En todo o mundo, as centrais hidroeléctricas producen arredor do 24 % da electricidade mundial e abastecen de enerxía a máis de mil millóns de persoas. Segundo o Laboratorio Nacional de Enerxías Renovables, as centrais hidroeléctricas do mundo producen un total combinado de 675 000 megavatios, o equivalente enerxético a 3600 millóns de barrís de petróleo. Nos Estados Unidos hai máis de 2000 centrais hidroeléctricas en funcionamento, o que converte a enerxía hidroeléctrica na maior fonte de enerxía renovable do país.
Neste artigo, veremos como a caída da auga crea enerxía e aprenderemos sobre o ciclo hidrolóxico que crea o fluxo de auga esencial para a enerxía hidroeléctrica. Tamén poderás botar unha ollada a unha aplicación única da enerxía hidroeléctrica que pode afectar a túa vida diaria.
Ao ver o paso dun río, é difícil imaxinar a forza que transporta. Se algunha vez practicaches rafting en augas bravas, sentiches unha pequena parte da potencia do río. Os rápidos de augas bravas créanse a medida que un río transporta unha gran cantidade de auga costa abaixo, atascando a través dunha pasaxe estreita. A medida que o río é forzado a través desta abertura, o seu fluxo acelérase. As inundacións son outro exemplo da forza que pode ter un enorme volume de auga.
As centrais hidroeléctricas aproveitan a enerxía da auga e empregan unha mecánica sinxela para convertela en electricidade. En realidade, as centrais hidroeléctricas baséanse nun concepto bastante sinxelo: a auga que flúe a través dunha presa fai xirar unha turbina, que á súa vez fai xirar un xerador.
Estes son os compoñentes básicos dunha central hidroeléctrica convencional:
O eixo que conecta a turbina e o xerador
Presa: a maioría das centrais hidroeléctricas dependen dunha presa que retén a auga, creando un gran encoro. A miúdo, este encoro utilízase como lago recreativo, como o lago Roosevelt na presa de Grand Coulee no estado de Washington.
Toma: ábrense as comportas da presa e a gravidade tira da auga a través da conduta forzada, unha tubaxe que leva á turbina. A auga acumula presión a medida que flúe por esta tubaxe.
Turbina: a auga golpea e fai xirar as grandes aspas dunha turbina, que está unida a un xerador enriba dela por medio dun eixe. O tipo máis común de turbina para centrais hidroeléctricas é a turbina Francis, que semella un gran disco con aspas curvas. Unha turbina pode pesar ata 172 toneladas e xirar a unha velocidade de 90 revolucións por minuto (rpm), segundo a Foundation for Water & Energy Education (FWEE).
Xeradores: a medida que as palas da turbina xiran, tamén o fan unha serie de imáns dentro do xerador. Uns imáns xigantes xiran arredor das bobinas de cobre, producindo corrente alterna (CA) ao mover electróns. (Máis adiante aprenderás máis sobre como funciona o xerador).
Transformador: o transformador que se atopa dentro da central eléctrica colle a corrente alterna e convértea en corrente de maior tensión.
Liñas eléctricas: de cada central eléctrica saen catro cables: as tres fases da enerxía que se producen simultaneamente, máis un neutro ou terra común ás tres. (Lea Como funcionan as redes de distribución de enerxía para obter máis información sobre a transmisión por liñas eléctricas).
Saída: a auga usada transpórtase a través de tubaxes, chamadas condutos de cola, e reentra río abaixo.
A auga do encoro considérase enerxía almacenada. Cando se abren as comportas, a auga que flúe a través da conduta forzada convértese en enerxía cinética porque está en movemento. A cantidade de electricidade xerada está determinada por varios factores. Dous deses factores son o volume de fluxo de auga e a cantidade de carga hidráulica. A carga refírese á distancia entre a superficie da auga e as turbinas. A medida que a carga e o fluxo aumentan, tamén o fai a electricidade xerada. A carga adoita depender da cantidade de auga do encoro.
Existe outro tipo de central hidroeléctrica, chamada central de bombeo. Nunha central hidroeléctrica convencional, a auga do encoro flúe a través da central, sae e é transportada río abaixo. Unha central de bombeo ten dous encoros:
Encoro superior: igual que unha central hidroeléctrica convencional, unha presa crea un encoro. A auga deste encoro flúe a través da central hidroeléctrica para xerar electricidade.
Encoro inferior: a auga que sae da central hidroeléctrica flúe cara a un encoro inferior en lugar de volver entrar no río e fluír augas abaixo.
Usando unha turbina reversible, a planta pode bombear auga de volta ao depósito superior. Isto faise fóra das horas punta. Esencialmente, o segundo depósito reenche o depósito superior. Ao bombear auga de volta ao depósito superior, a planta ten máis auga para xerar electricidade durante os períodos de consumo máximo.
O xerador
O corazón da central hidroeléctrica é o xerador. A maioría das centrais hidroeléctricas teñen varios destes xeradores.
O xerador, como xa adiviñaches, xera a electricidade. O proceso básico para xerar electricidade deste xeito é facer xirar unha serie de imáns dentro de bobinas de arame. Este proceso move electróns, o que produce corrente eléctrica.
A presa Hoover ten un total de 17 xeradores, cada un dos cales pode xerar ata 133 megavatios. A capacidade total da central hidroeléctrica da presa Hoover é de 2.074 megavatios. Cada xerador está composto por certas pezas básicas:
A medida que a turbina xira, o excitador envía unha corrente eléctrica ao rotor. O rotor é unha serie de grandes electroimáns que xiran dentro dunha bobina de arame de cobre fortemente enrolada, chamada estator. O campo magnético entre a bobina e os imáns crea unha corrente eléctrica.
Na presa Hoover, unha corrente de 16.500 amperios móvese desde o xerador ata o transformador, onde a corrente aumenta ata os 230.000 amperios antes de ser transmitida.
As centrais hidroeléctricas aproveitan un proceso natural e continuo: o proceso que fai que chova e que os ríos crezan. Cada día, o noso planeta perde unha pequena cantidade de auga a través da atmosfera a medida que os raios ultravioleta rompen as moléculas de auga. Pero ao mesmo tempo, emítese auga nova desde a parte interior da Terra a través da actividade volcánica. A cantidade de auga creada e a cantidade de auga perdida son aproximadamente as mesmas.
En calquera momento, o volume total de auga do mundo atópase en moitas formas diferentes. Pode ser líquida, como nos océanos, ríos e choiva; sólida, como nos glaciares; ou gasosa, como o vapor de auga invisible do aire. A auga cambia de estado a medida que se move polo planeta polas correntes de vento. As correntes de vento xéranse pola actividade de quecemento do sol. Os ciclos das correntes de aire créanse porque o sol brilla máis no ecuador que noutras zonas do planeta.
Os ciclos das correntes de aire impulsan o subministro de auga da Terra a través dun ciclo propio, chamado ciclo hidrolóxico. A medida que o sol quenta a auga líquida, a auga evapórase e convértese en vapor no aire. O sol quenta o aire, facendo que o aire suba na atmosfera. O aire é máis frío máis arriba, polo que a medida que o vapor de auga ascende, arrefría e condensouse en gotículas. Cando se acumulan suficientes gotículas nunha zona, estas poden volverse o suficientemente pesadas como para volver caer á Terra en forma de precipitación.
O ciclo hidrolóxico é importante para as centrais hidroeléctricas porque dependen do fluxo de auga. Se non chove preto da central, a auga non se acumulará río arriba. Sen auga acumulada río arriba, flúe menos auga a través da central hidroeléctrica e xérase menos electricidade.
A idea básica da enerxía hidroeléctrica é usar a forza dun líquido en movemento para facer xirar unha pala de turbina. Normalmente, hai que construír unha gran presa no medio dun río para realizar esta función. Un novo invento está a aproveitar a idea da enerxía hidroeléctrica a unha escala moito menor para fornecer electricidade para dispositivos electrónicos portátiles.
O inventor Robert Komarechka, de Ontario (Canadá), tivo a idea de colocar pequenos xeradores hidroeléctricos nas solas dos zapatos. El cre que estas microturbinas xerarán electricidade suficiente para alimentar case calquera aparello. En maio de 2001, Komarechka recibiu unha patente para o seu único dispositivo accionado polos pés.
Hai un principio moi básico en como camiñamos: o pé cae talón contra dedo en cada paso. Cando o pé aterra no chan, a forza baixa a través do talón. Cando te preparas para o seguinte paso, xiras o pé cara adiante, de xeito que a forza se transfire á bola do pé. Ao parecer, Komarechka decatouse deste principio básico de camiñar e desenvolveu unha idea para aproveitar o poder desta actividade cotiá.
O "calzado con conxunto de xerador hidroeléctrico" de Komarechka consta de cinco partes, tal e como se describe na súa patente:
Fluído: o sistema empregará un fluído electricamente condutor.
Sacos para conter o líquido: un saco colócase no talón e outro na sección dos dedos do zapato.
Condutos: os condutos conectan cada saco a un microxerador.
Turbina – A medida que a auga se move cara adiante e cara atrás na sola, move as aspas dunha pequena turbina.
Microxerador: o xerador está situado entre os dous sacos cheos de fluído e inclúe un rotor de paletas que acciona un eixe e fai xirar o xerador.
Mentres unha persoa camiña, a compresión do fluído no saco situado no talón do zapato forzará o fluído a través do conduto e cara ao módulo xerador hidroeléctrico. A medida que o usuario continúa camiñando, o talón levantarase e exercerase presión cara abaixo sobre o saco debaixo da bóla do pé da persoa. O movemento do fluído xirará o rotor e o eixe para producir electricidade.
Proporcionarase unha toma exterior para conectar os cables a un dispositivo portátil. Tamén se pode proporcionar unha unidade de saída de control de enerxía para levar no cinto. Os dispositivos electrónicos pódense conectar a esta unidade de saída de control de enerxía, que proporcionará un subministro constante de electricidade.
«Co aumento do número de dispositivos portátiles alimentados por baterías», di a patente, «existe unha necesidade crecente de proporcionar unha fonte eléctrica duradeira, adaptable e eficiente». Komarechka agarda que o seu dispositivo se utilice para alimentar ordenadores portátiles, teléfonos móbiles, reprodutores de CD, receptores GPS e radios bidireccionais.
Data de publicación: 21 de xullo de 2022
