Madwar id-dinja, l-impjanti tal-idroenerġija jipproduċu madwar 24 fil-mija tal-elettriku tad-dinja u jipprovdu enerġija lil aktar minn biljun ruħ. L-impjanti tal-idroenerġija tad-dinja jipproduċu total ikkombinat ta’ 675,000 megawatt, l-ekwivalenti tal-enerġija ta’ 3.6 biljun barmil żejt, skont il-Laboratorju Nazzjonali tal-Enerġija Rinnovabbli. Hemm aktar minn 2,000 impjant tal-idroenerġija li joperaw fl-Istati Uniti, u dan jagħmel l-idroenerġija l-akbar sors ta’ enerġija rinnovabbli tal-pajjiż.
F'dan l-artiklu, se nagħtu ħarsa lejn kif l-ilma li jaqa' joħloq l-enerġija u nitgħallmu dwar iċ-ċiklu idroloġiku li joħloq il-fluss tal-ilma essenzjali għall-idroenerġija. Se tara wkoll applikazzjoni unika tal-idroenerġija li tista' taffettwa l-ħajja tiegħek ta' kuljum.
Meta tara xmara tgħaddi, huwa diffiċli timmaġina l-forza li qed iġġorr. Jekk qatt għamilt white-water rafting, allura ħassejt parti żgħira mill-qawwa tax-xmara. Ir-rapids tal-white-water jinħolqu hekk kif xmara, iġġorr ammont kbir ta’ ilma 'l isfel, u b'konġestjonijiet minn passaġġ dejjaq. Hekk kif ix-xmara tiġi mġiegħla tgħaddi minn din il-ftuħ, il-fluss tagħha jitħaffef. L-għargħar huwa eżempju ieħor ta’ kemm jista’ jkollu forza volum kbir ta’ ilma.
L-impjanti idroelettriċi jisfruttaw l-enerġija tal-ilma u jużaw mekkaniżmi sempliċi biex jikkonvertu dik l-enerġija f'elettriku. L-impjanti idroelettriċi huma fil-fatt ibbażati fuq kunċett pjuttost sempliċi — l-ilma li jiċċirkola minn ġo diga jdawwar turbina, li mbagħad iddawwar ġeneratur.
Hawn huma l-komponenti bażiċi ta' impjant idroelettriku konvenzjonali:
Diga – Il-biċċa l-kbira tal-impjanti idroelettriċi jiddependu fuq diga li żżomm l-ilma lura, u toħloq ġibjun kbir. Spiss, dan ir-ġibjun jintuża bħala lag rikreattiv, bħal-Lag Roosevelt fid-Diga ta’ Grand Coulee fl-Istat ta’ Washington.
Dħul – Il-bibien tad-diga jinfetħu u l-gravità tiġbed l-ilma mill-pajp li jwassal għat-turbina. L-ilma jibni l-pressjoni hekk kif jiċċirkola minn dan il-pajp.
Turbina – L-ilma jolqot u jdawwar ix-xfafar kbar ta’ turbina, li hija mwaħħla ma’ ġeneratur fuqha permezz ta’ xaft. L-aktar tip komuni ta’ turbina għall-impjanti idroelettriċi hija t-Turbina Francis, li tidher qisha diska kbira b’xfafar mgħawġa. Turbina tista’ tiżen sa 172 tunnellata u ddur b’rata ta’ 90 rivoluzzjoni fil-minuta (rpm), skont il-Fondazzjoni għall-Edukazzjoni dwar l-Ilma u l-Enerġija (FWEE).
Ġeneraturi – Hekk kif ix-xfafar tat-turbina jduru, hekk ukoll iduru serje ta’ kalamiti ġewwa l-ġeneratur. Kalamiti ġganti jduru maġenb il-koljaturi tar-ram, u jipproduċu kurrent alternanti (AC) billi jċaqalqu l-elettroni. (Titgħallem aktar dwar kif jaħdem il-ġeneratur aktar tard.)
Transformer – It-transformer ġewwa l-powerhouse jieħu l-AC u jikkonvertih għal kurrent ta’ vultaġġ ogħla.
Linji tal-elettriku – Minn kull impjant tal-elettriku joħorġu erba’ wajers: it-tliet fażijiet tal-enerġija li qed jiġu prodotti simultanjament flimkien ma’ newtrali jew art komuni għat-tlieta li huma. (Aqra Kif Jaħdmu l-Grids tad-Distribuzzjoni tal-Enerġija biex titgħallem aktar dwar it-trażmissjoni tal-linji tal-elettriku.)
Ħruġ – L-ilma użat jinġarr permezz ta' pajpijiet, imsejħa tailraces, u jerġa' jidħol fix-xmara 'l isfel mix-xmara.
L-ilma fir-riżervwar huwa kkunsidrat bħala enerġija maħżuna. Meta l-bibien jinfetħu, l-ilma li jiċċirkola mill-pajp tal-ilma jsir enerġija kinetika għax ikun miexi. L-ammont ta' elettriku li jiġi ġġenerat huwa determinat minn diversi fatturi. Tnejn minn dawn il-fatturi huma l-volum tal-fluss tal-ilma u l-ammont ta' ras idrawlika. Ir-ras tirreferi għad-distanza bejn il-wiċċ tal-ilma u t-turbini. Hekk kif ir-ras u l-fluss jiżdiedu, jiżdied ukoll l-elettriku ġġenerat. Ir-ras ġeneralment tiddependi fuq l-ammont ta' ilma fir-riżervwar.
Hemm tip ieħor ta' impjant idroelettriku, imsejjaħ l-impjant tal-ħażna ppumpjata. F'impjant idroelettriku konvenzjonali, l-ilma mir-riżervwar jiċċirkola mill-impjant, joħroġ u jinġarr 'l isfel max-xmara. Impjant tal-ħażna ppumpjata għandu żewġ riżervwar:
Riżerva ta' fuq – Bħal impjant idroelettriku konvenzjonali, diga toħloq riżerva. L-ilma f'din ir-riżerva jiċċirkola mill-impjant idroelettriku biex joħloq l-elettriku.
Riżervwar t'isfel – L-ilma li joħroġ mill-impjant idroelettriku jiċċirkola f'riżervwar t'isfel minflok ma jerġa' jidħol fix-xmara u jiċċirkola 'l isfel.
Bl-użu ta’ turbina riversibbli, l-impjant jista’ jippompja l-ilma lura lejn ir-riżervwar ta’ fuq. Dan isir fis-sigħat barra mill-ħinijiet tal-ogħla konsum. Essenzjalment, it-tieni riżervwar jimla mill-ġdid ir-riżervwar ta’ fuq. Billi jippompja l-ilma lura lejn ir-riżervwar ta’ fuq, l-impjant ikollu aktar ilma biex jiġġenera l-elettriku matul perjodi ta’ konsum għoli.
Il-Ġeneratur
Il-qalba tal-impjant tal-enerġija idroelettrika hija l-ġeneratur. Il-biċċa l-kbira tal-impjanti idroelettriċi għandhom diversi minn dawn il-ġeneraturi.
Il-ġeneratur, kif forsi qtajt, jiġġenera l-elettriku. Il-proċess bażiku tal-ġenerazzjoni tal-elettriku b'dan il-mod huwa li ddawwar serje ta' kalamiti ġewwa kolji tal-wajer. Dan il-proċess iċċaqlaq l-elettroni, li jipproduċu kurrent elettriku.
Id-Diga ta' Hoover għandha total ta' 17-il ġeneratur, li kull wieħed minnhom jista' jiġġenera sa 133 megawatt. Il-kapaċità totali tal-impjant idroelettriku tad-Diga ta' Hoover hija ta' 2,074 megawatt. Kull ġeneratur huwa magħmul minn ċerti partijiet bażiċi:
Xaft
Eċċitatur
Rotor
Stator
Hekk kif it-turbina ddur, l-eċitatur jibgħat kurrent elettriku lir-rotor. Ir-rotor huwa serje ta' elettrokalamiti kbar li jduru ġewwa kolja mdawra sewwa ta' wajer tar-ram, imsejħa l-istator. Il-kamp manjetiku bejn il-kolja u l-kalamiti joħloq kurrent elettriku.
Fid-diga ta' Hoover, kurrent ta' 16,500 amps jiċċaqlaq mill-ġeneratur għat-transformer, fejn il-kurrent jiżdied għal 230,000 amps qabel ma jiġi trasmess.
L-impjanti idroelettriċi jieħdu vantaġġ minn proċess kontinwu li jseħħ b'mod naturali — il-proċess li jikkawża li tinżel ix-xita u li jiżdiedu l-livell tax-xmajjar. Kuljum, il-pjaneta tagħna titlef ammont żgħir ta' ilma mill-atmosfera hekk kif ir-raġġi ultravjola jkissru l-molekuli tal-ilma. Iżda fl-istess ħin, ilma ġdid jiġi emess mill-parti ta' ġewwa tad-Dinja permezz ta' attività vulkanika. L-ammont ta' ilma maħluq u l-ammont ta' ilma mitluf huwa kważi l-istess.
Fi kwalunkwe ħin, il-volum totali ta' ilma fid-dinja jinsab f'ħafna forom differenti. Jista' jkun likwidu, bħal fl-oċeani, fix-xmajjar u fix-xita; solidu, bħal fil-glaċieri; jew gassuż, bħal fil-fwar tal-ilma inviżibbli fl-arja. L-ilma jibdel l-istati tiegħu hekk kif jiġi mċaqlaq madwar il-pjaneta mill-kurrenti tar-riħ. Il-kurrenti tar-riħ huma ġġenerati mill-attività tat-tisħin tax-xemx. Iċ-ċikli tal-kurrent tal-arja huma maħluqa mix-xemx li tiddi aktar fuq l-ekwatur milli fuq żoni oħra tal-pjaneta.
Iċ-ċikli tal-kurrent tal-arja jmexxu l-provvista tal-ilma tad-Dinja permezz ta’ ċiklu tiegħu stess, imsejjaħ iċ-ċiklu idroloġiku. Hekk kif ix-xemx issaħħan l-ilma likwidu, l-ilma jevapora f’fwar fl-arja. Ix-xemx issaħħan l-arja, u b’hekk l-arja titla’ fl-atmosfera. L-arja tkun iktar kiesħa iktar ’il fuq, għalhekk hekk kif il-fwar tal-ilma jitla’, jiksaħ, u jikkondensa fi qtar. Meta jakkumulaw biżżejjed qtar f’żona waħda, il-qtar jistgħu jsiru tqal biżżejjed biex jaqgħu lura lejn id-Dinja bħala preċipitazzjoni.
Iċ-ċiklu idroloġiku huwa importanti għall-impjanti tal-idroenerġija għax jiddependu fuq il-fluss tal-ilma. Jekk ma jkunx hemm xita ħdejn l-impjant, l-ilma ma jinġabarx kontra x-xmara. Jekk ma jinġabarx ilma kontra x-xmara, inqas ilma jiċċirkola mill-impjant tal-idroenerġija u jiġi ġġenerat inqas elettriku.
Ħin tal-pubblikazzjoni: 07 ta' Lulju 2021
