Á heimsvísu framleiða vatnsaflsvirkjanir um 24 prósent af raforku heimsins og sjá meira en einum milljarði manna fyrir orku.Vatnsaflsvirkjanir heimsins framleiða samtals 675.000 megavött, sem jafngildir orku 3,6 milljarða tunna af olíu, samkvæmt National Renewable Energy Laboratory.Það eru meira en 2.000 vatnsaflsvirkjanir starfandi í Bandaríkjunum, sem gerir vatnsaflið að stærsta endurnýjanlega orkugjafa landsins.
Í þessari grein munum við skoða hvernig fallandi vatn skapar orku og læra um vatnafræðilega hringrásina sem skapar vatnsrennslið sem er nauðsynlegt fyrir vatnsafl.Þú munt einnig fá innsýn í eina einstaka notkun vatnsafls sem gæti haft áhrif á daglegt líf þitt.
Þegar horft er á á renna framhjá er erfitt að ímynda sér kraftinn sem hún ber.Ef þú hefur einhvern tíma verið á flúðasiglingu, þá hefur þú fundið fyrir litlum hluta af krafti árinnar.Hvíta flúðir eru búnar til sem á sem ber mikið magn af vatni niður á við, flöskuhálsa í gegnum þröngan gang.Þegar áin er þvinguð í gegnum þetta op, hraðar rennsli hennar.Flóð eru enn eitt dæmið um hversu mikinn kraft gífurlegt magn af vatni getur haft.
Vatnsaflsvirkjanir beisla orku vatnsins og nota einfaldan vélbúnað til að breyta þeirri orku í rafmagn.Vatnsaflsvirkjanir eru í raun byggðar á frekar einfaldri hugmynd - vatn sem rennur í gegnum stíflu breytir hverflum, sem snýr rafal.
Hér eru grunnþættir hefðbundinnar vatnsaflsvirkjunar:
Stífla - Flestar vatnsaflsvirkjanir treysta á stíflu sem heldur aftur af vatni og skapar stórt lón.Oft er þetta lón notað sem afþreyingarvatn, eins og Lake Roosevelt við Grand Coulee stífluna í Washington fylki.
Inntak – Hlið á stíflunni opnast og þyngdarafl dregur vatnið í gegnum pennastokkinn, leiðslu sem liggur að hverflinum.Vatn byggir upp þrýsting þegar það rennur í gegnum þessa pípu.
Hverfill - Vatnið slær og snýr stórum blöðum túrbínu, sem er fest við rafal fyrir ofan það í gegnum skaft.Algengasta gerð hverfla fyrir vatnsaflsvirkjanir er Francis-túrbínan, sem lítur út eins og stór diskur með bogadregnum blöðum.Túrbína getur vegið allt að 172 tonn og snúist á 90 snúninga á mínútu (rpm), samkvæmt Foundation for Water & Energy Education (FWEE).
Rafalar - Þegar hverflablöðin snúast, snýst röð segulna inni í rafalnum.Risastórir seglar snúast framhjá koparspólum og framleiða riðstraum (AC) með því að færa rafeindir.(Þú munt læra meira um hvernig rafallinn virkar síðar.)
Spenni - Spennirinn inni í stöðvarhúsinu tekur AC og breytir því í hærri spennustraum.
Raflínur - Úr hverri raforkuveri koma fjórir vírar: þrír fasar raforku sem eru framleiddir samtímis auk hlutlauss eða jarðar sem er sameiginleg öllum þremur.(Lestu hvernig rafdreifingarnet virka til að læra meira um raflínuflutning.)
Útstreymi - Notað vatn er borið í gegnum leiðslur, kallaðar æðar, og fer aftur inn í ána niðurstreymis.
Vatnið í lóninu er talið geymd orka.Þegar hliðin opnast verður vatnið sem flæðir í gegnum pennastokkinn að hreyfiorku vegna þess að það er á hreyfingu.Magn raforku sem er framleitt ræðst af nokkrum þáttum.Tveir af þessum þáttum eru rúmmál vatnsflæðis og magn vökvahaus.Höfuðið vísar til fjarlægðarinnar milli vatnsyfirborðs og hverfla.Eftir því sem lofthæð og rennsli eykst eykst raforkan sem myndast.Höfuðið er venjulega háð magni vatns í lóninu.
Það er önnur tegund vatnsaflsvirkjana, sem kallast dæluvirkjun.Í hefðbundinni vatnsaflsvirkjun rennur vatnið úr lóninu í gegnum virkjunina, fer út og berst niður á.Dælubirgðastöð hefur tvö lón:
Efri lón – Eins og hefðbundin vatnsaflsvirkjun myndar stífla lón.Vatnið í þessu lóni rennur í gegnum vatnsaflsvirkjunina til að búa til rafmagn.
Neðra lón – Vatn sem kemur út úr vatnsaflsvirkjuninni rennur í neðra lón frekar en að renna aftur í ána og renna niður.
Með því að nota snúningshverfla getur álverið dælt vatni aftur í efra lónið.Þetta er gert á annatíma.Í meginatriðum fyllir annað lónið aftur efra lónið.Með því að dæla vatni aftur í efra lónið hefur álverið meira vatn til að framleiða rafmagn á tímum þegar neysla er mest.
Rafallinn
Hjarta vatnsaflsvirkjunarinnar er rafalinn.Flestar vatnsaflsvirkjanir hafa nokkrar af þessum rafalum.
Rafallinn, eins og þú gætir hafa giskað á, framleiðir rafmagnið.Grunnferlið við að búa til rafmagn á þennan hátt er að snúa röð segulna inni í vírspólum.Þetta ferli flytur rafeindir, sem framleiðir rafstraum.
Í Hoover stíflunni eru alls 17 rafala, sem hver um sig getur framleitt allt að 133 megavött.Heildargeta Hoover Dam vatnsaflsvirkjunarinnar er 2.074 megavött.Hver rafall er gerður úr ákveðnum grunnhlutum:
Skaft
Spennumaður
Rotor
Stator
Þegar túrbínan snýst sendir örvarinn rafstraum til snúningsins.Snúningurinn er röð af stórum rafsegulum sem snýst inni í þéttvinni koparvírspólu, kallaður stator.Segulsviðið milli spólunnar og seglanna skapar rafstraum.
Í Hoover stíflunni færist 16.500 amper straumur frá rafalnum yfir í spenni, þar sem straumurinn rampar upp í 230.000 amper áður en hann er sendur út.
Vatnsaflsvirkjanir nýta sér náttúrulegt, samfellt ferli - ferlið sem veldur því að rigning fellur og ám hækka.Á hverjum degi missir plánetan okkar lítið magn af vatni í gegnum lofthjúpinn þar sem útfjólubláir geislar brjóta vatnssameindir í sundur.En á sama tíma berst nýtt vatn frá innri hluta jarðar með eldvirkni.Magn vatns sem myndast og magn vatns sem tapast er um það bil það sama.
Á hverjum tíma er heildarvatnsrúmmál heimsins í mörgum mismunandi myndum.Það getur verið fljótandi, eins og í höfum, ám og rigningu;fast, eins og í jöklum;eða loftkennd, eins og í ósýnilegu vatnsgufunni í loftinu.Vatn breytir um ástand þegar það er flutt um plánetuna með vindstraumum.Vindstraumar myndast við hitunarvirkni sólarinnar.Loftstraumslotur verða til af því að sólin skín meira á miðbaug en á öðrum svæðum jarðar.
Loftstraumslotur knýja vatnsveitu jarðar í gegnum sína eigin hringrás, sem kallast vatnsfræðileg hringrás.Þegar sólin hitar fljótandi vatn gufar vatnið upp í gufu í loftinu.Sólin hitar loftið og veldur því að loftið hækkar í lofthjúpnum.Loftið er kaldara ofar, þannig að þegar vatnsgufan hækkar kólnar hún og þéttist í dropa.Þegar nógu margir dropar safnast fyrir á einu svæði geta droparnir orðið nógu þungir til að falla aftur til jarðar sem úrkoma.
Vatnsfræðileg hringrás er mikilvæg fyrir vatnsaflsvirkjanir vegna þess að þær eru háðar vatnsrennsli.Ef það er skortur á rigningu nálægt álverinu mun vatn ekki safnast andstreymis.Þar sem ekkert vatn safnast upp í strauminn rennur minna vatn í gegnum vatnsaflsvirkjunina og minna rafmagn myndast.
Pósttími: júlí-07-2021
