Weltwäit produzéieren Waasserkraaftwierker ongeféier 24 Prozent vum weltwäite Stroum a versuergen iwwer 1 Milliard Mënschen mat Stroum. D'Waasserkraaftwierker weltwäit produzéieren zesummen insgesamt 675.000 Megawatt, wat dem Energiegläichwäerteg vun 3,6 Milliarde Barrel Ueleg entsprécht, laut dem National Renewable Energy Laboratory. Et gi méi wéi 2.000 Waasserkraaftwierker a Betrib an den USA, wat d'Waasserkraaft zur gréisster erneierbarer Energiequell vum Land mécht.
An dësem Artikel wäerte mir eis ukucken, wéi falend Waasser Energie produzéiert a mir léiere méi iwwer den hydrologesche Kreeslaf, deen de Waasserfloss erstellt, deen essentiell fir d'Waasserkraaft ass. Dir kritt och en Abléck an eng eenzegaarteg Uwendung vun der Waasserkraaft, déi Ären Alldag beaflosse kéint.
Wann ee sech engem Floss ukuckt, wéi en laanschtrullt, ass et schwéier sech d'Kraaft virzestellen, déi e mat sech bréngt. Wann Dir jeemools Wildwasserrafting gemaach hutt, hutt Dir schonn e klenge Bestanddeel vun der Kraaft vum Floss gespuert. Wildwasserstrëmp entstinn als Floss, deen eng grouss Quantitéit u Waasser biergof transportéiert, Engpässe duerch e schmuele Passage. Wann de Floss duerch dës Ouverture gepresst gëtt, beschleunegt säi Floss. Iwwerschwemmungen sinn en anert Beispill dofir, wéi vill Kraaft eng enorm Quantitéit u Waasser kann hunn.
Waasserkraaftwierker notzen d'Energie vum Waasser a benotzen einfach Mechaniken fir dës Energie an Elektrizitéit ëmzewandelen. Waasserkraaftwierker baséieren eigentlech op engem zimlech einfache Konzept - Waasser, dat duerch en Damm fléisst, dréit eng Turbinn, déi dann e Generator dréit.
Hei sinn déi grondleeënd Komponenten vun engem konventionelle Waasserkraaftwierk:
D'Well, déi d'Turbin an de Generator verbënnt
Damm – Déi meescht Waasserkraaftwierker baséieren op engem Damm, deen d'Waasser zréckhält an doduerch e grousst Reservoir entsteet. Dacks gëtt dëst Reservoir als Fräizäitséi benotzt, wéi zum Beispill de Lake Roosevelt beim Grand Coulee Dam am Bundesstaat Washington.
Opluedung – D'Schleisen um Damm ginn op an d'Schwéierkraaft zitt d'Waasser duerch d'Päifleitung, eng Päifleitung, déi op d'Turbinn féiert. D'Waasser baut Drock op, wann et duerch dës Päif fléisst.
Turbin – D'Waasser schléit géint déi grouss Blieder vun enger Turbin a dréint se, déi iwwer eng Well un e Generator driwwer befestegt ass. Déi heefegst Zort Turbin fir Waasserkraaftwierker ass d'Francis-Turbin, déi ausgesäit wéi eng grouss Scheif mat gekrëmmte Blieder. Eng Turbin kann bis zu 172 Tonnen weien a mat enger Geschwindegkeet vun 90 Ëmdréiunge pro Minutt (rpm) dréinen, laut der Foundation for Water & Energy Education (FWEE).
Generatoren – Wéi d'Turbinneblieder sech dréinen, dréint sech och eng Serie vu Magnete am Generator. Riseg Magnete dréinen sech laanscht Kofferspulen a produzéieren Wiesselstroum (AC) andeems se Elektronen beweegen. (Dir léiert méi doriwwer, wéi de Generator funktionéiert.)
Transformator – Den Transformator am Kraaftwierk hëlt den Wiesselstroum a konvertéiert en a Stroum mat méi héijer Spannung.
Stroumleitungen – Aus all Kraaftwierk kommen véier Drot: déi dräi Phasen vun der Stroumproduktioun, déi gläichzäiteg produzéiert ginn, plus eng gemeinsam Nullleitung oder Mass fir all dräi. (Liest "Wéi Stroumverdeelungsnetzer funktionéieren" fir méi iwwer d'Iwwerdroung vu Stroumleitungen ze léieren.)
Auslaf – Verbraucht Waasser gëtt duerch Pipelinen, sougenannte Auslafkanäl, gefouert a fléisst erof an de Floss erëm.
D'Waasser am Reservoir gëllt als gespäichert Energie. Wann d'Schleisen opmaachen, gëtt d'Waasser, dat duerch d'Päifleitung fléisst, zu kinetischer Energie, well et a Bewegung ass. D'Quantitéit un Elektrizitéit, déi generéiert gëtt, gëtt vu verschiddene Faktoren bestëmmt. Zwee vun dëse Faktoren sinn de Volume vum Waasserfloss an d'Quantitéit vum hydraulesche Kapp. D'Kapp bezitt sech op d'Distanz tëscht der Waasseruewerfläch an den Turbinnen. Wann d'Kapphéicht an de Floss zouhuelen, klëmmt och d'generéiert Elektrizitéit. D'Kapphéicht hänkt normalerweis vun der Quantitéit u Waasser am Reservoir of.
Et gëtt nach eng aner Zort Waasserkraaftwierk, dat Pompelspäicherwierk genannt gëtt. An engem konventionelle Waasserkraaftwierk fléisst d'Waasser aus dem Reservoir duerch d'Anlag, kënnt eraus a gëtt flossofwärts gefouert. E Pompelspäicherwierk huet zwéi Reservoiren:
Ieweschte Stauséi – Wéi e konventionellt Waasserkraaftwierk erstellt en Damm e Stauséi. D'Waasser an dësem Stauséi fléisst duerch d'Waasserkraaftwierk fir Stroum ze produzéieren.
Ënnescht Reservoir – Waasser, dat aus dem Waasserkraaftwierk erauskënnt, fléisst an en ënnescht Reservoir, anstatt erëm an de Floss ze fléissen a flussofwärts.
Mat enger reversibler Turbin kann d'Anlag Waasser zréck an den ieweschte Reservoir pompelen. Dëst geschitt ausserhalb vun de Stosszäiten. Am Fong fëllt den zweete Reservoir den ieweschte Reservoir nei. Duerch d'Zréckpompelen vu Waasser an den ieweschte Reservoir huet d'Anlag méi Waasser fir Stroum a Stosszäiten ze produzéieren.
De Generator
D'Häerz vum Waasserkraaftwierk ass de Generator. Déi meescht Waasserkraaftwierker hunn e puer vun dëse Generatoren.
De Generator, wéi Dir Iech vläicht scho geroden hutt, generéiert den Stroum. De Basisprozess fir Stroum op dës Manéier ze generéieren ass d'Dréie vun enger Serie vu Magnete bannent Drotspulen. Dëse Prozess beweegt Elektronen, wat elektresche Stroum produzéiert.
Den Hoover Dam huet insgesamt 17 Generatoren, déi all bis zu 133 Megawatt generéiere kënnen. Déi total Kapazitéit vum Waasserkraaftwierk vum Hoover Dam ass 2.074 Megawatt. All Generator besteet aus bestëmmten Basisdeeler:
Wann d'Turbinn sech dréit, schéckt den Excitor en elektresche Stroum un de Rotor. De Rotor ass eng Serie vu groussen Elektromagneten, déi sech an enger dicht gewéckelter Spull aus Kofferdrot dréinen, déi de Stator genannt gëtt. D'Magnéitfeld tëscht der Spull an de Magneten erstellt en elektresche Stroum.
Am Hoover-Damm beweegt sech e Stroum vun 16.500 Ampere vum Generator zum Transformator, wou de Stroum op 230.000 Ampere eropgeet, ier en iwwerdroe gëtt.
Waasserkraaftwierker profitéieren vun engem natierlechen, kontinuéierleche Prozess - de Prozess, deen dozou féiert, datt Reen fällt a Flëss klammen. All Dag verléiert eise Planéit eng kleng Quantitéit Waasser duerch d'Atmosphär, well ultraviolett Stralen d'Waassermoleküle zerbriechen. Awer gläichzäiteg gëtt neit Waasser duerch vulkanesch Aktivitéit aus dem banneschten Deel vun der Äerd ausgestraalt. D'Quantitéit u Waasser, déi entsteet, an d'Quantitéit u Waasser, déi verluer geet, ass ongeféier d'selwecht.
Zu all Moment kann de ganze Waasservolumen op der Welt a ville verschiddene Formen optrieden. Et kann flësseg sinn, wéi an Ozeanen, Flëss a Reen; fest, wéi a Gletscher; oder gasfërmeg, wéi am onsichtbare Waasserdamp an der Loft. Waasser ännert säin Zoustand, wann et duerch Wandstréim ronderëm de Planéit beweegt gëtt. Wandstréim ginn duerch d'Hëtztaktivitéit vun der Sonn generéiert. Loftstréimzyklen entstinn duerch d'Sonn, déi méi um Equator schéngt wéi op anere Beräicher vum Planéit.
Loftstréimungszyklen dreiwen d'Waasserversuergung vun der Äerd duerch en eegenen Zyklus, deen den hydrologesche Zyklus genannt gëtt. Wann d'Sonn flëssegt Waasser erhëtzt, verdampft d'Waasser zu Damp an der Loft. D'Sonn erhëtzt d'Loft, wouduerch d'Loft an der Atmosphär eropgeet. D'Loft ass méi héich uewen méi kal, sou datt de Waasserdamp, wann en eropgeet, killt en of a kondenséiert zu Drëpsen. Wann sech genuch Drëpsen an enger Plaz sammelen, kënnen d'Drëpsen schwéier genuch ginn, fir als Nidderschlag zréck op d'Äerd ze falen.
Den hydrologesche Kreeslaf ass wichteg fir Waasserkraaftwierker, well se vum Waasserfloss ofhängeg sinn. Wann et net vill Reen an der Géigend vum Kraaftwierk gëtt, sammelt sech d'Waasser net flossop. Well et kee Waasser flossop sammelt, fléisst manner Waasser duerch d'Waasserkraaftwierk a manner Stroum gëtt produzéiert.
Déi grondleeënd Iddi vun der Waasserkraaft ass et, d'Kraaft vun enger bewegender Flëssegkeet ze benotzen, fir eng Turbinneblad ze dréinen. Typesch muss en groussen Damm an der Mëtt vun engem Floss gebaut ginn, fir dës Funktioun auszeféieren. Eng nei Erfindung notzt d'Iddi vun der Waasserkraaft a vill méi klenger Skala aus, fir Stroum fir portabel elektronesch Apparater ze liwweren.
Den Erfinder Robert Komarechka aus Ontario, Kanada, huet d'Iddi entwéckelt, kleng Waasserkraaftgeneratoren an d'Sohlen vu Schong ze placéieren. Hie gleeft, datt dës Mikroturbinen genuch Stroum generéiere kënnen, fir bal all Apparat ze bedreiwen. Am Mee 2001 krut de Komarechka e Patent fir säin eenzegaartegt Foussbetriebent Apparat.
Et gëtt e ganz grondleeënd Prinzip fir eist Lafen: De Fouss fällt bei all Schrëtt vun Ferse zu Fouss. Wann Äre Fouss um Buedem lant, gëtt Kraaft duerch Är Ferse erofbruecht. Wann Dir Iech op Ären nächste Schrëtt virbereet, rullt Dir Äre Fouss no vir, sou datt d'Kraaft op de Ball vum Fouss iwwerdroe gëtt. D'Komarechka huet dëst grondleeënd Prinzip vum Lafen anscheinend gemierkt an huet eng Iddi entwéckelt fir d'Kraaft vun dëser alldeeglecher Aktivitéit ze notzen.
Et gi fënnef Deeler vun der Komarechka hirer "Schong mat hydroelektrescher Generator-Anbaugrupp", wéi se a sengem Patent beschriwwe sinn:
Flëssegkeet – De System benotzt eng elektresch leetend Flëssegkeet.
Täsch fir d'Flëssegkeet ze halen - Ee Täsch gëtt an der Ferse an en aneren am Zéiwendeel vum Schong placéiert.
Leitungen – Leitungen verbannen all Sack mat engem Mikrogenerator.
Turbin – Wann d'Waasser an der Sohle hin an hier beweegt, beweegt et d'Blieder vun enger klenger Turbin.
Mikrogenerator – De Generator ass tëscht den zwou mat flëssegkeet gefëllte Säck placéiert an huet e Lamellenrotor, deen eng Well undreift an de Generator dréit.
Wann eng Persoun geet, dréckt d'Kompressioun vun der Flëssegkeet am Sak an der Ferse vum Schong d'Flëssegkeet duerch d'Kanal an an de Modul vum hydroelektresche Generator. Wann de Benotzer weider geet, gëtt d'Ferse gehuewen an et gëtt en Drock no ënnen op de Sak ënnert dem Ball vum Fouss vun der Persoun ausgeübt. D'Bewegung vun der Flëssegkeet dréit de Rotor an d'Well fir Stroum ze produzéieren.
Eng extern Steckdous gëtt virgesinn fir Kabelen un en portablen Apparat unzeschléissen. Eng Stroumkontroll-Ausgangseenheet kann och virgesinn sinn, déi um Rimm vum Benotzer gedroe gëtt. Elektronesch Apparater kënnen dann un dës Stroumkontroll-Ausgangseenheet ugeschloss ginn, déi eng stänneg Stroumversuergung garantéiert.
„Mat der Zounimm vun der Zuel vu batteriebetriebenen, portablen Apparater“, heescht et am Patent, „gëtt et e wuessende Besoin fir eng laang haltbar, adaptéierbar an effizient Stroumquell.“ De Komarechka erwaart, datt säin Apparat fir d'Stroumversuergung vu portable Computeren, Handyen, CD-Spiller, GPS-Empfänger a Funkgeräter benotzt gëtt.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 21. Juli 2022
