, jo vidutinė galia siekia apie 1 milijardą kilovatų. Be anksčiau išvardintų, dar statomos kaskadinės hidroelektrinės. Jos išnaudoja dviejų tvenkinių, įrengtų vienos upės ruože, potencinę energiją vienos hidroelektrinės galiai didinti.

HIDROELEKTRINĖS IR GAMTA. TRŪKUMAI IR PRIVALUMAI
Bet kuris statinys, įterptas į gamtinę aplinką, veikia ją dažniausiai neigiamai. Pirmiausia keičiamas per tūkstančius metų susiformavęs vietovės reljefas, per šimtmečius susidariusi dirvožemio struktūra, vietovės mikroklimatinės sąlygos ir vandens režimas, augalijos danga ir pagaliau gyvūnijos pasaulis. Taigi iš dalies pasikeičia negyvosios ir gyvosios gamtos komponentai. Pasikeičia arba suyra stabiliais tarpusavio ryšiais susijusi gyvosios ir negyvosios gamtos komponentų sąsaja – ekosistema. Jautrios tam komponentų pokyčiui yra hidroekosistemos, kurias skatina ir palaiko biologinių bendrijų, hidrocheminių ir fizinių-geografinių komponentų kompleksai. Gyvosios gamtos formų įvairovė abipusiais ryšiais yra susijusi su negyvosios gamtos komponentais per medžiagų ir energijos apykaitą. Pakeitus tų komponentų nusistovėjusį tarpusavio santykį, ekosistema gali prisitaikyti prie naujų sąlygų, sudaryti naują ekosistemą arba gali degraduoti ir žūti, jei bus sunaikinti kai kurie būtini komplekso komponentai. Taigi bet kuri žmogaus veikla galiausiai paveikia egzistavusią ekosistemą.
Pastačius hidroelektrinę ir tvenkinį prie jos, pirmiausia nuo jos tam tikru atstumu pasikeičia upės hidrologinis, vandens terminis ir hidrocheminis režimas, nuosėdų transportas, vagos formavimosi procesai ir pagaliau vandens augalija bei gyvūnija – tai vis ekosistemą formuojantys komponentai.
Užtvenkus upę, vandens slėgiui sudaryti užliejami tam tikri upės slėnio ar šalia jo esantys žemės plotai, sudaromas vandens tvenkinys. Iš aplinkosaugos pozicijų į jį galima žiūrėti įvairiai, dažniausiai neigiamai, nes manoma, kad tvenkinyje vandens kokybė yra blogesnė nei upėje. Į jį suplaukia ir dažniausiai jame nusėda taršos produktai iš viso upės baseino. Jie neigiamai veikia gyvūniją, žuvis, kai dėl aukštesnės vandens temperatūros ir sumažėjusio turbulentiškumo pablogėja vandens dujinis režimas, išbujoja tvenkinyje vandens augalija. Dėl specifinio hidroelektrinių darbo nuolat jame vyksta vandens lygio svyravimas, nepageidaujamas biologiniu požiūriu žuvų neršto metu, o nusėdę pakrantėse nešmenys sukuria antisanitarines sąlygas. Didelis ir dažnas vandens svyravimas vyksta ir žemiau hidroelektrinės. Todėl pakrantėse nusėda organinės kilmės nuosėdos, jos irsta, pūva, skleidžia blogą kvapą. Toks reiškinys stebimas Kauno mieste prie Nemuno.
Užtvenkus upę, labai pablogėja žuvų migracijos sąlygos, nes joms patekti į upių aukštupius, kur jos paprastai neršia, nėra jokios galimybės. Žinoma, galimybė atsirastų, jei būtų įrengti žuvų takai. Tačiau nors žuvų migracijos Nemunu sąlygos pakito, Kauno marios tapo vienu produktyviausių vietinių žuvų tvenkinių, kuriame gerai auga karšiai, starkiai, lydekos, ešeriai, kuojos ir kitos vietinės bei įvestos žuvys. Todėl kyla klausimas, ar visur būtina įrengti žuvų takus? Gal juos rengti tik ten, kur migruoja vertingos žuvys.
Sumažėjus vandens greičiams tvenkiniuose, pirmiausia jų aukštutinėje dalyje, nusėda upe plaukiantys ar velkami nešmenys. Tvenkinys ilgainiui seklėja. Be to, tvenkiniuose, ypač didesniuose, dėl bangų ir pakrantės srovių intensyviai performuojami krantai. Pavyzdžiui, per pirmuosius penkerius metus, pastačius Kauno hidroelektrinę, Kauno marių pakrantė daugelyje vietų atsitraukė į sausumą 30-60 m. Kauno marių, kaip jauno ežero, statūs krantai performuojami dar iki šiol.
Ryškesnės hidroterminės reikšmės tvenkinys turi upės ruožui žemiau hidroelektrinės. Čia paprastai žiemą susidaro upės ruožai be ledo dangos, nes hidroelektrinės naudoja vandenį iš giluminės tvenkinio dalies, kur dėl atvirkštinės terminės stratifikacijos vanduo šiltesnis nei paviršiuje (po ledu). Tiriant viso Nemuno vandens temperatūrą išilgai upės pagal vandens matavimo postų duomenis statistiniais kriterijais konstatuotas gerokas hidroterminio režimo pokytis žemiau Kauno hidroelektrinės, ypač iki santakos su Nerimi. Dėl ledų kaupimosi Kauno mariose ir pakitusio hidroterminio režimo žemiau hidroelektrinės, ją pastačius, sumažėjo ir potvynių grėsmė Kauno miestui.
Galima rasti ir daugiau motyvų dėl teigiamo ir neigiamo hidroelektrinių poveikio gamtinei aplinkai, tačiau dabar bene svarbiausias iš jų – tai palyginti dideli nuostoliai dėl žemių užliejimo ir patvenkimo. Čia, žinoma, daugiau ekonomikos nei aplinkosaugos sfera, tačiau gali būti lemiama parenkant aikštelę hidroelektrinei statyti bei jos parametrams. Trečioje lentelėje nurodomas dabar veikiančių hidroelektrinių tvenkinių žemės užliejimas, tenkantis 1 kW įrengtai galiai. Pateiktieji tvenkinių plotai nevisiškai atspindi užlietas žemes, nes į tvenkinio plotą įeina upės vagos plotas tvenkinio zonoje bei ežerai. Tačiau nepaisant to, tvenkinio ploto ir įrengtos galios santykis (ha/kW) rodo tvenkinio energetinį ir ekonominį efektyvumą, tuo labiau, kad žemės kaina aukšta, dažniausiai žemė yra ne valstybinė, bet privati. Vakarų Europos šalyse, statant mažąsias hidroelektrines, stengiamasi, kad nebūtų užliejama dirbama žemė.
Įrengus tvenkinį, atsiranda dar vienas nepageidaujamas reiškinys. Vandens lygiui tapus aukštesniam negu jis yra upės vagoje, pasikeičia vandens infiltracijos aplink tvenkinį pobūdis. Pakilus depresijos kreivei, vanduo išsilieja į žemės paviršių, apsemia pastatų rūsius, pelkėja žemė ir kt.
Visas išvardytas ir neišvardytas negeroves, kurias lydi hidroelektrines, su kaupu atlygina ekologiškai švari ir palyginti pigi produkcija, nes hidroelektrinių kuras – tai vanduo, kurio kaina palyginti žema. Tai labai svarbu aplinkosaugos požiūriu. Be didelių pastangų tuo galima įsitikinti iš tokio palyginimo. Lietuvoje 1 kWh pagaminti sudeginama apie 240 g mazuto, kurio sieringumas paprastai būna ik 3% (norma iki 1996-01-01 buvo 2,3%, po šios datos – 1,8%). Taigi nesunku numatyti, kiek mūsų hidroelektrinės sutaupė kuro ir leido išvengti įvežtinės taršos. Pavyzdžiui, 1994 m. visos hidroelektrinės pagamino 452 mln. kWh elektros energijos, kuriai gauti šiluminėse elektrinėse būtų reikėję sudeginti 108 tūkst. t mazuto, o į aplinką būtų pašalinta apie 2,5 tūkst. t sieros ir kitų kenksmingų junginių. Tarkim, mazuto kaina yra apie 350 Lt/t. Taigi susidaro 38 mln. Lt suma, išskyrus žalą, padarytą gamtinei aplinkai ir žmonių sveikatai.
Yra daugybė priežasčių, kodėl hidroelektrinės nepaplito. Pirmiausia jų plėtrą riboja palyginti nedideli vienoje vietoje sutelkti hidroenergetiniai ištekliai, žemių užliejimai, palyginti didelės pradinės investicijos statybos išlaidoms, iki 10 ir daugiau metų jų atsipirkimo laikas ir kt. Viena priežasčių, kodėl nebuvo statomos didesnės hidroelektrinės pirmiausia ant Nemuno ir Neries, buvo pigus įvežtinis kuras ir viešpatavusi gigantomanija Tarybų Sąjungoje ir iš dalies Lietuvoje. Norėta turėti pačias didžiausias šilumines, atominę ir hidroakumuliacinę elektrines. Šiuo metu mūsų šalis prisotinta energetinių objektų, kuriuose galima pagaminti tris kartus daugiau elektros energijos nei dabar sunaudojame. Tačiau ieškant pigesnių ir švaresnių energijos šaltinių, dėmesys hidroenergetikai, ypač mažajai, kurios vietinė reikšmė visais atžvilgiais aktuali, turi būti nuolatinis.
Dabar į hidroenergetiką aplinkosauginiu požiūriu pažvelgsime iš kitos pusės – kokią žalą hidroenergetiniams objektams gali padaryti išimtiniai gamtiniai reiškiniai ir kaip su jais kovoti. Žinoma, šie klausimai yra hidroelektrinių eksploatacijos pobūdžio.
Galima išvardyti daugelį faktų, kai sugriuvo arba buvo apgriauti hidroelektrinių statiniai, susidarius ekstremalioms hidrometeorologinėms situacijoms, kurias dažniausiai lydėjo eksploatacinio pobūdžio aplaidumas.
Rakiškio hidroelektrinė ant Virvytės užtvankos 1952 m. žiemą buvo išgriauta dėl to, kad nakčiai hidroelektrinės palikta be priežiūros. Susigrūdus ledams ties vandens pralaidomis ir pakilus vandeniui, jis persiliejo per užtvanką ir ją sugriovė. Pabradės kartono fabriko hidroelektrinė 1957 m. buvo išgriauta dėl to, kad pradėjus kilti vandeniui, nespėta atidaryti blogai prižiūrimų vandens pralaidų. 1958-02-12 įvyko Baltosios Ančios hidroelektrinės avarija. Nušliaužė žemių užtvankos žemutinis šlaitas. Avarija įvyko dėl to, kad užtvankos priemolio ekranas buvo daug plonesnis nei numatytas projekte ir padarytas su šiukšlių priemaiša. Netinkamai pastatyta užtvankos drenažo prizmė. 1980 m. sugriuvo uždarytos Šaltuonos hidroelektrinės užtvanka persiliejus per ją tvenkinio vandeniui. Dėl įvairių priežasčių buvo išgriautos Kruostos, Renavo hidroelektrinės, kai kurios kitos hidroelektrinės – dėl eksploatacijos taisyklių pažeidimų, esant pirmiausia sudėtingai hidrologinei situacijai.
Nors vanduo yra hidroelektrinių „kuras“, tačiau ir didelis jų priešas, griovėjas, todėl hidroįtvarus reikia ne tik kruopščiai statyti, bet ir rūpestingai prižiūrėti.
Vandens telkinį būtina naudoti saugiai, ekologiškai teisingai bei racionaliai. Tam tikslui pagrindinis vandens telkinio naudotojas privalo sudaryti naudojimo ir priežiūros taisykles, suderinti jas su kitais vandens naudotojais, suinteresuotomis šalies bei vietos institucijomis ir patvirtinti Lietuvos Respublikos Aplinkos apsaugos ministerijoje.
Tvenkinių naudojimo ir priežiūros taisyklės turi būti sudarytos visiems tvenkiniams ir užtvenktiems ežerams nuo 5 ha ploto arba didesnio nei 3 m patvankos aukščio, arba jei žemiau jo yra svarbių objektų, kuriems grėstų pavojus vandens išsiliejimo atveju.

KAUNO HIDROELEKTRINĖ
Kauno hidroelektrinė pastatyta 1960 m. (tvenkinys užpildytas 1959-1960m.). Tuo metu ji tenkino apie 30% Lietuvos elektros energijos poreikių. Tačiau pastačius 1800MW galios šiluminę Lietuvos VRE, Kauno hidroelektrinė gamino tik apie 4% šalies elektros energijos. Hidroelektrinės instaliuota galia – 100,8 MW, metinis elektros energijos išdirbis apie 450 mln.kWH, vienai energijos kilovatvalan-dei pagaminti sunaudojama 22,1 m3 vandens, generatorius suka 4 reaktyvines turbinas su pasukamomis mentėmis. Visas tvenkinio tūris – 0,46 km3, o naudingas tūris sudaro 0,22 km3. Tokio tūrio tvenkinio pakanka tik paros nuotėkio reguliavimui. Tvenkinio ilgis – 68 km (iki Birštono). Jo paviršiaus plotas apie 64km2, užlietas derlingos žemės plotas – 54 m2, patvenktų ežerų nėra. Slėgio aukštis H=20 m. Pro turbinas galima praleisti 640 m3/s debitą. Kai tvenkinio vandens lygio altitudė yra normali (44 m), atidarius uždorius pro tris slenkstines pralaidas galima praleisti 2810 m3/s, o kai vandens lygis forsuotas (altitudė 46 m), galima nulieti 4160 m3/s vandens debitą. Užtvankos viršaus altitudė – 48 m.
Kauno hidroelektrinė yra pikinė. Jos reikšmė nėra vien energetinė. Išilgai užtvankos nutiestas kelias ir geležinkelis – taigi turime tiltą per Nemuną. Tvenkinys (Kauno marios) yra Kaišiadorių hidroakumuliacinės elektrinės apatinis baseinas. Kauno mariose vyksta laivyba (suprojektuotas hidroelektrinės šliuzas nepastatytas). Iš tvenkinio imamas vanduo pramonei, laukų drėkinimui. Kauno hidroelektrinės tvenkinio zona yra žmonių poilsio vieta. Kauno mariose kasmet buvo sugaunama apie 120 t žuvų (po 21 kg/ha).
Ši hidroelektrinė apsaugo Kauno miestą nuo didelių potvynių. Tvenkinyje lieka ir ištirpsta vidurinio Nemuno ruožo ledai, nes vandens greitis net ir per potvynius jame yra mažas. Žiemą pro turbinas teka šiltesnis vanduo iš gilesnių tvenkinio sluoksnių, todėl paprastai upės ruožas miesto ribose neužšąla, žemiau Kauno nesusidaro ledo kamščiai, dėl kurių anksčiau labai pakildavo upės vandens lygis miete.
Tvenkinio naudingas tūris yra mažas (tiek vandens per pavasario potvynį gali atitekėti maždaug per vieną dvi paras), todėl Kauno hidroelektrinės galimybės sumažinti didelių potvynių maksimalų debitą yra labai menkos.
Pradėjusi veikti, Kauno hidroelektrinė atsipirko maždaug per 3,3 metų ir dabar kasdien duoda nemažą pelną.

HIDROELEKTRINIŲ STATYBOS LIETUVOJE PERSPEKTYVOS
Nustatyta, kad ant Nemuno tikslinga būtų pastatyti devynias hidroelektrines: penkias Lietuvoje (Jurbarko, Kauno, Birštono, Druskininkų ir Alytaus) ir keturias Baltarusijoje (Gardino, Mastų, Dukudavos ir Stolcų). Iš jų ekonomiškiausia būtų Birštono hidroelektrinė. 1969m. Energetikos institute buvo išnagrinėti penki galimi šios hidroelektrinės statybos variantai ir nustatytas geriausias iš jų. Pagal jį Birštono hidroelektrinės užtvanką reikėtų statyti aukščiau Punios (348 km nuo Nemuno žiočių), mašinų pastatą – ties Margaravos kaimu. Derivacinis kanalas būtų 3 km ilgio, būtų užlieta mažiausiai žemių (41 km2). Šios derivacinės hidroelektrinės techniniai parametrai būtų tokie: slėgio aukštis H=31 m, galia P=570 MW, metinis išdirbis 600 mln. kWh. Visiškai išsaugomas Punios draustinis.
Skaičiavimai rodo, kad mažos hidroelektrinės statyba yra ekonomiškas, kai jos metinis išdirbis ne mažesnis kaip 3 mln. kWh. Be to, nustatyta, kad mažų hidroelektrinių elektros energijos savikaina yra mažesnė nei šiluminių elektrinių. Todėl Lietuvos Energetikos institutas siūlo atgaivinti mažųjų hidroelektrinių statybą. Pirmiausia reikėtų modernizuoti ir automatizuoti 12 dabar veikiančių mažųjų hidroelektrinių, po to – atstatyti 17 užkonservuotų ir apleistų hidroelektrinių.
Tolesniuose etapuose reikėtų statyti naujas hidroelektrines prie jau esamų užtvankų ir pagaliau statyti visiškai naujas hidroelektrines.
Nustatyta, kad Lietuvoje tikslinga pastatyti 215 naujų mažųjų hidroelektrinių. Jų bendra galia P=110 MW, o išdirbis E=500 mln. kWh. Kai kurios hidroelektrinės būtų statomos prie jau dabar esamų tvenkinių ir užtvankų. Prie esamų užtvankų galima būtų statyti 31 mažąją hidroelektrinę. Jų bendra galia siektų 11 MW, o išdirbis 50mln. kWh. Šios hidroelektrinės turėtų atsipirkti maždaug per trejus eksploatacijos metus.
Mažoms hidroelektrinėms būtina gaminti ir nedideles turbinas, generatorius, automatizavimo priemones ir kitą aparatūrą. Šie įrenginiai gaminami Austrijoje, Vokietijoje, Šveicarijoje, Norvegijoje, Japonijoje, Čekijoje, Slovakijoje ir kitur.
Mažųjų hidroelektrinių atstatymo procesas Lietuvoje jau prasidėjo. Mažeikių rajone ant Varduvos upės, kur vos besilaikė apgriuvęs anksčiau buvusios hidroelektrinės mašinų pastatas, 1996 m. paleista nauja 300 kW galios Renavo hidroelektrinė. Ji kitokia negu įprastinės hidroelektrinės, nes neturi mašinų pastato (generatorių salės). Čia vertikaliame vamzdyje sumontuota Švedijos firmos „FLYGT“ hidraulinė turbina kartu su generatoriumi vienoje kapsulėje. Ji panardinta į vandenį, įdėta į specialų lizdą. Net tvirtinti nereikia, nes jos pastovumui pakanka svorio jėgos. Prireikus kapsulė lengvai iškeliama į paviršių. Vamzdžiu tekantis vanduo suka agregatą, kartu jį ir aušindamas. Tokį agregatą pagaminti kainuoja brangiau, bet užtat pagreitėja ir atpinga statyba, paprastesnė hidroelektrinės eksploatacija. Budinčio personalo nereikia, nes turbinos ir generatoriaus darbą valdo automatika. Pagaminta energija tiekiama bendrai elektros tinklų sistemai.
Kauno apskritis žada statyti 6-7 hidroelektrines ant Nevėžio, Obelies ir Šušvės upių. Per metus jos turėtų pagaminti beveik 2,5 MWh elektros energijos. Iš jų lengviausia būtų paleisti prieš 20 metų veikusią Kruosto hidroelektrinę Kėdainių rajone.
Latvijos sąlygos panašios į Lietuvos, bet čia skatinama hidrotechninė statyba. Todėl mūsų kaimynai net pusę visos reikalingos energijos gauna iš savo upių.
Beje, užsienyje hidrojėgainė laikoma rentabilia, jei ji atsiperka per 10-15 metų.

HIDROELEKTRINĖS PASAULYJE
Svarbi vieta pasaulio energetikoje tenka hidroelektrinėms, kurios yra ekologiškai švarios ir mažai pavojingos aplinkai. Pirmosios pasaulyje kelių šimtų vatų galios hidroelektrinės buvo pastatytos 1879-1881 m. Lanflune (Vokietija), Greisaide (Anglija). XIX a. pab. Buvo pastatytos hidroelektrinės ant krioklių – Biūlacho (Šveicarija) hidroelektrinė 1892 m. ir Niagaro (JAV). Per I pasaulinį karą padidėjo elektros energijos reikmės ir visame pasaulyje buvo pastatyta daug galingų hidroelektrinių; bendra jų galia 1920 m. siekė 1700 MW.
Šiuo metu panaudojama tik 17 procentų visų pasaulio hidroenergijos išteklių. Didžiulį hidroenergijos potencialą turi Rusija, Kanada, JAV ir kitos šalys. Yra valstybių, kurios vandens jėgainėse pasigamina visą reikiamą elektros energiją arba didžiąją jos dalį: Švedija (60%), Austrija (72%), Naujoji Zelandija (90%), Brazilija (93%), Norvegija (99%). o Paragvajuje beveik 100%. Labai dideles galimybes turi kai kurios atsiliekančios šalys – net 65% pasaulio hidroenergijos išteklių. Tačiau, pavyzdžiui, Pietų Amerikos šalys naudoja 10%, o Afrika tik 5% šių išteklių.
Plačiausiai šiuo metu pasaulyje naudojama hidroenergijos forma – tai upių vandens tėkmės energija. Didelius energijos išteklius turi Azijos upės Jangdzė, Mekongas, Jenisėjus, o be to, Lena; Afrikos – Kongas ir Zambezė. Pietų Amerikos – Parana, Šiaurės Amerikos upės Kolambija ir Jukonas. Ant jų pastatyta nemažai jėgainių. Kai kurios iš šių upių naudojamos neefektyviai, nes yra toli nuo elektros energijos vartotojų.
Krintančio vandens jėgainių daug Alpių ir Šiaurės Europos šalyse. Pavyzdžiui, Islandija ir Norvegija tokiose jėgainėse pagamina gerokai daugiau elektros energijos nei sunaudoja.
Vandens jėgainėse pagaminama apie 20% pasaulio elektros energijos. Panaudojus visus žemėje esančius vandens išteklius, galima būtų pagaminti apie 40% visos elektros energijos. Akivaizdu, kad pasaulyje hidroenergija yra svarbus bet ne svarbiausias elektros energijos šaltinis.

IŠVADOS
Vandens energija žmonių yra naudojama jau senai. Šiandien naudojamos hidroelektrinės per metų metus išsivystė iš senovės Egipte, Kinijoje, Indijoje naudotų vandens ratų.
Lietuvoje hidroelektrinių galimybės dar nėra visiškai ir efektyviai naudojamos. Šalyje yra dvi didelės ir apie 18 mažų hidroelektrinių, tačiau šiuo metu panaudojama tik 14% realių hidroenergijos išteklių.
Hidrojėgainės kaip ir bet koks kitas objektas įterptas į gamtos aplinką ją veikia ir dažniausiai ne iš gerosios pusės. Pirmiausia pasikeičia upės hidrologinis, vandens terminis ir hidrocheminis režimas, nuosėdų transportas, vagos formavimosi procesai ir pagaliau vandens augalija bei gyvūnija – tai yra ekosistemą formuojantys komponentai (pablogėja vandens kokybė; žuvų migracijos sąlygos; tvenkinys palaipsniui ima seklėti; yra užliejamos žemės). Bet visus šiuos minusus su kaupu atperka ekologiškai švari ir palyginti pigi produkcija.
Pasaulio energetikoje hidroenergijai tenka svarbi vieta. Hidroelektrinių pagaminamos elektros energijos kiekis kasmet vis auga. Yra šalių (Švedija, Austrija, Naujoji Zelandija, Brazilija, Norvegija, Paragvajus), kurios didžiąją dalį joms reikiamos elektros energijos pasigamina hidroelektrinėse.
Vandens, kaip ir kitų atsinaujinančių šaltinių, energijos populiarumas, ypač vis labiau senkant kuro atsargoms turėtų ateityje dar labiau išaugti.

LITERATŪRA
1. Adomavičius V. ir kt. Atsinaujinančios ir alternatyviosios energetikos praktikumas. Kaunas: Technologija. 2003. 80 psl.
2. Adomavičius V., Balčiūnas P. Atsinaujinančios ir alternatyviosios energijos šaltiniai. Kaunas: Technologija. 2003. 112 psl.
3. Adomavičius V., Balčiūnas P. Mažosios atsinaujinančių šaltinių elektrinės. Kaunas: Technologija. 2003. 112 psl.
4. Burneikis J., Jablonskis J. Mažosios hidroenergetikos panaudojimo galimybės Lietuvoje. Kaunas: Lietuvos energetikos institutas. 1998. 48 psl.
5. Dzedulionis J. Pakinkysim vandenį ir vėją. Kaunas: Ūkininko patarėjas. 1995. 62 psl.
6. Jablonskas J. ir kt. Lietuvos mažosios hidroenergetikos žinynas. Kaunas: Lietuvos energetikos institutas. 1996. 202 psl.
7. Kustienė R. ir Poška A. Mažoji hidroenergetika. Kaunas: Ūkininko patarėjas. 1997. 79 psl.
8. Lietuviškoji tarybinė enciklopedija. IV tomas. Vilnius: Mokslas. 1978. 640 psl.
9. Lietuvos energetika. I dalis. Vilnius. 1982. 191 psl.
10. Mažųjų hidroelektrinių problemos. Tarptautinė mokslinė konferencija. Straipsnių rinkinys. Kaunas: Akademija. 2001.
11. Staponkus V.. Hidraulika ir hidroelektrinės. Kaunas: Technologija. 1997. 59 psl.
12. Šalna R. ir kiti. Pasaulio visuomeninė geografija. Vadovėlis. Vilnius: Briedis. 1999.
13. Tarptautinis žodžių žodynas. Vilnius: Mintis. 1969. 808 psl.
14. Tautvydas A. Antalieptės hidroelektrinė 1940-2000. Kaunas: Akademija. 2001. 60 psl.
15. Visuotinė lietuvių enciklopedija. V tomas. Vilnius: Mokslo ir enciklopedijų leidybos institutas. 2004. 800 psl.
16. news.mireba.lt (žr. 2004-05-08)
17. www.asa.lt (žr. 2004-05-08)
18. www.saule.lms.lt/main/hidrol.html (žr. 2004-05-08)
19. www.worldenergy.org (žr. 2004-05-11)
20. www.zalieji.lt (žr. 2004-05-11)

Leave a Comment