U svijetu 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 Nacionalnom laboratoriju za obnovljivu energiju.U Sjedinjenim Državama radi više od 2000 hidroelektrana, što hidroelektranu čini najvećim obnovljivim izvorom energije u zemlji.
U ovom članku pogledat ćemo 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 se ikada bavili raftingom, 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 se zapravo temelje na prilično jednostavnom konceptu - voda koja teče kroz branu okreće turbinu, koja okreće generator.
Ovdje su osnovne komponente konvencionalne hidroelektrane:
Brana – Većina hidroelektrana oslanja se na branu koja zadržava vodu, stvarajući veliki rezervoar.Često se ovaj rezervoar koristi kao jezero za rekreaciju, kao što je jezero Roosevelt kod brane Grand Coulee u državi Washington.
Usis – Otvaraju se vrata na brani i gravitacija povlači vodu kroz cjevovod, cjevovod 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 na 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 Zakladi 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 zavojnica, proizvodeći izmjeničnu 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 funkcioniraju mreže za distribuciju električne energije da biste saznali više o prijenosu dalekovoda.)
Istjecanje – Korištena voda se prenosi kroz cjevovode, koji se nazivaju ispusti, i ponovno ulazi u rijeku nizvodno.
Voda u rezervoaru smatra se pohranjenom energijom.Kada se vrata otvore, voda koja teče kroz cevovod postaje kinetička energija jer je u pokretu.Količina proizvedene električne energije određena je nekoliko čimbenika.Dva od tih čimbenika 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 ovisi o količini vode u rezervoaru.
Postoji još jedna vrsta hidroelektrana, koja se zove pumpna akumulacija.U konvencionalnoj hidroelektrani voda iz akumulacije teče kroz postrojenje, izlazi i odvodi se nizvodno.Crpno-skladištenje ima dva rezervoara:
Gornji rezervoar – Poput konvencionalne hidroelektrane, brana stvara akumulaciju.Voda u ovom rezervoaru teče kroz hidroelektranu i stvara električnu energiju.
Donja akumulacija – Voda koja izlazi iz hidroelektrane teče u donji rezervoar umjesto da ponovno ulazi u rijeku i teče nizvodno.
Koristeći reverzibilnu turbinu, postrojenje može pumpati vodu natrag u gornji rezervoar.To se radi izvan vršnih sati.U suštini, drugi rezervoar puni gornji rezervoar.Pumpanjem vode natrag u gornji rezervoar, postrojenje ima više vode za proizvodnju električne energije tijekom razdoblja najveće potrošnje.
Generator
Srce hidroelektrane je generator.Većina hidroelektrana ima nekoliko ovih generatora.
Generator, kao što ste mogli pretpostaviti, proizvodi električnu energiju.Osnovni proces generiranja električne energije na ovaj način je rotacija niza magneta unutar zavojnica žice.Ovaj proces pomiče 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 se sastoji od određenih osnovnih dijelova:
Vratilo
Ekscitor
Rotor
Stator
Dok se turbina okreće, uzbudnik šalje električnu struju na rotor.Rotor je niz velikih elektromagneta koji se okreću unutar čvrsto namotane zavojnice bakrene žice, koja se naziva stator.Magnetsko polje između zavojnice i magneta stvara električnu struju.
U Hooverovoj 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 prednost prirodnog, kontinuiranog procesa - procesa koji uzrokuje padanje kiše i porast rijeka.Svaki dan naš planet gubi malu količinu vode kroz atmosferu jer ultraljubičaste zrake razbijaju molekule vode.Ali istovremeno se iz unutarnjeg dijela Zemlje vulkanskom aktivnošću emitira nova voda.Količina vode koja se stvori i količina izgubljene vode je otprilike ista.
U bilo kojem trenutku, ukupni svjetski volumen vode je u mnogo različitih oblika.Može biti tekuća, kao u oceanima, rijekama i kiši;čvrsta, kao u ledenjacima;ili plinoviti, kao u nevidljivoj vodenoj pari u zraku.Voda mijenja stanja dok se pomiče oko planeta strujama vjetra.Struje vjetra nastaju zagrijavanjem sunca.Cikluse zračnih struja stvara sunce koje više sja na ekvatoru nego na drugim područjima planeta.
Ciklusi zračnih struja pokreću opskrbu vodom Zemlje kroz vlastiti ciklus, koji se naziva hidrološki ciklus.Dok sunce zagrijava tekuću vodu, voda isparava u paru u zraku.Sunce zagrijava zrak, uzrokujući da se zrak uzdiže u atmosferi.Gore je zrak hladniji, pa se vodena para diže, hladi se kondenzirajući u kapljice.Kada se na jednom području nakupi dovoljno kapljica, one mogu postati dovoljno teške da padnu natrag na Zemlju kao oborina.
Hidrološki ciklus je važan za hidroelektrane jer ovise o protoku vode.Ako u blizini postrojenja nema kiše, voda se neće skupljati uzvodno.Budući da se voda ne skuplja uz tok, manje vode teče kroz hidroelektranu i proizvodi se manje električne energije.
Vrijeme objave: 07.07.2021
