Ва ўсім свеце гідраэлектрастанцыі вырабляюць каля 24 працэнтаў электраэнергіі ў свеце і забяспечваюць электраэнергіяй больш за 1 мільярд чалавек.Па дадзеных Нацыянальнай лабараторыі аднаўляльных крыніц энергіі, сусветныя гідраэлектрастанцыі выпрацоўваюць у агульнай складанасці 675 000 мегават, што эквівалентна 3,6 мільярда барэляў нафты.У Злучаных Штатах дзейнічае больш за 2000 гідраэлектрастанцый, што робіць гідраэнергію найбуйнейшай аднаўляльнай крыніцай энергіі ў краіне.
У гэтым артыкуле мы разгледзім, як падаючая вада стварае энергію, і даведаемся пра гідралагічны цыкл, які стварае паток вады, неабходны для гідраэнергетыкі.Вы таксама ўбачыце адно унікальнае прымяненне гідраэнергіі, якое можа паўплываць на вашу паўсядзённае жыццё.
Назіраючы, як рака працякае, цяжка ўявіць, якую сілу яна нясе.Калі вы калі-небудзь займаліся сплавам па белай вадзе, то вы адчулі невялікую частку магутнасці ракі.Белаводныя парогі створаны як рака, якая нясе вялікую колькасць вады ўніз, вузкія месцы праз вузкі праход.Калі рака прабіваецца праз гэта адтуліну, яе цячэнне паскараецца.Паводкі - яшчэ адзін прыклад таго, якую сілу можа мець велізарны аб'ём вады.
Гідраэлектрастанцыі выкарыстоўваюць энергію вады і выкарыстоўваюць простую механіку для пераўтварэння гэтай энергіі ў электрычнасць.Гідраэлектрастанцыі насамрэч заснаваныя на даволі простай канцэпцыі — вада, якая цячэ праз плаціну, круціць турбіну, якая круціць генератар.
Вось асноўныя кампаненты звычайнай гідраэлектрастанцыі:
Плаціна - большасць гідраэлектрастанцый абапіраюцца на плаціну, якая затрымлівае ваду, ствараючы вялікае вадасховішча.Часта гэта вадасховішча выкарыстоўваецца ў якасці аздараўленчага возера, напрыклад возера Рузвельт на дамбе Гранд-Кулі ў штаце Вашынгтон.
Забор - вароты на дамбе адкрываюцца, і сіла цяжару цягне ваду праз напорны шлюз, трубаправод, які вядзе да турбіны.Вада павялічвае ціск, калі цячэ па гэтай трубе.
Турбіна - вада б'е і круціць вялікія лопасці турбіны, якая прымацаваная да генератара над ёй з дапамогай вала.Найбольш распаўсюджаны тып турбіны для гідраэлектрастанцый - гэта турбіна Фрэнсіса, якая выглядае як вялікі дыск з выгнутымі лопасцямі.Турбіна можа важыць да 172 тоны і круціцца з хуткасцю 90 абаротаў у хвіліну (абаротаў у хвіліну), па дадзеных Фонду воднай і энергетычнай адукацыі (FWEE).
Генератары - Па меры павароту лопасцяў турбіны ўнутры генератара робяцца шэраг магнітаў.Гіганцкія магніты круцяцца міма медных шпулькі, вырабляючы пераменны ток (пераменны ток) за кошт перамяшчэння электронаў.(Вы даведаецеся больш пра тое, як працуе генератар пазней.)
Трансфарматар - трансфарматар ўнутры электрастанцыі прымае пераменны ток і пераўтварае яго ў ток больш высокага напружання.
Лініі электраперадачы - Ад кожнай электрастанцыі ідуць чатыры драты: тры фазы сілкавання, якія вырабляюцца адначасова, плюс нейтраль або зазямленне, агульнае для ўсіх трох.(Прачытайце, як працуюць сеткі размеркавання электраэнергіі, каб даведацца больш аб перадачы па лініі электраперадачы.)
Адток - Выкарыстаная вада пераносіцца па трубаправодах, якія называюцца адводамі, і зноў паступае ў раку ўніз па цячэнні.
Вада ў вадаёме лічыцца назапашанай энергіяй.Калі вароты адчыняюцца, вада, якая цячэ праз напорны шлюз, становіцца кінетычнай энергіяй, таму што яна знаходзіцца ў руху.Колькасць электраэнергіі, якая выпрацоўваецца, вызначаецца некалькімі фактарамі.Два з гэтых фактараў - гэта аб'ём воднага патоку і колькасць гідраўлічнага напору.Галава адносіцца да адлегласці паміж паверхняй вады і турбінамі.Па меры павелічэння напору і расходу павялічваецца і выпрацоўваемая электрычнасць.Напор звычайна залежыць ад колькасці вады ў рэзервуары.
Ёсць яшчэ адзін тып ГЭС, які называецца ГЭС.На звычайнай гідраэлектрастанцыі вада з вадасховішча працякае праз станцыю, выходзіць і нясе ўніз па плыні.ГЭС мае два рэзервуары:
Верхняе вадасховішча - як і звычайная гідраэлектрастанцыя, плаціна стварае вадасховішча.Вада ў гэтым вадаёме працякае праз ГЭС для стварэння электрычнасці.
Ніжняе вадасховішча - вада, якая выходзіць з гідраэлектрастанцыі, цячэ ў ніжняе вадасховішча, а не зноў паступае ў раку і цячэ ўніз па плыні.
З дапамогай рэверсіўнай турбіны завод можа перапампоўваць ваду назад у верхні рэзервуар.Гэта робіцца ў непрацоўныя гадзіны.Па сутнасці, другі рэзервуар запаўняе верхні рэзервуар.Перапампоўваючы ваду назад у верхні рэзервуар, завод мае больш вады для выпрацоўкі электраэнергіі ў перыяды піка спажывання.
Генератар
Сэрцам гідраэлектрастанцыі з'яўляецца генератар.Большасць гідраэлектрастанцый маюць некалькі такіх генератараў.
Генератар, як вы маглі здагадацца, выпрацоўвае электрычнасць.Асноўным працэсам атрымання электрычнасці такім чынам з'яўляецца кручэнне шэрагу магнітаў ўнутры віткоў дроту.Гэты працэс перамяшчае электроны, якія вырабляюць электрычны ток.
Плаціна Гувера мае ў агульнай складанасці 17 генератараў, кожны з якіх можа генераваць да 133 мегават.Агульная магутнасць ГЭС дамбы Гувера складае 2074 мегаваты.Кожны генератар складаецца з пэўных асноўных частак:
Вал
Ўзбуджальнік
Ротар
Статар
Пры кручэнні турбіны ўзбуджальнік пасылае электрычны ток на ротар.Ротар уяўляе сабой шэраг вялікіх электрамагнітаў, якія круцяцца ўнутры шчыльна наматанай шпулькі з меднага дроту, якая называецца статара.Магнітнае поле паміж шпулькай і магнітамі стварае электрычны ток.
У дамбе Гувера ток у 16 500 ампер перамяшчаецца ад генератара да трансфарматара, дзе ток павялічваецца да 230 000 ампер перад перадачай.
Гідраэлектрастанцыі карыстаюцца перавагамі натуральнага бесперапыннага працэсу — працэсу, які выклікае дажджы і рост рэк.Кожны дзень наша планета губляе невялікую колькасць вады праз атмасферу, так як ультрафіялетавыя прамяні разбіваюць малекулы вады.Але ў той жа час новая вада выкідваецца з унутранай часткі Зямлі ў выніку вулканічнай дзейнасці.Колькасць створанай і страчанай вады прыкладна аднолькавая.
У любы момант агульны аб'ём вады ў свеце знаходзіцца ў розных формах.Ён можа быць вадкім, як у акіянах, рэках і дажджах;цвёрды, як у ледніках;або газападобны, як у нябачнай вадзяной пары ў паветры.Вада змяняе стан, калі рухаецца па планеце з дапамогай ветравых патокаў.Патокі ветру ўтвараюцца за кошт награвальнай актыўнасці сонца.Паветраныя цыклы ствараюцца дзякуючы таму, што сонца асвятляе больш на экватар, чым на іншыя раёны планеты.
Цыкла паветраных токаў кіруюць водазабеспячэннем Зямлі праз уласны цыкл, які называецца гідралагічным цыклам.Калі сонца награвае вадкую ваду, вада выпараецца ў пар у паветры.Сонца награвае паветра, у выніку чаго паветра падымаецца ў атмасферу.Вышэй паветра халадней, таму, калі вадзяная пара падымаецца ўверх, яна астывае, кандэнсуючыся ў кроплі.Калі ў адной вобласці назапашваецца дастатковую колькасць кропель, кроплі могуць стаць дастаткова цяжкімі, каб упасці назад на Зямлю ў выглядзе ападкаў.
Гідралагічны цыкл важны для гідраэлектрастанцый, таму што яны залежаць ад патоку вады.Пры недахопе дажджу каля расліны вада не будзе збірацца ўверх па плыні.З-за таго, што вада не збіраецца ўверх па патоку, праз гідраэлектрастанцыю праходзіць менш вады і выпрацоўваецца менш электраэнергіі.
Час публікацыі: 7 ліпеня 2021 г
