På verdensplan producerer vandkraftværker omkring 24 procent af verdens elektricitet og forsyner mere end 1 milliard mennesker med strøm.Verdens vandkraftværker producerer i alt 675.000 megawatt, hvilket svarer til 3,6 milliarder tønder olie, ifølge National Renewable Energy Laboratory.Der er mere end 2.000 vandkraftværker i drift i USA, hvilket gør vandkraft til landets største vedvarende energikilde.
I denne artikel tager vi et kig på, hvordan faldende vand skaber energi og lærer om den hydrologiske cyklus, der skaber den vandstrøm, der er afgørende for vandkraft.Du vil også få et glimt af en unik anvendelse af vandkraft, der kan påvirke dit daglige liv.
Når man ser en flod rulle forbi, er det svært at forestille sig den kraft, den bærer.Hvis du nogensinde har været på white-water rafting, så har du mærket en lille del af flodens kraft.Hvidvandsfald er skabt som en flod, der fører en stor mængde vand ned ad bakke, flaskehalse gennem en smal passage.Når floden tvinges gennem denne åbning, bliver dens strømning hurtigere.Oversvømmelser er endnu et eksempel på, hvor meget kraft en enorm mængde vand kan have.
Vandkraftværker udnytter vands energi og bruger simpel mekanik til at omdanne denne energi til elektricitet.Vandkraftværker er faktisk baseret på et ret simpelt koncept - vand, der strømmer gennem en dæmning, forvandler en turbine, som tænder en generator.
Her er de grundlæggende komponenter i et konventionelt vandkraftværk:
Dæmning - De fleste vandkraftværker er afhængige af en dæmning, der holder vand tilbage, hvilket skaber et stort reservoir.Ofte bruges dette reservoir som en rekreativ sø, såsom Lake Roosevelt ved Grand Coulee Dam i staten Washington.
Indtag – Porte på dæmningen åbner, og tyngdekraften trækker vandet gennem penstocken, en rørledning, der fører til turbinen.Vand opbygger tryk, når det strømmer gennem dette rør.
Turbine - Vandet rammer og drejer de store vinger på en turbine, som er fastgjort til en generator over den ved hjælp af en aksel.Den mest almindelige type turbine til vandkraftværker er Francis Turbine, der ligner en stor skive med buede vinger.En turbine kan veje så meget som 172 tons og dreje med en hastighed på 90 omdrejninger i minuttet (rpm), ifølge Foundation for Water & Energy Education (FWEE).
Generatorer – Efterhånden som turbinebladene drejer, gør en række magneter det også inde i generatoren.Kæmpemagneter roterer forbi kobberspoler og producerer vekselstrøm (AC) ved at bevæge elektroner.(Du vil lære mere om, hvordan generatoren fungerer senere).
Transformer - Transformatoren inde i kraftværket tager AC og konverterer den til højere spændingsstrøm.
Elledninger - Ud af hvert kraftværk kommer fire ledninger: de tre faser af strøm produceres samtidigt plus en neutral eller jord fælles for alle tre.(Læs, hvordan strømfordelingsnet fungerer for at lære mere om transmission af kraftledninger.)
Udstrømning - Brugt vand føres gennem rørledninger, kaldet tailraces, og kommer igen ind i floden nedstrøms.
Vandet i reservoiret betragtes som lagret energi.Når portene åbnes, bliver vandet, der strømmer gennem pennestokken, til kinetisk energi, fordi det er i bevægelse.Mængden af elektricitet, der produceres, bestemmes af flere faktorer.To af disse faktorer er mængden af vandflow og mængden af hydraulisk løftehøjde.Hovedet refererer til afstanden mellem vandoverfladen og turbinerne.Efterhånden som løftehøjden og flowet øges, stiger den producerede elektricitet også.Hovedet er normalt afhængigt af mængden af vand i reservoiret.
Der er en anden type vandkraftværk, kaldet pumpelageranlæg.I et konventionelt vandkraftværk strømmer vandet fra reservoiret gennem anlægget, forlader det og føres nedstrøms.Et pumpelageranlæg har to reservoirer:
Øvre reservoir - Ligesom et konventionelt vandkraftværk skaber en dæmning et reservoir.Vandet i dette reservoir strømmer gennem vandkraftværket for at skabe elektricitet.
Nedre reservoir – Vand, der kommer ud af vandkraftværket, strømmer ind i et lavere reservoir i stedet for at komme ind i floden igen og strømme nedstrøms.
Ved hjælp af en reversibel turbine kan anlægget pumpe vand tilbage til det øverste reservoir.Dette gøres uden for myldretiden.I det væsentlige genfylder det andet reservoir det øvre reservoir.Ved at pumpe vand tilbage til det øverste reservoir har anlægget mere vand til at generere elektricitet i perioder med spidsbelastning.
Generatoren
Hjertet i vandkraftværket er generatoren.De fleste vandkraftværker har flere af disse generatorer.
Generatoren, som du måske har gættet, genererer elektriciteten.Den grundlæggende proces med at generere elektricitet på denne måde er at rotere en række magneter inde i trådspoler.Denne proces flytter elektroner, som producerer elektrisk strøm.
Hoover Dam har i alt 17 generatorer, som hver kan generere op til 133 megawatt.Hoover Dam vandkraftværkets samlede kapacitet er 2.074 megawatt.Hver generator er lavet af visse grundlæggende dele:
Aksel
Excitor
Rotor
Stator
Når turbinen drejer, sender excitatoren en elektrisk strøm til rotoren.Rotoren er en serie af store elektromagneter, der spinder inde i en tæt viklet spole af kobbertråd, kaldet statoren.Magnetfeltet mellem spolen og magneterne skaber en elektrisk strøm.
I Hoover Dam flytter en strøm på 16.500 ampere fra generatoren til transformeren, hvor strømmen ramper op til 230.000 ampere, før den transmitteres.
Vandkraftværker drager fordel af en naturligt forekommende, kontinuerlig proces - den proces, der får regn til at falde og floder til at stige.Hver dag mister vores planet en lille mængde vand gennem atmosfæren, da ultraviolette stråler bryder vandmolekyler fra hinanden.Men samtidig udsendes nyt vand fra den indre del af Jorden gennem vulkansk aktivitet.Mængden af dannet vand og mængden af tabt vand er omtrent den samme.
Til enhver tid er verdens samlede vandvolumen i mange forskellige former.Det kan være flydende, som i oceaner, floder og regn;fast, som i gletsjere;eller gasformig, som i den usynlige vanddamp i luften.Vand ændrer tilstande, når det flyttes rundt på planeten af vindstrømme.Vindstrømme genereres af solens varmeaktivitet.Luft-strøm cyklusser er skabt af solen skinner mere på ækvator end på andre områder af planeten.
Luft-strøm-cyklusser driver Jordens vandforsyning gennem en egen cyklus, kaldet den hydrologiske cyklus.Når solen opvarmer flydende vand, fordamper vandet til damp i luften.Solen opvarmer luften, hvilket får luften til at stige i atmosfæren.Luften er koldere højere oppe, så efterhånden som vanddampen stiger, afkøles den og kondenserer til dråber.Når nok dråber samler sig i et område, kan dråberne blive tunge nok til at falde tilbage til Jorden som nedbør.
Det hydrologiske kredsløb er vigtigt for vandkraftværker, fordi de er afhængige af vandstrømmen.Hvis der er mangel på regn i nærheden af planten, vil vandet ikke samle sig opstrøms.Uden vand, der samler sig opstrøms, strømmer mindre vand gennem vandkraftværket, og der produceres mindre elektricitet.
Indlægstid: Jul-07-2021
