Vatnsafl er vísindaleg tækni sem rannsakar tæknileg og efnahagsleg málefni eins og verkfræði, byggingarframkvæmdir og framleiðslustjórnun. Vatnsorkan sem notuð er við vatnsaflsframleiðslu er aðallega stöðuorka sem geymd er í vatni. Til að breyta vatnsafli í rafmagn þarf að byggja mismunandi gerðir af vatnsaflsvirkjunum.
1. Grunnatriði: Nýting vatnsafls í ám, vötnum o.s.frv. Þau eru staðsett í mikilli hæð og hafa stöðuorku sem streymir til lágs hæðar og breytir stöðuorkunni sem þar er að finna í hreyfiorku vatnstúrbínu, sem síðan er notuð sem afl til að knýja rafal til að framleiða raforku. Með því að nota vökvaafl (með vatnsþrýstingi) er vatnsorku (rafall) breytt í vélræna orku. Ef önnur tegund véla (rafall) er tengd við vatnstúrbínu getur hún framleitt rafmagn þegar túrbínan snýst og síðan breytt vélrænni orku í raforku. Í vissum skilningi er vatnsafl ferlið við að breyta stöðuorku vatns í vélræna orku og síðan í raforku. Vegna lágrar aflgjafaspennu sem vatnsaflsvirkjanir mynda þarf að auka hana með spennubreytum ef hún á að berast til fjarlægra notenda, síðan senda hana til spennistöðva á svæðum þar sem notendur eru mjög einbeittir í gegnum loftlínur, að lokum lækka hana niður í spennu sem hentar fyrir heimilisnotendur og rafbúnað verksmiðjunnar og síðan senda hana til ýmissa verksmiðja og heimila í gegnum dreifilínur. 2. Grunnreglan í vatnsaflsframleiðslu er að nota lækkun vatnsborðs til að vinna með vatnsaflsrafstöð til orkuframleiðslu, það er að segja að breyta hugsanlegri orku vatnsins í vélræna orku vökvatúrbínunnar og nota síðan vélræna orkuna til að knýja rafstöðina til að fá raforku. Vísindamenn hafa á áhrifaríkan hátt nýtt sér náttúrulegar aðstæður eins og flæðisverkfræði og vélræna eðlisfræði með því að nýta lækkandi vatnsborð. Og þau eru vandlega pöruð saman til að ná sem mestri orkuframleiðslu fyrir fólk til að nota ódýra og mengunarlausa rafmagn. Lágt vatnsborð, hins vegar, gleypir sólarljós og dreifist um jörðina föstudaginn og endurheimtir þannig háar vatnslindir.
Hingað til hefur umfang vatnsaflsvirkjunar verið breytilegt frá nokkrum tugum vötta sem notuð eru í dreifbýli í þriðja heiminum upp í nokkrar milljónir vötta sem notaðar eru til orkuframleiðslu í stórborgum. 3. Helstu gerðir eru flokkaðar eftir einbeittu falli, þar á meðal stífluvirkjanir, fráveituvirkjanir, blönduð vatnsaflsvirkjanir, sjávarfallavirkjanir og dælugeymsluvirkjanir. Hvort til eru vatnsaflsvirkjanir með reglulegri vatnsrennsli eða ekki, byggt á því hversu mikið afrennsli er stjórnað. Samkvæmt eðli vatnsaflsins er almennt vísað til hefðbundinnar vatnsaflsvirkjunar sem notar náttúrulegar ár, vötn og aðrar vatnslindir til að framleiða rafmagn. Vatnsaflsvirkjanir má skipta í vatnsaflsvirkjanir með mikilli vatnshæð (yfir 70 metra), meðalháar vatnshæð (15-70 metra) og lágar vatnshæð (undir 15 metra) byggt á nýtingarhæð þeirra. Samkvæmt uppsettri afkastagetu vatnsaflsvirkjana má skipta þeim í stórar, meðalháar og litlar vatnsaflsvirkjanir. Almennt eru litlar vatnsaflsvirkjanir með uppsett afl minni en 5000 kílóvött kallaðar litlar vatnsaflsvirkjanir, þær sem hafa uppsett afl á milli 5000 og 100.000 kílóvött eru kallaðar meðalstórar vatnsaflsvirkjanir og þær sem hafa uppsett afl yfir 100.000 kílóvött eru kallaðar stórar vatnsaflsvirkjanir eða risavaxnar vatnsaflsvirkjanir. 4. Kostir vatnsafls eru óþrjótandi og endurnýjanleg hrein orkulind. Til að nýta náttúrulega vatnsorku á skilvirkan hátt er þó nauðsynlegt að smíða handvirkt vatnsvirki sem geta einbeitt vatnsfalli og stjórnað rennsli, svo sem stíflur, fráveituleiðslur og rör. Þess vegna er fjárfestingin í verkefninu mikil og byggingarferlið langt. En vatnsaflsframleiðsla hefur mikla skilvirkni, lágan orkukostnað, hraðvirka gangsetningu og auðvelda aðlögun. Vegna notkunar náttúrulegs vatnsflæðis er hún mjög undir áhrifum náttúrulegra aðstæðna. Vatnsafl er oft mikilvægur þáttur í alhliða nýtingu vatnsauðlinda og myndar alhliða nýtingarkerfi vatnsauðlinda með skipaflutningum, fiskeldi, áveitu, flóðavarnir, ferðaþjónustu o.s.frv. Vatnsafl er endurnýjanleg orkulind með lágmarks umhverfisáhrifum. Auk þess að veita ódýra raforku hefur hún einnig eftirfarandi kosti: að stjórna flóðum, útvega vatn til áveitu, bæta siglingar í ám og bæta samgöngur, orkuframboð og efnahagslíf á svæðinu, sérstaklega þróun ferðaþjónustu og fiskeldis.
Birtingartími: 26. apríl 2023
