Visā pasaulē hidroelektrostacijas ražo aptuveni 24 procentus no pasaulē saražotās elektroenerģijas un apgādā ar enerģiju vairāk nekā 1 miljardu cilvēku.Saskaņā ar Nacionālās atjaunojamās enerģijas laboratorijas datiem pasaules hidroelektrostacijas kopā saražo 675 000 megavatu, kas ir enerģijas ekvivalents 3,6 miljardiem barelu naftas.Amerikas Savienotajās Valstīs darbojas vairāk nekā 2000 hidroelektrostaciju, kas padara hidroenerģiju par lielāko atjaunojamās enerģijas avotu valstī.
Šajā rakstā mēs apskatīsim, kā krītošs ūdens rada enerģiju, un uzzināsim par hidroloģisko ciklu, kas rada hidroenerģijai nepieciešamo ūdens plūsmu.Jūs arī iegūsit ieskatu vienā unikālā hidroenerģijas pielietojumā, kas var ietekmēt jūsu ikdienas dzīvi.
Vērojot, kā upe rit garām, ir grūti iedomāties, kādu spēku tā nes.Ja esat kādreiz nodarbojies ar plostu ar pludināšanu, tad esat sajutuši nelielu daļu no upes spēka.Baltūdens krāces ir izveidotas kā upe, kas ved lielu ūdens daudzumu lejup, sašaurinājumus pa šauru eju.Kad upe tiek izspiesta caur šo atveri, tās plūsma paātrinās.Plūdi ir vēl viens piemērs tam, cik liels spēks var būt milzīgam ūdens daudzumam.
Hidroelektrostacijas izmanto ūdens enerģiju un izmanto vienkāršu mehāniku, lai pārvērstu šo enerģiju elektroenerģijā.Hidroelektrostacijas patiesībā ir balstītas uz diezgan vienkāršu koncepciju — ūdens, kas plūst cauri aizsprostam, griež turbīnu, kas griež ģeneratoru.
Šeit ir norādītas parastās hidroelektrostacijas galvenās sastāvdaļas:
Dambis – lielākā daļa hidroelektrostaciju balstās uz aizsprostu, kas aiztur ūdeni, veidojot lielu rezervuāru.Bieži vien šo rezervuāru izmanto kā atpūtas ezeru, piemēram, Rūzvelta ezeru pie Grand Coulee dambja Vašingtonas štatā.
Ieplūde — atveras aizsprosta vārti, un gravitācijas spēks izvelk ūdeni caur spārnu, cauruļvadu, kas ved uz turbīnu.Ūdens, plūstot cauri šai caurulei, rada spiedienu.
Turbīna – ūdens triecas un griež turbīnas lielās lāpstiņas, kas ar vārpstas palīdzību piestiprinātas virs tās esošajam ģeneratoram.Visizplatītākais hidroelektrostaciju turbīnu veids ir Francis Turbine, kas izskatās kā liels disks ar izliektām lāpstiņām.Saskaņā ar Ūdens un enerģijas izglītības fonda (FWEE) datiem, turbīna var svērt pat 172 tonnas un griezties ar ātrumu 90 apgriezieni minūtē (apgr./min).
Ģeneratori – Turbīnas lāpstiņām griežoties, ģeneratorā griežas arī virkne magnētu.Milzu magnēti griežas garām vara spolēm, radot maiņstrāvu (AC), pārvietojot elektronus.(Vairāk par ģeneratora darbību uzzināsiet vēlāk.)
Transformators - Transformators spēkstacijā uzņem maiņstrāvu un pārvērš to augstāka sprieguma strāvā.
Elektrības līnijas – no katras spēkstacijas ir četri vadi: trīs barošanas fāzes tiek ražotas vienlaicīgi, kā arī neitrāls vai zemējums, kas ir kopīgs visām trim.(Lasiet vairāk par elektropārvades līniju pārraidi, lasiet, kā darbojas elektroenerģijas sadales tīkli.)
Izplūde – izlietotais ūdens tiek novadīts pa cauruļvadiem, ko sauc par spārniem, un atkal ieplūst upē lejup pa straumi.
Ūdens rezervuārā tiek uzskatīts par uzkrāto enerģiju.Kad vārti atveras, ūdens, kas plūst cauri pildspalvai, kļūst par kinētisko enerģiju, jo tas ir kustībā.Saražotās elektroenerģijas daudzumu nosaka vairāki faktori.Divi no šiem faktoriem ir ūdens plūsmas apjoms un hidrauliskās galvas daudzums.Galva attiecas uz attālumu starp ūdens virsmu un turbīnām.Palielinoties spiedienam un plūsmai, palielinās arī saražotā elektroenerģija.Galva parasti ir atkarīga no ūdens daudzuma rezervuārā.
Ir cita veida hidroelektrostacija, ko sauc par sūknēšanas staciju.Parastajā hidroelektrostacijā ūdens no rezervuāra plūst cauri stacijai, izplūst un tiek novadīts lejup pa straumi.Sūkņu uzglabāšanas stacijai ir divi rezervuāri:
Augšējais rezervuārs – tāpat kā parastā hidroelektrostacija, dambis veido rezervuāru.Ūdens šajā rezervuārā plūst cauri hidroelektrostacijai, lai radītu elektrību.
Apakšējais rezervuārs – ūdens, kas iziet no hidroelektrostacijas, ieplūst zemākā rezervuārā, nevis atkal ieplūst upē un plūst lejup pa straumi.
Izmantojot reverso turbīnu, iekārta var sūknēt ūdeni atpakaļ uz augšējo rezervuāru.Tas tiek darīts ārpus noslogojuma stundās.Būtībā otrais rezervuārs uzpilda augšējo rezervuāru.Sūknējot ūdeni atpakaļ uz augšējo rezervuāru, iekārtai ir vairāk ūdens, lai ražotu elektroenerģiju maksimālā patēriņa periodos.
Ģenerators
Hidroelektrostacijas sirds ir ģenerators.Lielākajai daļai hidroelektrostaciju ir vairāki no šiem ģeneratoriem.
Ģenerators, kā jūs varētu uzminēt, ģenerē elektrību.Pamatprocess elektroenerģijas ražošanai šādā veidā ir pagriezt virkni magnētu stieples spoļu iekšpusē.Šis process pārvieto elektronus, kas rada elektrisko strāvu.
Hūvera dambī kopumā ir 17 ģeneratori, no kuriem katrs spēj ģenerēt līdz 133 megavatiem.Hūvera dambja hidroelektrostacijas kopējā jauda ir 2074 megavati.Katrs ģenerators ir izgatavots no noteiktām pamata daļām:
Vārpsta
Uzbudinātājs
Rotors
Stators
Turbīnai griežoties, ierosinātājs nosūta elektrisko strāvu uz rotoru.Rotors ir lielu elektromagnētu sērija, kas griežas cieši uztītā vara stieples spolē, ko sauc par statoru.Magnētiskais lauks starp spoli un magnētiem rada elektrisko strāvu.
Hūvera dambī 16 500 ampēru strāva virzās no ģeneratora uz transformatoru, kur strāva pirms pārraides palielinās līdz 230 000 ampēriem.
Hidroelektrostacijas izmanto dabā notiekošu, nepārtrauktu procesu — procesu, kas izraisa lietusgāzi un upju pieaugumu.Katru dienu mūsu planēta caur atmosfēru zaudē nelielu ūdens daudzumu, jo ultravioletie stari sadala ūdens molekulas.Bet tajā pašā laikā vulkāniskās aktivitātes rezultātā no Zemes iekšējās daļas izplūst jauns ūdens.Radītā ūdens daudzums un zaudētais ūdens daudzums ir aptuveni vienāds.
Jebkurā laikā pasaules kopējais ūdens daudzums ir dažādos veidos.Tas var būt šķidrs, piemēram, okeānos, upēs un lietū;ciets, tāpat kā ledājos;vai gāzveida, kā neredzamajos ūdens tvaikos gaisā.Ūdens maina stāvokļus, kad vēja straumes to pārvieto pa planētu.Vēja straumes rada saules sildīšanas aktivitāte.Gaisa straumes ciklus rada saule, kas vairāk spīd uz ekvatoru nekā uz citām planētas daļām.
Gaisa strāvas cikli virza Zemes ūdens piegādi caur savu ciklu, ko sauc par hidroloģisko ciklu.Saulei sildot šķidru ūdeni, ūdens gaisā iztvaiko tvaikos.Saule silda gaisu, izraisot gaisa pacelšanos atmosfērā.Augstāk gaiss ir vēsāks, tāpēc ūdens tvaikiem paceļoties, tas atdziest, kondensējoties pilienos.Kad vienā apgabalā uzkrājas pietiekami daudz pilienu, pilieni var kļūt pietiekami smagi, lai nokrišņu veidā nokristu atpakaļ uz Zemi.
Hidroloģiskais cikls ir svarīgs hidroelektrostacijām, jo tie ir atkarīgi no ūdens plūsmas.Ja auga tuvumā trūkst lietus, ūdens nesavāc augštecē.Ja ūdens neuzkrājas augštecē, caur hidroelektrostaciju plūst mazāk ūdens un tiek ražots mazāk elektroenerģijas.
Publicēšanas laiks: 07.07.2021
