Како работат хидроцентралите

Во светот, хидроцентралите произведуваат околу 24 отсто од светската електрична енергија и снабдуваат повеќе од 1 милијарда луѓе со електрична енергија.Светските хидроцентрали произведуваат вкупно 675.000 мегавати, енергетски еквивалент на 3,6 милијарди барели нафта, според Националната лабораторија за обновлива енергија.Во САД работат повеќе од 2.000 хидроцентрали, што ја прави хидроенергијата најголемиот обновлив извор на енергија во земјата.
Во оваа статија, ќе погледнеме како паѓањето на водата создава енергија и ќе научиме за хидролошкиот циклус што го создава протокот на вода суштински за хидроенергијата.Исто така, ќе добиете увид во една единствена примена на хидроенергија која може да влијае на вашиот секојдневен живот.
Кога гледате како реката се движи покрај неа, тешко е да се замисли силата што ја носи.Ако некогаш сте биле на рафтинг во бела вода, тогаш сте почувствувале мал дел од моќта на реката.Беловодните брзаци се создаваат како река, која носи голема количина вода надолу, тесни грла низ тесен премин.Како што реката е насилно преку овој отвор, нејзиниот тек се забрзува.Поплавите се уште еден пример за тоа колку сила може да има огромен волумен на вода.
Хидроцентралите ја искористуваат енергијата на водата и користат едноставна механика за да ја претворат таа енергија во електрична енергија.Хидроцентралите всушност се засноваат на прилично едноставен концепт - водата што тече низ браната врти турбина, која врти генератор.

Еве ги основните компоненти на конвенционалната хидроцентрала:
Брана - Повеќето хидроцентрали се потпираат на брана што ја задржува водата, создавајќи голем резервоар.Често, овој резервоар се користи како рекреативно езеро, како што е езерото Рузвелт кај браната Гранд Кули во државата Вашингтон.
Довод - Портите на браната се отвораат и гравитацијата ја влече водата низ цевководот што води до турбината.Водата создава притисок додека тече низ оваа цевка.
Турбина - Водата удира и ги врти големите лопатки на турбината, која е прикачена на генератор над неа по пат на вратило.Најчестиот тип на турбина за хидроцентрали е Францис турбината, која изгледа како голем диск со закривени сечила.Една турбина може да тежи до 172 тони и да се врти со брзина од 90 вртежи во минута (вртежи во минута), според Фондацијата за едукација за вода и енергија (FWEE).
Генератори - Како што се вртат лопатките на турбината, така се вртат и низа магнети во внатрешноста на генераторот.Гигантските магнети ротираат покрај бакарни намотки, произведувајќи наизменична струја (AC) со движење на електрони.(Ќе дознаете повеќе за тоа како работи генераторот подоцна.)
Трансформатор - Трансформаторот во централата ја зема наизменичната струја и ја претвора во струја со повисок напон.
Далноводи - Од секоја електрана доаѓаат четири жици: трите фази на струја се произведуваат истовремено, плус неутрална или заземјување заедничка за сите три.(Прочитајте како работат мрежите за дистрибуција на електрична енергија за да дознаете повеќе за преносот на далноводи.)
Истек - Искористената вода се носи преку цевководи, наречени закопчиња, и повторно навлегува во реката низводно.
Водата во резервоарот се смета за складирана енергија.Кога портите се отвораат, водата што тече низ печката станува кинетичка енергија бидејќи е во движење.Количината на електрична енергија што се создава е одредена од повеќе фактори.Два од тие фактори се волуменот на протокот на вода и количината на хидраулична глава.Главата се однесува на растојанието помеѓу површината на водата и турбините.Како што главата и протокот се зголемуваат, така се зголемува и произведената електрична енергија.Главата обично зависи од количината на вода во резервоарот.

Постои уште еден тип на хидроцентрала, наречена постројка за складирање со пумпа.Во конвенционалната хидроцентрала, водата од акумулацијата тече низ централата, излегува и се носи низ потокот.Постројката за складирање со пумпа има два резервоари:
Горна акумулација - Како конвенционална хидроцентрала, браната создава резервоар.Водата во оваа акумулација тече низ хидроцентралата за да создаде електрична енергија.
Долна акумулација – Водата што излегува од хидроцентралата се влева во пониска акумулација наместо повторно да влезе во реката и да тече низводно.
Користејќи реверзибилна турбина, постројката може да пумпа вода назад во горниот резервоар.Ова се прави во часови надвор од шпицот.Во суштина, вториот резервоар повторно го полни горниот резервоар.Со пумпање на водата назад во горниот резервоар, централата има повеќе вода за производство на електрична енергија за време на периодите на максимална потрошувачка.

Генераторот
Срцето на хидроцентралата е генераторот.Повеќето хидроцентрали имаат неколку од овие генератори.
Генераторот, како што можеби претпоставувате, ја генерира електричната енергија.Основниот процес на генерирање електрична енергија на овој начин е да се ротираат низа магнети во калеми од жица.Овој процес ги движи електроните, што произведува електрична струја.
Браната Хувер има вкупно 17 генератори, од кои секој може да генерира до 133 мегавати.Вкупниот капацитет на хидроцентралата на браната Хувер е 2.074 мегавати.Секој генератор е направен од одредени основни делови:
Вратило
Возбудувач
Ротор
Статор
Како што се врти турбината, возбудувачот испраќа електрична струја до роторот.Роторот е серија од големи електромагнети кои се вртат во цврсто намотана калем од бакарна жица, наречена статор.Магнетното поле помеѓу серпентина и магнетите создава електрична струја.
Во браната Хувер, струја од 16.500 ампери се движи од генераторот до трансформаторот, каде што струјата се зголемува до 230.000 ампери пред да се пренесе.

Хидроцентралите го користат природниот, континуиран процес - процес кој предизвикува дожд и издигнување на реките.Секој ден, нашата планета губи мала количина на вода низ атмосферата бидејќи ултравиолетовите зраци ги распаѓаат молекулите на водата.Но, во исто време, нова вода се испушта од внатрешниот дел на Земјата преку вулканска активност.Количината на создадена вода и количината на изгубена вода е приближно иста.
Во секое време, вкупниот волумен на вода во светот е во многу различни форми.Може да биде течен, како во океаните, реките и дождот;цврсти, како во глечерите;или гасовити, како во невидливата водена пареа во воздухот.Водата ја менува состојбата додека се движи низ планетата со струи на ветер.Ветровите струи се генерираат од грејната активност на сонцето.Циклусите на воздушната струја се создаваат од сонцето што сјае повеќе на екваторот отколку на другите области на планетата.
Циклусите на воздушната струја го водат снабдувањето со вода на Земјата низ свој циклус, наречен хидролошки циклус.Како што сонцето загрева течна вода, водата испарува во пареа во воздухот.Сонцето го загрева воздухот, предизвикувајќи издигнување на воздухот во атмосферата.Воздухот е постуден погоре, па како што се крева водената пареа, таа се лади, кондензирајќи се во капки.Кога доволно капки се акумулираат во една област, капките може да станат доволно тешки за да паднат на Земјата како врнежи.
Хидролошкиот циклус е важен за хидроцентралите бидејќи тие зависат од протокот на вода.Ако има недостиг на дожд во близина на постројката, водата нема да се собира нагоре.Бидејќи водата не се собира нагоре, помалку вода тече низ хидроцентралата и се произведува помалку електрична енергија.