Weltweit produzieren Wasserkraftwerke etwa 24 Prozent des weltweiten Stroms und versorgen mehr als 1 Milliarde Menschen mit Strom.Laut dem National Renewable Energy Laboratory erzeugen die Wasserkraftwerke der Welt insgesamt 675.000 Megawatt, das Energieäquivalent von 3,6 Milliarden Barrel Öl.In den Vereinigten Staaten sind mehr als 2.000 Wasserkraftwerke in Betrieb, was die Wasserkraft zur größten erneuerbaren Energiequelle des Landes macht.
In diesem Artikel werfen wir einen Blick darauf, wie fallendes Wasser Energie erzeugt, und lernen den Wasserkreislauf kennen, der den für die Wasserkraft wesentlichen Wasserfluss erzeugt.Sie erhalten auch einen Einblick in eine einzigartige Anwendung der Wasserkraft, die Ihr tägliches Leben beeinflussen kann.
Wenn man einen vorbeiströmenden Fluss beobachtet, kann man sich kaum vorstellen, welche Kraft er trägt.Wenn Sie schon einmal Wildwasser-Rafting waren, dann haben Sie einen kleinen Teil der Kraft des Flusses gespürt.Wildwasser-Stromschnellen werden als Fluss angelegt, der eine große Menge Wasser bergab führt, Engpässe durch einen engen Durchgang.Wenn der Fluss durch diese Öffnung gezwungen wird, beschleunigt sich seine Strömung.Hochwasser sind ein weiteres Beispiel dafür, wie viel Kraft eine enorme Wassermenge haben kann.
Wasserkraftwerke nutzen die Energie des Wassers und wandeln diese Energie mit einfacher Mechanik in Strom um.Wasserkraftwerke basieren eigentlich auf einem ziemlich einfachen Konzept – Wasser, das durch einen Damm fließt, dreht eine Turbine, die einen Generator antreibt.
Hier sind die Grundkomponenten eines konventionellen Wasserkraftwerks:
Damm – Die meisten Wasserkraftwerke sind auf einen Damm angewiesen, der Wasser zurückhält und ein großes Reservoir bildet.Oft wird dieser Stausee als Erholungssee genutzt, wie beispielsweise der Lake Roosevelt am Grand Coulee Dam im US-Bundesstaat Washington.
Einlass – Tore am Damm öffnen sich und die Schwerkraft zieht das Wasser durch die Druckleitung, eine Rohrleitung, die zur Turbine führt.Wasser baut Druck auf, wenn es durch dieses Rohr fließt.
Turbine – Das Wasser trifft und dreht die großen Schaufeln einer Turbine, die über eine Welle mit einem darüber liegenden Generator verbunden ist.Der häufigste Turbinentyp für Wasserkraftwerke ist die Francis-Turbine, die wie eine große Scheibe mit gekrümmten Schaufeln aussieht.Laut der Foundation for Water & Energy Education (FWEE) kann eine Turbine bis zu 172 Tonnen wiegen und sich mit einer Geschwindigkeit von 90 Umdrehungen pro Minute (U/min) drehen.
Generatoren – Wenn sich die Turbinenschaufeln drehen, dreht sich auch eine Reihe von Magneten im Inneren des Generators.Riesige Magnete rotieren an Kupferspulen vorbei und erzeugen Wechselstrom (AC), indem sie Elektronen bewegen.(Sie werden später mehr darüber erfahren, wie der Generator funktioniert.)
Transformator – Der Transformator im Kraftwerk nimmt den Wechselstrom auf und wandelt ihn in Strom mit höherer Spannung um.
Stromleitungen – Aus jedem Kraftwerk kommen vier Drähte: die drei Stromphasen, die gleichzeitig erzeugt werden, plus eine allen drei gemeinsame Null- oder Erdungsleitung.(Lesen Sie, wie Stromverteilungsnetze funktionieren, um mehr über die Übertragung über Stromleitungen zu erfahren.)
Abfluss – Gebrauchtes Wasser wird durch Pipelines, sogenannte Tailraces, transportiert und gelangt flussabwärts wieder in den Fluss.
Das Wasser im Reservoir gilt als gespeicherte Energie.Wenn sich die Tore öffnen, wird das Wasser, das durch die Druckrohrleitung fließt, zu kinetischer Energie, weil es in Bewegung ist.Die erzeugte Strommenge wird von mehreren Faktoren bestimmt.Zwei dieser Faktoren sind das Volumen des Wasserdurchflusses und die Höhe der hydraulischen Höhe.Die Fallhöhe bezieht sich auf den Abstand zwischen der Wasseroberfläche und den Turbinen.Mit zunehmender Förderhöhe und Durchfluss nimmt auch die erzeugte Elektrizität zu.Die Förderhöhe ist in der Regel abhängig von der Wassermenge im Reservoir.
Es gibt noch eine andere Art von Wasserkraftwerk, das sogenannte Pumpspeicherkraftwerk.In einem konventionellen Wasserkraftwerk fließt das Wasser aus dem Reservoir durch die Anlage, tritt aus und wird stromabwärts getragen.Ein Pumpspeicherwerk hat zwei Speicher:
Oberbecken – Wie bei einem herkömmlichen Wasserkraftwerk entsteht durch einen Staudamm ein Staubecken.Das Wasser in diesem Reservoir fließt durch das Wasserkraftwerk, um Strom zu erzeugen.
Unteres Reservoir – Wasser, das das Wasserkraftwerk verlässt, fließt in ein unteres Reservoir, anstatt wieder in den Fluss zu gelangen und flussabwärts zu fließen.
Mithilfe einer reversiblen Turbine kann die Anlage Wasser zurück in das obere Reservoir pumpen.Dies geschieht außerhalb der Stoßzeiten.Im Wesentlichen füllt das zweite Reservoir das obere Reservoir wieder auf.Durch das Zurückpumpen des Wassers in das Oberbecken steht der Anlage in Spitzenverbrauchszeiten mehr Wasser zur Stromerzeugung zur Verfügung.
Der Generator
Das Herzstück des Wasserkraftwerks ist der Generator.Die meisten Wasserkraftwerke haben mehrere dieser Generatoren.
Der Generator erzeugt, wie Sie vielleicht schon erraten haben, den Strom.Der grundlegende Prozess der Stromerzeugung auf diese Weise besteht darin, eine Reihe von Magneten in Drahtspulen zu drehen.Dieser Prozess bewegt Elektronen, die elektrischen Strom erzeugen.
Der Hoover-Staudamm verfügt über insgesamt 17 Generatoren, die jeweils bis zu 133 Megawatt erzeugen können.Die Gesamtleistung des Wasserkraftwerks Hoover Dam beträgt 2.074 Megawatt.Jeder Generator besteht aus bestimmten Grundteilen:
Welle
Erreger
Rotor
Stator
Wenn sich die Turbine dreht, sendet der Erreger einen elektrischen Strom an den Rotor.Der Rotor besteht aus einer Reihe großer Elektromagnete, die sich in einer eng gewickelten Spule aus Kupferdraht drehen, die als Stator bezeichnet wird.Das Magnetfeld zwischen der Spule und den Magneten erzeugt einen elektrischen Strom.
Im Hoover-Staudamm fließt ein Strom von 16.500 Ampere vom Generator zum Transformator, wo der Strom auf 230.000 Ampere ansteigt, bevor er übertragen wird.
Wasserkraftwerke nutzen einen natürlich vorkommenden, kontinuierlichen Prozess – den Prozess, der dazu führt, dass Regen fällt und Flüsse ansteigen.Jeden Tag verliert unser Planet eine kleine Menge Wasser durch die Atmosphäre, da ultraviolette Strahlen Wassermoleküle auseinander brechen.Gleichzeitig wird aber durch vulkanische Aktivität neues Wasser aus dem Erdinneren freigesetzt.Die erzeugte Wassermenge und die verlorene Wassermenge sind etwa gleich.
Das Gesamtwasservolumen der Welt liegt zu jeder Zeit in vielen verschiedenen Formen vor.Es kann flüssig sein, wie in Ozeanen, Flüssen und Regen;fest, wie in Gletschern;oder gasförmig, wie im unsichtbaren Wasserdampf in der Luft.Wasser ändert seinen Zustand, wenn es durch Windströmungen um den Planeten bewegt wird.Windströmungen werden durch die Heizaktivität der Sonne erzeugt.Luftströmungszyklen entstehen dadurch, dass die Sonne am Äquator mehr scheint als an anderen Stellen des Planeten.
Luftströmungszyklen treiben die Wasserversorgung der Erde durch einen eigenen Kreislauf an, der als hydrologischer Kreislauf bezeichnet wird.Wenn die Sonne flüssiges Wasser erhitzt, verdunstet das Wasser in der Luft zu Dampf.Die Sonne erwärmt die Luft, wodurch die Luft in die Atmosphäre aufsteigt.Die Luft ist weiter oben kälter, sodass der Wasserdampf beim Aufsteigen abkühlt und zu Tröpfchen kondensiert.Wenn sich genügend Tröpfchen in einem Bereich ansammeln, können die Tröpfchen schwer genug werden, um als Niederschlag auf die Erde zurückzufallen.
Der Wasserkreislauf ist für Wasserkraftwerke wichtig, da sie vom Wasserfluss abhängen.Wenn es in der Nähe der Anlage zu wenig Regen gibt, sammelt sich kein Wasser flussaufwärts.Ohne Wasseransammlung fließt weniger Wasser durch das Wasserkraftwerk und es wird weniger Strom erzeugt.
Postzeit: 07.07.2021
