Широм света, хидроелектране производе око 24 одсто светске електричне енергије и снабдевају струјом више од милијарду људи.Светске хидроелектране производе укупно 675.000 мегавата, што је енергетски еквивалент 3,6 милијарди барела нафте, према Националној лабораторији за обновљиву енергију.У Сједињеним Државама ради више од 2.000 хидроелектрана, што хидроелектрану чини највећим обновљивим извором енергије у земљи.
У овом чланку ћемо погледати како вода која пада ствара енергију и сазнаћемо о хидролошком циклусу који ствара проток воде који је неопходан за хидроенергију.Такође ћете добити увид у једну јединствену примену хидроенергије која може утицати на ваш свакодневни живот.
Када гледате реку како пролази, тешко је замислити силу коју носи.Ако сте икада били на рафтингу, онда сте осетили мали део моћи реке.Брзаци беле воде су створени као река, која носи велику количину воде низбрдо, уска грла кроз уски пролаз.Како река пролази кроз овај отвор, њен ток се убрзава.Поплаве су још један пример колику снагу може имати огромна количина воде.
Хидроелектране користе енергију воде и користе једноставну механику за претварање те енергије у електричну.Хидроелектране су заправо засноване на прилично једноставном концепту - вода која тече кроз брану окреће турбину, која окреће генератор.
Ево основних компоненти конвенционалне хидроелектране:
Брана – Већина хидроелектрана се ослања на брану која задржава воду, стварајући велики резервоар.Често се овај резервоар користи као језеро за рекреацију, као што је језеро Рузвелт на брани Гранд Цоулее у држави Вашингтон.
Усис – Капије на брани се отварају и гравитација вуче воду кроз цевовод, цевовод који води до турбине.Вода ствара притисак док тече кроз ову цев.
Турбина – Вода удара и окреће велике лопатице турбине, која је преко осовине причвршћена за генератор изнад ње.Најчешћи тип турбине за хидроелектране је Францис турбина, која изгледа као велики диск са закривљеним лопатицама.Турбина може да тежи чак 172 тоне и да се окреће брзином од 90 обртаја у минути (рпм), према Фондацији за образовање о води и енергији (ФВЕЕ).
Генератори – Како се лопатице турбине окрећу, тако се врти и низ магнета унутар генератора.Огромни магнети ротирају поред бакарних намотаја, производећи наизменичну струју (АЦ) померањем електрона.(Касније ћете сазнати више о томе како генератор ради.)
Трансформатор – Трансформатор унутар електране узима наизменичну струју и претвара је у струју вишег напона.
Електрични водови – Из сваке електране излазе четири жице: три фазе струје које се производе истовремено плус неутрална или уземљена заједничка за све три.(Прочитајте како функционишу мреже за дистрибуцију електричне енергије да бисте сазнали више о преносу далековода.)
Одлив – Искоришћена вода се преноси кроз цевоводе, који се називају одводни канали, и поново улази у реку низводно.
Вода у резервоару се сматра ускладиштеном енергијом.Када се капије отворе, вода која тече кроз цевовод постаје кинетичка енергија јер је у покрету.Количина електричне енергије која се производи одређена је са више фактора.Два од тих фактора су запремина протока воде и количина хидрауличке главе.Глава се односи на растојање између површине воде и турбина.Како се напон и проток повећавају, тако се повећава и произведена електрична енергија.Глава обично зависи од количине воде у резервоару.
Постоји још једна врста хидроелектране, која се зове пумпно-акумулационо постројење.У конвенционалној хидроелектрани, вода из резервоара тече кроз постројење, излази и одводи се низводно.Постројење са пумпама има два резервоара:
Горњи резервоар – Попут конвенционалне хидроелектране, брана ствара резервоар.Вода у овом резервоару тече кроз хидроелектрану и ствара електричну енергију.
Доњи резервоар – Вода која излази из хидроелектране тече у доњи резервоар уместо да поново улази у реку и тече низводно.
Користећи реверзибилну турбину, постројење може пумпати воду назад у горњи резервоар.Ово се ради ван вршних сати.У суштини, други резервоар пуни горњи резервоар.Пумпањем воде назад у горњи резервоар, постројење има више воде за производњу електричне енергије током периода највеће потрошње.
Генератор
Срце хидроелектране је генератор.Већина хидроелектрана има неколико ових генератора.
Генератор, као што сте могли претпоставити, производи струју.Основни процес генерисања електричне енергије на овај начин је ротација низа магнета унутар намотаја жице.Овај процес покреће електроне, што производи електричну струју.
Хуверова брана има укупно 17 генератора, од којих сваки може произвести до 133 мегавата.Укупан капацитет хидроелектране Хоовер Дам је 2.074 мегавата.Сваки генератор је направљен од одређених основних делова:
Схафт
Екцитор
Ротор
Статор
Како се турбина окреће, ексцитор шаље електричну струју на ротор.Ротор је низ великих електромагнета који се окрећу унутар чврсто намотаног намотаја бакарне жице, који се зове статор.Магнетно поље између завојнице и магнета ствара електричну струју.
У Хоовер брани, струја од 16.500 ампера креће се од генератора до трансформатора, где се струја повећава до 230.000 ампера пре него што се пренесе.
Хидроелектране користе предности природног, континуираног процеса - процеса који узрокује падање кише и пораст река.Сваког дана наша планета губи малу количину воде кроз атмосферу јер ултраљубичасти зраци разбијају молекуле воде.Али у исто време, нова вода се емитује из унутрашњег дела Земље кроз вулканску активност.Количина воде која се ствара и количина изгубљене воде је приближно иста.
У било ком тренутку, укупна светска запремина воде је у много различитих облика.Може бити течно, као у океанима, рекама и киши;чврста, као у глечерима;или гасовита, као у невидљивој воденој пари у ваздуху.Вода мења стање док се креће око планете струјама ветра.Струје ветра настају грејном активношћу сунца.Циклуси ваздушних струја настају тако што сунце сија више на екватору него на другим деловима планете.
Циклуси ваздушних струја покрећу водоснабдевање Земље кроз сопствени циклус, који се назива хидролошки циклус.Како сунце загрева течну воду, вода испарава у пару у ваздуху.Сунце загрева ваздух, изазивајући подизање ваздуха у атмосфери.Горе је ваздух хладнији, па како се водена пара диже, она се хлади, кондензујући се у капљице.Када се довољно капљица акумулира у једној области, капљице могу постати довољно тешке да падну назад на Земљу као падавине.
Хидролошки циклус је важан за хидроелектране јер зависе од протока воде.Ако у близини постројења нема кише, вода се неће сакупљати узводно.Пошто се вода не сакупља уз ток, мање воде протиче кроз хидроелектрану и мање се производи електрична енергија.
Време објаве: јул-07-2021
