Ինչպես են աշխատում հիդրոէլեկտրակայանները

Ամբողջ աշխարհում հիդրոէլեկտրակայաններն արտադրում են աշխարհի էլեկտրաէներգիայի մոտ 24 տոկոսը և էլեկտրաէներգիա մատակարարում ավելի քան 1 միլիարդ մարդու:Համաձայն Վերականգնվող էներգիայի ազգային լաբորատորիայի տվյալների՝ աշխարհի հիդրոէլեկտրակայանների ընդհանուր արդյունահանումը կազմում է 675,000 մեգավատ, ինչը համարժեք է 3,6 միլիարդ բարել նավթին:ԱՄՆ-ում գործում են ավելի քան 2000 հիդրոէլեկտրակայաններ, ինչը հիդրոէներգիան դարձնում է երկրի վերականգնվող էներգիայի ամենամեծ աղբյուրը։
Այս հոդվածում մենք կանդրադառնանք, թե ինչպես է ջուրը ընկնում էներգիան և կիմանանք հիդրոլոգիական ցիկլի մասին, որը ստեղծում է հիդրոէներգիայի համար անհրաժեշտ ջրի հոսքը:Դուք նաև կտեսնեք հիդրոէներգիայի մեկ եզակի կիրառություն, որը կարող է ազդել ձեր առօրյա կյանքի վրա:
Երբ դիտում ես, թե ինչպես է գետը գլորվում կողքով, դժվար է պատկերացնել, թե ինչ ուժ է այն կրում:Եթե ​​դուք երբևէ եղել եք սպիտակ ջրային ռաֆթինգով, ապա դուք զգացել եք գետի ուժի մի փոքր մասը:Սպիտակաջրերի արագությունները ստեղծվում են որպես գետ, որը տանում է մեծ քանակությամբ ջուր դեպի ներքև, նեղ անցուղիով խցանումներ:Երբ գետը ստիպողաբար անցնում է այս բացվածքով, նրա հոսքն արագանում է:Ջրհեղեղները ևս մեկ օրինակ են այն բանի, թե որքան ուժ կարող է ունենալ ահռելի ծավալի ջուրը:
Հիդրոէլեկտրակայանները օգտագործում են ջրի էներգիան և օգտագործում են պարզ մեխանիզմներ՝ այդ էներգիան էլեկտրաէներգիայի վերածելու համար:Հիդրոէլեկտրակայաններն իրականում հիմնված են բավականին պարզ հայեցակարգի վրա՝ ամբարտակով հոսող ջուրը վերածում է տուրբինի, որը վերածում է գեներատորի:

Ահա սովորական հիդրոէլեկտրակայանի հիմնական բաղադրիչները.
Պատնեշ – ՀԷԿ-երի մեծ մասը հենվում է ամբարտակի վրա, որը զսպում է ջուրը՝ ստեղծելով մեծ ջրամբար:Հաճախ այս ջրամբարը օգտագործվում է որպես հանգստի լիճ, ինչպիսին է Ռուզվելտ լիճը Վաշինգտոն նահանգի Գրան Կուլի ամբարտակում:
Ջրառ – Պատվարի դարպասները բացվում են, և գրավիտացիոն ուժը ջուրը քաշում է խողովակի միջով, որը տանում է դեպի տուրբին:Ջուրը ճնշում է մեծացնում այս խողովակով հոսելիս:
Տուրբին – ջուրը հարվածում է և շրջում տուրբինի մեծ շեղբերները, որոնք լիսեռի միջոցով ամրացված են դրա վերևում գտնվող գեներատորին:Հիդրոէլեկտրակայանների համար տուրբինների ամենատարածված տեսակը Francis Turbine-ն է, որը նման է մեծ սկավառակի՝ կոր շեղբերով:Տուրբինը կարող է կշռել մինչև 172 տոննա և պտտվել րոպեում 90 պտույտ (rpm) արագությամբ, ըստ Ջրի և էներգետիկ կրթության հիմնադրամի (FWEE):
Գեներատորներ – Երբ տուրբինի շեղբերները պտտվում են, գեներատորի ներսում մի շարք մագնիսներ են պտտվում:Հսկա մագնիսները պտտվում են պղնձե կծիկների կողքով՝ առաջացնելով փոփոխական հոսանք (AC)՝ շարժելով էլեկտրոնները։(Դուք ավելի ուշ կիմանաք, թե ինչպես է աշխատում գեներատորը):
Տրանսֆորմատոր – Էլեկտրակայանի ներսում գտնվող տրանսֆորմատորը վերցնում է AC-ը և փոխակերպում այն ​​ավելի բարձր լարման հոսանքի:
Էլեկտրահաղորդման գծեր – Յուրաքանչյուր էլեկտրակայանից դուրս են գալիս չորս լարեր. էներգիայի երեք փուլերը արտադրվում են միաժամանակ, գումարած չեզոք կամ հողը, որը ընդհանուր է երեքի համար:(Կարդացեք, թե ինչպես են աշխատում էլեկտրաէներգիայի բաշխման ցանցերը՝ էլեկտրահաղորդման գծերի փոխանցման մասին ավելին իմանալու համար):
Արտահոսք – Օգտագործված ջուրը տեղափոխվում է խողովակաշարերով, որոնք կոչվում են պոչամբարներ և նորից մտնում են գետ հոսանքին ներքև:
Ջրամբարի ջուրը համարվում է կուտակված էներգիա։Երբ դարպասները բացվում են, ջուրը, որը հոսում է միջանցքով, դառնում է կինետիկ էներգիա, քանի որ այն շարժման մեջ է:Արտադրվող էլեկտրաէներգիայի քանակը որոշվում է մի քանի գործոններով.Այդ գործոններից երկուսն են ջրի հոսքի ծավալը և հիդրավլիկ գլխիկի քանակը:Գլուխը վերաբերում է ջրի մակերեսի և տուրբինների միջև եղած հեռավորությանը:Գլխի և հոսքի ավելացմանը զուգընթաց ավելանում է արտադրվող էլեկտրաէներգիան:Գլուխը սովորաբար կախված է ջրամբարի ջրի քանակից:

Կա մեկ այլ տեսակի հիդրոէլեկտրակայան, որը կոչվում է պոմպային պահեստավորման կայան:Սովորական ՀԷԿ-ում ջրամբարից ջուրը հոսում է կայանի միջով, դուրս է գալիս և հոսում ներքև:Պոմպային պահեստավորման կայանը ունի երկու ջրամբար.
Վերին ջրամբար – Ինչպես սովորական ՀԷԿ-ը, ամբարտակը ստեղծում է ջրամբար:Այս ջրամբարի ջուրը հոսում է ՀԷԿ-ով՝ էլեկտրաէներգիա ստեղծելու համար։
Ստորին ջրամբար – ՀԷԿ-ից դուրս եկող ջուրը հոսում է ստորին ջրամբար, այլ ոչ թե նորից մտնում գետ և հոսում հոսանքով ներքև:
Օգտագործելով շրջելի տուրբին, կայանը կարող է ջուրը հետ մղել դեպի վերին ջրամբար:Դա արվում է ոչ պիկ ժամերին:Ըստ էության, երկրորդ ջրամբարը լիցքավորում է վերին ջրամբարը:Ջուրը ետ մղելով դեպի վերին ջրամբար՝ կայանը ավելի շատ ջուր ունի՝ սպառման առավելագույն ժամանակահատվածում էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար:

Գեներատորը
ՀԷԿ-ի սիրտը գեներատորն է։ՀԷԿ-երի մեծ մասն ունի այս գեներատորներից մի քանիսը:
Գեներատորը, ինչպես դուք կարող եք կռահել, արտադրում է էլեկտրաէներգիա:Այս եղանակով էլեկտրաէներգիա արտադրելու հիմնական գործընթացը մետաղալարերի կծիկների ներսում մի շարք մագնիսների պտտումն է:Այս գործընթացը տեղափոխում է էլեկտրոններ, որոնք արտադրում են էլեկտրական հոսանք:
Հուվեր ամբարտակն ունի ընդհանուր առմամբ 17 գեներատոր, որոնցից յուրաքանչյուրը կարող է արտադրել մինչև 133 մեգավատտ հզորություն։Հուվեր Դամ հիդրոէլեկտրակայանի ընդհանուր հզորությունը 2074 մեգավատ է։Յուրաքանչյուր գեներատոր կազմված է որոշակի հիմնական մասերից.
Լիսեռ
Գրգռիչ
Ռոտոր
Ստատոր
Երբ տուրբինը պտտվում է, գրգռիչը էլեկտրական հոսանք է ուղարկում ռոտորին:Ռոտորը մեծ էլեկտրամագնիսների մի շարք է, որոնք պտտվում են պղնձե մետաղալարից ամուր ոլորված կծիկի մեջ, որը կոչվում է ստատոր:Կծիկի և մագնիսների միջև մագնիսական դաշտը ստեղծում է էլեկտրական հոսանք:
Հուվեր ամբարտակում 16,500 ամպեր հոսանք շարժվում է գեներատորից դեպի տրանսֆորմատոր, որտեղ հոսանքը մինչև 230,000 ամպեր փոխանցվելուց առաջ բարձրանում է:

Հիդրոէլեկտրակայաններն օգտվում են բնականոն, շարունակական գործընթացից, որը հանգեցնում է անձրևի և գետերի բարձրացման:Ամեն օր մեր մոլորակը կորցնում է փոքր քանակությամբ ջուր մթնոլորտի միջոցով, քանի որ ուլտրամանուշակագույն ճառագայթները բաժանում են ջրի մոլեկուլները:Բայց միևնույն ժամանակ հրաբխային ակտիվությամբ նոր ջուր է արտանետվում Երկրի ներքին մասից։Ստեղծված ջրի քանակը և կորցրած ջրի քանակը մոտավորապես նույնն են:
Ցանկացած ժամանակ աշխարհի ջրի ընդհանուր ծավալը տարբեր ձևերով է:Այն կարող է լինել հեղուկ, ինչպես օվկիանոսներում, գետերում և անձրևում;ամուր, ինչպես սառցադաշտերում;կամ գազային, ինչպես օդում առկա անտեսանելի ջրային գոլորշու մեջ:Ջուրը փոխում է վիճակը, երբ այն տեղափոխվում է մոլորակի շուրջը քամու հոսանքների միջոցով:Քամու հոսանքները առաջանում են արևի տաքացման ակտիվությամբ:Օդի հոսանքի ցիկլերը ստեղծվում են արևի կողմից հասարակածի վրա ավելի շատ շողալով, քան մոլորակի այլ տարածքներում:
Օդի հոսանքի ցիկլերը մղում են Երկրի ջրամատակարարումը սեփական ցիկլով, որը կոչվում է հիդրոլոգիական ցիկլ:Երբ արևը տաքացնում է հեղուկ ջուրը, ջուրը գոլորշիանում է օդում գոլորշի:Արևը տաքացնում է օդը, որի արդյունքում օդը բարձրանում է մթնոլորտում:Օդը ավելի ցուրտ է ավելի բարձր, այնպես որ, երբ ջրի գոլորշին բարձրանում է, այն սառչում է՝ խտանալով կաթիլների տեսքով:Երբ մի տարածքում բավականաչափ կաթիլներ են կուտակվում, կաթիլները կարող են այնքան ծանրանալ, որ տեղումների տեսքով նորից ընկնեն Երկիր:
Հիդրոէլեկտրակայանների համար հիդրոլոգիական ցիկլը կարևոր է, քանի որ դրանք կախված են ջրի հոսքից:Եթե ​​կայանի մոտ անձրևի պակաս կա, ջուրը հոսանքին հակառակ չի հավաքվի:Հոսանքից վերև ջուր չհավաքվելու դեպքում ավելի քիչ ջուր է հոսում ՀԷԿ-ով և արտադրվում է ավելի քիչ էլեկտրաէներգիա: