Wereldwijd produceren waterkrachtcentrales ongeveer 24 procent van de elektriciteit in de wereld en voorzien ze meer dan 1 miljard mensen van stroom.'S Werelds waterkrachtcentrales produceren een gecombineerd totaal van 675.000 megawatt, het energie-equivalent van 3,6 miljard vaten olie, volgens het National Renewable Energy Laboratory.Er zijn meer dan 2.000 waterkrachtcentrales in de Verenigde Staten, waardoor waterkracht de grootste hernieuwbare energiebron van het land is.
In dit artikel bekijken we hoe vallend water energie creëert en leren we over de hydrologische cyclus die de waterstroom creëert die essentieel is voor waterkracht.U zult ook een glimp opvangen van een unieke toepassing van waterkracht die uw dagelijks leven kan beïnvloeden.
Als je een rivier voorbij ziet rollen, is het moeilijk je de kracht voor te stellen die het draagt.Als je ooit op wildwatervaren bent geweest, dan heb je een klein deel van de kracht van de rivier gevoeld.Stroomversnellingen ontstaan als een rivier, die een grote hoeveelheid water bergafwaarts voert, knelpunten door een smalle doorgang.Als de rivier door deze opening wordt gedwongen, versnelt de stroom ervan.Overstromingen zijn een ander voorbeeld van hoeveel kracht een enorme hoeveelheid water kan hebben.
Waterkrachtcentrales benutten de energie van water en gebruiken eenvoudige mechanica om die energie om te zetten in elektriciteit.Waterkrachtcentrales zijn eigenlijk gebaseerd op een vrij eenvoudig concept: water dat door een dam stroomt, laat een turbine draaien, die een generator laat draaien.
Dit zijn de basiscomponenten van een conventionele waterkrachtcentrale:
Dam - De meeste waterkrachtcentrales vertrouwen op een dam die water tegenhoudt, waardoor een groot reservoir ontstaat.Vaak wordt dit stuwmeer gebruikt als recreatiemeer, zoals Lake Roosevelt bij de Grand Coulee Dam in de staat Washington.
Inlaat - Poorten op de dam gaan open en de zwaartekracht trekt het water door de stuwkracht, een pijpleiding die naar de turbine leidt.Water bouwt druk op als het door deze leiding stroomt.
Turbine - Het water slaat en laat de grote bladen van een turbine draaien, die door middel van een as aan een generator erboven is bevestigd.Het meest voorkomende type turbine voor waterkrachtcentrales is de Francis Turbine, die eruitziet als een grote schijf met gebogen bladen.Een turbine kan tot 172 ton wegen en draait met een snelheid van 90 omwentelingen per minuut (rpm), volgens de Foundation for Water & Energy Education (FWEE).
Generatoren - Terwijl de turbinebladen draaien, doet een reeks magneten in de generator dat ook.Gigantische magneten draaien langs koperen spoelen en produceren wisselstroom (AC) door elektronen te verplaatsen.(Je leert later meer over hoe de generator werkt.)
Transformator - De transformator in de krachtpatser neemt de wisselstroom en zet deze om in stroom met een hogere spanning.
Elektriciteitsleidingen - Uit elke energiecentrale komen vier draden: de drie fasen van stroom die tegelijkertijd worden geproduceerd plus een nulleider of aarde die alle drie gemeen hebben.(Lees hoe stroomdistributienetten werken voor meer informatie over transmissie van hoogspanningslijnen.)
Uitstroom - Gebruikt water wordt via pijpleidingen, tailraces genoemd, afgevoerd en stroomafwaarts weer de rivier in.
Het water in het reservoir wordt beschouwd als opgeslagen energie.Wanneer de poorten opengaan, wordt het water dat door de afsluiter stroomt kinetische energie omdat het in beweging is.De hoeveelheid opgewekte elektriciteit wordt bepaald door verschillende factoren.Twee van die factoren zijn het volume van de waterstroom en de hoeveelheid verval.De kop verwijst naar de afstand tussen het wateroppervlak en de turbines.Naarmate de opvoerhoogte en de stroom toenemen, neemt ook de opgewekte elektriciteit toe.De opvoerhoogte is meestal afhankelijk van de hoeveelheid water in het reservoir.
Er is nog een ander type waterkrachtcentrale, de pompcentrale.In een conventionele waterkrachtcentrale stroomt het water uit het reservoir door de centrale, verlaat het en wordt stroomafwaarts gevoerd.Een pompopslaginstallatie heeft twee reservoirs:
Bovenreservoir - Net als een conventionele waterkrachtcentrale creëert een dam een reservoir.Het water in dit reservoir stroomt door de waterkrachtcentrale om elektriciteit op te wekken.
Lager reservoir - Water dat de waterkrachtcentrale verlaat, stroomt naar een lager reservoir in plaats van opnieuw de rivier in te gaan en stroomafwaarts te stromen.
Met behulp van een omkeerbare turbine kan de plant water terugpompen naar het bovenste reservoir.Dit gebeurt in de daluren.In wezen vult het tweede reservoir het bovenste reservoir.Door water terug te pompen naar het bovenste reservoir, heeft de plant meer water om elektriciteit op te wekken tijdens periodes van piekverbruik.
De generator
Het hart van de waterkrachtcentrale is de generator.De meeste waterkrachtcentrales hebben meerdere van deze generatoren.
De generator wekt, zoals je misschien al geraden had, de elektriciteit op.Het basisproces om op deze manier elektriciteit op te wekken, is het roteren van een reeks magneten in draadspoelen.Dit proces beweegt elektronen, die elektrische stroom produceren.
De Hoover Dam heeft in totaal 17 generatoren die elk tot 133 megawatt kunnen opwekken.Het totale vermogen van de waterkrachtcentrale Hoover Dam is 2.074 megawatt.Elke generator is gemaakt van bepaalde basisonderdelen:
schacht
Excitor
Rotor
stator
Terwijl de turbine draait, stuurt de excitor een elektrische stroom naar de rotor.De rotor is een reeks grote elektromagneten die ronddraait in een strak gewonden spoel van koperdraad, de stator.Het magnetische veld tussen de spoel en de magneten wekt een elektrische stroom op.
In de Hoover Dam gaat een stroom van 16.500 ampère van de generator naar de transformator, waar de stroom oploopt tot 230.000 ampère voordat het wordt uitgezonden.
Waterkrachtcentrales profiteren van een natuurlijk voorkomend, continu proces - het proces dat ervoor zorgt dat regen valt en rivieren stijgen.Elke dag verliest onze planeet een kleine hoeveelheid water door de atmosfeer omdat ultraviolette stralen watermoleculen uit elkaar breken.Maar tegelijkertijd komt er door vulkanische activiteit nieuw water uit het binnenste van de aarde.De hoeveelheid water die wordt gecreëerd en de hoeveelheid water die verloren gaat, is ongeveer hetzelfde.
Op elk willekeurig moment heeft het totale watervolume van de wereld veel verschillende vormen.Het kan vloeibaar zijn, zoals in oceanen, rivieren en regen;vast, zoals in gletsjers;of gasvormig, zoals in de onzichtbare waterdamp in de lucht.Water verandert van toestand terwijl het door windstromingen over de planeet wordt verplaatst.Windstromen worden opgewekt door de verwarmingsactiviteit van de zon.Luchtstroomcycli worden gecreëerd doordat de zon meer op de evenaar schijnt dan op andere delen van de planeet.
Luchtstroomcycli drijven de watervoorziening van de aarde door een eigen cyclus, de hydrologische cyclus genoemd.Terwijl de zon vloeibaar water verwarmt, verdampt het water in damp in de lucht.De zon verwarmt de lucht, waardoor de lucht in de atmosfeer stijgt.De lucht is hogerop kouder, dus als de waterdamp stijgt, koelt deze af en condenseert tot druppels.Wanneer er zich voldoende druppeltjes ophopen in één gebied, kunnen de druppeltjes zwaar genoeg worden om als neerslag naar de aarde terug te vallen.
De hydrologische cyclus is belangrijk voor waterkrachtcentrales omdat ze afhankelijk zijn van de waterstroom.Als er geen regen in de buurt van de plant is, zal er geen water stroomopwaarts verzamelen.Doordat er geen water stroomopwaarts wordt verzameld, stroomt er minder water door de waterkrachtcentrale en wordt er minder elektriciteit opgewekt.
Posttijd: juli-07-2021
