In u mondu sanu, e centrale idroelettriche producenu circa u 24% di l'elettricità mundiale è furniscenu energia à più di 1 miliardu di persone. E centrale idroelettriche di u mondu producenu un totale cumminatu di 675 000 megawatt, l'equivalente energeticu di 3,6 miliardi di barili di petroliu, secondu u Laboratoriu Naziunale di l'Energie Rinnuvevuli. Ci sò più di 2 000 centrale idroelettriche in funzione in i Stati Uniti, ciò chì face di l'energia idroelettrica a più grande fonte d'energia rinnuvevule di u paese.
In questu articulu, daremu un'ochjata à cumu l'acqua chì casca crea energia è ampareremu nantu à u ciclu idrologicu chì crea u flussu d'acqua essenziale per l'energia idroelettrica. Averete ancu un sguardu à una applicazione unica di l'energia idroelettrica chì pò influenzà a vostra vita quotidiana.
Quandu si guarda un fiume scorrere, hè difficiule d'imaginà a forza ch'ellu porta. Sè avete mai fattu rafting in acque bianche, allora avete sentitu una piccula parte di a putenza di u fiume. E rapide d'acque bianche sò create cum'è un fiume, chì porta una grande quantità d'acqua in discesa, colli di buttiglia attraversu un strettu passaghju. Quandu u fiume hè furzatu à traversu sta apertura, u so flussu accelera. L'inundazioni sò un altru esempiu di quanta forza pò avè un enorme vulume d'acqua.
E centrale idroelettriche sfruttanu l'energia di l'acqua è utilizanu una meccanica simplice per cunvertisce sta energia in elettricità. E centrale idroelettriche sò in realtà basate annantu à un cuncettu abbastanza simplice: l'acqua chì scorre per una diga face girà una turbina, chì face girà un generatore.
Eccu i cumpunenti basi di una centrale idroelettrica cunvenziunale:
L'arburu chì cullega a turbina è u generatore
Diga – A maiò parte di e centrale idroelettriche si basanu nantu à una diga chì ritene l'acqua, creendu un grande reservorio. Spessu, stu reservorio hè adupratu cum'è lagu recreativu, cum'è u lagu Roosevelt à a diga di Grand Coulee in u statu di Washington.
Presa – E porte di a diga si aprenu è a gravità tira l'acqua attraversu a forca forzata, una cundutta chì porta à a turbina. L'acqua accumula pressione mentre scorre per sta cundutta.
Turbina – L'acqua batte è face girà e grande pale di una turbina, chì hè attaccata à un generatore sopra per via di un arbre. U tipu più cumunu di turbina per e centrale idroelettriche hè a turbina Francis, chì s'assumiglia à un grande discu cù pale curve. Una turbina pò pesà sin'à 172 tunnellate è girà à una velocità di 90 rivoluzioni per minutu (rpm), secondu a Fundazione per l'Educazione à l'Acqua è l'Energia (FWEE).
Generatori – Mentre e pale di a turbina giranu, una seria di magneti giranu ancu in l'internu di u generatore. Magneti giganti giranu intornu à e bobine di rame, producendu corrente alternata (CA) muvendu l'elettroni. (Amparerete di più nantu à u funziunamentu di u generatore più tardi.)
Trasformatore - U trasformatore in a centrale elettrica piglia a corrente alternata è a cunverte in corrente di tensione più alta.
Linee elettriche - Da ogni centrale elettrica escenu quattru fili: e trè fasi di l'energia prodotta simultaneamente più un neutru o una terra cumuna à tutte e trè. (Leghjite Cumu funzionanu e rete di distribuzione di l'energia per amparà di più nantu à a trasmissione di e linee elettriche.)
Deflussu - L'acqua usata hè trasportata per mezu di cundutte, chjamate canali di coda, è rientre in u fiume à valle.
L'acqua in u reservoir hè cunsiderata energia immagazzinata. Quandu e porte si aprenu, l'acqua chì scorre per a condotta forzata diventa energia cinetica perchè hè in muvimentu. A quantità d'elettricità generata hè determinata da parechji fattori. Dui di questi fattori sò u vulume di u flussu d'acqua è a quantità di pressione idraulica. A pressione si riferisce à a distanza trà a superficia di l'acqua è e turbine. Quandu a pressione è u flussu aumentanu, aumenta ancu l'elettricità generata. A pressione dipende di solitu da a quantità d'acqua in u reservoir.
Ci hè un altru tipu di centrale idroelettrica, chjamata centrale cù pompaggio. In una centrale idroelettrica cunvinziunale, l'acqua di u reservorio scorre per a centrale, esce è hè purtata à valle. Una centrale cù pompaggio hà dui reservorii:
Riserva superiore - Cum'è una centrale idroelettrica cunvinziunale, una diga crea una riserva. L'acqua in questa riserva scorre à traversu a centrale idroelettrica per creà elettricità.
Riservoriu inferiore - L'acqua chì esce da a centrale idroelettrica scorre in un riservoriu inferiore invece di rientre in u fiume è scorrere à valle.
Cù una turbina reversibile, a centrale pò pompà l'acqua torna à u reservoir superiore. Questu hè fattu in l'ore fora di punta. Essenzialmente, u secondu reservoir riempie u reservoir superiore. Pompendu l'acqua torna à u reservoir superiore, a centrale hà più acqua per generà elettricità durante i periodi di cunsumu massimu.
U Generatore
U core di a centrale idroelettrica hè u generatore. A maiò parte di e centrale idroelettriche anu parechji di sti generatori.
U generatore, cum'è pudete avè induvinatu, genera l'elettricità. U prucessu basicu di generazione di elettricità in questu modu hè di fà rotà una seria di magneti in bobine di filu. Stu prucessu move l'elettroni, ciò chì produce corrente elettrica.
A diga di Hoover hà un totale di 17 generatori, ognunu di i quali pò generà finu à 133 megawatt. A capacità tutale di a centrale idroelettrica di a diga di Hoover hè di 2.074 megawatt. Ogni generatore hè fattu di certe parti basiche:
Mentre a turbina gira, l'eccitatore manda una corrente elettrica à u rotore. U rotore hè una seria di grandi elettromagneti chì giranu in una bobina stretta di filu di rame, chjamata statore. U campu magneticu trà a bobina è i magneti crea una corrente elettrica.
In a diga di Hoover, una corrente di 16.500 ampere si move da u generatore à u trasformatore, induve a corrente aumenta finu à 230.000 ampere prima di esse trasmessa.
E centrale idroelettriche prufittanu di un prucessu naturale è cuntinuu - u prucessu chì face cascà a pioggia è cresce i fiumi. Ogni ghjornu, u nostru pianeta perde una piccula quantità d'acqua per via di l'atmosfera mentre i raggi ultravioletti rompenu e molecule d'acqua. Ma à u listessu tempu, nova acqua hè emessa da a parte interna di a Terra per via di l'attività vulcanica. A quantità d'acqua creata è a quantità d'acqua persa hè più o menu a listessa.
In ogni mumentu, u vulume tutale d'acqua di u mondu hè in parechje forme diverse. Pò esse liquida, cum'è in l'oceani, i fiumi è a pioggia; solida, cum'è in i ghiacciai; o gassosa, cum'è in u vapore acqueo invisibile in l'aria. L'acqua cambia di statu mentre hè mossa intornu à u pianeta da e currenti di u ventu. E currenti di u ventu sò generate da l'attività di riscaldamentu di u sole. I cicli di e currenti d'aria sò creati da u sole chì brilla di più nantu à l'equatore chè nantu à altre zone di u pianeta.
I cicli di e currenti d'aria guidanu l'approvvigionamentu idricu di a Terra attraversu un ciclu propiu, chjamatu ciclu idrologicu. Quandu u sole riscalda l'acqua liquida, l'acqua evapora in vapore in l'aria. U sole riscalda l'aria, pruvucendu a salita di l'aria in l'atmosfera. L'aria hè più fredda più in altu, dunque quandu u vapore acqueo sale, si raffredda, condensendusi in goccioline. Quandu abbastanza goccioline s'accumulanu in una zona, e goccioline ponu diventà abbastanza pesanti per cascà torna nantu à a Terra cum'è precipitazione.
U ciclu idrologicu hè impurtante per e centrale idroelettriche perchè dipendenu da u flussu di l'acqua. S'ellu ùn ci hè micca pioggia vicinu à a centrale, l'acqua ùn si raccoglierà micca à monte. Senza acqua chì si raccoglie à monte, menu acqua scorre attraversu a centrale idroelettrica è menu elettricità hè generata.
L'idea di basa di l'energia idroelettrica hè di utilizà a putenza di un liquidu in muvimentu per fà girà una pala di turbina. Tipicamente, una grande diga deve esse custruita in mezu à un fiume per fà sta funzione. Una nova invenzione sfrutta l'idea di l'energia idroelettrica à una scala assai più chjuca per furnisce elettricità per i dispositivi elettronichi portatili.
L'inventore Robert Komarechka di l'Ontario, Canada, hà avutu l'idea di mette picculi generatori idroelettrici in e suole di e scarpe. Crede chì queste micro-turbine genereranu abbastanza elettricità per alimentà guasi ogni gadget. In maghju 2001, Komarechka hà ricevutu un brevettu per u so unicu dispositivu alimentatu da i pedi.
Ci hè un principiu assai basicu per cumu camminemu: u pede casca tallone à punta durante ogni passu. Quandu u vostru pede sbarca in terra, a forza hè purtata in ghjò attraversu u vostru tallone. Quandu vi preparate per u vostru prossimu passu, fate girà u vostru pede in avanti, cusì a forza hè trasferita à a punta di u vostru pede. Apparentemente Komarechka hà nutatu questu principiu basicu di a camminata è hà sviluppatu una idea per sfruttà u putere di sta attività quotidiana.
Ci sò cinque parti di e "calzature cù assemblaggio di generatore idroelettricu" di Komarechka, cum'è descrittu in u so brevettu:
Fluidu - U sistema aduprerà un fluidu elettricamente conduttivu.
Sacchetti per cuntene u fluidu - Un saccu hè piazzatu in u tallone è un altru in a sezzione di a punta di a scarpa.
Cundutti - I cundutti cunnettanu ogni saccu à un microgeneratore.
Turbina – Mentre l'acqua si move avanti è indietro in a sola, move e pale di una piccula turbina.
Microgeneratore - U generatore hè situatu trà i dui sacchi pieni di fluidu, è include un rotore à palette, chì aziona un arburu è gira u generatore.
Mentre una persona cammina, a cumpressione di u fluidu in u saccu situatu in u tallone di a scarpa furzerà u fluidu à traversu u cundottu è in u modulu generatore idroelettricu. Mentre l'utilizatore cuntinueghja à camminà, u tallone serà alzatu è una pressione versu u bassu serà esercitata nantu à u saccu sottu à a punta di u pede di a persona. U muvimentu di u fluidu farà girà u rotore è l'arburu per pruduce elettricità.
Una presa esterna serà furnita per cunnette i fili à un dispositivu portatile. Un'unità di uscita di cuntrollu di putenza pò ancu esse furnita per esse purtata à a cintura di l'utente. I dispositi elettronichi ponu tandu esse attaccati à sta unità di uscita di cuntrollu di putenza, chì furnirà una furnitura costante di elettricità.
"Cù l'aumentu di u numeru di dispositivi portatili alimentati da batterie", dice u brevettu, "ci hè un bisognu crescente di furnisce una fonte elettrica durevule, adattabile è efficiente". Komarechka prevede chì u so dispositivu serà adupratu per alimentà computer portatili, telefoni cellulari, lettori CD, ricevitori GPS è radio bidirezionali.
Data di publicazione: 21 di lugliu di u 2022
