Во светски рамки, хидроелектраните произведуваат околу 24 проценти од светската електрична енергија и снабдуваат повеќе од 1 милијарда луѓе со енергија. Хидроелектраните во светот произведуваат вкупно 675.000 мегавати, енергетски еквивалент на 3,6 милијарди барели нафта, според Националната лабораторија за обновлива енергија. Во Соединетите Американски Држави работат повеќе од 2.000 хидроелектрани, што ја прави хидроенергијата најголемиот обновлив извор на енергија во земјата.
Во оваа статија, ќе разгледаме како паѓачката вода создава енергија и ќе дознаеме за хидролошкиот циклус што го создава протокот на вода неопходен за хидроенергијата. Исто така, ќе добиете увид во една единствена примена на хидроенергијата што може да влијае на вашиот секојдневен живот.
Кога гледате како река се движи покрај неа, тешко е да се замисли силата што ја носи. Ако некогаш сте се возеле по сплаварење на диви води, тогаш сте почувствувале мал дел од нејзината сила. Брзаците во диви води се создаваат како река, носејќи голема количина вода надолу, тесни грла низ тесен премин. Како што реката се пробива низ овој отвор, нејзиниот тек се забрзува. Поплавите се уште еден пример за тоа колку сила може да има огромна количина вода.
Хидроелектраните ја користат енергијата на водата и користат едноставна механика за да ја претворат таа енергија во електрична енергија. Хидроелектраните всушност се базираат на прилично едноставен концепт - водата што тече низ брана врти турбина, која пак врти генератор.
Еве ги основните компоненти на конвенционална хидроцентрала:
Вратилото што ги поврзува турбината и генераторот
Брана – Повеќето хидроцентрали се потпираат на брана што ја задржува водата, создавајќи голем резервоар. Честопати, овој резервоар се користи како рекреативно езеро, како што е езерото Рузвелт кај браната Гранд Кули во државата Вашингтон.
Довод – Портите на браната се отвораат и гравитацијата ја влече водата низ цевката, цевковод што води до турбината. Водата создава притисок додека тече низ оваа цевка.
Турбина – Водата удира и ги врти големите лопатки на турбината, која е прикачена на генератор над неа преку вратило. Најчестиот тип на турбина за хидроцентрали е Францисовата турбина, која изгледа како голем диск со закривени лопатки. Турбината може да тежи и до 172 тони и да се врти со брзина од 90 вртежи во минута (вртежи во минута), според Фондацијата за едукација за вода и енергија (FWEE).
Генератори – Како што се вртат лопатките на турбината, така се вртат и низа магнети во генераторот. Џиновски магнети ротираат покрај бакарни намотки, произведувајќи наизменична струја (AC) со движење на електрони. (Подоцна ќе дознаете повеќе за тоа како работи генераторот.)
Трансформатор – Трансформаторот во електраната ја зема наизменичната струја и ја претвора во струја со повисок напон.
Далноводи – Од секоја електрана доаѓаат четири жици: трите фази на енергија се произведуваат истовремено плус неутрална или заземјувачка линија заедничка за сите три. (Прочитајте како функционираат дистрибутивните мрежи за електрична енергија за да дознаете повеќе за преносот на далноводи.)
Одлив – Искористената вода се носи преку цевководи, наречени одводни канали, и повторно влегува во реката низводно.
Водата во резервоарот се смета за складирана енергија. Кога вратите ќе се отворат, водата што тече низ цевката станува кинетичка енергија бидејќи е во движење. Количината на електрична енергија што се генерира е одредена од неколку фактори. Два од тие фактори се волуменот на протокот на вода и количината на хидрауличниот притисок. Притисокот се однесува на растојанието помеѓу површината на водата и турбините. Како што се зголемуваат притисокот и протокот, така се зголемува и генерираната електрична енергија. Притисокот обично зависи од количината на вода во резервоарот.
Постои уште еден вид хидроцентрала, наречена пумпа-акумулаторска централа. Во конвенционалната хидроцентрала, водата од резервоарот тече низ централата, излегува и се носи надолу по течението. Пумп-акумулаторската централа има два резервоара:
Горна акумулација – Како и конвенционалната хидроцентрала, браната создава акумулација. Водата во оваа акумулација тече низ хидроцентралата за да создаде електрична енергија.
Долен резервоар – Водата што излегува од хидроцентралата се влева во долен резервоар, наместо повторно да влегува во реката и да тече низводно.
Користејќи реверзибилна турбина, електраната може да пумпа вода назад во горниот резервоар. Ова се прави во часовите надвор од шпицот. Во суштина, вториот резервоар го надополнува горниот резервоар. Со пумпање вода назад во горниот резервоар, електраната има повеќе вода за производство на електрична енергија во периоди на најголема потрошувачка.
Генераторот
Срцето на хидроелектраната е генераторот. Повеќето хидроелектрани имаат неколку од овие генератори.
Генераторот, како што можеби претпоставувате, генерира електрична енергија. Основниот процес на генерирање електрична енергија на овој начин е ротирање на низа магнети во калеми од жица. Овој процес ги движи електроните, што создава електрична струја.
Браната Хувер има вкупно 17 генератори, од кои секој може да генерира до 133 мегавати. Вкупниот капацитет на хидроцентралата на браната Хувер е 2.074 мегавати. Секој генератор е направен од одредени основни делови:
Како што турбината се врти, побудувачот испраќа електрична струја до роторот. Роторот е серија од големи електромагнети што се вртат во цврсто намотана намотка од бакарна жица, наречена статор. Магнетното поле помеѓу намотката и магнетите создава електрична струја.
Во браната Хувер, струја од 16.500 ампери се движи од генераторот до трансформаторот, каде што струјата се зголемува до 230.000 ампери пред да се пренесе.
Хидроелектраните ја користат предноста на еден природен, континуиран процес - процесот што предизвикува врнежи од дожд и надојде на реките. Секој ден, нашата планета губи мала количина вода низ атмосферата бидејќи ултравиолетовите зраци ги разградуваат молекулите на водата. Но, во исто време, нова вода се испушта од внатрешноста на Земјата преку вулканска активност. Количината на создадена вода и количината на изгубена вода се приближно исти.
Во секое време, вкупниот волумен на вода во светот е во многу различни форми. Може да биде течна, како во океаните, реките и дождот; цврста, како во глечерите; или гасовита, како во невидливата водена пареа во воздухот. Водата ја менува својата состојба додека се движи низ планетата преку ветерните струи. Ветерните струи се генерираат од грејната активност на сонцето. Циклусите на воздушните струи се создаваат од сонцето кое сјае повеќе на екваторот отколку на другите делови од планетата.
Циклусите на воздушната струја го движат снабдувањето со вода на Земјата низ свој циклус, наречен хидролошки циклус. Како што сонцето ја загрева течната вода, водата испарува во пареа во воздухот. Сонцето го загрева воздухот, предизвикувајќи воздухот да се искачи во атмосферата. Воздухот е постуден повисоко, па како што водената пареа се искачува, таа се лади, кондензирајќи во капки. Кога доволно капки ќе се акумулираат во една област, капките може да станат доволно тешки за да паднат назад на Земјата како врнежи.
Хидролошкиот циклус е важен за хидроцентралите бидејќи тие зависат од протокот на вода. Доколку нема дожд во близина на електраната, водата нема да се собира низводно. Без собирање вода низводно, помалку вода тече низ хидроцентралата и се произведува помалку електрична енергија.
Основната идеја на хидроенергијата е да се користи моќта на подвижна течност за да се врти лопатката на турбината. Типично, голема брана мора да се изгради во средината на реката за да се изврши оваа функција. Нов изум ја искористува идејата за хидроенергија во многу помал обем за да се обезбеди електрична енергија за преносни електронски уреди.
Пронаоѓачот Роберт Комаречка од Онтарио, Канада, ја добил идејата за поставување мали хидроелектрични генератори во ѓоновите на чевлите. Тој верува дека овие микротурбини ќе генерираат доволно електрична енергија за напојување на речиси секој гаџет. Во мај 2001 година, Комаречка добил патент за својот уникатен уред напојуван со нога.
Постои многу основен принцип за тоа како одиме: Стапалото паѓа од петица до прсти за време на секој чекор. Кога вашето стапало ќе слета на земја, силата се пренесува преку вашата петица. Кога се подготвувате за следниот чекор, го тркалате стапалото напред, така што силата се пренесува на предниот дел од вашето стапало. Комаречка очигледно го забележала овој основен принцип на одење и развила идеја да ја искористи моќта на оваа секојдневна активност.
„Обувките со склоп на хидроелектричен генератор“ на Комаречка се состојат од пет делови, како што е опишано во нејзиниот патент:
Течност – Системот ќе користи електрично спроводлива течност.
Вреќички за задржување на течноста – Една вреќичка се става во петицата, а друга во делот кај прстите на чевлата.
Канали – Каналите ја поврзуваат секоја кеса со микрогенератор.
Турбина – Како што водата се движи напред-назад во ѓонот, таа ги движи лопатките на мала турбина.
Микрогенератор – Генераторот се наоѓа помеѓу двете вреќички исполнети со течност и вклучува ротор со крила, кој придвижува вратило и го врти генераторот.
Додека лицето оди, компресијата на течноста во вреќата што се наоѓа во петицата на чевлата ќе ја истисне течноста низ цевката и во модулот на хидроелектричниот генератор. Додека корисникот продолжува да оди, петицата ќе се подигне и ќе се изврши притисок надолу врз вреќата под пределот на стапалото на лицето. Движењето на течноста ќе го ротира роторот и вратилото за да произведе електрична енергија.
Ќе биде обезбеден надворешен штекер за поврзување на жиците со преносен уред. Може да се обезбеди и излезна единица за контрола на напојувањето што ќе се носи на ременот на корисникот. Потоа, електронските уреди можат да се прикачат на оваа излезна единица за контрола на напојувањето, што ќе обезбеди стабилно снабдување со електрична енергија.
„Со зголемувањето на бројот на преносни уреди напојувани со батерии“, се вели во патентот, „постои зголемена потреба да се обезбеди долготраен, прилагодлив, ефикасен електричен извор“. Комаречка очекува дека неговиот уред ќе се користи за напојување на преносни компјутери, мобилни телефони, CD плеери, GPS приемници и двонасочни радио приемници.
Време на објавување: 21 јули 2022 година
