Širom svijeta, hidroelektrane proizvode oko 24 posto svjetske električne energije i opskrbljuju više od milijardu ljudi strujom.Svjetske hidroelektrane proizvode ukupno 675.000 megavata, što je energetski ekvivalent 3,6 milijardi barela nafte, prema Nacionalnoj laboratoriji za obnovljivu energiju.U Sjedinjenim Državama radi više od 2.000 hidroelektrana, što hidroelektranu čini najvećim obnovljivim izvorom energije u zemlji.
U ovom članku ćemo pogledati kako voda koja pada stvara energiju i naučiti o hidrološkom ciklusu koji stvara protok vode neophodan za hidroenergiju.Također ćete dobiti uvid u jednu jedinstvenu primjenu hidroenergije koja može utjecati na vaš svakodnevni život.
Kada gledate rijeku kako prolazi, teško je zamisliti silu koju nosi.Ako ste ikada bili na raftingu, tada ste osjetili mali dio moći rijeke.Bijelovodni brzaci su stvoreni kao rijeka, koja nosi veliku količinu vode nizbrdo, uska grla kroz uski prolaz.Kako rijeka prolazi kroz ovaj otvor, njen tok se ubrzava.Poplave su još jedan primjer koliku snagu može imati ogromna količina vode.
Hidroelektrane iskorištavaju energiju vode i koriste jednostavnu mehaniku za pretvaranje te energije u električnu energiju.Hidroelektrane su zapravo zasnovane na prilično jednostavnom konceptu - voda koja teče kroz branu okreće turbinu, koja okreće generator.
Evo osnovnih komponenti konvencionalne hidroelektrane:
Brana – Većina hidroelektrana se oslanja na branu koja zadržava vodu, stvarajući veliki rezervoar.Često se ovaj rezervoar koristi kao jezero za rekreaciju, kao što je jezero Ruzvelt kod brane Grand Coulee u državi Washington.
Usis – Otvaraju se kapije na brani i gravitacija povlači vodu kroz cevovod, cevovod koji vodi do turbine.Voda stvara pritisak dok teče kroz ovu cijev.
Turbina – Voda udara i okreće velike lopatice turbine, koja je preko osovine pričvršćena za generator iznad nje.Najčešći tip turbine za hidroelektrane je Francisova turbina, koja izgleda kao veliki disk sa zakrivljenim lopaticama.Turbina može težiti čak 172 tone i okretati se brzinom od 90 okretaja u minuti (rpm), prema Fondaciji za obrazovanje o vodi i energiji (FWEE).
Generatori – Kako se lopatice turbine okreću, tako se vrti i niz magneta unutar generatora.Divovski magneti rotiraju pored bakrenih namotaja, proizvodeći naizmjeničnu struju (AC) pomicanjem elektrona.(Kasnije ćete saznati više o tome kako generator radi.)
Transformator – Transformator unutar elektrane preuzima izmjeničnu struju i pretvara je u struju višeg napona.
Električni vodovi – Iz svake elektrane izlaze četiri žice: tri faze struje koje se proizvode istovremeno plus neutralna ili uzemljena zajednička za sve tri.(Pročitajte kako rade mreže za distribuciju električne energije da biste saznali više o prijenosu dalekovoda.)
Izlivanje – Korištena voda se prenosi kroz cjevovode, koji se nazivaju ispusti, i ponovo ulazi u rijeku nizvodno.
Voda u rezervoaru se smatra uskladištenom energijom.Kada se kapije otvore, voda koja teče kroz cevovod postaje kinetička energija jer je u pokretu.Količina proizvedene električne energije određena je nekoliko faktora.Dva od tih faktora su volumen protoka vode i količina hidrauličke glave.Glava se odnosi na udaljenost između površine vode i turbina.Kako se visina i protok povećavaju, tako se povećava i proizvedena električna energija.Glava obično zavisi od količine vode u rezervoaru.
Postoji još jedna vrsta hidroelektrana, koja se zove pumpna akumulacija.U konvencionalnoj hidroelektrani, voda iz rezervoara teče kroz postrojenje, izlazi i odvodi se nizvodno.Crpno-skladištenje ima dva rezervoara:
Gornji rezervoar – Poput konvencionalne hidroelektrane, brana stvara rezervoar.Voda u ovom rezervoaru teče kroz hidroelektranu i stvara električnu energiju.
Donji rezervoar – Voda koja izlazi iz hidroelektrane teče u donji rezervoar umjesto da ponovo ulazi u rijeku i teče nizvodno.
Koristeći reverzibilnu turbinu, postrojenje može pumpati vodu natrag u gornji rezervoar.Ovo se radi van vršnih sati.U suštini, drugi rezervoar puni gornji rezervoar.Pumpanjem vode nazad u gornji rezervoar, postrojenje ima više vode za proizvodnju električne energije tokom perioda najveće potrošnje.
Generator
Srce hidroelektrane je generator.Većina hidroelektrana ima nekoliko ovih generatora.
Generator, kao što ste mogli pretpostaviti, proizvodi električnu energiju.Osnovni proces generisanja električne energije na ovaj način je rotacija niza magneta unutar namotaja žice.Ovaj proces pokreće elektrone, što proizvodi električnu struju.
Hooverova brana ima ukupno 17 generatora, od kojih svaki može proizvesti do 133 megavata.Ukupni kapacitet hidroelektrane Hoover Dam je 2.074 megavata.Svaki generator je napravljen od određenih osnovnih dijelova:
Shaft
Excitor
Rotor
Stator
Kako se turbina okreće, ekscitor šalje električnu struju u rotor.Rotor je niz velikih elektromagneta koji se okreću unutar čvrsto namotanog namotaja bakarne žice, koji se zove stator.Magnetno polje između zavojnice i magneta stvara električnu struju.
U Hoover brani, struja od 16.500 ampera kreće se od generatora do transformatora, gdje se struja povećava do 230.000 ampera prije nego što se prenese.
Hidroelektrane koriste prednosti prirodnog, kontinuiranog procesa - procesa koji uzrokuje padanje kiše i porast rijeka.Svakog dana naša planeta gubi malu količinu vode kroz atmosferu jer ultraljubičasti zraci razbijaju molekule vode.Ali u isto vrijeme, nova voda se emituje iz unutrašnjeg dijela Zemlje kroz vulkansku aktivnost.Količina vode koja se stvori i količina izgubljene vode je otprilike ista.
U svakom trenutku, ukupna svjetska zapremina vode je u mnogo različitih oblika.Može biti tečno, kao u okeanima, rijekama i kiši;čvrsta, kao u glečerima;ili gasovita, kao u nevidljivoj vodenoj pari u vazduhu.Voda mijenja stanje dok se kreće oko planete strujama vjetra.Struje vjetra nastaju grijanjem sunca.Ciklusi zračnih struja nastaju tako što sunce sija više na ekvatoru nego na drugim područjima planete.
Ciklusi zračnih struja pokreću opskrbu vodom Zemlje kroz vlastiti ciklus, koji se naziva hidrološki ciklus.Kako sunce zagrijava tečnu vodu, voda isparava u paru u zraku.Sunce zagrijava zrak, uzrokujući da se zrak diže u atmosferu.Gore je vazduh hladniji, pa se vodena para, kako se diže, hladi, kondenzujući u kapljice.Kada se dovoljno kapljica nakupi u jednom području, one mogu postati dovoljno teške da padnu nazad na Zemlju kao padavine.
Hidrološki ciklus je važan za hidroelektrane jer zavise od protoka vode.Ako u blizini postrojenja nema kiše, voda se neće skupljati uzvodno.Budući da se voda ne sakuplja uzvodno, manje vode protiče kroz hidroelektranu i manje se proizvodi električna energija.
Vrijeme objave: Jul-07-2021
