Дүние жүзінде гидроэлектростанциялар әлемдегі электр энергиясының шамамен 24 пайызын өндіреді және 1 миллиардтан астам адамды электр энергиясымен қамтамасыз етеді. Ұлттық жаңартылатын энергия зертханасының мәліметтері бойынша, әлемдегі гидроэлектростанциялар жалпы алғанда 675 000 мегаватт қуат өндіреді, бұл 3,6 миллиард баррель мұнайға тең энергия. Америка Құрама Штаттарында 2000-нан астам гидроэлектростанция жұмыс істейді, бұл гидроэнергетиканы елдегі ең ірі жаңартылатын энергия көзі етеді.
Бұл мақалада біз құлаған судың қалай энергия түзетінін және гидроэнергетика үшін маңызды су ағынын тудыратын гидрологиялық цикл туралы білеміз. Сондай-ақ, сіз күнделікті өміріңізге әсер етуі мүмкін гидроэнергетиканың бір ерекше қолданылуына көз жүгіртесіз.
Өзеннің ағып жатқанын көргенде, оның қандай күшті көтеретінін елестету қиын. Егер сіз бұрын-соңды рафтингпен айналысқан болсаңыз, онда сіз өзеннің күшінің кішкене бөлігін сезінген боларсыз. Ақ сулы ағындар өзен ретінде пайда болады, олар көп мөлшерде суды төмен қарай, тар жол арқылы бөгеттерді алып өтеді. Өзен осы саңылау арқылы ағып өткенде, оның ағысы тездейді. Су тасқыны - үлкен көлемдегі судың қаншалықты күшке ие болатынының тағы бір мысалы.
Гидроэлектр станциялары судың энергиясын пайдаланады және сол энергияны электр энергиясына айналдыру үшін қарапайым механиканы пайдаланады. Гидроэлектр станциялары іс жүзінде өте қарапайым тұжырымдамаға негізделген - бөгет арқылы ағып жатқан су турбинаны, ал ол генераторды айналдырады.
Міне, дәстүрлі су электр станциясының негізгі компоненттері:
Бөгет – Көптеген су электр станциялары суды ұстап тұратын, үлкен су қоймасын жасайтын бөгетке сүйенеді. Көбінесе бұл су қоймасы Вашингтон штатындағы Гранд Кули бөгетіндегі Рузвельт көлі сияқты демалыс көлі ретінде пайдаланылады.
Қабылдау – Бөгеттің қақпалары ашылады және ауырлық күші суды турбинаға апаратын құбыр арқылы тартады. Су осы құбыр арқылы ағып жатқанда қысым пайда болады.
Турбина – Су турбинаның үлкен қалақшаларына соғылып, айналады, ол оның үстіндегі генераторға білік арқылы бекітілген. Гидроэлектрлік станцияларға арналған ең көп таралған турбина түрі - иілген қалақшалары бар үлкен дискке ұқсайтын Фрэнсис турбинасы. Су және энергетикалық білім беру қорының (FWEE) мәліметтері бойынша, турбина салмағы 172 тоннаға дейін жетеді және минутына 90 айналым жылдамдығымен айнала алады.
Генераторлар – Турбина қалақтары айналған кезде, генератордың ішіндегі бірқатар магниттер де айналады. Алып магниттер мыс катушкаларының жанынан айналады, электрондарды жылжыту арқылы айнымалы ток (AC) өндіреді. (Генератордың қалай жұмыс істейтіні туралы кейінірек көбірек білесіз.)
Трансформатор – Электр станциясының ішіндегі трансформатор айнымалы токты алып, оны жоғары кернеулі токқа түрлендіреді.
Электр желілері – Әрбір электр станциясынан төрт сым шығады: бір мезгілде өндірілетін қуаттың үш фазасы және үшеуіне ортақ бейтарап немесе жерге қосу. (Электр желілерінің берілуі туралы көбірек білу үшін электр тарату желілерінің қалай жұмыс істейтінін оқыңыз.)
Ағыс – Пайдаланылған су құбырлар, яғни құйрық жолдары арқылы тасымалданады және өзеннің төменгі ағысына қайта құяды.
Су қоймасындағы су сақталған энергия болып саналады. Қақпалар ашылған кезде, қалқан арқылы ағатын су қозғалыста болғандықтан кинетикалық энергияға айналады. Өндірілетін электр энергиясының мөлшері бірнеше факторлармен анықталады. Осы факторлардың екеуі - су ағынының көлемі және гидравликалық қысымның мөлшері. Қысым су беті мен турбиналардың арасындағы қашықтықты білдіреді. Қысым мен ағын артқан сайын өндірілетін электр энергиясы да артады. Қысым әдетте су қоймасындағы су мөлшеріне байланысты болады.
Су электр станциясының тағы бір түрі бар, ол сорғымен жұмыс істейтін қойма деп аталады. Дәстүрлі су электр станциясында су қоймасынан шыққан су станция арқылы ағып, ағып, ағынмен төмен қарай ағады. Сорғымен жұмыс істейтін қоймада екі қойма бар:
Жоғарғы су қоймасы – Дәстүрлі су электр станциясы сияқты, бөгет су қоймасын жасайды. Бұл су қоймасындағы су электр энергиясын өндіру үшін су электр станциясы арқылы ағып өтеді.
Төменгі су қоймасы – Гидроэлектр станциясынан шығатын су өзенге қайта кіріп, ағыс бойынша төмен қарай ағатынның орнына төменгі су қоймасына құяды.
Қайтымды турбинаны пайдаланып, зауыт суды жоғарғы резервуарға қайта айдай алады. Бұл шыңнан тыс уақытта жасалады. Негізінен, екінші резервуар жоғарғы резервуарды қайта толтырады. Суды жоғарғы резервуарға қайта айдау арқылы зауытта шың тұтыну кезеңдерінде электр энергиясын өндіруге көбірек су болады.
Генератор
Су электр станциясының жүрегі - генератор. Көптеген су электр станцияларында осындай генераторлардың бірнешеуі бар.
Сіз болжағандай, генератор электр энергиясын өндіреді. Осылайша электр энергиясын өндірудің негізгі процесі - сым катушкаларының ішінде бірқатар магниттерді айналдыру. Бұл процесс электрондарды қозғалтады, бұл электр тогын тудырады.
Гувер бөгетінде барлығы 17 генератор бар, олардың әрқайсысы 133 мегаваттқа дейін қуат өндіре алады. Гувер бөгетінің су электр станциясының жалпы қуаты 2074 мегаватт. Әрбір генератор белгілі бір негізгі бөліктерден жасалған:
Білік
Қоздырғыш
Ротор
Статор
Турбина айналған кезде қоздырғыш роторға электр тогын жібереді. Ротор - статор деп аталатын тығыз оралған мыс сым катушкасының ішінде айналатын бірқатар ірі электромагниттер. Катушка мен магниттер арасындағы магнит өрісі электр тогын тудырады.
Гувер бөгетінде генератордан трансформаторға 16 500 амперлік ток өтеді, онда ток берілмес бұрын 230 000 амперге дейін артады.
Гидроэлектр станциялары табиғи түрде жүретін, үздіксіз процесті пайдаланады — бұл процесс жаңбыр жауып, өзендер деңгейі көтеріледі. Күн сайын ультракүлгін сәулелер су молекулаларын ыдыратқандықтан, біздің планетамыз атмосфера арқылы аз мөлшерде су жоғалтады. Бірақ сонымен бірге жанартаулық белсенділік арқылы Жердің ішкі бөлігінен жаңа су шығады. Пайда болған су мөлшері мен жоғалған су мөлшері шамамен бірдей.
Кез келген уақытта әлемдегі судың жалпы көлемі әртүрлі формада болады. Ол мұхиттарда, өзендерде және жаңбырда сияқты сұйық; мұздықтардағыдай қатты; немесе ауадағы көрінбейтін су буындай газ тәрізді болуы мүмкін. Су планетада жел ағындарымен қозғалған кезде күйін өзгертеді. Жел ағындары күннің қыздыру белсенділігі арқылы пайда болады. Ауа ағындарының циклдары планетаның басқа аймақтарына қарағанда экваторға көбірек түсетін күннің әсерінен пайда болады.
Ауа ағындарының циклдері Жердің сумен жабдықтауын гидрологиялық цикл деп аталатын өзіндік цикл арқылы жүзеге асырады. Күн сұйық суды қыздырған кезде, су ауада буға айналады. Күн ауаны қыздырады, бұл атмосферада ауаның көтерілуіне әкеледі. Ауа жоғарыда суық, сондықтан су буы көтерілген сайын ол салқындап, тамшыларға айналады. Бір аймақта жеткілікті тамшылар жиналған кезде, тамшылар жауын-шашын ретінде Жерге қайта түсетіндей ауыр болуы мүмкін.
Гидрологиялық цикл су электр станциялары үшін маңызды, себебі олар су ағынына тәуелді. Егер электр станциясының жанында жаңбыр жаумаса, су ағыстың жоғарғы жағында жиналмайды. Ағынның жоғарғы жағында су жиналмаса, су электр станциясы арқылы аз су ағады және электр энергиясы аз өндіріледі.
Жарияланған уақыты: 2021 жылғы 7 шілде
