Широм света, хидроелектране производе око 24 процента светске електричне енергије и снабдевају више од милијарду људи електричном енергијом. Светске хидроелектране производе укупно 675.000 мегавата, што је енергетски еквивалент 3,6 милијарди барела нафте, према подацима Националне лабораторије за обновљиву енергију. У Сједињеним Државама ради више од 2.000 хидроелектрана, што хидроенергију чини највећим обновљивим извором енергије у земљи.
У овом чланку ћемо погледати како вода која пада ствара енергију и сазнати о хидролошком циклусу који ствара проток воде неопходан за хидроенергију. Такође ћете добити увид у једну јединствену примену хидроенергије која може утицати на ваш свакодневни живот.
Када посматрате како река тече, тешко је замислити силу коју носи. Ако сте икада били на рафтингу, онда сте осетили мали део моћи реке. Брзаци настају када река носи велику количину воде низбрдо, стварајући уска грла кроз уски пролаз. Како се река гура кроз овај отвор, њен ток се убрзава. Поплаве су још један пример колику силу може имати огромна количина воде.
Хидроелектране користе енергију воде и једноставну механику да би ту енергију претвориле у електричну енергију. Хидроелектране се заправо заснивају на прилично једноставном концепту — вода која тече кроз брану покреће турбину, која покреће генератор.
Ево основних компоненти конвенционалне хидроелектране:
Брана – Већина хидроелектрана се ослања на брану која задржава воду, стварајући велики акумулациони резервоар. Често се овај акумулациони резервоар користи као рекреативно језеро, као што је језеро Рузвелт на брани Гранд Кули у држави Вашингтон.
Усис – Капије на брани се отварају и гравитација повлачи воду кроз цевовод, цевовод који води до турбине. Вода повећава притисак док тече кроз ову цев.
Турбина – Вода удара и окреће велике лопатице турбине, која је причвршћена за генератор изнад ње помоћу осовине. Најчешћи тип турбине за хидроелектране је Франсисова турбина, која изгледа као велики диск са закривљеним лопатицама. Турбина може тежити и до 172 тоне и окретати се брзином од 90 обртаја у минути (rpm), према Фондацији за образовање о води и енергији (FWEE).
Генератори – Како се лопатице турбине окрећу, тако се окреће и низ магнета унутар генератора. Џиновски магнети се окрећу око бакарних калемова, производећи наизменичну струју (AC) померањем електрона. (Више о томе како генератор ради сазнаћете касније.)
Трансформатор – Трансформатор унутар електране узима наизменичну струју и претвара је у струју вишег напона.
Далеководи – Из сваке електране излазе четири жице: три фазе струје које се производе истовремено плус неутрална жица или уземљење заједничко за све три. (Прочитајте Како функционишу мреже за дистрибуцију електричне енергије да бисте сазнали више о преносу далеководом.)
Одлив – Искоришћена вода се преноси кроз цевоводе, који се називају одводни канали, и поново улази у реку низводно.
Вода у резервоару се сматра ускладиштеном енергијом. Када се запорне капије отворе, вода која тече кроз цевовод постаје кинетичка енергија јер је у покрету. Количина електричне енергије која се генерише одређена је неколико фактора. Два од тих фактора су запремина протока воде и количина хидрауличног притиска. Притисак се односи на растојање између површине воде и турбина. Како се притисак и проток повећавају, повећава се и произведена електрична енергија. Притисак обично зависи од количине воде у резервоару.
Постоји још једна врста хидроелектране, која се назива пумпно-акумулациона електрана. У конвенционалној хидроелектрани, вода из акумулације протиче кроз постројење, излази и носи се низводно. Пумпно-акумулациона електрана има два акумулације:
Горњи резервоар – Као и конвенционална хидроелектрана, брана ствара резервоар. Вода у овом резервоару тече кроз хидроелектрану и производи електричну енергију.
Доњи резервоар – Вода која излази из хидроелектране улива се у доњи резервоар уместо да се поново улива у реку и тече низводно.
Користећи реверзибилну турбину, постројење може да пумпа воду назад у горњи резервоар. То се ради ван шпица. У суштини, други резервоар допуњава горњи резервоар. Пумпањем воде назад у горњи резервоар, постројење има више воде за производњу електричне енергије током периода вршне потрошње.
Генератор
Срце хидроелектране је генератор. Већина хидроелектрана има неколико ових генератора.
Генератор, као што сте можда претпоставили, генерише електричну енергију. Основни процес генерисања електричне енергије на овај начин је ротирање низа магнета унутар калемова жице. Овај процес помера електроне, што производи електричну струју.
Хуверова брана има укупно 17 генератора, од којих сваки може да произведе до 133 мегавата. Укупни капацитет хидроелектране Хуверове бране је 2.074 мегавата. Сваки генератор је направљен од одређених основних делова:
Вратило
Побуђивач
Ротор
Статор
Како се турбина окреће, побуђивач шаље електричну струју ротору. Ротор је низ великих електромагнета који се окрећу унутар чврсто намотане завојнице од бакарне жице, која се назива статор. Магнетно поље између завојнице и магнета ствара електричну струју.
У Хуверовој брани, струја од 16.500 ампера креће се од генератора до трансформатора, где се струја повећава на 230.000 ампера пре него што се пренесе.
Хидроелектране користе предности природног, континуираног процеса — процеса који узрокује падање кише и пораст река. Сваког дана наша планета губи малу количину воде кроз атмосферу јер ултраљубичасти зраци разграђују молекуле воде. Али истовремено, нова вода се емитује из унутрашњости Земље кроз вулканску активност. Количина створене воде и количина изгубљене воде је приближно иста.
У било ком тренутку, укупна запремина воде на свету налази се у много различитих облика. Може бити течна, као у океанима, рекама и киши; чврста, као у глечерима; или гасовита, као у невидљивој воденој пари у ваздуху. Вода мења агрегатна стања док се креће по планети ветровитим струјама. Ветрови настају топлотном активношћу сунца. Циклуси ваздушних струја настају тиме што сунце више сија на екватору него на другим деловима планете.
Циклуси ваздушних струја покрећу залихе воде на Земљи кроз сопствени циклус, који се назива хидролошки циклус. Како сунце загрева течну воду, она испарава у пару у ваздуху. Сунце загрева ваздух, што узрокује да се ваздух подиже у атмосфери. Ваздух је хладнији на вишим ногама, па како се водена пара подиже, она се хлади, кондензујући у капљице. Када се довољно капљица акумулира на једном месту, капљице могу постати довољно тешке да падну назад на Земљу као падавине.
Хидролошки циклус је важан за хидроелектране јер зависе од протока воде. Ако нема кише у близини постројења, вода се неће сакупљати узводно. Без сакупљања воде узводно, мање воде протиче кроз хидроелектрану и производи се мање електричне енергије.
Време објаве: 07.07.2021.
