היסטוריה ומאפיינים של אנרגיה הידרואלקטרית נקייה ומתחדשת

אנרגיה הידרואלקטרית היא טכנולוגיית אנרגיה מתחדשת המשתמשת באנרגיה הקינטית של מים לייצור חשמל. זהו מקור אנרגיה נקי בשימוש נרחב עם יתרונות רבים, כגון התחדשות, פליטות נמוכות, יציבות ובקרה. עקרון הפעולה של אנרגיה הידרואלקטרית מבוסס על רעיון פשוט: שימוש באנרגיה הקינטית של זרימת המים כדי להניע את הטורבינה, אשר בתורה מפעילה את הגנרטור לייצור חשמל. שלבי ייצור האנרגיה הידרואלקטרית הם: הסטת מים ממאגר או נהר, הדורשים מקור מים, בדרך כלל מאגר (מאגר מלאכותי) או נהר טבעי, המספק חשמל; הנחיית זרימת מים, כאשר זרימת המים מופנית להבי הטורבינה דרך תעלת הסחה. תעלת ההסחה יכולה לשלוט בזרימת זרימת המים כדי להתאים את כושר ייצור החשמל; הטורבינה פועלת, וזרימת המים פוגעת בלהבי הטורבינה, וגורמת לה להסתובב. הטורבינה דומה לגלגל הרוח בייצור אנרגיית רוח; הגנרטור מייצר חשמל, ופועלת הטורבינה מסובבת את הגנרטור, המייצר חשמל באמצעות עקרון האינדוקציה האלקטרומגנטית; העברת הכוח, החשמל שנוצר מועבר לרשת החשמל ומסופק לערים, תעשיות ומשקי בית. ישנם סוגים רבים של אנרגיה הידרואלקטרית. בהתאם לעקרונות עבודה ותרחישי יישום שונים, ניתן לחלק אותה לייצור חשמל בנהרות, ייצור חשמל ממאגרים, ייצור חשמל מגאות ושפל וימי, ואנרגיית הידרואלקטרית קטנה. לאנרגיה הידרואלקטרית יתרונות רבים, אך גם כמה חסרונות. היתרונות הם בעיקר: אנרגיה הידרואלקטרית היא מקור אנרגיה מתחדש. אנרגיה הידרואלקטרית מסתמכת על זרימת מים, ולכן היא מתחדשת ולא תתרוקן; זהו מקור אנרגיה נקי. אנרגיה הידרואלקטרית אינה מייצרת גזי חממה ומזהמי אוויר, ויש לה השפעה מועטה על הסביבה; היא ניתנת לשליטה. ניתן להתאים תחנות אנרגיה הידרואלקטריות לפי הביקוש כדי לספק חשמל בסיסי אמין. החסרונות העיקריים הם: פרויקטים של אנרגיה הידרואלקטרית בקנה מידה גדול עלולים לגרום נזק למערכת האקולוגית, כמו גם לבעיות חברתיות כמו הגירת תושבים והפקעת קרקעות; אנרגיה הידרואלקטרית מוגבלת על ידי זמינות משאבי מים, ובצורת או ירידה בזרימת המים עלולים להשפיע על כושר ייצור החשמל.
לאנרגיה הידרואלקטרית, כצורת אנרגיה מתחדשת, היסטוריה ארוכה. טורבינות מים וגלגלי מים מוקדמים: כבר במאה ה-2 לפני הספירה, אנשים החלו להשתמש בטורבינות מים וגלגלי מים כדי להניע מכונות כמו טחנות ומנסרות. מכונות אלו משתמשות באנרגיה הקינטית של זרימת המים כדי לעבוד. הופעת ייצור החשמל: בסוף המאה ה-19, אנשים החלו להשתמש בתחנות כוח הידרואלקטריות כדי להמיר אנרגיית מים לחשמל. תחנת הכוח ההידרואלקטרית המסחרית הראשונה בעולם נבנתה בוויסקונסין, ארה"ב בשנת 1882. בניית סכרים ומאגרים: בתחילת המאה ה-20, היקף האנרגיה ההידרואלקטרית התרחב מאוד עם בניית סכרים ומאגרים. פרויקטים מפורסמים של סכרים כוללים את סכר הובר בארצות הברית וסכר שלושת הערוצים בסין. התקדמות טכנולוגית: עם הזמן, טכנולוגיית האנרגיה ההידרואלקטרית שופרה ללא הרף, כולל הכנסת טורבינות, גנרטורים הידרואלקטריים ומערכות בקרה חכמות, אשר שיפרו את היעילות והאמינות של האנרגיה ההידרואלקטרית.
אנרגיה הידרואלקטרית היא מקור אנרגיה נקי ומתחדש, ושרשרת התעשייה שלה מכסה מספר חוליות מרכזיות, החל מניהול משאבי מים ועד להעברת חשמל. החוליה הראשונה בשרשרת תעשיית האנרגיה ההידרואלקטרית היא ניהול משאבי מים. זה כולל תזמון, אחסון וחלוקה של זרימת מים כדי להבטיח שניתן יהיה לספק מים ביציבות לטורבינות לייצור חשמל. ניהול משאבי מים דורש בדרך כלל ניטור פרמטרים כגון משקעים, מהירות זרימת מים ומפלס מים על מנת לקבל החלטות מתאימות. ניהול משאבי מים מודרני מתמקד גם בקיימות כדי להבטיח שניתן לשמור על כושר ייצור החשמל גם בתנאים קיצוניים כמו בצורת. סכרים ומאגרים הם מתקנים מרכזיים בשרשרת תעשיית האנרגיה ההידרואלקטרית. סכרים משמשים בדרך כלל להעלאת מפלסי המים וליצירת לחץ מים, ובכך מגדילים את האנרגיה הקינטית של זרימת המים. מאגרים משמשים לאחסון מים כדי להבטיח שניתן יהיה לספק זרימת מים מספקת במהלך שיא הביקוש. תכנון ובנייה של סכרים צריכים להתחשב בתנאים גיאולוגיים, מאפייני זרימת המים והשפעות אקולוגיות כדי להבטיח בטיחות וקיימות. טורבינות הן המרכיבים המרכזיים בשרשרת תעשיית האנרגיה ההידרואלקטרית. כאשר מים זורמים דרך להבי הטורבינה, האנרגיה הקינטית שלהם מומרת לאנרגיה מכנית, מה שגורם לטורבינה להסתובב. ניתן לבחור את עיצוב וסוג הטורבינה בהתאם למהירות זרימת המים, קצב הזרימה והגובה כדי להשיג את יעילות האנרגיה הגבוהה ביותר. כאשר הטורבינה מסתובבת, היא מניעה את הגנרטור המחובר לייצור חשמל. הגנרטור הוא מכשיר מפתח הממיר אנרגיה מכנית לאנרגיה חשמלית. באופן כללי, עקרון הפעולה של הגנרטור הוא לגרום לזרם דרך שדה מגנטי מסתובב כדי לייצר זרם חילופין. יש לקבוע את עיצוב הגנרטור ואת קיבולתו בהתאם לדרישת החשמל ולמאפייני זרימת המים. החשמל המופק על ידי הגנרטור הוא זרם חילופין, שבדרך כלל צריך להיות מעובד דרך תחנת משנה. הפונקציות העיקריות של תחנת משנה כוללות העלאת מתח (העלאת המתח כדי להפחית אובדן אנרגיה בעת העברת החשמל) והמרת סוג הזרם (המרת זרם חילופין לזרם ישר או להיפך) כדי לעמוד בדרישות מערכת העברת החשמל. החוליה האחרונה היא העברת חשמל. החשמל המופק על ידי תחנת הכוח מועבר למשתמשי חשמל באזורים עירוניים, תעשייתיים או כפריים באמצעות קווי תמסורת. יש לתכנן, לתכנן ולתחזק קווי תמסורת כדי להבטיח שהחשמל מועבר בצורה בטוחה ויעילה ליעד. באזורים מסוימים, ייתכן שיהיה צורך לעבד את החשמל שוב דרך תחנת משנה כדי לעמוד בדרישות של מתחים ותדרים שונים.