Hoe waterkragaanlegte werk

Wêreldwyd produseer waterkragsentrales ongeveer 24 persent van die wêreld se elektrisiteit en voorsien meer as 1 miljard mense van krag. Die wêreld se waterkragsentrales lewer 'n gekombineerde totaal van 675 000 megawatt, die energie-ekwivalent van 3,6 miljard vate olie, volgens die Nasionale Hernubare Energielaboratorium. Daar is meer as 2 000 waterkragsentrales in werking in die Verenigde State, wat waterkrag die land se grootste hernubare energiebron maak.
In hierdie artikel gaan ons kyk na hoe vallende water energie skep en leer oor die hidrologiese siklus wat die watervloei skep wat noodsaaklik is vir hidrokrag. Jy sal ook 'n kykie kry na een unieke toepassing van hidrokrag wat jou daaglikse lewe kan beïnvloed.
Wanneer jy 'n rivier sien verbyrol, is dit moeilik om jou die krag wat dit dra, voor te stel. As jy al ooit witwatervlotvaart gedoen het, het jy al 'n klein deeltjie van die rivier se krag gevoel. Witwaterstroomversnellings word geskep as 'n rivier wat 'n groot hoeveelheid water afdraand dra, bottelnekke deur 'n nou gang. Soos die rivier deur hierdie opening gedwing word, versnel die vloei daarvan. Vloede is nog 'n voorbeeld van hoeveel krag 'n geweldige hoeveelheid water kan hê.
Hidrokragsentrales benut water se energie en gebruik eenvoudige meganika om daardie energie in elektrisiteit om te skakel. Hidrokragsentrales is eintlik gebaseer op 'n redelik eenvoudige konsep - water wat deur 'n dam vloei, draai 'n turbine, wat 'n kragopwekker aandryf.

Hier is die basiese komponente van 'n konvensionele waterkragaanleg:
Dam – Die meeste waterkragsentrales maak staat op 'n dam wat water terughou en 'n groot reservoir skep. Hierdie reservoir word dikwels as 'n ontspanningsmeer gebruik, soos Lake Roosevelt by die Grand Coulee-dam in die staat Washington.
Inlaat – Deure op die dam gaan oop en swaartekrag trek die water deur die sluispyp, 'n pyplyn wat na die turbine lei. Water bou druk op soos dit deur hierdie pyp vloei.
Turbine – Die water tref en draai die groot lemme van 'n turbine, wat deur middel van 'n as aan 'n kragopwekker daarbo gekoppel is. Die mees algemene tipe turbine vir waterkragsentrales is die Francis-turbine, wat lyk soos 'n groot skyf met geboë lemme. 'n Turbine kan soveel as 172 ton weeg en teen 'n tempo van 90 omwentelinge per minuut (rpm) draai, volgens die Stigting vir Water- en Energie-opvoeding (FWEE).
Generators – Soos die turbinelemme draai, draai 'n reeks magnete binne die generator ook. Reuse-magnete roteer verby koperspoele en produseer wisselstroom (WS) deur elektrone te beweeg. (Jy sal later meer leer oor hoe die generator werk.)
Transformator – Die transformator binne die kragstasie neem die WS en skakel dit om na hoërspanningstroom.
Kraglyne – Uit elke kragsentrale kom vier drade: die drie fases van krag wat gelyktydig opgewek word plus 'n nuldraad of grond wat gemeenskaplik is aan al drie. (Lees Hoe Kragverspreidingsnetwerke Werk om meer te wete te kom oor kraglyn-oordrag.)
Uitvloei – Gebruikte water word deur pypleidings, genaamd stertlope, vervoer en vloei weer stroomaf in die rivier.
Die water in die reservoir word as gestoorde energie beskou. Wanneer die sluise oopmaak, word die water wat deur die sluis vloei, kinetiese energie omdat dit in beweging is. Die hoeveelheid elektrisiteit wat opgewek word, word deur verskeie faktore bepaal. Twee van daardie faktore is die volume watervloei en die hoeveelheid hidrouliese druk. Die druk verwys na die afstand tussen die wateroppervlak en die turbines. Soos die druk en vloei toeneem, neem die opgewekte elektrisiteit ook toe. Die druk is gewoonlik afhanklik van die hoeveelheid water in die reservoir.

Daar is nog 'n tipe hidrokragsentrale, genaamd die pompbergingsaanleg. In 'n konvensionele hidrokragsentrale vloei die water van die reservoir deur die aanleg, kom uit en word stroomaf gevoer. 'n Pompbergingsaanleg het twee reservoirs:
Boonste reservoir – Soos 'n konvensionele waterkragsentrale, skep 'n dam 'n reservoir. Die water in hierdie reservoir vloei deur die waterkragsentrale om elektrisiteit op te wek.
Onderste reservoir – Water wat die waterkragsentrale verlaat, vloei in 'n onderste reservoir eerder as om weer in die rivier te beland en stroomaf te vloei.
Deur 'n omkeerbare turbine te gebruik, kan die aanleg water terugpomp na die boonste reservoir. Dit word gedoen buite spitstye. Die tweede reservoir vul in wese die boonste reservoir weer. Deur water terug te pomp na die boonste reservoir, het die aanleg meer water om elektrisiteit op te wek gedurende periodes van spitsverbruik.

Die Generator
Die hart van die hidroëlektriese kragsentrale is die kragopwekker. Die meeste hidroëlektriese kragsentrales het verskeie van hierdie kragopwekkers.
Die kragopwekker, soos jy dalk geraai het, genereer die elektrisiteit. Die basiese proses om elektrisiteit op hierdie manier op te wek, is om 'n reeks magnete binne draadspoele te roteer. Hierdie proses beweeg elektrone, wat elektriese stroom produseer.
Die Hooverdam het altesaam 17 kragopwekkers, wat elk tot 133 megawatt kan opwek. Die totale kapasiteit van die Hooverdam-waterkragsentrale is 2 074 megawatt. Elke kragopwekker bestaan ​​uit sekere basiese dele:
Skag
Uitdrukker
Rotor
Stator
Soos die turbine draai, stuur die opwekker 'n elektriese stroom na die rotor. Die rotor is 'n reeks groot elektromagnete wat binne 'n styfgewikkelde spoel koperdraad, genaamd die stator, draai. Die magneetveld tussen die spoel en die magnete skep 'n elektriese stroom.
In die Hooverdam beweeg 'n stroom van 16 500 ampère van die generator na die transformator, waar die stroom tot 230 000 ampère styg voordat dit oorgedra word.

Waterkragsentrales maak gebruik van 'n natuurlik voorkomende, deurlopende proses - die proses wat veroorsaak dat reën val en riviere styg. Elke dag verloor ons planeet 'n klein hoeveelheid water deur die atmosfeer namate ultravioletstrale watermolekules uitmekaar breek. Maar terselfdertyd word nuwe water deur die binneste deel van die Aarde vrygestel deur vulkaniese aktiwiteit. Die hoeveelheid water wat geskep word en die hoeveelheid water wat verlore gaan, is ongeveer dieselfde.
Op enige gegewe tydstip is die wêreld se totale volume water in baie verskillende vorme. Dit kan vloeibaar wees, soos in oseane, riviere en reën; solied, soos in gletsers; of gasvormig, soos in die onsigbare waterdamp in die lug. Water verander toestande soos dit deur windstrome oor die planeet beweeg word. Windstrome word gegenereer deur die verhittingsaktiwiteit van die son. Lugstroomsiklusse word geskep deur die son wat meer op die ewenaar skyn as op ander gebiede van die planeet.
Lugstroomsiklusse dryf die Aarde se watervoorraad deur 'n eie siklus, genaamd die hidrologiese siklus. Soos die son vloeibare water verhit, verdamp die water tot damp in die lug. Die son verhit die lug, wat veroorsaak dat die lug in die atmosfeer styg. Die lug is kouer hoër op, so soos die waterdamp styg, koel dit af en kondenseer dit in druppels. Wanneer genoeg druppels in een gebied ophoop, kan die druppels swaar genoeg word om as neerslag terug na die Aarde te val.
Die hidrologiese siklus is belangrik vir hidrokragsentrales omdat hulle afhanklik is van watervloei. As daar 'n gebrek aan reën naby die aanleg is, sal water nie stroomop versamel nie. Sonder water wat stroomop versamel, vloei minder water deur die hidrokragsentrale en word minder elektrisiteit opgewek.