В световен мащаб водноелектрическите централи произвеждат около 24 процента от световното електричество и снабдяват с електроенергия повече от 1 милиард души.Световните водноелектрически централи произвеждат общо общо 675 000 мегавата, което е енергиен еквивалент на 3,6 милиарда барела петрол, според Националната лаборатория за възобновяема енергия.В Съединените щати работят повече от 2000 водноелектрически централи, което прави хидроенергията най-големият възобновяем енергиен източник в страната.
В тази статия ще разгледаме как падащата вода създава енергия и ще научим за хидрологичния цикъл, който създава водния поток от съществено значение за водната енергия.Освен това ще видите едно уникално приложение на хидроенергията, което може да повлияе на ежедневния ви живот.
Когато гледате как тече река, е трудно да си представите силата, която носи.Ако някога сте се занимавали с рафтинг по бяла вода, значи сте усетили малка част от силата на реката.Бяловодните бързеи са създадени като река, носеща голямо количество вода надолу по наклон, тесни места през тесен проход.Тъй като реката преминава през този отвор, нейният поток се ускорява.Наводненията са друг пример за това колко сила може да има огромен обем вода.
Водноелектрическите централи използват енергията на водата и използват проста механика, за да преобразуват тази енергия в електричество.Водноелектрическите централи всъщност се основават на доста проста концепция - водата, протичаща през язовир, превръща турбината, която върти генератор.
Ето основните компоненти на конвенционалната водноелектрическа централа:
Язовир – Повечето водноелектрически централи разчитат на язовир, който задържа водата, създавайки голям резервоар.Често този резервоар се използва като езеро за отдих, като езерото Рузвелт в язовира Grand Coulee в щата Вашингтон.
Всмукване – Портите на язовира се отварят и гравитацията изтегля водата през напорния тръбопровод, тръбопровод, който води до турбината.Водата създава налягане, докато тече през тази тръба.
Турбина – Водата удря и завърта големите лопатки на турбината, която е прикрепена към генератор над нея чрез вал.Най-често срещаният тип турбина за водноелектрически централи е турбината на Франсис, която изглежда като голям диск с извити лопатки.Турбина може да тежи до 172 тона и да се върти със скорост от 90 оборота в минута (rpm), според Фондацията за образование по вода и енергия (FWEE).
Генератори – Когато лопатките на турбината се въртят, се върти и поредица от магнити вътре в генератора.Гигантските магнити се въртят покрай медни намотки, произвеждайки променлив ток (AC) чрез движещи се електрони.(Ще научите повече за това как работи генераторът по-късно.)
Трансформатор – Трансформаторът в електроцентралата поема променливотоковия и го преобразува в ток с по-високо напрежение.
Електропроводи – От всяка електроцентрала идват четири проводника: трите фази на захранването се произвеждат едновременно плюс неутрален или заземителен, общ за трите.(Прочетете как работят електроразпределителните мрежи, за да научите повече за предаването по електропровод.)
Изтичане – Използваната вода се пренася през тръбопроводи, наречени отклонения, и отново влиза в реката надолу по течението.
Водата в резервоара се счита за акумулирана енергия.Когато портите се отворят, водата, протичаща през водопровода, се превръща в кинетична енергия, защото е в движение.Количеството електричество, което се генерира, се определя от няколко фактора.Два от тези фактори са обемът на водния поток и количеството на хидравличната глава.Главата се отнася до разстоянието между водната повърхност и турбините.С увеличаването на напора и потока се увеличава и генерираното електричество.Главата обикновено зависи от количеството вода в резервоара.
Има и друг тип водноелектрически централи, наречени помпено-акумулиращи централи.В конвенционална водноелектрическа централа водата от резервоара преминава през инсталацията, излиза и се пренася надолу по течението.Помпено-акумулиращата инсталация има два резервоара:
Горен резервоар – Подобно на конвенционална водноелектрическа централа, язовирът създава резервоар.Водата в този резервоар преминава през водноелектрическата централа, за да създаде електричество.
Долен резервоар – Водата, излизаща от водноелектрическата централа, се влива в долен резервоар, вместо да влиза отново в реката и тече надолу по течението.
С помощта на реверсивна турбина инсталацията може да изпомпва вода обратно в горния резервоар.Това се прави в непиковите часове.По същество вторият резервоар запълва горния резервоар.Чрез изпомпване на вода обратно в горния резервоар, централата има повече вода за генериране на електричество по време на периоди на пикова консумация.
Генераторът
Сърцето на водноелектрическата централа е генераторът.Повечето водноелектрически централи имат няколко от тези генератори.
Генераторът, както може би се досещате, генерира електричеството.Основният процес на генериране на електричество по този начин е да се върти серия от магнити вътре в намотки от тел.Този процес движи електрони, които произвеждат електрически ток.
Язовирът Хувър има общо 17 генератора, всеки от които може да генерира до 133 мегавата.Общият капацитет на водноелектрическата централа на язовир Хувър е 2074 мегавата.Всеки генератор се състои от определени основни части:
вал
Възбудител
ротор
статор
Докато турбината се върти, възбудителят изпраща електрически ток към ротора.Роторът е серия от големи електромагнити, които се въртят вътре в плътно навита намотка от медна тел, наречена статор.Магнитното поле между намотката и магнитите създава електрически ток.
В язовира Хувър ток от 16 500 ампера се движи от генератора към трансформатора, където токът нараства до 230 000 ампера, преди да бъде предаден.
Водноелектрическите централи се възползват от естествения, непрекъснат процес - процесът, който кара дъжда да вали и реките да се покачват.Всеки ден нашата планета губи малко количество вода през атмосферата, тъй като ултравиолетовите лъчи разкъсват водните молекули.Но в същото време нова вода се излъчва от вътрешната част на Земята чрез вулканична дейност.Количеството на създадената вода и количеството загубена вода е приблизително същото.
Във всеки един момент общият обем вода в света е в много различни форми.Може да бъде течен, както в океаните, реките и дъжда;твърдо, като при ледниците;или газообразен, като в невидимата водна пара във въздуха.Водата променя състоянията, докато се движи около планетата от ветрови течения.Вятърните течения се генерират от топлинната активност на слънцето.Циклите на въздушния ток се създават от слънцето, което грее повече на екватора, отколкото на други части на планетата.
Циклите на въздушния ток управляват водоснабдяването на Земята чрез собствен цикъл, наречен хидрологичен цикъл.Тъй като слънцето нагрява течна вода, водата се изпарява във въздуха във въздуха.Слънцето загрява въздуха, което води до издигане на въздуха в атмосферата.Въздухът е по-студен по-високо, така че докато водната пара се издига, тя се охлажда, кондензирайки в капчици.Когато се натрупат достатъчно капчици в една област, капчиците могат да станат достатъчно тежки, за да паднат обратно на Земята като валежи.
Хидроложкият цикъл е важен за водноелектрическите централи, тъй като те зависят от водния поток.Ако в близост до растението няма дъжд, водата няма да се събира нагоре по течението.При липса на събиране на вода нагоре по течението, по-малко вода протича през водноелектрическата централа и се генерира по-малко електроенергия.
Час на публикация: 07.07.2021 г
