מחזור האנרגיה של ייצור חשמל הידרואלקטרי

אנרגיה הידרואלקטרית היא טכנולוגיה מדעית החוקרת סוגיות טכניות וכלכליות כגון הנדסת בנייה וניהול ייצור. אנרגיית המים המשמשת לייצור חשמל הידרואלקטרי היא בעיקר האנרגיה הפוטנציאלית המאוחסנת במים. על מנת להמיר אנרגיה הידרואלקטרית לחשמל, יש לבנות סוגים שונים של תחנות כוח הידרואלקטריות.

1. מבוא בסיסי: ניצול אנרגיה הידרואלקטרית של נהרות, אגמים וכו'. הם ממוקמים בגבהים גבוהים ויש להם אנרגיה פוטנציאלית, הזורמת לכיוון גבהים נמוכים וממירה את האנרגיה הפוטנציאלית הכלולה בהם לאנרגיה קינטית של טורבינת מים, אשר לאחר מכן משמשת ככוח להנעת גנרטור לייצור אנרגיה חשמלית. שימוש בכוח הידראולי (עם ראש מים) להנעת סיבוב המכונות ההידראוליות (טורבינת מים), ממיר אנרגיית מים לאנרגיה מכנית. אם סוג אחר של מכונות (גנרטור) מחובר לטורבינת מים, הוא יכול לייצר חשמל בזמן שהטורבינה מסתובבת, ולאחר מכן להמיר אנרגיה מכנית לאנרגיה חשמלית. במובן מסוים, אנרגיה הידרואלקטרית היא תהליך של המרת האנרגיה הפוטנציאלית של מים לאנרגיה מכנית, ולאחר מכן לאנרגיה חשמלית. בשל מתח אספקת החשמל הנמוך שנוצר על ידי תחנות כוח הידרואלקטריות, אם הוא אמור להיות מועבר למשתמשים מרוחקים, יש להגביר אותו באמצעות שנאים, ולאחר מכן להעביר אותו לתחנות משנה באזורים מרוכזים באמצעות קווי תמסורת אוויר, לבסוף להפחית אותו למתח המתאים למשתמשים ביתיים ולציוד חשמלי של מפעלים, ולאחר מכן להעביר אותו למפעלים ולמשקי בית שונים באמצעות קווי חלוקה. 2. העיקרון הבסיסי של ייצור חשמל הידרואלקטרי הוא להשתמש בירידה במפלס המים כדי לשתף פעולה עם גנרטור הידרואלקטרי לייצור חשמל, כלומר, להמיר את האנרגיה הפוטנציאלית של המים לאנרגיה מכנית של הטורבינה ההידראולית, ולאחר מכן להשתמש באנרגיה המכנית כדי להניע את הגנרטור כדי לייצר אנרגיה חשמלית. מדענים ניצלו ביעילות תנאים טבעיים כמו הנדסת זרימה ופיזיקה מכנית על ידי ניצול מפלס המים היורד. והם מותאמים בקפידה כדי להשיג את ייצור החשמל הגבוה ביותר עבור אנשים לשימוש בחשמל זול וללא זיהום. מפלסי מים נמוכים, לעומת זאת, סופגים את אור השמש ומסתובבים על פני כדור הארץ, ובכך משחזרים את מקורות המים הגבוהים.

עד כה, היקף האנרגיה ההידרואלקטרית נע בין כמה עשרות וואטים המשמשים באזורים כפריים של העולם השלישי לכמה מיליוני וואטים המשמשים לאספקת חשמל בערים גדולות. 3. הסוגים העיקריים מסווגים לפי ירידה מרוכזת, כולל תחנות כוח הידרואלקטריות מסוג סכר, תחנות כוח הידרואלקטריות מסוג הסחה, תחנות כוח הידרואלקטריות היברידיות, תחנות כוח גאות ושפל ותחנות כוח אגירה שאובה. בהתבסס על מידת ויסות הנגר, האם יש תחנות כוח הידרואלקטריות מווסתות או לא. בהתאם לאופי מקור המים, הוא מכונה בדרך כלל תחנת כוח הידרואלקטרית קונבנציונלית, המשתמשת בנהרות טבעיים, אגמים ומקורות מים אחרים לייצור חשמל. ניתן לחלק תחנות כוח הידרואלקטריות לתחנות כוח הידרואלקטריות בעלות עומק גבוה (מעל 70 מטר), עומק בינוני (15-70 מטר) ונמוך (מתחת ל-15 מטר) בהתבסס על עומק הניצול שלהן. בהתאם לקיבולת המותקנת של תחנות כוח הידרואלקטריות, ניתן לחלק אותן לתחנות כוח הידרואלקטריות גדולות, בינוניות וקטנות. באופן כללי, תחנות כוח הידרואלקטריות קטנות בעלות קיבולת מותקנת של פחות מ-5000 קילוואט נקראות תחנות כוח הידרואלקטריות קטנות, אלו בעלות קיבולת מותקנת בין 5000 ל-100,000 קילוואט נקראות תחנות כוח הידרואלקטריות בינוניות, ואלו בעלות קיבולת מותקנת של מעל 100,000 קילוואט נקראות תחנות כוח הידרואלקטריות גדולות או תחנות כוח הידרואלקטריות ענקיות. 4. אנרגיית יתרון הידרואלקטרית היא מקור אנרגיה נקי בלתי נדלה ומתחדש. עם זאת, על מנת לנצל ביעילות את אנרגיית המים הטבעית, יש צורך לבנות באופן ידני מבנים הידראוליים שיכולים לרכז את זרימת המים ולווסת את הזרימה, כגון סכרים, צינורות הטיה ותעלות. לכן, ההשקעה בפרויקט גדולה ומחזור הבנייה ארוך. אך לייצור חשמל הידרואלקטרי יש יעילות גבוהה, עלות ייצור חשמל נמוכה, הפעלה מהירה של היחידה והתאמה קלה. בשל השימוש בזרימת מים טבעית, הוא מושפע מאוד מתנאים טבעיים. אנרגיה הידרואלקטרית היא לעתים קרובות מרכיב חשוב בניצול מקיף של משאבי מים, ויוצרת מערכת מקיפה של ניצול משאבי מים הכוללת ספנות, חקלאות ימית, השקיה, בקרת שיטפונות, תיירות וכו'. אנרגיה הידרואלקטרית היא מקור אנרגיה מתחדש בעל השפעה סביבתית מינימלית. בנוסף לאספקת חשמל זול, יש לה גם את היתרונות הבאים: שליטה בשיטפונות, אספקת מי השקיה, שיפור הניווט בנהרות ושיפור התחבורה, אספקת החשמל והכלכלה באזור, ובמיוחד פיתוח תיירות וחקלאות ימית.