A tot el món, les centrals hidroelèctriques produeixen al voltant del 24% de l'electricitat mundial i subministren electricitat a més de 1.000 milions de persones.Les centrals hidroelèctriques del món produeixen un total combinat de 675.000 megawatts, l'equivalent energètic a 3.600 milions de barrils de petroli, segons el National Renewable Energy Laboratory.Hi ha més de 2.000 centrals hidroelèctriques que operen als Estats Units, la qual cosa converteix l'energia hidroelèctrica en la font d'energia renovable més gran del país.
En aquest article, donarem una ullada a com l'aigua que cau crea energia i coneixerem el cicle hidrològic que crea el flux d'aigua essencial per a l'energia hidroelèctrica.També tindreu una visió d'una aplicació única de l'energia hidràulica que pot afectar la vostra vida diària.
Quan es veu passar un riu, és difícil imaginar la força que està portant.Si alguna vegada has practicat ràfting en aigües braves, llavors has sentit una petita part de la potència del riu.Els ràpids d'aigües braves es creen com un riu, transportant una gran quantitat d'aigua cap avall, colls d'ampolla a través d'un passadís estret.A mesura que el riu es veu forçat per aquesta obertura, el seu cabal s'accelera.Les inundacions són un altre exemple de la força que pot tenir un volum enorme d'aigua.
Les centrals hidroelèctriques aprofiten l'energia de l'aigua i utilitzen mecàniques senzilles per convertir aquesta energia en electricitat.En realitat, les centrals hidroelèctriques es basen en un concepte força simple: l'aigua que flueix per una presa fa girar una turbina, que fa girar un generador.
Aquests són els components bàsics d'una central hidroelèctrica convencional:
Presa: la majoria de les centrals hidroelèctriques depenen d'una presa que reté l'aigua, creant un gran embassament.Sovint, aquest embassament s'utilitza com a llac recreatiu, com el llac Roosevelt a la presa de Grand Coulee a l'estat de Washington.
Admissió: les portes de la presa s'obren i la gravetat tira l'aigua a través de la canalització, una canonada que condueix a la turbina.L'aigua acumula pressió a mesura que flueix per aquesta canonada.
Turbina: l'aigua colpeja i fa girar les grans pales d'una turbina, que està connectada a un generador per sobre d'ella mitjançant un eix.El tipus de turbina més comú per a les centrals hidroelèctriques és la Turbina Francis, que sembla un gran disc amb pales corbes.Una turbina pot pesar fins a 172 tones i girar a una velocitat de 90 revolucions per minut (rpm), segons la Fundació per a l'Educació de l'Aigua i l'Energia (FWEE).
Generadors: a mesura que les pales de la turbina giren, també ho fan una sèrie d'imants dins del generador.Els imants gegants giren més enllà de les bobines de coure, produint corrent altern (AC) en moure electrons.(Més endavant aprendràs més sobre com funciona el generador.)
Transformador: el transformador que hi ha a l'interior de la central elèctrica pren la CA i la converteix en corrent de més voltatge.
Línies elèctriques: de cada central elèctrica surten quatre cables: les tres fases de potència que es produeixen simultàniament més un neutre o terra comú a les tres.(Llegiu Com funcionen les xarxes de distribució d'energia per obtenir més informació sobre la transmissió de línies elèctriques.)
Sortida: l'aigua usada es transporta a través de canonades, anomenades canals de cua, i torna a entrar al riu riu avall.
L'aigua de l'embassament es considera energia emmagatzemada.Quan s'obren les portes, l'aigua que flueix per la canalització es converteix en energia cinètica perquè està en moviment.La quantitat d'electricitat que es genera està determinada per diversos factors.Dos d'aquests factors són el volum de cabal d'aigua i la quantitat de capçalera hidràulica.El capçal fa referència a la distància entre la superfície de l'aigua i les turbines.A mesura que augmenten la capçalera i el cabal, també augmenta l'electricitat generada.El capçal sol depèn de la quantitat d'aigua a l'embassament.
Hi ha un altre tipus de central hidroelèctrica, anomenada central d'emmagatzematge per bombeig.En una central hidroelèctrica convencional, l'aigua de l'embassament flueix per la central, surt i és conduïda riu avall.Una planta d'emmagatzematge per bombeig té dos dipòsits:
Dipòsit superior: com una central hidroelèctrica convencional, una presa crea un embassament.L'aigua d'aquest embassament flueix per la central hidroelèctrica per generar electricitat.
Embassament inferior: l'aigua que surt de la central hidroelèctrica flueix a un embassament inferior en lloc de tornar a entrar al riu i fluir riu avall.
Mitjançant una turbina reversible, la planta pot tornar a bombejar aigua a l'embassament superior.Això es fa en hores baixes.Essencialment, el segon dipòsit omple el dipòsit superior.En bombejar l'aigua de tornada a l'embassament superior, la planta disposa de més aigua per generar electricitat durant els períodes de màxim consum.
El Generador
El cor de la central hidroelèctrica és el generador.La majoria de les centrals hidroelèctriques tenen diversos d'aquests generadors.
El generador, com haureu endevinat, genera l'electricitat.El procés bàsic per generar electricitat d'aquesta manera és fer girar una sèrie d'imants dins de bobines de filferro.Aquest procés mou els electrons, que produeixen corrent elèctric.
La presa Hoover té un total de 17 generadors, cadascun dels quals pot generar fins a 133 megawatts.La capacitat total de la central hidroelèctrica de la presa Hoover és de 2.074 megawatts.Cada generador està format per certes parts bàsiques:
Eix
Excitador
Rotor
Estator
Quan la turbina gira, l'excitador envia un corrent elèctric al rotor.El rotor és una sèrie d'electroimants grans que gira dins d'una bobina de filferro de coure ben enrotllada, anomenada estator.El camp magnètic entre la bobina i els imants crea un corrent elèctric.
A la presa Hoover, un corrent de 16.500 amperes es mou del generador al transformador, on el corrent augmenta fins a 230.000 amperes abans de ser transmès.
Les centrals hidroelèctriques s'aprofiten d'un procés continu i natural: el procés que fa caure la pluja i l'augment dels rius.Cada dia, el nostre planeta perd una petita quantitat d'aigua a través de l'atmosfera a mesura que els raigs ultraviolats trenquen les molècules d'aigua.Però, al mateix temps, s'emet aigua nova des de la part interna de la Terra a través de l'activitat volcànica.La quantitat d'aigua creada i la quantitat d'aigua perduda és aproximadament la mateixa.
En qualsevol moment, el volum total d'aigua del món té moltes formes diferents.Pot ser líquid, com en els oceans, els rius i la pluja;sòlid, com a les glaceres;o gasós, com en el vapor d'aigua invisible de l'aire.L'aigua canvia d'estat a mesura que es mou pel planeta pels corrents del vent.Els corrents de vent són generats per l'activitat d'escalfament del sol.Els cicles de corrent d'aire els crea el sol que brilla més a l'equador que a altres zones del planeta.
Els cicles de corrent d'aire impulsen el subministrament d'aigua de la Terra a través d'un cicle propi, anomenat cicle hidrològic.Quan el sol escalfa aigua líquida, l'aigua s'evapora en vapor a l'aire.El sol escalfa l'aire, fent que l'aire pugi a l'atmosfera.L'aire és més fred més amunt, de manera que a mesura que el vapor d'aigua puja, es refreda i es condensa en gotes.Quan s'acumulen prou gotes en una àrea, les gotes poden arribar a ser prou pesades com per caure a la Terra com a precipitació.
El cicle hidrològic és important per a les centrals hidroelèctriques perquè depenen del cabal d'aigua.Si hi ha falta de pluja a prop de la planta, l'aigua no s'acumularà aigües amunt.Sense que no s'aplegui aigua riu amunt, menys aigua flueix per la central hidroelèctrica i es genera menys electricitat.
Hora de publicació: Jul-07-2021
