U svim svjetskim hidroelektranama danas se proizvodi 4210 TW h električne energije godišnje ili 14% ukupne svjetske proizvodnje. Njihova ukupna snaga kreće se oko 1500 GW pa su one po snazi i godišnjoj proizvodnji vodeća postrojenja za iskorištavanje obnovljivih izvora energije u svijetu.
Hidroenergija se za dobivanje mehaničkog rada koristi još od prapovijesti, za što su najbolji dokaz mnogobrojne vodenice. No, u vrijeme industrijske revolucije postalo je jasno da životinjska snaga i parni strojevi ne mogu zadovoljiti rastuće potrebe pa su već do sredine 19. stoljeća izvedeni mnogi složeni hidraulički sustavi za iskorištavanje vodnih snaga. Istodobno, u drugoj polovici 19. stoljeća sve se više pojavljuju ideje za njihovo iskorištavanje i za proizvodnju električne energije.
Rijeka Niagara i njezini slapovi
Rijetke su rijeke u svijetu koje imaju veliki protok i pad, što znači da mogu ostvariti golemu vodnu snagu i koje se u isto vrijeme nalaze u područjima koja su zbog svojih zemljopisnih i klimatskih značajki pogodna za naseljavanje i ugodan život ljudi.
Jedna od takvih rijeka je Niagara. Cijelim svojim tokom od svega 58 km čini granicu Kanade i Sjedinjenih Američkih Država. Rijeka je, zapravo, predzadnja stuba u sustavu Velikih jezera i na svojem razmjerno kratkom toku od jezera Erie do jezera Ontario svladava visinsku razliku od 99,3 m.
Otprilike na pola toka, 27 km nizvodno ili sjeverno od Buffala na američkoj obali, rijeka mora svladati tzv. Niagarsku stubu. Radi se o geološkoj tvorbi koja se proteže uz Velika jezera i dijelove sjevernog SAD-a i južne Kanade u duljini 1600 km. Primjećuje se kao razlika u visini tla u rasponu 10 - 330 m, a uzrokovana je razlikama u erozijskom djelovanju na podlogu.
Na mjestu gdje vode rijeke prelaze stubu, na kraju ledenog doba nastali su veličanstveni slapovi. Potkovasti slap smješten je zapadnije, na granici Kanade i SAD-a i, kao što mu ime kaže, ima oblik potkove. Visok je 51 m, pri vrhu je širok 762 m i u ljetno se vrijeme preko njega prelijeva 2 555 150 l/s. Američki slap nalazi se istočnije i u cijelosti je na teritoriju SAD-a. Njegova ukupna visina od gornje do donje razine rijeke iznosi 54 m, no stvarna je visina mnogo manja i kreće se u rasponu 21 - 30 m, ovisno o tome kolike su nakupine stijenja i naplavina pri njegovom dnu. Pri vrhu je širok 335 m, dok se ljeti preko njega prelijeva 285 000 l/s. Dva velika slapa udaljena su 1039 m, a između njih nalazi se mnogo manji Slap djevinog vela.
Protok u rijeci, čija širina na udaljenosti 3,5 km uzvodno od slapova, prije nego što se račva na Ovčjem otoku, doseže i 2 km, u funkciji je razine vode u jezeru Erie i najveći je u kasno proljeće i rano ljeto. Dodatno se smanjuje po noći i zimi, kada se velik dio vode uzima za potrebe nizvodno smještenih hidroelektrana, čime se upravlja djelovanjem Međunarodne regulatorne brane, izgrađene 1954. godine na kanadskoj obali.
Iskorištavanje vodnih snaga Niagare
Divovski slapovi odavno su privlačili pozornost mnogih, ne samo zbog svoje ljepote, već i zbog mogućnosti iskorištavanja velikog protoka i pada vode. Još 1750. godine francuske kolonijalne vlasti uzvodno od Američkog slapa izgradile su kanal za pokretanje strojeva u pilani. U narednih pola stoljeća s obje su strane granice (koja je tih godina još bila promjenjiva) uslijedili brojni drugi pogoni: mlinovi, kožare i kovačnice. Gospodarstvo na obje obale rijeke doživljava procvat, dodatno pojačan dvadesetih godina 19. stoljeća izgradnjom kanala Erie koji je spojio Velika jezera s rijekom Hudson i New Yorkom. Istodobno, u drugoj polovici 19. stoljeća nastupa i doba električne energije.
U svibnju 1877. godine poduzetnik Jacob F. Schoellkopf na američkoj je obali započeo gradnju kanala za dovod vode na turbine hidroelektrane. Četiri godine kasnije, 860 m nizvodno od Američkog slapa izgrađeno je prvo hidroenergetsko postrojenje na Niagari. Iskorištavalo je pad vode od 26 m, imalo je snagu 1324 kW i proizvodilo je istosmjernu struju za potrebe obližnjih tvornica i javne rasvjete u okolnim ulicama. U pogonu je bilo do 1904. godine kada je zamijenjeno drugom, većom elektranom. Proizvodnja električne energije, ali i iskorištavanje vodnih snaga za dobivanje mehaničkog rada na toj lokaciji trajalo je do lipnja 1956. godine, kada je zbog erozijskog djelovanja vode na podzemne strukture došlo do urušavanja.
Vodne snage Niagare i mogućnosti njihovog iskorištavanja za proizvodnju elektirčne energije privukle su pozornost mnogih poduzetnika, ali i Nikole Tesle koji je predložio izgradnju postrojenja velikih snaga i prijenos tako proizvedene energije izmjeničnim dalekovodima na velike udaljenosti.
Elektrane na Niagari danas
Nakon prve elektrane na Niagari uslijedila je gradnja njih još nekoliko na obje obale, a mnoge od njih manjih snaga do danas su napuštene. Istodobno, kako bi se zaštitili slapovi i njihova ljepota, SAD i Kanada su 1950. godine potpisali sporazum kojim se ograničava iskorištavanje rijeke u hidroenergetske svrhe. Tako se danas smije koristiti 50 - 75% protoka, pri čemu se najviše vode zahvaća po zimi i u noćnim satima po ljeti, kada je broj posjetitelja slapova smanjen.
Prva velika hidroelektrana na Niagari izgrađena je na kanadskoj obali, 8 km nizvodno od slapova. Bila je to HE Sir Adam Beck 1 koja je u pogon puštena 1922., a zatim je 1954. godine uslijedila HE Sir Adam Beck 2. Ukupna snaga cijelog sustava koji još čini RHE Sir Adam Beck i kojim upravlja kanadska energetska tvrtka Ontario Power Generation iznosi 1,962 GW.
Umjesto urušene HE Schoellkopf točno nasuprot kanadskoj elektrani u sklopu Energetskog projekta Niagara 1961. godine u pogon je puštena HE Robert Moses. Izgradila ju je i njome upravlja tvrtka New York Power Authority (NYPA). Čini je 13 turbinskih agregata ukupne instalirane snage 2,525 GW (zbog čega je u vrijeme puštanja u pogon po snazi bila najveća na svijetu), a godišnja proizvodnja iznosi 15 896 756 MW h električne energije. Odmah uz nju nalazi se RHE Lewiston, koja omogućava izravnavanje viškova vode i energije. Sastoji se od 12 crpno-turbinskih agregata ukupne snage 240 MW, pri čemu kao gornji bazen služi jezero Lewiston ukupnog volumena 8,3 * 1010 l.
U upravnoj zgradi elektrane, visoko iznad rijeke, uz krunu brane i iznad prometnice prema jezeru Ontario, nalazi se Niagara Power Vista. Radi se o edukacijsko-informativnom centru u kojem se posjetitelji, uz fantastičan pogled na kanjon Niagare i energetska postrojenja na obje riječne obale, mogu upoznati s osnovama elektrotehnike i elektroenergetike, poviješću područja oko Niagare, izgradnjom i pogonom elektrane, ali i poslušati i vidjeti virtualnu raspravu Tesle i Edisona.
Zašto Tesla ipak nije zaslužio spomenik na Niagarinim slapovima?
Na Ovčjem otoku, usmjeren prema Američkim slapovima, donjem toku i kanjonu Niagare, od 1976. godine stoji spomenik Nikoli Tesli. Djelo je Frana Kršinića i izgrađen je u spomen na Teslinu ideju o gradnji elektrane koja bi iskorištavala vodne snage Niagare i prijenos proizvedene električne energije na velike daljine dalekovodima.
No, možda baš zato Tesla, koji je zbog svojih brojnih izuma i vizija zaslužio počasti u svim dijelovima svijeta, ne bi trebao imati spomenik baš u Niagara Fallsu. Naime, iako mu to nije bilo ni na kraj pameti, jer je u svojem radu gledao isključivo dobrobit čovječanstva, Tesla je pridonio gospodarskom krahu tog gradića. Dok je Niagara Falls u 19. stoljeću zahvaljujući iskorištavanju hidroenergije doživio procvat i ubrzan rast broja stanovništva (za šest puta u samo 30 godina, 1870. - 1900.), od druge polovice 20. stoljeća i izgradnje HE Robert Moses započeo je njegov strmoglavi gospodarski i društveni pad koji nije mogao zaustaviti ni turizam. Uostalom, zašto imati tvornice odmah uz elektranu, kada se električna energija dalekovodima može jednostavno i bez velikih gubitaka prenositi na velike udaljenosti, tamo gdje troškovi rada i prijevoza sirovina i/ili gotovih proizvoda mogu biti mnogo niži?
