Jinsi Mitambo ya Umeme wa Maji Hufanya Kazi

Ulimwenguni kote, mitambo ya kuzalisha umeme kwa maji inazalisha takriban asilimia 24 ya umeme duniani na inasambaza zaidi ya watu bilioni 1 umeme.Viwanda vya kuzalisha umeme kwa maji duniani vinazalisha jumla ya megawati 675,000, nishati sawa na mapipa bilioni 3.6 ya mafuta, kulingana na Maabara ya Kitaifa ya Nishati Jadidifu.Kuna zaidi ya mitambo 2,000 ya kufua umeme kwa maji inayofanya kazi nchini Marekani, na kufanya nishati ya maji kuwa chanzo kikuu cha nishati mbadala nchini humo.
Katika makala haya, tutaangalia jinsi maji yanayoanguka hutengeneza nishati na kujifunza kuhusu mzunguko wa hidrojeni ambao huunda mtiririko wa maji muhimu kwa nishati ya maji.Utapata pia muhtasari wa matumizi moja ya kipekee ya umeme wa maji ambayo yanaweza kuathiri maisha yako ya kila siku.
Unapotazama mto ukipita, ni vigumu kufikiria nguvu inayobeba.Ikiwa umewahi kuwa rafting nyeupe-maji, basi umejisikia sehemu ndogo ya nguvu za mto.Rapids za maji nyeupe huundwa kama mto, hubeba kiasi kikubwa cha maji kuteremka, vikwazo kupitia njia nyembamba.Mto unapolazimishwa kupitia mwanya huu, mtiririko wake unaongezeka.Mafuriko ni mfano mwingine wa jinsi kiasi kikubwa cha maji kinaweza kuwa na nguvu.
Mitambo ya kuzalisha umeme kwa maji hutumia nishati ya maji na hutumia mechanics rahisi kubadilisha nishati hiyo kuwa umeme.Mitambo ya kuzalisha umeme kwa maji kwa kweli inategemea dhana rahisi - maji yanayopita kwenye bwawa hugeuza turbine, ambayo hugeuza jenereta.

Hapa kuna vipengele vya msingi vya mtambo wa kawaida wa umeme wa maji:
Bwawa - Mitambo mingi ya kuzalisha umeme kwa maji hutegemea bwawa ambalo huzuia maji, na kuunda hifadhi kubwa.Mara nyingi, hifadhi hii hutumiwa kama ziwa la burudani, kama vile Ziwa Roosevelt kwenye Bwawa la Grand Coulee katika Jimbo la Washington.
Uingizaji - Milango kwenye bwawa hufunguliwa na mvuto huvuta maji kupitia penstock, bomba linaloongoza kwenye turbine.Maji huongeza shinikizo wakati inapita kupitia bomba hili.
Turbine - Maji hupiga na kugeuza blade kubwa za turbine, ambazo zimeunganishwa na jenereta juu yake kwa njia ya shimoni.Aina ya kawaida ya turbine kwa mitambo ya kufua umeme ni Francis Turbine, ambayo inaonekana kama diski kubwa yenye vilemba vilivyopinda.Turbine inaweza kuwa na uzito wa hadi tani 172 na kugeuka kwa kiwango cha mapinduzi 90 kwa dakika (rpm), kulingana na Foundation for Water & Energy Education (FWEE).
Jenereta - Vile vya turbine vinapogeuka, vivyo hivyo mfululizo wa sumaku ndani ya jenereta.Sumaku kubwa huzungusha koili za shaba zilizopita, na kutoa mkondo mbadala (AC) kwa kusonga elektroni.(Utajifunza zaidi kuhusu jinsi jenereta inavyofanya kazi baadaye.)
Transformer - Transfoma ndani ya nguvu huchukua AC na kuibadilisha kwa sasa ya juu-voltage.
Laini za umeme - Kati ya kila mtambo wa umeme huja nyaya nne: awamu tatu za nishati zinazozalishwa kwa wakati mmoja pamoja na zisizo na upande au msingi zinazofanana kwa zote tatu.(Soma Jinsi Gridi za Usambazaji wa Nishati Hufanya kazi ili kupata maelezo zaidi kuhusu usambazaji wa njia za umeme.)
Outflow - Maji yaliyotumiwa hupitishwa kupitia mabomba, yanayoitwa tailraces, na kuingia tena mto chini ya mkondo.
Maji katika hifadhi huchukuliwa kuwa nishati iliyohifadhiwa.Milango inapofunguliwa, maji yanayotiririka kupitia penstock huwa nishati ya kinetic kwa sababu iko kwenye mwendo.Kiasi cha umeme kinachozalishwa kinatambuliwa na mambo kadhaa.Mambo mawili kati ya hayo ni kiasi cha mtiririko wa maji na kiasi cha kichwa cha majimaji.Kichwa kinamaanisha umbali kati ya uso wa maji na turbines.Kadiri kichwa na mtiririko unavyoongezeka, ndivyo pia umeme unaozalishwa.Kichwa kawaida hutegemea kiasi cha maji kwenye hifadhi.

Kuna aina nyingine ya mtambo wa kuzalisha umeme kwa maji, unaoitwa mtambo wa pumped-storage.Katika mtambo wa kawaida wa kuzalisha umeme wa maji, maji kutoka kwenye hifadhi hutiririka kupitia mtambo huo, hutoka na kubebwa chini ya mkondo.Kiwanda cha kuhifadhi pampu kina hifadhi mbili:
Bwawa la juu - Kama mtambo wa kawaida wa kufua umeme, bwawa hutengeneza hifadhi.Maji katika hifadhi hii hutiririka kupitia mtambo wa kufua umeme ili kuunda umeme.
Hifadhi ya chini - Maji yanayotoka kwenye mtambo wa kufua umeme hutiririka hadi kwenye hifadhi ya chini badala ya kuingia tena mtoni na kutiririka chini ya mkondo.
Kwa kutumia turbine inayoweza kugeuzwa, mmea unaweza kusukuma maji kurudi kwenye hifadhi ya juu.Hii inafanywa katika masaa ya mbali.Kimsingi, hifadhi ya pili inajaza hifadhi ya juu.Kwa kusukuma maji kurudi kwenye hifadhi ya juu, mtambo una maji zaidi ya kuzalisha umeme wakati wa matumizi ya kilele.

Jenereta
Moyo wa mtambo wa umeme wa maji ni jenereta.Mitambo mingi ya kuzalisha umeme kwa maji ina jenereta kadhaa kati ya hizi.
Jenereta, kama unavyoweza kukisia, hutoa umeme.Mchakato wa kimsingi wa kutoa umeme kwa njia hii ni kuzungusha safu ya sumaku ndani ya mizinga ya waya.Utaratibu huu unasonga elektroni, ambayo hutoa sasa umeme.
Bwawa la Hoover lina jumla ya jenereta 17, ambazo kila moja inaweza kuzalisha hadi megawati 133.Uwezo wa jumla wa mtambo wa kufua umeme wa Bwawa la Hoover ni megawati 2,074.Kila jenereta imeundwa na sehemu fulani za msingi:
Shimoni
Excitor
Rota
Stator
Turbine inapogeuka, mchochezi hutuma mkondo wa umeme kwa rotor.Rota ni msururu wa sumaku-umeme kubwa zinazozunguka ndani ya koili yenye jeraha la waya ya shaba, inayoitwa stator.Sehemu ya sumaku kati ya coil na sumaku huunda mkondo wa umeme.
Katika Bwawa la Hoover, mkondo wa ampea 16,500 husogea kutoka kwa jenereta hadi kwa transfoma, ambapo njia panda za sasa hadi ampea 230,000 kabla ya kupitishwa.

Mitambo ya kuzalisha umeme kwa maji huchukua fursa ya mchakato wa kawaida, unaoendelea - mchakato unaosababisha mvua kunyesha na mito kuongezeka.Kila siku, sayari yetu hupoteza kiasi kidogo cha maji kupitia angahewa huku miale ya urujuanimno ikigawanya molekuli za maji.Lakini wakati huo huo, maji mapya hutolewa kutoka sehemu ya ndani ya Dunia kupitia shughuli za volkeno.Kiasi cha maji kilichoundwa na kiasi cha maji kinachopotea ni karibu sawa.
Wakati wowote, kiasi cha jumla cha maji ulimwenguni kiko katika aina nyingi tofauti.Inaweza kuwa kioevu, kama katika bahari, mito na mvua;imara, kama kwenye barafu;au gesi, kama katika mvuke wa maji usioonekana hewani.Maji hubadilika hali yanaposogezwa kuzunguka sayari na mikondo ya upepo.Mikondo ya upepo huzalishwa na shughuli za joto za jua.Mizunguko ya mzunguko wa hewa hutengenezwa na jua kuangaza zaidi kwenye ikweta kuliko maeneo mengine ya sayari.
Mizunguko ya mkondo wa hewa huendesha usambazaji wa maji wa Dunia kupitia mzunguko wake yenyewe, unaoitwa mzunguko wa hidrologic.Jua linapopasha joto maji ya kioevu, maji huvukiza kuwa mvuke angani.Jua hupasha joto hewa, na kusababisha hewa kupanda katika angahewa.Hewa ni baridi zaidi juu zaidi, kwa hivyo mvuke wa maji unapoinuka, hupoa, na kuganda kuwa matone.Wakati matone ya kutosha yanapokusanyika katika eneo moja, matone yanaweza kuwa mazito ya kutosha kurudi Duniani kama mvua.
Mzunguko wa hydrologic ni muhimu kwa mitambo ya umeme kwa sababu inategemea mtiririko wa maji.Ikiwa kuna ukosefu wa mvua karibu na mmea, maji hayatakusanyika juu ya mto.Kwa kukosa maji ya kukusanya juu ya mkondo, maji kidogo hutiririka kupitia mtambo wa kufua umeme na umeme kidogo huzalishwa.