På verdensbasis produserer vannkraftverk rundt 24 prosent av verdens elektrisitet og forsyner mer enn 1 milliard mennesker med kraft.Verdens vannkraftverk produserer til sammen 675 000 megawatt, tilsvarende 3,6 milliarder fat olje, ifølge National Renewable Energy Laboratory.Det er mer enn 2000 vannkraftverk i drift i USA, noe som gjør vannkraft til landets største fornybare energikilde.
I denne artikkelen skal vi ta en titt på hvordan fallende vann skaper energi og lære om den hydrologiske syklusen som skaper vannstrømmen som er avgjørende for vannkraft.Du vil også få et glimt av en unik bruk av vannkraft som kan påvirke hverdagen din.
Når du ser en elv rulle forbi, er det vanskelig å forestille seg kraften den bærer.Hvis du noen gang har vært rafting, har du følt en liten del av elvens kraft.Hvitvannsstryk er skapt som en elv, som fører en stor mengde vann nedover, flaskehalser gjennom en smal passasje.Når elven tvinges gjennom denne åpningen, øker strømmen.Flom er nok et eksempel på hvor mye kraft et enormt vannvolum kan ha.
Vannkraftverk utnytter vannets energi og bruker enkel mekanikk for å konvertere denne energien til elektrisitet.Vannkraftverk er faktisk basert på et ganske enkelt konsept - vann som strømmer gjennom en demning snur en turbin, som snur en generator.
Her er de grunnleggende komponentene til et konvensjonelt vannkraftverk:
Dam - De fleste vannkraftverk er avhengige av en demning som holder tilbake vann, og skaper et stort reservoar.Ofte brukes dette reservoaret som en rekreasjonsinnsjø, for eksempel Lake Roosevelt ved Grand Coulee Dam i Washington State.
Inntak – Porter på demningen åpner seg og tyngdekraften trekker vannet gjennom pennstokken, en rørledning som fører til turbinen.Vann bygger opp trykk når det strømmer gjennom dette røret.
Turbin - Vannet treffer og snur de store bladene til en turbin, som er festet til en generator over den ved hjelp av en aksel.Den vanligste typen turbin for vannkraftverk er Francis Turbine, som ser ut som en stor skive med buede blader.En turbin kan veie så mye som 172 tonn og snu med en hastighet på 90 omdreininger per minutt (rpm), ifølge Foundation for Water & Energy Education (FWEE).
Generatorer – Når turbinbladene snur seg, gjør en serie magneter inne i generatoren.Kjempemagneter roterer forbi kobberspoler, og produserer vekselstrøm (AC) ved å bevege elektroner.(Du vil lære mer om hvordan generatoren fungerer senere.)
Transformator - Transformatoren inne i krafthuset tar AC og konverterer den til høyere spenningsstrøm.
Kraftledninger – Fra hvert kraftverk kommer fire ledninger: de tre fasene av kraft produseres samtidig pluss en nøytral eller jord som er felles for alle tre.(Les Hvordan kraftdistribusjonsnett fungerer for å lære mer om kraftlinjeoverføring.)
Utstrømning – Brukt vann føres gjennom rørledninger, kalt tailraces, og kommer tilbake i elven nedstrøms.
Vannet i reservoaret regnes som lagret energi.Når portene åpnes, blir vannet som strømmer gjennom pennestokken kinetisk energi fordi det er i bevegelse.Mengden elektrisitet som genereres bestemmes av flere faktorer.To av disse faktorene er volumet av vannstrømmen og mengden hydraulisk trykkhøyde.Hodet refererer til avstanden mellom vannoverflaten og turbinene.Etter hvert som fallhøyden og flyten øker, øker også elektrisiteten som genereres.Hodet er vanligvis avhengig av vannmengden i reservoaret.
Det er en annen type vannkraftverk, kalt pumpeanlegget.I et konvensjonelt vannkraftverk renner vannet fra magasinet gjennom anlegget, går ut og føres nedstrøms.Et pumpeanlegg har to reservoarer:
Øvre reservoar – Som et konvensjonelt vannkraftverk skaper en demning et reservoar.Vannet i dette magasinet renner gjennom vannkraftverket for å lage elektrisitet.
Nedre magasin – Vann som kommer ut av vannkraftverket renner inn i et lavere magasin i stedet for å gå inn i elva igjen og renner nedstrøms.
Ved hjelp av en reversibel turbin kan anlegget pumpe vann tilbake til det øvre reservoaret.Dette gjøres utenfor rushtiden.I hovedsak fyller det andre reservoaret det øvre reservoaret på nytt.Ved å pumpe vann tilbake til det øvre reservoaret har anlegget mer vann til å generere strøm i perioder med toppforbruk.
Generatoren
Hjertet i vannkraftverket er generatoren.De fleste vannkraftverk har flere av disse generatorene.
Generatoren, som du kanskje har gjettet, genererer elektrisiteten.Den grunnleggende prosessen med å generere elektrisitet på denne måten er å rotere en serie magneter inne i trådspoler.Denne prosessen flytter elektroner, som produserer elektrisk strøm.
Hoover Dam har totalt 17 generatorer, som hver kan generere opptil 133 megawatt.Den totale kapasiteten til Hoover Dam vannkraftverk er 2.074 megawatt.Hver generator er laget av visse grunnleggende deler:
Aksel
Excitor
Rotor
Stator
Når turbinen snur, sender magnetiseringsanordningen en elektrisk strøm til rotoren.Rotoren er en serie store elektromagneter som spinner inne i en tett viklet spole av kobbertråd, kalt statoren.Magnetfeltet mellom spolen og magnetene skaper en elektrisk strøm.
I Hoover Dam går en strøm på 16 500 ampere fra generatoren til transformatoren, hvor strømmen ramper opp til 230 000 ampere før den overføres.
Vannkraftverk drar fordel av en naturlig forekommende, kontinuerlig prosess - prosessen som får regn til å falle og elver til å stige.Hver dag mister planeten vår en liten mengde vann gjennom atmosfæren ettersom ultrafiolette stråler bryter vannmolekyler fra hverandre.Men samtidig slippes det ut nytt vann fra den indre delen av jorden gjennom vulkansk aktivitet.Mengden vann som skapes og mengden vann som går tapt er omtrent den samme.
Til enhver tid er verdens totale vannvolum i mange forskjellige former.Det kan være flytende, som i hav, elver og regn;solid, som i isbreer;eller gassformig, som i den usynlige vanndampen i luften.Vann endrer tilstand når det flyttes rundt på planeten av vindstrømmer.Vindstrømmer genereres av solens varmeaktivitet.Luftstrømsykluser skapes av at solen skinner mer på ekvator enn på andre områder av planeten.
Luft-strømsykluser driver jordens vannforsyning gjennom en egen syklus, kalt den hydrologiske syklusen.Når solen varmer opp flytende vann, fordamper vannet til damp i luften.Solen varmer opp luften og får luften til å stige opp i atmosfæren.Luften er kaldere høyere opp, så når vanndampen stiger, avkjøles den og kondenserer til dråper.Når nok dråper samler seg i ett område, kan dråpene bli tunge nok til å falle tilbake til jorden som nedbør.
Den hydrologiske syklusen er viktig for vannkraftverk fordi de er avhengige av vannføring.Hvis det er mangel på regn i nærheten av planten, vil vannet ikke samle seg oppstrøms.Uten vann som samler seg opp strømmen, renner mindre vann gjennom vannkraftverket og mindre elektrisitet genereres.
Innleggstid: juli-07-2021
