Vatnsafl er endurnýjanleg orkutækni sem notar hreyfiorku vatns til að framleiða rafmagn. Það er víða notuð hrein orkulind með mörgum kostum, svo sem endurnýjanleika, lágum losunum, stöðugleika og stjórnanleika. Virkni vatnsafls byggist á einfaldri hugmynd: að nota hreyfiorku vatnsrennslis til að knýja túrbínuna, sem aftur snýr rafalnum til að framleiða rafmagn. Skrefin í vatnsaflsframleiðslu eru: vatnsleiðsla frá lóni eða á, sem krefst vatnsgjafa, venjulega lóns (tilbúins lóns) eða náttúrulegrar á, sem veitir orku; vatnsrennslisstýring, þar sem vatnsrennslið er beint að blöðum túrbínunnar í gegnum fráveiturás. Fráveiturásin getur stjórnað vatnsrennslinu til að stilla orkuframleiðslugetuna; túrbínan er í gangi og vatnsrennslið lendir á blöðum túrbínunnar, sem veldur því að hún snýst. Túrbínan er svipuð vindhjólinu í vindorkuframleiðslu; rafallinn framleiðir rafmagn og gangur túrbínunnar snýr rafalnum, sem framleiðir rafmagn með rafsegulfræðilegri örvun; orkuflutningurinn, framleidda orkun er send til raforkukerfisins og afhent borgum, iðnaði og heimilum. Vatnsaflsvirkjanir eru margar. Samkvæmt mismunandi starfsháttum og notkunarsviðum má skipta henni í árorkuframleiðslu, orkuframleiðslu úr lónum, orkuframleiðslu úr sjávarföllum og sjóorkuframleiðslu og litla vatnsaflsvirkjanir. Vatnsaflsvirkjanir hafa marga kosti en einnig nokkra galla. Kostirnir eru aðallega: vatnsafl er endurnýjanleg orkulind. Vatnsaflsvirkjanir eru háðar vatnsrennsli, þannig að hún er endurnýjanleg og klárast ekki; hún er hrein orkulind. Vatnsaflsvirkjanir framleiða ekki gróðurhúsalofttegundir og loftmengun og hafa lítil áhrif á umhverfið; þær eru stjórnanlegar. Hægt er að aðlaga vatnsaflsvirkjanir eftir eftirspurn til að veita áreiðanlega grunnorku. Helstu gallarnir eru: stórfelldar vatnsaflsvirkjanir geta valdið skaða á vistkerfinu, sem og félagslegum vandamálum eins og fólksflutningum og eignarnámi; vatnsafl er takmarkað af framboði vatnsauðlinda og þurrkar eða minnkun vatnsrennslis geta haft áhrif á orkuframleiðslugetu.
Vatnsafl, sem endurnýjanleg orkuform, á sér langa sögu. Snemma vatnstúrbínur og vatnshjól: Strax á 2. öld f.Kr. fóru menn að nota vatnstúrbínur og vatnshjól til að knýja vélar eins og myllur og sagmyllur. Þessar vélar nota hreyfiorku vatnsrennslis til að vinna. Tilkoma orkuframleiðslu: Seint á 19. öld fóru menn að nota vatnsaflsvirkjanir til að breyta vatnsorku í rafmagn. Fyrsta atvinnurekna vatnsaflsvirkjun heims var byggð í Wisconsin í Bandaríkjunum árið 1882. Bygging stíflna og uppistöðulóna: Snemma á 20. öld jókst umfang vatnsafls til muna með byggingu stíflna og uppistöðulóna. Meðal frægra stífluverkefna eru Hoover-stíflan í Bandaríkjunum og Þriggja gljúfra stíflan í Kína. Tækniframfarir: Með tímanum hefur vatnsaflstækni verið stöðugt bætt, þar á meðal með innleiðingu túrbína, vatnsrafstöðva og snjallra stjórnkerfa, sem hafa bætt skilvirkni og áreiðanleika vatnsafls.
Vatnsafl er hrein, endurnýjanleg orkulind og iðnaðarkeðja hennar nær yfir nokkra lykilþætti, allt frá vatnsauðlindastjórnun til orkuflutnings. Fyrsti þátturinn í vatnsaflsorkuiðnaðarkeðjunni er vatnsauðlindastjórnun. Þetta felur í sér áætlanagerð, geymslu og dreifingu vatnsrennslis til að tryggja að vatn sé stöðugt veitt til túrbína til orkuframleiðslu. Vatnsauðlindastjórnun krefst venjulega eftirlits með breytum eins og úrkomu, vatnsrennslishraða og vatnsborði til að taka viðeigandi ákvarðanir. Nútíma vatnsauðlindastjórnun leggur einnig áherslu á sjálfbærni til að tryggja að hægt sé að viðhalda orkuframleiðslugetu jafnvel við erfiðar aðstæður eins og þurrka. Stíflur og uppistöðulón eru lykilmannvirki í vatnsaflsorkuiðnaðarkeðjunni. Stíflur eru venjulega notaðar til að hækka vatnsborð og mynda vatnsþrýsting, sem eykur hreyfiorku vatnsrennslis. Uppistöðulón eru notuð til að geyma vatn til að tryggja að nægilegt vatnsrennsli sé tryggt við hámarkseftirspurn. Hönnun og smíði stíflna þarf að taka tillit til jarðfræðilegra aðstæðna, vatnsrennsliseiginleika og vistfræðilegra áhrifa til að tryggja öryggi og sjálfbærni. Túrbínar eru kjarnaþættir í vatnsaflsorkuiðnaðarkeðjunni. Þegar vatn rennur í gegnum blöð túrbínunnar er hreyfiorka þess breytt í vélræna orku, sem veldur því að túrbínan snýst. Hægt er að velja hönnun og gerð túrbínu eftir vatnsflæðishraða, rennslishraða og hæð til að ná sem mestri orkunýtni. Þegar túrbínan snýst knýr hún tengda rafstöðina til að framleiða rafmagn. Rafallinn er lykiltæki sem breytir vélrænni orku í raforku. Almennt er virkni rafstöðvarinnar að framkalla straum í gegnum snúningssegulsvið til að mynda riðstraum. Hönnun og afköst rafstöðvarinnar þurfa að vera ákvörðuð í samræmi við orkuþörf og eiginleika vatnsflæðisins. Orkan sem rafstöðin framleiðir er riðstraumur, sem venjulega þarf að vinna í gegnum spennistöð. Helstu hlutverk spennistöðvarinnar eru að auka spennuna (hækka spennuna til að draga úr orkutapi þegar rafmagnið er sent) og umbreyta gerð straumsins (breyta riðstraumi í jafnstraum eða öfugt) til að uppfylla kröfur raforkuflutningskerfisins. Síðasti hlekkurinn er raforkuflutningur. Orkan sem rafstöðin framleiðir er send til orkunotenda í þéttbýli, iðnaði eða dreifbýli í gegnum flutningslínur. Flutningslínur þurfa að vera skipulögð, hönnuð og viðhaldið til að tryggja að rafmagnið sé flutt á öruggan og skilvirkan hátt á áfangastað. Á sumum svæðum gæti einnig þurft að vinna rafmagnið aftur í gegnum spennistöð til að uppfylla kröfur mismunandi spennu og tíðna.
Birtingartími: 12. nóvember 2024
