Дэлхий даяар усан цахилгаан станцууд дэлхийн цахилгаан эрчим хүчний 24 орчим хувийг үйлдвэрлэж, 1 тэрбум гаруй хүнийг цахилгаан эрчим хүчээр хангадаг. Үндэсний Сэргээгдэх Эрчим Хүчний Лабораторийн мэдээлснээр дэлхийн усан цахилгаан станцууд нийт 675,000 мегаватт буюу 3.6 тэрбум баррель газрын тостой тэнцэх эрчим хүч үйлдвэрлэдэг. АНУ-д 2000 гаруй усан цахилгаан станц ажиллаж байгаа нь усан цахилгаан станцыг тус улсын хамгийн том сэргээгдэх эрчим хүчний эх үүсвэр болгож байна.
Энэ нийтлэлд бид унаж буй ус хэрхэн энерги үүсгэдэг талаар авч үзэх бөгөөд усан цахилгаан станцад зайлшгүй шаардлагатай усны урсгалыг бий болгодог гидрологийн мөчлөгийн талаар мэдэх болно. Мөн та өдөр тутмын амьдралд тань нөлөөлж болох усан цахилгаан станцын нэг өвөрмөц хэрэглээний талаар товч танилцуулах болно.
Голын урсгал урсаж байгааг харахад түүний хүчийг төсөөлөхөд хэцүү байдаг. Хэрэв та хэзээ нэгэн цагт салаар аялж байсан бол голын хүчний багахан хэсгийг мэдэрсэн байх. Цагаан усны шуурга нь их хэмжээний усыг уруу зүг рүү урсгаж, нарийн замаар саад тотгор үүсгэдэг гол хэлбэрээр үүсдэг. Гол энэ нүхээр шахагдах үед түүний урсгал хурдасдаг. Үер бол асар их хэмжээний ус хэр их хүч чадалтай болохыг харуулсан бас нэгэн жишээ юм.
Усан цахилгаан станцууд усны энергийг ашиглаж, энгийн механикийг ашиглан уг энергийг цахилгаан болгон хувиргадаг. Усан цахилгаан станцууд нь үнэндээ нэлээд энгийн ойлголт дээр суурилдаг - далангаар урсаж буй ус турбиныг эргүүлдэг бөгөөд энэ нь генераторыг эргүүлдэг.
Уламжлалт усан цахилгаан станцын үндсэн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг энд оруулав.
Турбин ба генераторыг холбосон босоо ам
Далан – Ихэнх усан цахилгаан станцууд усыг барьж, том усан сан үүсгэдэг далангаас хамаардаг. Энэ усан санг ихэвчлэн Вашингтон мужийн Гранд Кули далан дахь Рузвельт нуур гэх мэт амралт зугаалгын нуур болгон ашигладаг.
Усны хэрэглээ – Далан дээрх хаалга онгойж, таталцлын хүч усыг турбин руу хүргэдэг хоолой болох хашаагаар татдаг. Ус энэ хоолойгоор урсахдаа даралт үүсгэдэг.
Турбин – Ус нь турбины том ирийг цохиж эргүүлдэг бөгөөд турбин нь түүний дээр байрлах генераторт босоо амаар бэхлэгддэг. Усан цахилгаан станцын хамгийн түгээмэл турбин бол муруй иртэй том диск шиг харагддаг Фрэнсис Турбин юм. Ус ба Эрчим Хүчний Боловсролын Сан (FWEE)-ийн мэдээлснээр турбин нь 172 тонн жинтэй бөгөөд минутанд 90 эргэлтийн хурдтай эргэлддэг.
Генераторууд – Турбины ир эргэх үед генераторын доторх цуврал соронзууд ч мөн адил эргэлддэг. Аварга том соронзнууд зэс ороомгийн хажуугаар эргэлдэж, электронуудыг хөдөлгөснөөр хувьсах гүйдэл (AC) үүсгэдэг. (Та генератор хэрхэн ажилладаг талаар дараа нь илүү ихийг мэдэх болно.)
Трансформатор – Цахилгаан станцын доторх трансформатор нь хувьсах гүйдлийг авч, өндөр хүчдэлийн гүйдэл болгон хувиргадаг.
Цахилгаан шугам – Цахилгаан станц бүрээс дөрвөн утас гардаг: цахилгааны гурван үе шатыг нэгэн зэрэг үйлдвэрлэдэг бөгөөд гурвуулаа нийтлэг саармаг буюу газардуулгын утастай. (Цахилгаан дамжуулах шугамын талаар дэлгэрэнгүй мэдээлэл авахыг хүсвэл Цахилгаан түгээх сүлжээ хэрхэн ажилладаг талаар уншина уу.)
Урсгал – Ашигласан усыг сүүлний суваг гэж нэрлэгддэг хоолойгоор дамжуулж, голын урсгалын доод хэсэгт буцаж ордог.
Усан сан дахь усыг хадгалсан энерги гэж үздэг. Хаалга онгойлгоход хаалтаар урсаж буй ус хөдөлгөөнтэй байдаг тул кинетик энерги болдог. Үүссэн цахилгаан эрчим хүчний хэмжээ хэд хэдэн хүчин зүйлээс хамаардаг. Эдгээр хүчин зүйлсийн хоёр нь усны урсгалын хэмжээ болон гидравлик толгойн хэмжээ юм. Толгой нь усны гадаргуу болон турбинуудын хоорондох зайг хэлнэ. Толгой болон урсгал нэмэгдэхийн хэрээр үүссэн цахилгаан эрчим хүч нэмэгддэг. Толгой нь ихэвчлэн усан сан дахь усны хэмжээнээс хамаардаг.
Ус шахах агуулахын станц гэж нэрлэгддэг өөр нэг төрлийн усан цахилгаан станц байдаг. Уламжлалт усан цахилгаан станцад усан сангаас гарч буй ус нь станцаар урсаж, гарч, урсгалаар урсдаг. Ус шахах агуулахын станц нь хоёр усан сантай:
Дээд усан сан – Уламжлалт усан цахилгаан станцын нэгэн адил далан нь усан сан үүсгэдэг. Энэхүү усан сан дахь ус нь усан цахилгаан станцаар дамжин цахилгаан үүсгэдэг.
Доод усан сан – Усан цахилгаан станцаас гарч буй ус гол руу буцаж орж, урсгалын дагуу урсахын оронд доод усан сан руу урсдаг.
Эргэдэг турбин ашиглан станц нь усыг дээд усан сан руу буцааж шахаж чаддаг. Үүнийг оргил ачааллын бус цагаар хийдэг. Үндсэндээ хоёр дахь усан сан нь дээд усан санг дүүргэдэг. Усыг дээд усан сан руу буцааж шахах замаар станц нь оргил ачааллын үед цахилгаан үйлдвэрлэхэд илүү их устай болдог.
Генератор
Усан цахилгаан станцын зүрх нь генератор юм. Ихэнх усан цахилгаан станцууд эдгээр генераторын хэд хэдэн загвартай байдаг.
Таны таамаглаж байсанчлан генератор нь цахилгаан үүсгэдэг. Ийм байдлаар цахилгаан үүсгэх үндсэн процесс нь утсан ороомог дотор цуврал соронзыг эргүүлэх явдал юм. Энэ процесс нь электронуудыг хөдөлгөж, улмаар цахилгаан гүйдэл үүсгэдэг.
Хуверын далан нь нийт 17 генератортой бөгөөд эдгээр нь тус бүр нь 133 мегаватт хүртэл цахилгаан үйлдвэрлэх боломжтой. Хуверын далангийн усан цахилгаан станцын нийт хүчин чадал нь 2,074 мегаватт юм. Генератор бүр нь тодорхой үндсэн хэсгээс бүрдэнэ:
Турбин эргэх үед өдөөгч нь ротор руу цахилгаан гүйдэл илгээдэг. Ротор нь статор гэж нэрлэгддэг нягт ороосон зэс утсаар хийсэн ороомгийн дотор эргэлддэг том цахилгаан соронзонуудын цуврал юм. Ороомог болон соронзны хоорондох соронзон орон нь цахилгаан гүйдэл үүсгэдэг.
Хуверын далан дээр 16,500 амперын гүйдэл генератороос трансформатор руу шилждэг бөгөөд тэнд гүйдэл дамжуулахаасаа өмнө 230,000 ампер хүртэл нэмэгддэг.
Усан цахилгаан станцууд байгалийн жамаар явагддаг, тасралтгүй үйл явцыг ашигладаг бөгөөд энэ нь бороо орж, гол мөрний усны түвшин нэмэгдэхэд хүргэдэг. Өдөр бүр манай гараг агаар мандлаар дамжуулан бага хэмжээний ус алддаг бөгөөд хэт ягаан туяа нь усны молекулуудыг задалдаг. Гэхдээ үүний зэрэгцээ галт уулын үйл ажиллагааны улмаас дэлхийн дотоод хэсгээс шинэ ус ялгардаг. Үүссэн усны хэмжээ болон алдагдсан усны хэмжээ ойролцоогоор ижил байдаг.
Дэлхийн нийт усны хэмжээ аль ч үед олон янзын хэлбэртэй байдаг. Энэ нь далай, гол мөрөн, борооны ус шиг шингэн, мөсөн голын ус шиг хатуу, эсвэл агаарт үл үзэгдэх усны уур шиг хий хэлбэртэй байж болно. Ус нь салхины урсгалаар дэлхийг тойрон хөдөлж байх үед төлөв байдал нь өөрчлөгддөг. Салхины урсгал нь нарны халаалтын үйл ажиллагааны үр дүнд үүсдэг. Агаарын урсгалын мөчлөг нь нарны тусгал нь дэлхийн бусад хэсгээс илүү экватор дээр тусахаас үүсдэг.
Агаарын урсгалын мөчлөг нь дэлхийн усны хангамжийг гидрологийн мөчлөг гэж нэрлэгддэг өөрийн гэсэн мөчлөгөөр удирддаг. Нар шингэн усыг халаахад ус агаарт ууршиж ууршдаг. Нар агаарыг халааж, агаар мандалд дээшээ хөрдөг. Агаар нь дээшээ хүйтэн байдаг тул усны уур дээшлэх тусам хөрч, дусал болж конденсацладаг. Нэг хэсэгт хангалттай дусал хуримтлагдахад дусал нь хур тунадас болж Дэлхий рүү буцаж унах хэмжээний хүнд болж магадгүй юм.
Усны урсгалаас хамааралтай тул усан цахилгаан станцуудад гидрологийн мөчлөг чухал юм. Хэрэв станцын ойролцоо бороо орохгүй бол урсгалын дээд хэсэгт ус хуримтлагдахгүй. Урсгал дээр ус хуримтлагдахгүй бол усан цахилгаан станцаар бага ус урсаж, цахилгаан бага үйлдвэрлэгддэг.
Усан цахилгаан станцын үндсэн санаа бол хөдөлж буй шингэний хүчийг ашиглан турбины ирийг эргүүлэх явдал юм. Ихэвчлэн энэ үүргийг гүйцэтгэхийн тулд голын голд том далан барих шаардлагатай болдог. Шинэ бүтээл нь зөөврийн электрон төхөөрөмжүүдийг цахилгаан эрчим хүчээр хангахын тулд усан цахилгаан станцын санааг хамаагүй бага хэмжээгээр ашиглаж байна.
Канадын Онтарио мужийн зохион бүтээгч Роберт Комаречка гутлын уланд жижиг усан цахилгаан үүсгүүр байрлуулах санааг гаргажээ. Тэрээр эдгээр бичил турбинууд бараг ямар ч төхөөрөмжийг ажиллуулахад хангалттай цахилгаан үйлдвэрлэнэ гэж үзэж байна. 2001 оны 5-р сард Комаречка хөлөөрөө ажилладаг өвөрмөц төхөөрөмжийнхөө патентыг авчээ.
Бидний алхах арга барилд маш энгийн зарчим байдаг: Алхах бүрт хөл өсгий хүртлээ унадаг. Хөл чинь газарт унах үед хүч нь өсгийгөөр дамжин доошоо буудаг. Дараагийн алхамдаа бэлдэхдээ хөлөө урагш өнхрүүлдэг тул хүч нь хөлийн чинь орой руу шилждэг. Комаречка алхах энэ үндсэн зарчмыг анзаарч, өдөр тутмын үйл ажиллагааны хүчийг ашиглах санаа боловсруулсан бололтой.
Комаречкагийн патентад дурдсанчлан "усан цахилгаан үүсгүүрийн угсралттай гутал" нь таван хэсгээс бүрдэнэ.
Шингэн – Систем нь цахилгаан дамжуулагч шингэн ашиглана.
Шингэнийг хадгалах уутнууд – Нэг уутыг гутлын өсгийд, нөгөөг нь хөлийн хурууны хэсэгт байрлуулна.
Дамжуулах хоолой – Дамжуулах хоолойнууд нь уут бүрийг микрогенератортой холбодог.
Турбин – Ус уланд урагш хойш хөдлөхдөө жижиг турбины ирийг хөдөлгөдөг.
Микрогенератор – Генератор нь шингэнээр дүүргэсэн хоёр уутны хооронд байрладаг бөгөөд голыг хөдөлгөж, генераторыг эргүүлдэг сэнсний ротортой.
Хүн алхах үед гутлын өсгийд байрлах уутанд байгаа шингэн шахагдах нь шингэнийг дамжуулах хоолойгоор дамжуулан усан цахилгаан үүсгүүрийн модуль руу шахдаг. Хэрэглэгч үргэлжлүүлэн алхах үед өсгийг өргөж, хүний хөлийн доорх уутанд доош чиглэсэн даралт үйлчилнэ. Шингэний хөдөлгөөн нь ротор болон голыг эргүүлж цахилгаан үүсгэдэг.
Утсыг зөөврийн төхөөрөмжид холбохын тулд гадна талын залгуурыг байрлуулна. Хэрэглэгчийн бүсэнд зүүх цахилгаан хяналтын гаралтын төхөөрөмжийг мөн байрлуулж болно. Дараа нь электрон төхөөрөмжийг энэхүү цахилгаан хяналтын гаралтын төхөөрөмжид холбож болох бөгөөд энэ нь цахилгаан эрчим хүчний тогтвортой хангамжийг хангах болно.
"Батерейгаар ажилладаг, зөөврийн төхөөрөмжүүдийн тоо нэмэгдэхийн хэрээр удаан эдэлгээтэй, дасан зохицох чадвартай, үр ашигтай цахилгаан эх үүсвэрээр хангах хэрэгцээ нэмэгдэж байна" гэж патентт бичсэн байна. Комаречка өөрийн төхөөрөмжийг зөөврийн компьютер, гар утас, CD тоглуулагч, GPS хүлээн авагч болон хоёр талын радиог тэжээхэд ашиглана гэж найдаж байна.
Нийтэлсэн цаг: 2022 оны 7-р сарын 21
