Kogu maailmas toodavad hüdroelektrijaamad umbes 24 protsenti maailma elektrist ja varustavad elektriga enam kui miljardit inimest.Riikliku taastuvenergia laboratooriumi andmetel toodavad maailma hüdroelektrijaamad kokku 675 000 megavatti, mis vastab 3,6 miljardi barreli naftale.USA-s töötab üle 2000 hüdroelektrijaama, mis teeb hüdroenergiast riigi suurima taastuvenergia allika.
Selles artiklis vaatleme, kuidas langev vesi energiat loob, ja tutvume hüdroloogilise tsükliga, mis loob hüdroenergia jaoks olulise veevoolu.Samuti saate pilguheit ühele ainulaadsele hüdroenergia rakendusele, mis võib teie igapäevaelu mõjutada.
Mööda veerevat jõge vaadates on raske ette kujutada, millist jõudu see endas kannab.Kui olete kunagi parvega sõitnud, siis olete tundnud väikest osa jõe võimsusest.Valgeveekärestikud on loodud jõena, mis kannab suurel hulgal vett allamäge, kitsas vahekäigust läbi kitsaskohad.Kui jõgi sellest avast läbi surutakse, kiireneb selle vool.Üleujutused on veel üks näide sellest, kui palju jõudu võib tohutul hulgal vett avaldada.
Hüdroelektrijaamad kasutavad vee energiat ja kasutavad lihtsat mehaanikat, et muuta see energia elektriks.Hüdroelektrijaamad põhinevad tegelikult üsna lihtsal kontseptsioonil — läbi tammi voolav vesi keerab turbiini, mis omakorda generaatori.
Siin on tavalise hüdroelektrijaama põhikomponendid:
Tamm – Enamik hüdroelektrijaamu toetub tammile, mis hoiab vett tagasi, luues suure veehoidla.Sageli kasutatakse seda veehoidlat puhkejärvena, näiteks Washingtoni osariigis Grand Coulee tammi juures asuvas Roosevelti järves.
Sisselaskeava – tammil olevad väravad avanevad ja gravitatsioon tõmbab vee läbi penstocki, torujuhtme, mis viib turbiinini.Vesi suurendab rõhku, kui see läbi selle toru voolab.
Turbiin – vesi lööb ja pöörab turbiini suuri labasid, mis on võlli abil kinnitatud selle kohal oleva generaatori külge.Levinuim hüdroelektrijaamade turbiinitüüp on Francis Turbine, mis näeb välja nagu suur kumerate labadega ketas.Vee- ja energiahariduse fondi (FWEE) andmetel võib turbiin kaaluda kuni 172 tonni ja pöörduda kiirusega 90 pööret minutis (rpm).
Generaatorid – kui turbiini labad pöörlevad, pöörlevad ka generaatori sees olevad magnetid.Hiiglaslikud magnetid pöörlevad mööda vaskpooli, tekitades elektronide liigutamisega vahelduvvoolu (AC).(Saate lisateavet generaatori töö kohta hiljem.)
Trafo – jõujaama sees olev trafo võtab vahelduvvoolu ja muundab selle kõrgema pingega vooluks.
Elektriliinid – igast elektrijaamast tuleb neli juhet: kolm toitefaasi toodetakse samaaegselt pluss null või maandus, mis on ühine kõigile kolmele.(Toiteliini edastamise kohta lisateabe saamiseks lugege, kuidas elektrijaotusvõrgud töötavad.)
Väljavool – kasutatud vesi kantakse läbi torujuhtmete, mida nimetatakse sabajooksudeks, ja siseneb uuesti jõkke allavoolu.
Veehoidlas olevat vett peetakse salvestatud energiaks.Kui väravad avanevad, muutub läbi penstocki voolav vesi kineetiliseks energiaks, kuna see liigub.Toodetava elektrienergia koguse määravad mitmed tegurid.Kaks neist teguritest on veevoolu maht ja hüdraulikapea suurus.Pea viitab kaugusele veepinna ja turbiinide vahel.Kõrguse ja vooluhulga suurenedes suureneb ka toodetav elekter.Pea sõltub tavaliselt reservuaaris olevast vee hulgast.
On olemas teist tüüpi hüdroelektrijaam, mida nimetatakse pumbajaamaks.Tavalises hüdroelektrijaamas voolab vesi reservuaarist läbi jaama, väljub ja kantakse allavoolu.Pumbajaamal on kaks reservuaari:
Ülemine veehoidla – nagu tavaline hüdroelektrijaam, loob tamm veehoidla.Selles veehoidlas olev vesi voolab läbi hüdroelektrijaama, et luua elektrit.
Alumine veehoidla – vesi, mis väljub hüdroelektrijaamast, voolab madalamasse veehoidlasse, mitte ei sisene jõkke ja voolab allavoolu.
Pööratava turbiini abil saab tehas vett tagasi ülemisse reservuaari pumbata.Seda tehakse väljaspool tipptundi.Põhimõtteliselt täidab teine reservuaar ülemist reservuaari.Pumpades vett tagasi ülemisse reservuaari, on jaamas rohkem vett elektrienergia tootmiseks tipptarbimise perioodidel.
Generaator
Hüdroelektrijaama südameks on generaator.Enamikul hüdroelektrijaamadel on mitu sellist generaatorit.
Generaator, nagu võis arvata, toodab elektrit.Sel viisil elektrienergia tootmise põhiprotsess on magnetide seeria pööramine traadipoolide sees.See protsess liigutab elektrone, mis toodavad elektrivoolu.
Hooveri tammil on kokku 17 generaatorit, millest igaüks suudab toota kuni 133 megavatti.Hooveri tammi hüdroelektrijaama koguvõimsus on 2074 megavatti.Iga generaator koosneb teatud põhiosadest:
Võll
Ergutaja
Rootor
Staator
Turbiini pöörlemisel saadab erguti rootorile elektrivoolu.Rootor on rida suuri elektromagneteid, mis pöörlevad tihedalt mähitud vasktraadi mähises, mida nimetatakse staatoriks.Mähise ja magnetite vaheline magnetväli tekitab elektrivoolu.
Hooveri tammis liigub 16 500 amprine vool generaatorist trafosse, kus vool tõuseb enne ülekandmist kuni 230 000 amprini.
Hüdroelektrijaamad kasutavad ära looduslikult esinevat pidevat protsessi – protsessi, mis põhjustab vihma sajamist ja jõgede tõusu.Iga päev kaotab meie planeet läbi atmosfääri väikese koguse vett, kuna ultraviolettkiired lõhuvad veemolekule.Kuid samal ajal eraldub vulkaanilise tegevuse kaudu Maa siseosast uut vett.Tekkiva vee hulk ja kaotsiläinud vee hulk on ligikaudu sama.
Maailma vee kogumaht on igal ajal mitmel erineval kujul.See võib olla vedel, nagu ookeanides, jõgedes ja vihmas;tahke, nagu liustikel;või gaasiline, nagu õhus leiduv nähtamatu veeaur.Vesi muudab olekut, kui tuulevoolud seda planeedil ringi liiguvad.Tuulevoolud tekivad päikese soojendava aktiivsuse tõttu.Õhuvoolu tsüklid tekivad sellest, et päike paistab rohkem ekvaatorile kui teistele planeedi piirkondadele.
Õhuvoolu tsüklid juhivad Maa veevarustust läbi oma tsükli, mida nimetatakse hüdroloogiliseks tsükliks.Kuna päike soojendab vedelat vett, aurustub vesi õhus auruks.Päike soojendab õhku, mistõttu õhk tõuseb atmosfääris.Kõrgemal on õhk külmem, nii et veeauru tõustes see jahtub, kondenseerudes tilkadeks.Kui ühte piirkonda koguneb piisavalt tilka, võivad tilgad muutuda piisavalt raskeks, et langeda sademetena tagasi Maale.
Hüdroloogiline tsükkel on hüdroelektrijaamade jaoks oluline, kuna need sõltuvad veevoolust.Kui taime läheduses on vihmapuudus, ei kogune vesi ülesvoolu.Kuna vesi ei kogune ülesvoolu, voolab hüdroelektrijaamast läbi vähem vett ja toodetakse vähem elektrit.
Postitusaeg: juuli-07-2021
