Në mbarë botën, hidrocentralet prodhojnë rreth 24 përqind të energjisë elektrike në botë dhe furnizojnë me energji më shumë se 1 miliard njerëz. Hidrocentralet në botë prodhojnë një total të kombinuar prej 675,000 megavatësh, ekuivalenti i energjisë prej 3.6 miliardë fuçi naftë, sipas Laboratorit Kombëtar të Energjisë së Rinovueshme. Në Shtetet e Bashkuara ka më shumë se 2,000 hidrocentrale që veprojnë, duke e bërë hidroenergjinë burimin më të madh të energjisë së rinovueshme në vend.
Në këtë artikull, do të hedhim një vështrim se si uji që bie krijon energji dhe do të mësojmë rreth ciklit hidrologjik që krijon rrjedhën e ujit thelbësore për hidroenergjinë. Gjithashtu, do të shihni një aplikim unik të hidroenergjisë që mund të ndikojë në jetën tuaj të përditshme.
Kur shikon një lumë që rrjedh, është e vështirë të imagjinosh forcën që mbart. Nëse ndonjëherë ke bërë rafting në ujëra të gjera, atëherë ke ndjerë një pjesë të vogël të fuqisë së lumit. Prapavijat e ujërave të gjera krijohen si një lumë, duke mbajtur një sasi të madhe uji drejt greminës, duke bllokuar një rrugëkalim të ngushtë. Ndërsa lumi detyrohet të kalojë nëpër këtë hapje, rrjedha e tij përshpejtohet. Përmbytjet janë një shembull tjetër se sa forcë mund të ketë një vëllim i jashtëzakonshëm uji.
Hidrocentralet shfrytëzojnë energjinë e ujit dhe përdorin mekanika të thjeshta për ta kthyer atë energji në energji elektrike. Hidrocentralet në fakt bazohen në një koncept mjaft të thjeshtë - uji që rrjedh nëpër një digë vë në lëvizje një turbinë, e cila vë në lëvizje një gjenerator.
Këtu janë përbërësit bazë të një hidrocentrali konvencional:
Boshti që lidh turbinën dhe gjeneratorin
Digë – Shumica e hidrocentraleve mbështeten në një digë që mban ujin, duke krijuar një rezervuar të madh. Shpesh, ky rezervuar përdoret si një liqen rekreativ, siç është Liqeni Roosevelt në Digën Grand Coulee në shtetin e Uashingtonit.
Marrja – Portat e digës hapen dhe graviteti tërheq ujin përmes tubacionit të ujit, një tubacion që të çon në turbinë. Uji krijon presion ndërsa rrjedh përmes këtij tubi.
Turbina – Uji godet dhe rrotullon fletët e mëdha të një turbine, e cila është e lidhur me një gjenerator sipër saj me anë të një boshti. Lloji më i zakonshëm i turbinës për hidrocentralet është Turbina Francis, e cila duket si një disk i madh me fletë të lakuara. Një turbinë mund të peshojë deri në 172 ton dhe të rrotullohet me një shpejtësi prej 90 rrotullimesh në minutë (rpm), sipas Fondacionit për Edukimin për Ujin dhe Energjinë (FWEE).
Gjeneratorët – Ndërsa rrotullohen fletët e turbinës, rrotullohet edhe një seri magnetësh brenda gjeneratorit. Magnetët gjigantë rrotullohen pranë spiraleve të bakrit, duke prodhuar rrymë alternative (AC) duke lëvizur elektronet. (Do të mësoni më shumë rreth mënyrës se si funksionon gjeneratori më vonë.)
Transformatori – Transformatori brenda centralit elektrik merr rrymën AC dhe e shndërron atë në rrymë me tension më të lartë.
Linjat e energjisë – Nga çdo termocentral dalin katër tela: tre fazat e energjisë prodhohen njëkohësisht plus një neutral ose tokëzim i përbashkët për të treja. (Lexoni Si Funksionojnë Rrjetet e Shpërndarjes së Energjisë për të mësuar më shumë rreth transmetimit të linjave të energjisë.)
Dalja – Uji i përdorur transportohet nëpërmjet tubacioneve, të quajtura kanale shkarkimi, dhe rihyn në rrjedhën e poshtme të lumit.
Uji në rezervuar konsiderohet energji e ruajtur. Kur portat hapen, uji që rrjedh përmes tubacionit të ujit shndërrohet në energji kinetike sepse është në lëvizje. Sasia e energjisë elektrike që gjenerohet përcaktohet nga disa faktorë. Dy nga këta faktorë janë vëllimi i rrjedhës së ujit dhe sasia e kokës hidraulike. Koka i referohet distancës midis sipërfaqes së ujit dhe turbinave. Ndërsa koka dhe rrjedha rriten, rritet edhe energjia elektrike e gjeneruar. Koka zakonisht varet nga sasia e ujit në rezervuar.
Ekziston një lloj tjetër hidrocentrali, i quajtur termocentral me pompë. Në një hidrocentral konvencional, uji nga rezervuari rrjedh përmes termocentralit, del dhe transportohet poshtë rrjedhës. Një termocentral me pompë ka dy rezervuarë:
Rezervuari i sipërm – Ashtu si një hidrocentral konvencional, një digë krijon një rezervuar. Uji në këtë rezervuar rrjedh përmes hidrocentralit për të krijuar energji elektrike.
Rezervuari i poshtëm – Uji që del nga hidrocentrali derdhet në një rezervuar të poshtëm në vend që të rihyjë në lumë dhe të rrjedhë poshtë rrjedhës së tij.
Duke përdorur një turbinë të kthyeshme, termocentrali mund të pompojë ujë përsëri në rezervuarin e sipërm. Kjo bëhet në orët jashtë orarit të pikut. Në thelb, rezervuari i dytë mbush rezervuarin e sipërm. Duke pompuar ujë përsëri në rezervuarin e sipërm, termocentrali ka më shumë ujë për të gjeneruar energji elektrike gjatë periudhave të konsumit maksimal.
Gjeneratori
Zemra e hidrocentralit është gjeneratori. Shumica e hidrocentraleve kanë disa nga këta gjeneratorë.
Gjeneratori, siç mund ta keni menduar, gjeneron energjinë elektrike. Procesi bazë i gjenerimit të energjisë elektrike në këtë mënyrë është rrotullimi i një serie magnetesh brenda spiraleve të telit. Ky proces lëviz elektronet, të cilat prodhojnë rrymë elektrike.
Diga Hoover ka gjithsej 17 gjeneratorë, secili prej të cilëve mund të gjenerojë deri në 133 megavat. Kapaciteti total i hidrocentralit të Digës Hoover është 2,074 megavat. Çdo gjenerator është i përbërë nga disa pjesë themelore:
Ndërsa turbina rrotullohet, ngacmuesi dërgon një rrymë elektrike në rotor. Rotori është një seri elektromagnetësh të mëdhenj që rrotullohen brenda një spiraleje të mbështjellë fort prej teli bakri, të quajtur stator. Fusha magnetike midis spirales dhe magnetëve krijon një rrymë elektrike.
Në Digën Hoover, një rrymë prej 16,500 amperësh lëviz nga gjeneratori në transformator, ku rryma rritet deri në 230,000 amper përpara se të transmetohet.
Hidrocentralet shfrytëzojnë një proces të vazhdueshëm dhe natyror — procesin që shkakton rënien e shiut dhe ngritjen e nivelit të lumenjve. Çdo ditë, planeti ynë humbet një sasi të vogël uji përmes atmosferës, ndërsa rrezet ultravjollcë i ndajnë molekulat e ujit. Por në të njëjtën kohë, ujë i ri emetohet nga pjesa e brendshme e Tokës përmes aktivitetit vullkanik. Sasia e ujit të krijuar dhe sasia e ujit të humbur është pothuajse e njëjtë.
Në çdo kohë, vëllimi i përgjithshëm i ujit në botë është në shumë forma të ndryshme. Mund të jetë i lëngshëm, si në oqeane, lumenj dhe shi; i ngurtë, si në akullnaja; ose i gaztë, si në avujt e ujit të padukshëm në ajër. Uji ndryshon gjendje ndërsa lëviz rreth planetit nga rrymat e erës. Rrymat e erës gjenerohen nga aktiviteti ngrohës i diellit. Ciklet e rrymave të ajrit krijohen nga dielli që shkëlqen më shumë në ekuator sesa në zona të tjera të planetit.
Ciklet e rrymave të ajrit e drejtojnë furnizimin me ujë të Tokës përmes një cikli më vete, të quajtur cikli hidrologjik. Ndërsa dielli ngroh ujin e lëngshëm, uji avullohet në avull në ajër. Dielli ngroh ajrin, duke bërë që ajri të ngrihet në atmosferë. Ajri është më i ftohtë në lartësi, kështu që ndërsa avulli i ujit ngrihet, ai ftohet, duke u kondensuar në pikëza. Kur grumbullohen pika të mjaftueshme në një zonë, pikat mund të bëhen mjaftueshëm të rënda për të rënë përsëri në Tokë si reshje.
Cikli hidrologjik është i rëndësishëm për hidrocentralet sepse ato varen nga rrjedha e ujit. Nëse nuk ka shi pranë termocentralit, uji nuk do të mblidhet në rrjedhën e sipërme. Pa ujë që mblidhet në rrjedhën e sipërme, më pak ujë rrjedh nëpër hidrocentral dhe gjenerohet më pak energji elektrike.
Ideja themelore e hidroenergjisë është përdorimi i fuqisë së një lëngu në lëvizje për të rrotulluar fletën e një turbine. Zakonisht, një digë e madhe duhet të ndërtohet në mes të një lumi për të kryer këtë funksion. Një shpikje e re po shfrytëzon idenë e hidroenergjisë në një shkallë shumë më të vogël për të siguruar energji elektrike për pajisje elektronike portative.
Shpikësi Robert Komarechka nga Ontario, Kanada, ka dalë me idenë e vendosjes së gjeneratorëve të vegjël hidroenergjetikë në shputat e këpucëve. Ai beson se këto mikro-turbina do të gjenerojnë energji elektrike të mjaftueshme për të furnizuar me energji pothuajse çdo pajisje. Në maj të vitit 2001, Komarechka mori një patentë për pajisjen e tij unike që funksionon me këmbë.
Ekziston një parim shumë themelor se si ecim: Këmba bie nga thembra te gishtat e këmbëve gjatë çdo hapi. Ndërsa këmba juaj bie në tokë, forca kalon poshtë përmes thembrës. Kur përgatiteni për hapin tuaj të radhës, e rrotulloni këmbën përpara, në mënyrë që forca të transferohet në majë të këmbës suaj. Me sa duket, Komarechka e vuri re këtë parim themelor të ecjes dhe ka zhvilluar një ide për të shfrytëzuar fuqinë e këtij aktiviteti të përditshëm.
Ka pesë pjesë në “këpucët me montim gjeneratori hidroelektrik” të Komarechkës, siç përshkruhet në patentën e saj:
Lëngu – Sistemi do të përdorë një lëng përçues elektrik.
Qese për të mbajtur lëngun – Një qese vendoset në thembër dhe një tjetër në pjesën e gishtërinjve të këpucës.
Kanalet – Kanalet lidhin çdo qese me një mikrogjenerator.
Turbina – Ndërsa uji lëviz para dhe mbrapa në shputë, ai lëviz edhe fletët e një turbine të vogël.
Mikrogjenerator – Gjeneratori ndodhet midis dy qeseve të mbushura me lëng dhe përfshin një rotor me fletë, i cili vë në lëvizje një bosht dhe e rrotullon gjeneratorin.
Ndërsa një person ecën, kompresimi i lëngut në qesen e vendosur në thembrën e këpucës do ta shtyjë lëngun përmes tubit dhe në modulin e gjeneratorit hidroelektrik. Ndërsa përdoruesi vazhdon të ecë, thembra do të ngrihet dhe do të ushtrohet presion poshtë në qesen nën majën e këmbës së personit. Lëvizja e lëngut do të rrotullojë rotorin dhe boshtin për të prodhuar energji elektrike.
Do të sigurohet një prizë e jashtme për të lidhur telat me një pajisje portative. Mund të sigurohet edhe një njësi dalëse për kontrollin e energjisë që do të mbahet në rripin e përdoruesit. Pajisjet elektronike mund të lidhen më pas me këtë njësi dalëse për kontrollin e energjisë, e cila do të sigurojë një furnizim të qëndrueshëm me energji elektrike.
“Me rritjen e numrit të pajisjeve portative që punojnë me bateri”, thuhet në patentë, “ekziston një nevojë në rritje për të siguruar një burim elektrik afatgjatë, të adaptueshëm dhe efikas.” Komarechka pret që pajisja e tij të përdoret për të furnizuar me energji kompjuterët portativë, telefonat celularë, lexuesit e CD-ve, marrësit GPS dhe radiot me dy drejtime.
Koha e postimit: 21 korrik 2022
