Tutmonde, akvoenergiaj centraloj produktas ĉirkaŭ 24 procentojn de la monda elektro kaj provizas pli ol 1 miliardon da homoj per energio. La tutmondaj akvoenergiaj centraloj produktas kombinitan totalon de 675 000 megavatoj, la energiekvivalento de 3,6 miliardoj da bareloj da nafto, laŭ la Nacia Laboratorio pri Renovigebla Energio. Ekzistas pli ol 2 000 akvoenergiaj centraloj funkciantaj en Usono, igante akvoenergion la plej granda renovigebla energifonto de la lando.
En ĉi tiu artikolo, ni rigardos kiel falanta akvo kreas energion kaj lernos pri la hidrologia ciklo, kiu kreas la akvofluon esencan por akvoenergio. Vi ankaŭ ekvidos unu unikan aplikon de akvoenergio, kiu povas influi vian ĉiutagan vivon.
Kiam oni rigardas riveron preterflui, malfacilas imagi la forton, kiun ĝi portas. Se vi iam ajn flosis sur kirlakvo, tiam vi sentis malgrandan parton de la povo de la rivero. Rapidfluoj kreiĝas dum rivero, portante grandan kvanton da akvo malsupren, proplempunktojn tra mallarĝa pasejo. Kiam la rivero estas pelita tra ĉi tiu malfermaĵo, ĝia fluo rapidiĝas. Inundoj estas alia ekzemplo de kiom da forto povas havi grandega volumeno da akvo.
Akvocentraloj utiligas la energion de akvo kaj uzas simplan mekanikon por konverti tiun energion en elektron. Akvocentraloj fakte baziĝas sur sufiĉe simpla koncepto — akvo fluanta tra digo turnas turbinon, kiu turnas generatoron.
Jen la bazaj komponantoj de konvencia akvoenergia centralo:
La ŝafto kiu konektas la turbinon kaj generatoron
Digo - Plej multaj akvoenergiaj centraloj dependas de digo, kiu retenas akvon, kreante grandan rezervujon. Ofte, ĉi tiu rezervujo estas uzata kiel distra lago, kiel ekzemple Lago Roosevelt ĉe la Digo Grand Coulee en Vaŝingtonio.
Ensuĉtubo - La pordegoj de la digo malfermiĝas kaj gravito tiras la akvon tra la akvokonduktejo, dukto kiu kondukas al la turbino. Akvo akumulas premon dum ĝi fluas tra ĉi tiu tubo.
Turbino – La akvo frapas kaj turnas la grandajn klingojn de turbino, kiu estas ligita al generatoro super ĝi per ŝafto. La plej ofta tipo de turbino por akvoenergiaj centraloj estas la Francis-turbino, kiu aspektas kiel granda disko kun kurbaj klingoj. Turbino povas pezi ĝis 172 tunojn kaj turniĝi kun rapideco de 90 rivoluoj minute (rpm), laŭ la Fondaĵo por Akvo kaj Energio-Edukado (FWEE).
Generatoroj – Dum la turbinaj klingoj turniĝas, ankaŭ turniĝas serio da magnetoj ene de la generatoro. Gigantaj magnetoj rotacias preter kupraj bobenoj, produktante alternan kurenton (AC) per movado de elektronoj. (Vi lernos pli pri kiel la generatoro funkcias poste.)
Transformilo - La transformilo ene de la elektrocentralo prenas la alternan kurenton kaj konvertas ĝin al pli alttensia kurento.
Alttensiaj linioj – El ĉiu elektrocentralo venas kvar dratoj: la tri fazoj de elektro produktitaj samtempe plus neŭtrala aŭ komuna tera konekto al ĉiuj tri. (Legu Kiel Funkcias Elektrodistribuaj Retoj por lerni pli pri alttensia transdono.)
Elfluo - Uzita akvo estas portata tra duktoj, nomataj defluaj kanaloj, kaj reeniras la riveron laŭflue.
La akvo en la rezervujo estas konsiderata stokita energio. Kiam la pordegoj malfermiĝas, la akvo fluanta tra la akvokonduktilo fariĝas kineta energio ĉar ĝi moviĝas. La kvanto de elektro generita estas determinita de pluraj faktoroj. Du el tiuj faktoroj estas la volumeno de akvofluo kaj la kvanto de hidraŭlika alteco. La alteco rilatas al la distanco inter la akvosurfaco kaj la turbinoj. Dum la alteco kaj fluo pliiĝas, ankaŭ pliiĝas la generita elektro. La alteco kutime dependas de la kvanto de akvo en la rezervujo.
Ekzistas alia tipo de akvoenergia centralo, nomata pumpstoka centralo. En konvencia akvoenergia centralo, la akvo el la rezervujo fluas tra la centralo, eliras kaj estas portata laŭflue. Pumpstoka centralo havas du rezervujojn:
Supra rezervujo – Kiel konvencia akvoenergia centralo, digo kreas rezervujon. La akvo en ĉi tiu rezervujo fluas tra la akvoenergia centralo por krei elektron.
Malsupra rezervujo - Akvo eliranta el la akvoenergia centralo fluas en malsupran rezervujon anstataŭ reeniri la riveron kaj flui laŭflue.
Uzante reigebla turbino, la centralo povas pumpi akvon reen al la supra rezervujo. Tio estas farata dum kvietaj horoj. Esence, la dua rezervujo replenigas la supran rezervujon. Pumpante akvon reen al la supra rezervujo, la centralo havas pli da akvo por generi elektron dum periodoj de pinta konsumo.
La Generatoro
La koro de la akvoelektra centralo estas la generatoro. Plej multaj akvoelektraj centraloj havas plurajn el ĉi tiuj generatoroj.
La generatoro, kiel vi eble divenis, generas la elektron. La baza procezo de generado de elektro tiamaniere estas rotacii serion da magnetoj ene de dratbobenoj. Ĉi tiu procezo movas elektronojn, kio produktas elektran kurenton.
La Digo Hoover havas entute 17 generatorojn, el kiuj ĉiu povas generi ĝis 133 megavatojn. La tuta kapacito de la akvoenergia centralo de la Digo Hoover estas 2 074 megavatoj. Ĉiu generatoro konsistas el certaj bazaj partoj:
Dum la turbino turniĝas, la ekscitilo sendas elektran kurenton al la rotoro. La rotoro estas serio de grandaj elektromagnetoj, kiuj turniĝas ene de dense volvita volvaĵo de kupra drato, nomata la statoro. La magneta kampo inter la volvaĵo kaj la magnetoj kreas elektran kurenton.
En la Digo Hoover, kurento de 16 500 amperoj moviĝas de la generatoro al la transformilo, kie la kurento rampas ĝis 230 000 amperoj antaŭ ol esti transdonita.
Akvocentraloj utiligas nature okazantan, kontinuan procezon — la procezon, kiu kaŭzas pluvon kaj altiĝon de riveroj. Ĉiutage, nia planedo perdas malgrandan kvanton da akvo tra la atmosfero, ĉar ultraviolaj radioj disrompas akvomolekulojn. Sed samtempe, nova akvo estas elsendata el la interna parto de la Tero per vulkana agado. La kvanto da akvo kreita kaj la kvanto da akvo perdita estas proksimume la samaj.
En iu ajn momento, la tuta volumeno de akvo en la mondo estas en multaj malsamaj formoj. Ĝi povas esti likva, kiel en oceanoj, riveroj kaj pluvo; solida, kiel en glaĉeroj; aŭ gasa, kiel en la nevidebla akva vaporo en la aero. Akvo ŝanĝas statojn dum ĝi estas movita ĉirkaŭ la planedo per ventofluoj. Ventofluoj estas generitaj per la varmiga agado de la suno. Aerfluaj cikloj estas kreitaj de la suno brilanta pli sur la ekvatoro ol sur aliaj areoj de la planedo.
Aerfluaj cikloj pelas la akvoprovizon de la Tero tra propra ciklo, nomata la hidrologia ciklo. Dum la suno varmigas likvan akvon, la akvo vaporiĝas en vaporon en la aero. La suno varmigas la aeron, kaŭzante la aeron leviĝi en la atmosfero. La aero estas pli malvarma pli alte, do dum la akva vaporo leviĝas, ĝi malvarmiĝas, kondensiĝante en gutetojn. Kiam sufiĉe da gutetoj akumuliĝas en unu areo, la gutetoj povas fariĝi sufiĉe pezaj por refali al la Tero kiel precipitaĵo.
La hidrologia ciklo estas grava por akvocentraloj ĉar ili dependas de akvofluo. Se mankas pluvo proksime al la centralo, akvo ne kolektiĝos kontraŭflue. Se akvo ne kolektiĝas kontraŭflue, malpli da akvo fluas tra la akvocentralo kaj malpli da elektro estas generita.
La baza ideo de akvoenergio estas uzi la potencon de moviĝanta likvaĵo por turni turbinan klingon. Tipe, granda digo devas esti konstruita meze de rivero por plenumi ĉi tiun funkcion. Nova invento profitas de la ideo de akvoenergio je multe pli malgranda skalo por provizi elektron por porteblaj elektronikaj aparatoj.
La inventinto Robert Komarechka el Ontario, Kanado, elpensis la ideon meti malgrandajn akvoenergiajn generatorojn en la plandumojn de ŝuoj. Li kredas, ke ĉi tiuj mikroturbinoj generos sufiĉe da elektro por funkciigi preskaŭ ajnan aparaton. En majo 2001, Komarechka ricevis patenton por sia unika piedfunkciigita aparato.
Ekzistas tre baza principo pri nia marŝado: La piedo falas kalkano-al-fingro dum ĉiu paŝo. Kiam via piedo alteriĝas sur la teron, forto estas kondukata malsupren tra via kalkano. Kiam vi prepariĝas por via sekva paŝo, vi rulas vian piedon antaŭen, tiel ke la forto estas transdonita al la plando de via piedo. Komarechka ŝajne rimarkis ĉi tiun bazan principon de marŝado kaj evoluigis ideon por utiligi la potencon de ĉi tiu ĉiutaga agado.
Estas kvin partoj de la "ŝuo kun hidrelektra generatora asembleo" de Komarechka, kiel priskribite en ĝia patento:
Fluido - La sistemo uzos elektre konduktan fluidon.
Saketoj por teni la fluidon - Unu saketo estas metita en la kalkanon kaj alia en la piedfingran sekcion de la ŝuo.
Konduktoj - Konduktoj konektas ĉiun sakon al mikrogeneratoro.
Turbino - Dum akvo moviĝas tien kaj reen en la plando, ĝi movas la klingojn de malgranda turbino.
Mikrogeneratoro - La generatoro situas inter la du fluidaĵplenaj saketoj, kaj inkluzivas flankrotoron, kiu movas ŝafton kaj turnas la generatoron.
Dum persono marŝas, la kunpremo de la fluido en la saketo situanta en la kalkano de la ŝuo devigos la fluidon tra la tubo kaj en la hidroelektran generatormodulon. Dum la uzanto daŭre marŝas, la kalkano leviĝos kaj malsuprenira premo estos penita sur la saketon sub la plando de la persono. La movado de la fluido rotacios la rotoron kaj ŝafton por produkti elektron.
Ekstera ŝtopilo estos provizita por konekti dratojn al portebla aparato. Potenco-kontrola eligunuo ankaŭ povas esti provizita por esti portata sur la zono de la uzanto. Elektronikaj aparatoj povas tiam esti konektitaj al ĉi tiu potenc-kontrola eligunuo, kiu provizos konstantan provizon de elektro.
“Kun la kresko de la nombro da bateri-funkciigataj, porteblaj aparatoj,” legas la patento, “ekzistas kreskanta bezono provizi longdaŭran, adaptiĝeman, efikan elektrofonton.” Komarechka atendas, ke lia aparato estos uzata por funkciigi porteblajn komputilojn, poŝtelefonojn, KD-ludilojn, GPS-ricevilojn kaj dudirektajn radiojn.
Afiŝtempo: 21-a de Julio, 2022
