የሃይድሮ ኤሌክትሪክ ማመንጫዎች እና የሃይድሮ ተርባይን ጀነሬተር እንዴት እንደሚሠሩ

በዓለም አቀፍ ደረጃ የሃይድሮ ኤሌክትሪክ ማመንጫዎች ከዓለም 24 በመቶ የሚሆነውን የኤሌክትሪክ ኃይል ያመርታሉ እና ከ1 ቢሊዮን በላይ ሰዎችን የኃይል አቅርቦት ይሰጣሉ። እንደ ብሔራዊ የታዳሽ ኃይል ላቦራቶሪ ገለጻ፣ የዓለም የሃይድሮ ኤሌክትሪክ ማመንጫዎች በአጠቃላይ 675,000 ሜጋ ዋት ያመርታሉ፣ ይህም ከ3.6 ቢሊዮን በርሜል ዘይት ጋር እኩል የሆነ ኃይል ነው። በዩናይትድ ስቴትስ ውስጥ ከ2,000 በላይ የሃይድሮ ኤሌክትሪክ ማመንጫዎች በመሥራት ላይ ይገኛሉ፣ ይህም የሃይድሮ ኤሌክትሪክ የአገሪቱ ትልቁ የታዳሽ የኃይል ምንጭ ያደርገዋል።
በዚህ ጽሑፍ ውስጥ፣ የሚወድቅ ውሃ ኃይል እንዴት እንደሚፈጥር እና ለሃይድሮ ኤሌክትሪክ አስፈላጊ የሆነውን የውሃ ፍሰት ስለሚፈጥረው የሃይድሮሎጂ ዑደት እንማራለን። እንዲሁም በዕለት ተዕለት ሕይወትዎ ላይ ተጽዕኖ ሊያሳድር የሚችል አንድ ልዩ የሃይድሮ ኤሌክትሪክ አጠቃቀምን ፍንጭ ያገኛሉ።
ወንዝ ሲያልፍ ሲመለከት፣ የያዘውን ኃይል መገመት ይከብዳል። ነጭ ውሃ ሲራመዱ ከነበረ የወንዙን ​​ኃይል ትንሽ ክፍል ይሰማዎታል። ነጭ ውሃ የሚፈሱባቸው ወንዞች እንደ ወንዝ ይፈጠራሉ፣ ብዙ ውሃ ወደ ታች ሲወርድ፣ ጠባብ መተላለፊያ ውስጥ የሚንጠባጠቡ ጠርዞችን ይይዛሉ። ወንዙ በዚህ ክፍተት ውስጥ ሲገባ፣ ፍሰቱ በፍጥነት ይጨምራል። ጎርፍ ከፍተኛ መጠን ያለው ውሃ ምን ያህል ኃይል ሊኖረው እንደሚችል የሚያሳይ ሌላ ምሳሌ ነው።

የሃይድሮ ኤሌክትሪክ ማመንጫዎች የውሃን ኃይል ይጠቀማሉ እና ያንን ኃይል ወደ ኤሌክትሪክ ለመቀየር ቀላል ሜካኒክስ ይጠቀማሉ። የሃይድሮ ኤሌክትሪክ ማመንጫዎች በእውነቱ የተመሰረቱት በጣም ቀላል በሆነ ፅንሰ-ሀሳብ ላይ ነው - በግድብ ውስጥ የሚፈሰው ውሃ ጀነሬተርን የሚቀይር ተርባይንን ይለውጣል።
የባህላዊ የሃይድሮ ኤሌክትሪክ ማመንጫ ዋና ዋና ክፍሎች እነሆ፡
ተርባይንን እና ጀነሬተሩን የሚያገናኘው ዘንግ
ግድብ - አብዛኛዎቹ የሃይድሮ ኤሌክትሪክ ማመንጫዎች ውሃ የሚይዝ ግድብ ላይ የተመሰረቱ ሲሆን ይህም ትልቅ የውሃ ማጠራቀሚያ ይፈጥራል። ብዙውን ጊዜ ይህ የውሃ ማጠራቀሚያ እንደ መዝናኛ ሐይቅ ያገለግላል፣ ለምሳሌ በዋሽንግተን ግዛት በግራንድ ኩሊ ግድብ ላይ የሚገኘው የሩዝቬልት ሐይቅ።
የመግቢያ በር - በግድቡ ላይ ያሉት በሮች ይከፈታሉ እና የስበት ኃይል ውሃውን በፔንስቶክ በኩል ይጎትታል፣ ይህም ወደ ተርባይኑ የሚወስድ የቧንቧ መስመር ነው። ውሃ በዚህ ቱቦ ውስጥ ሲፈስ ግፊት ይጨምራል።
ተርባይን - ውሃው ከላዩ ላይ ካለው ጀነሬተር ጋር በዘንጉ በኩል የተያያዘውን ትላልቅ የተርባይን ቢላዎች ይመታል እና ያዞራል። ለሃይድሮ ኤሌክትሪክ ማመንጫዎች በጣም የተለመደው የተርባይን አይነት ፍራንሲስ ተርባይን ሲሆን የተጠማዘዘ ቢላዋ ያለው ትልቅ ዲስክ ይመስላል። አንድ ተርባይን እስከ 172 ቶን የሚመዝን እና በደቂቃ 90 አብዮቶች (rpm) ፍጥነት ሊሽከረከር ይችላል ሲል የውሃ እና ኢነርጂ ትምህርት ፋውንዴሽን (FWEE) ገልጿል።
ጀነሬተሮች - የተርባይኑ ምላጭ ሲዞሩ፣ በጄነሬተሩ ውስጥ ተከታታይ ማግኔቶችም እንዲሁ። ግዙፍ ማግኔቶች ከመዳብ ኮይሎች አልፈው ይሽከረከራሉ፣ በሚንቀሳቀሱ ኤሌክትሮኖች ተለዋጭ ጅረት (AC) ያመነጫሉ። (ጄነሬተሩ እንዴት እንደሚሰራ በኋላ የበለጠ ይማራሉ።)
ትራንስፎርመር - በሃይል ማመንጫው ውስጥ ያለው ትራንስፎርመር ኤሲውን ወስዶ ወደ ከፍተኛ ቮልቴጅ ጅረት ይለውጠዋል።
የኃይል መስመሮች - ከእያንዳንዱ የኃይል ማመንጫ ጣቢያ አራት ሽቦዎች ይመጣሉ፡- ሦስቱ የኃይል ደረጃዎች በአንድ ጊዜ የሚመረቱ ሲሆን ለሦስቱም የጋራ የሆነ ገለልተኛ ወይም መሬት። (ስለ የኃይል መስመር ስርጭት የበለጠ ለማወቅ የኃይል ስርጭት ግሪዶች እንዴት እንደሚሠሩ ያንብቡ።)
ፍሰት - ጥቅም ላይ የዋለ ውሃ በቧንቧ መስመሮች በኩል ይጓዛል፣ ይህም የኋላ ጅራት ይባላል፣ እና ወደ ታችኛው ወንዝ ይገባል።
በማጠራቀሚያው ውስጥ ያለው ውሃ የተከማቸ ኃይል ተደርጎ ይቆጠራል። በሮቹ ሲከፈቱ፣ በፔንስቶክ ውስጥ የሚፈሰው ውሃ በእንቅስቃሴ ላይ ስለሆነ የኪነቲክ ኃይል ይሆናል። የሚፈጠረው የኤሌክትሪክ መጠን የሚወሰነው በበርካታ ምክንያቶች ነው። ከእነዚህ ምክንያቶች ሁለቱ የውሃ ፍሰት መጠን እና የሃይድሮሊክ ራስ መጠን ናቸው። ጭንቅላቱ የሚያመለክተው በውሃ ወለል እና በተርባይኖች መካከል ያለውን ርቀት ነው። ጭንቅላቱ እና ፍሰቱ ሲጨምሩ የሚፈጠረው ኤሌክትሪክም እንዲሁ ነው። ጭንቅላቱ ብዙውን ጊዜ በማጠራቀሚያው ውስጥ ባለው የውሃ መጠን ላይ የተመሰረተ ነው።
ሌላ ዓይነት የሃይድሮ ኤሌክትሪክ ማመንጫ ጣቢያ አለ፤ እሱም የፓምፕድ-ማከማቻ ፋብሪካ ይባላል። በተለመደው የሃይድሮ ኤሌክትሪክ ማመንጫ ጣቢያ ውስጥ፣ ከማጠራቀሚያው የሚወጣው ውሃ በፋብሪካው ውስጥ ይፈሳል፣ ይወጣል እና ወደ ጅረት ይወሰዳል። በፓምፕድ-ማከማቻ ፋብሪካ ሁለት የውሃ ማጠራቀሚያዎች አሉት፡

የላይኛው የውሃ ማጠራቀሚያ - ልክ እንደ ተለምዷዊ የውሃ ኃይል ማመንጫ፣ ግድብ የውሃ ማጠራቀሚያ ይፈጥራል። በዚህ የውሃ ማጠራቀሚያ ውስጥ ያለው ውሃ በሃይድሮ ኃይል ማመንጫው ውስጥ ይፈስሳል እና ኤሌክትሪክ ይፈጥራል።
የታችኛው የውሃ ማጠራቀሚያ - ከሃይድሮ ኤሌክትሪክ ማመንጫ ጣቢያው የሚወጣው ውሃ ወደ ታችኛው የውሃ ማጠራቀሚያ ውስጥ ይገባል እንጂ ወደ ወንዙ ውስጥ አይገባም።
ተለዋጭ ተርባይን በመጠቀም፣ ተክሉ ውሃ ወደ ላይኛው ማጠራቀሚያ መልሶ ማስገባት ይችላል። ይህ የሚደረገው ከፍተኛ ባልሆነ ሰዓት ነው። በመሠረቱ፣ ሁለተኛው ማጠራቀሚያ የላይኛውን ማጠራቀሚያ እንደገና ይሞላል። ውሃ ወደ ላይኛው ማጠራቀሚያ መልሶ በማምጣት፣ ተክሉ ከፍተኛ ፍጆታ በሚኖርባቸው ጊዜያት ኤሌክትሪክ ለማመንጨት ተጨማሪ ውሃ ይኖረዋል።

ጀነሬተሩ
የሃይድሮ ኤሌክትሪክ ማመንጫው እምብርት ጀነሬተር ነው። አብዛኛዎቹ የሃይድሮ ኤሌክትሪክ ማመንጫዎች ከእነዚህ ጀነሬተሮች ውስጥ ብዙዎቹ አሏቸው።
ጀነሬተሩ፣ እንደገመቱት፣ ኤሌክትሪክ ያመነጫል። በዚህ መንገድ ኤሌክትሪክ የማመንጨት መሠረታዊ ሂደት ተከታታይ ማግኔቶችን በሽቦ ሽቦዎች ውስጥ ማዞር ነው። ይህ ሂደት ኤሌክትሮኖችን ያንቀሳቅሳል፣ ይህም የኤሌክትሪክ ፍሰትን ያመነጫል።
የሁቨር ግድብ በአጠቃላይ 17 ጀነሬተሮች ያሉት ሲሆን እያንዳንዳቸው እስከ 133 ሜጋ ዋት ማመንጨት ይችላሉ። የሁቨር ግድብ የውሃ ኃይል ማመንጫ አጠቃላይ አቅም 2,074 ሜጋ ዋት ነው። እያንዳንዱ ጀነሬተር ከተወሰኑ መሰረታዊ ክፍሎች የተሰራ ነው፡

ተርባይኑ ሲዞር፣ ኤክሲተሩ ወደ ሮተሩ የኤሌክትሪክ ፍሰት ይልካል። ሮተሩ በጥብቅ በተጎዳ የመዳብ ሽቦ ውስጥ የሚሽከረከር ተከታታይ ትላልቅ ኤሌክትሮማግኔቶች ሲሆን ይህም ስቴተር ይባላል። በኮይሉ እና በማግኔቶቹ መካከል ያለው መግነጢሳዊ መስክ የኤሌክትሪክ ፍሰት ይፈጥራል።
በሁቨር ግድብ ውስጥ፣ 16,500 አምፕስ የሚደርስ የኤሌክትሪክ ፍሰት ከጄነሬተሩ ወደ ትራንስፎርመር ይንቀሳቀሳል፣ እዚያም የኤሌክትሪክ ጅረቱ ከመተላለፉ በፊት እስከ 230,000 አምፕስ ድረስ ይገፋል።
የሃይድሮ ኤሌክትሪክ ማመንጫዎች በተፈጥሮ የሚከሰት፣ ቀጣይነት ያለው ሂደትን ይጠቀማሉ - ይህም ዝናብ እንዲዘንብ እና ወንዞች እንዲጨምሩ የሚያደርግ ሂደት ነው። በየቀኑ ፕላኔታችን በከባቢ አየር ውስጥ አነስተኛ መጠን ያለው ውሃ ታጣለች ምክንያቱም አልትራቫዮሌት ጨረሮች የውሃ ሞለኪውሎችን ስለሚከፋፍሉ። ነገር ግን በተመሳሳይ ጊዜ አዲስ ውሃ ከምድር ውስጠኛ ክፍል በእሳተ ገሞራ እንቅስቃሴ ይለቀቃል። የተፈጠረው የውሃ መጠን እና የሚጠፋው የውሃ መጠን በግምት ተመሳሳይ ነው።
በማንኛውም ጊዜ፣ የዓለም አጠቃላይ የውሃ መጠን በተለያዩ ቅርጾች ነው። እንደ ውቅያኖሶች፣ ወንዞችና ዝናብ፣ እንደ በረዶ ግግር በረዶዎች፣ ጠጣር ወይም በአየር ውስጥ እንደማይታየው የውሃ ትነት ጋዝ ሊሆን ይችላል። ውሃ በፕላኔቷ ዙሪያ በነፋስ ሞገድ ሲንቀሳቀስ ሁኔታውን ይለውጣል። የንፋስ ሞገድ የሚፈጠረው በፀሐይ የማሞቂያ እንቅስቃሴ ነው። የአየር ሞገድ ዑደቶች የሚፈጠሩት ፀሐይ ከሌሎች የፕላኔቷ ክፍሎች ይልቅ በምድር ወገብ ላይ በምትበራበት ጊዜ ነው።

የአየር-ጅረት ዑደቶች የምድርን የውሃ አቅርቦት በራሱ ዑደት ውስጥ ያንቀሳቅሳሉ፣ እሱም ሃይድሮሎጂክ ዑደት ይባላል። ፀሐይ ፈሳሽ ውሃ ስታሞቅ፣ ውሃው በአየር ውስጥ ወደ ትነት ይተናል። ፀሐይ አየሩን ታሞቃለች፣ ይህም አየሩ በከባቢ አየር ውስጥ እንዲወጣ ያደርጋል። አየሩ ከፍ ብሎ ስለሚቀዘቅዝ የውሃ ትነት እየጨመረ ሲሄድ ይቀዘቅዛል፣ ወደ ጠብታዎችም ይለወጣል። በአንድ አካባቢ በቂ ጠብታዎች ሲከማቹ፣ ጠብታዎቹ እንደ ዝናብ ወደ ምድር ለመመለስ በቂ ክብደት ሊኖራቸው ይችላል።
የሃይድሮሎጂ ዑደት ለሃይድሮ ኤሌክትሪክ ማመንጫዎች አስፈላጊ ነው ምክንያቱም በውሃ ፍሰት ላይ የተመሰረቱ ናቸው። በፋብሪካው አቅራቢያ የዝናብ እጥረት ካለ ውሃ ወደ ላይ አይሰበሰብም። ወደ ጅረቱ የሚሰበስበው ውሃ ከሌለ በሃይድሮ ኤሌክትሪክ ማመንጫው ውስጥ የሚፈሰው ውሃ አነስተኛ ሲሆን የኤሌክትሪክ ኃይልም አነስተኛ ይሆናል።
የሃይድሮ ኤሌክትሪክ ኃይል መሠረታዊ ሀሳብ የሚንቀሳቀስ ፈሳሽ ኃይልን በመጠቀም የተርባይን ምላጭ ማዞር ነው። በተለምዶ ይህንን ተግባር ለማከናወን አንድ ትልቅ ግድብ በወንዝ መሃል መገንባት አለበት። አዲስ ፈጠራ ለተንቀሳቃሽ የኤሌክትሮኒክስ መሳሪያዎች ኤሌክትሪክ ለማቅረብ በጣም አነስተኛ በሆነ የሃይድሮ ኤሌክትሪክ ሀሳብ ላይ ጥቅም ላይ ማዋል ነው።

በኦንታሪዮ፣ ካናዳ የሚገኘው ፈጣሪ ሮበርት ኮማሬችካ ትናንሽ የሃይድሮ ኤሌክትሪክ ማመንጫዎችን በጫማ ጫማ ላይ የማስቀመጥ ሀሳብ አቅርቧል። እነዚህ ማይክሮ-ተርባይኖች ማንኛውንም መሳሪያ ለማንቀሳቀስ የሚያስችል በቂ ኤሌክትሪክ እንደሚያመነጩ ያምናሉ። በግንቦት 2001 ኮማሬችካ ለእግር የሚሰራው ልዩ መሳሪያ የፈጠራ ባለቤትነት መብት አግኝቷል።
እንዴት እንደምንራመድ በጣም መሠረታዊ መርህ አለ፡- በእያንዳንዱ እርምጃ እግሩ ከተረከዝ እስከ ጣት ይወድቃል። እግርዎ መሬት ላይ ሲያርፍ፣ ኃይል በተረከዝዎ በኩል ይወርዳል። ለቀጣዩ እርምጃዎ ሲዘጋጁ፣ እግርዎን ወደፊት ያዞራሉ፣ ስለዚህ ኃይሉ ወደ እግርዎ ኳስ ይተላለፋል። ኮማሬችካ ይህንን የመራመድ መሰረታዊ መርህ አስተዋለ እና የዚህን የዕለት ተዕለት እንቅስቃሴ ኃይል ለመጠቀም ሀሳብ አዘጋጅቷል።
በኮማሬችካ የፈጠራ ባለቤትነት መብት ላይ እንደተገለጸው “የሃይድሮኤሌክትሪክ ጀነሬተር ስብስብ ያላቸው የጫማ ጫማዎች” አምስት ክፍሎች አሉት፡

ፈሳሽ - ስርዓቱ በኤሌክትሪክ የሚሰራ ፈሳሽ ይጠቀማል።
ፈሳሹን የሚይዙ ከረጢቶች - አንድ ከረጢት በተረከዙ ላይ ሌላኛው ደግሞ በጫማው ጣት ክፍል ላይ ይቀመጣል።
ኮንዱዎች - ኮንዱዎች እያንዳንዱን ከረጢት ከማይክሮጄነሬተር ጋር ያገናኛሉ።
ተርባይን - ውሃ በጫማው ውስጥ ወደ ኋላና ወደ ፊት ሲንቀሳቀስ፣ የአንድ ትንሽ ተርባይን ቢላዎች ያንቀሳቅሳል።
ማይክሮጄኔሬተር - ጀነሬተሩ በሁለቱ ፈሳሽ በተሞሉ ከረጢቶች መካከል የሚገኝ ሲሆን ዘንግ የሚነዳ እና ጀነሬተሩን የሚያዞር የቫን ሮተር ያካትታል።
አንድ ሰው ሲራመድ፣ በጫማው ተረከዝ ውስጥ ባለው ከረጢት ውስጥ ያለው ፈሳሽ መጭመቅ ፈሳሹን በቧንቧው ውስጥ እና ወደ ሃይድሮኤሌክትሪክ ጀነሬተር ሞጁል ያስገድደዋል። ተጠቃሚው መሄዱን ሲቀጥል፣ ተረከዙ ይነሳል እና በሰውየው እግር ኳስ ስር ባለው ከረጢት ላይ ወደ ታች የሚገፋ ግፊት ይደረጋል። የፈሳሹ እንቅስቃሴ ኤሌክትሪክ ለማምረት ሮተሩን እና ዘንግ ያሽከረክራል።

ሽቦዎችን ከተንቀሳቃሽ መሣሪያ ጋር ለማገናኘት ውጫዊ ሶኬት ይሰጣል። በተጠቃሚው ቀበቶ ላይ እንዲለበስ የኃይል መቆጣጠሪያ የውጤት ክፍልም ሊቀርብ ይችላል። ከዚያም የኤሌክትሮኒክስ መሳሪያዎች ከዚህ የኃይል መቆጣጠሪያ የውጤት ክፍል ጋር ሊጣበቁ ይችላሉ፣ ይህም የማያቋርጥ የኤሌክትሪክ አቅርቦት ይሰጣል።
“በባትሪ የሚሰሩ ተንቀሳቃሽ መሳሪያዎች ቁጥር እየጨመረ በመምጣቱ” የፈጠራ ባለቤትነት መብቱ እንደሚያመለክተው፣ “ለረጅም ጊዜ የሚቆይ፣ ተለዋዋጭ እና ቀልጣፋ የኤሌክትሪክ ምንጭ የማቅረብ ፍላጎት እየጨመረ መጥቷል።” ኮማሬችካ መሳሪያው ተንቀሳቃሽ ኮምፒውተሮችን፣ ሞባይል ስልኮችን፣ ሲዲ ማጫወቻዎችን፣ የጂፒኤስ መቀበያዎችን እና ባለ ሁለት መንገድ ሬዲዮዎችን ለማብራት እንደሚውል ይጠብቃል።