У всьому світі гідроелектростанції виробляють близько 24 відсотків світової електроенергії і забезпечують електроенергією понад 1 мільярд людей.За даними Національної лабораторії відновлюваної енергії, світові гідроелектростанції виробляють 675 000 мегават, що еквівалентно 3,6 мільярда барелів нафти.У Сполучених Штатах працює понад 2000 гідроелектростанцій, що робить гідроенергетику найбільшим відновлюваним джерелом енергії в країні.
У цій статті ми розглянемо, як падаюча вода створює енергію, і дізнаємося про гідрологічний цикл, який створює потік води, необхідний для гідроенергетики.Ви також побачите одне унікальне застосування гідроенергії, яке може вплинути на ваше повсякденне життя.
Спостерігаючи за течією річки, важко уявити, яку силу вона несе.Якщо ви коли-небудь займалися рафтингом, то ви відчули невелику частку сили річки.Біловодні пороги створені як річка, що несе велику кількість води вниз по схилу, вузькі місця через вузький прохід.Коли річка пробивається через цей отвір, її течія прискорюється.Повені є ще одним прикладом того, яку силу може мати величезний об’єм води.
Гідроелектростанції використовують енергію води і використовують просту механіку для перетворення цієї енергії в електрику.Насправді гідроелектростанції базуються на досить простій концепції — вода, що протікає через дамбу, обертає турбіну, яка обертає генератор.
Ось основні компоненти звичайної гідроелектростанції:
Гребля – більшість гідроелектростанцій покладаються на дамбу, яка затримує воду, створюючи велике водосховище.Часто ця водойма використовується як озеро для відпочинку, наприклад озеро Рузвельт на греблі Гранд-Кулі в штаті Вашингтон.
Забір – ворота на греблі відкриваються, і гравітація тягне воду через напірний шток, трубопровід, який веде до турбіни.Протікаючи по цій трубі, вода створює тиск.
Турбіна – вода вдаряє і обертає великі лопаті турбіни, яка за допомогою вала прикріплена до генератора над нею.Найпоширенішим типом турбіни для гідроелектростанцій є турбіна Френсіса, яка виглядає як великий диск із вигнутими лопатями.Турбіна може важити до 172 тонн і обертатися зі швидкістю 90 обертів на хвилину (об/хв), за даними Фонду освіти з води та енергії (FWEE).
Генератори – коли лопаті турбіни обертаються, всередині генератора обертається ряд магнітів.Гігантські магніти обертаються повз мідні котушки, виробляючи змінний струм (AC) рухомими електронами.(Докладніше про роботу генератора ви дізнаєтеся пізніше.)
Трансформатор – трансформатор всередині електростанції приймає змінний струм і перетворює його в струм вищої напруги.
Лінії електропередачі – від кожної електростанції виходять чотири дроти: три фази живлення, які виробляються одночасно, плюс нейтраль або земля, загальна для всіх трьох.(Прочитайте, як працюють мережі розподілу електроенергії, щоб дізнатися більше про передачу електропередач.)
Відтік – використана вода транспортується по трубопроводах, які називаються відводами, і знову надходить у річку за течією.
Вода у водоймі вважається накопиченою енергією.Коли ворота відкриваються, вода, що протікає через напірний шток, стає кінетичною енергією, оскільки вона рухається.Кількість виробленої електроенергії визначається кількома факторами.Два з цих факторів - це об'єм потоку води та кількість гідравлічного напору.Голова відноситься до відстані між поверхнею води і турбінами.Зі збільшенням напору та потоку зростає і вироблена електроенергія.Напір зазвичай залежить від кількості води у резервуарі.
Є ще один тип гідроелектростанції, який називається гідроакумулююча станція.На звичайній гідроелектростанції вода з водосховища проходить через станцію, виходить і переноситься вниз за течією.ГНС має два резервуари:
Верхнє водосховище – як і звичайна гідроелектростанція, дамба створює водосховище.Вода в цьому водосховищі протікає через гідроелектростанцію для виробництва електроенергії.
Нижнє водосховище – вода, що виходить з гідроелектростанції, стікає в нижню водойму, а не знову входить у річку і тече за течією.
За допомогою реверсивної турбіни установка може перекачувати воду назад у верхній резервуар.Це робиться в непікові години.По суті, другий резервуар заповнює верхній резервуар.Перекачуючи воду назад у верхній резервуар, установка отримує більше води для виробництва електроенергії в періоди пікового споживання.
Генератор
Серцем гідроелектростанції є генератор.Більшість гідроелектростанцій мають декілька таких генераторів.
Генератор, як ви вже здогадалися, виробляє електрику.Основний процес генерації електрики таким чином полягає в обертанні серії магнітів всередині котушок дроту.Цей процес переміщує електрони, що виробляє електричний струм.
Дамба Гувера має загалом 17 генераторів, кожен з яких може генерувати до 133 мегават.Загальна потужність гідроелектростанції дамби Гувера становить 2074 мегават.Кожен генератор складається з певних основних частин:
вал
Збудник
Ротор
Статор
Коли турбіна обертається, збудник посилає електричний струм до ротора.Ротор являє собою серію великих електромагнітів, які обертаються всередині щільно намотаної котушки з мідного дроту, званої статором.Магнітне поле між котушкою і магнітами створює електричний струм.
У дамбі Гувера струм 16 500 ампер рухається від генератора до трансформатора, де струм наростає до 230 000 ампер перед передачею.
Гідроелектростанції використовують переваги природного безперервного процесу — процесу, який викликає дощ і зростання річок.Кожного дня наша планета втрачає невелику кількість води через атмосферу, оскільки ультрафіолетові промені розривають молекули води.Але в той же час нова вода викидається з внутрішньої частини Землі внаслідок вулканічної діяльності.Кількість води, що утворюється, і кількість втраченої води приблизно однакова.
У будь-який момент часу загальний об’єм води у світі має багато різних форм.Він може бути рідким, як в океанах, річках і дощі;тверді, як у льодовиків;або газоподібний, як у невидимій водяній парі в повітрі.Вода змінює стан, коли рухається навколо планети під впливом вітрових течій.Вітрові течії утворюються внаслідок нагрівання сонця.Цикли повітряних течій створюються сонцем, що сяє більше на екваторі, ніж на інших частинах планети.
Цикли повітряних течій керують водопостачанням Землі через власний цикл, який називається гідрологічним циклом.Коли сонце нагріває рідку воду, вода випаровується в повітрі.Сонце нагріває повітря, через що повітря піднімається в атмосферу.Вгорі повітря холодніше, тому водяна пара, піднімаючись вгору, охолоджується, конденсуючись у краплі.Коли в одній області накопичується достатня кількість крапель, краплі можуть стати достатньо важкими, щоб повернутися на Землю у вигляді опадів.
Гідрологічний цикл важливий для гідроелектростанцій, оскільки вони залежать від потоку води.Якщо поблизу рослини немає дощу, вода не збиратиметься вище за течією.Оскільки вода не збирається вгору за течією, через гідроелектростанцію проходить менше води і виробляється менше електроенергії.
Час розміщення: 07.07.2021
