Di sakuliah dunya, pembangkit listrik tenaga air ngahasilkeun sakitar 24 persén listrik dunya sareng nyayogikeun listrik ka langkung ti 1 milyar jalmi. Pembangkit listrik tenaga air di dunya ngahasilkeun total 675.000 megawatt, énergi anu sami sareng 3,6 milyar barel minyak, numutkeun Laboratorium Énergi Terbarukan Nasional. Aya langkung ti 2.000 pembangkit listrik tenaga air anu beroperasi di Amérika Serikat, ngajantenkeun pembangkit listrik tenaga air sumber énergi terbarukan panggedéna di nagara éta.
Dina tulisan ieu, urang bakal ningali kumaha cai anu murag nyiptakeun énergi sareng diajar ngeunaan siklus hidrologi anu nyiptakeun aliran cai anu penting pikeun PLTA. Anjeun ogé bakal ningali hiji aplikasi unik PLTA anu tiasa mangaruhan kahirupan anjeun sapopoe.
Nalika ningali walungan ngaliwat, hésé ngabayangkeun kakuatan anu dibawana. Upami anjeun kantos arung jeram, anjeun bakal ngaraos sabagian leutik tina kakuatan walungan éta. Jeram cai bodas kabentuk salaku walungan, anu mawa seueur cai ka handap, ngahalangan jalan sempit. Nalika walungan kapaksa ngaliwatan liang ieu, aliranna bakal gancang. Banjir mangrupikeun conto sanés sabaraha kakuatan anu tiasa dipiboga ku cai anu ageung.
Pembangkit listrik tenaga cai ngamangpaatkeun énergi cai sareng nganggo mékanika saderhana pikeun ngarobih énergi éta janten listrik. Pembangkit listrik tenaga cai sabenerna dumasar kana konsép anu saderhana — cai anu ngalir ngaliwatan bendungan muterkeun turbin, anu teras muterkeun generator.
Ieu komponén dasar tina PLTA konvensional:
Poros anu nyambungkeun turbin sareng generator
Bendungan – Kaseueuran pembangkit listrik tenaga cai ngandelkeun bendungan anu nahan cai, nyiptakeun waduk anu ageung. Seringna, waduk ieu dianggo salaku situ rékréasi, sapertos Danau Roosevelt di Bendungan Grand Coulee di Nagara Bagian Washington.
Asupan – Gerbang dina bendungan muka sareng gravitasi narik cai ngaliwatan penstock, pipa anu nuju ka turbin. Cai ngawangun tekanan nalika ngalir ngaliwatan pipa ieu.
Turbin – Cai nabrak sareng muterkeun bilah-bilah ageung turbin, anu napel kana generator di luhurna ngalangkungan poros. Jenis turbin anu paling umum pikeun pembangkit listrik tenaga cai nyaéta Turbin Francis, anu katingalina sapertos cakram ageung kalayan bilah anu melengkung. Turbin tiasa beuratna dugi ka 172 ton sareng muter dina laju 90 révolusi per menit (rpm), numutkeun Yayasan Pendidikan Cai & Énergi (FWEE).
Generator – Nalika bilah turbin muter, kitu ogé runtuyan magnet di jero generator. Magnet raksasa muter ngaliwatan kumparan tambaga, ngahasilkeun arus bolak-balik (AC) ku cara mindahkeun éléktron. (Anjeun bakal diajar langkung seueur ngeunaan kumaha generator jalanna engké.)
Transformator – Transformator di jero pembangkit listrik nyokot arus AC sareng ngarobahna kana arus tegangan anu langkung luhur.
Saluran listrik – Ti unggal pembangkit listrik asalna opat kabel: tilu fase listrik dihasilkeun sacara simultan ditambah nétral atanapi ground anu sami pikeun sadayana tilu. (Baca Kumaha Jaringan Distribusi Listrik Gawé pikeun diajar langkung seueur ngeunaan transmisi saluran listrik.)
Aliran Kaluar – Cai anu parantos dianggo dialirkeun ngaliwatan pipa, anu disebut tailraces, teras asup deui ka walungan ka hilir.
Cai dina waduk dianggap énergi anu disimpen. Nalika gerbang dibuka, cai anu ngalir ngaliwatan penstock janten énergi kinétik sabab gerak. Jumlah listrik anu dihasilkeun ditangtukeun ku sababaraha faktor. Dua di antarana nyaéta volume aliran cai sareng jumlah head hidrolik. Head nujul kana jarak antara permukaan cai sareng turbin. Nalika head sareng aliran ningkat, listrik anu dihasilkeun ogé ningkat. Head biasana gumantung kana jumlah cai dina waduk.
Aya jinis PLTA anu sanés, anu disebut PLTA pompa. Dina PLTA konvensional, cai ti waduk ngalir ngaliwatan PLTA, kaluar sareng dibawa ka handap. PLTA pompa gaduh dua waduk:
Waduk luhur – Sapertos pembangkit listrik tenaga cai konvensional, bendungan nyiptakeun waduk. Cai dina waduk ieu ngalir ngaliwatan pembangkit listrik tenaga cai pikeun ngahasilkeun listrik.
Waduk handap – Cai anu kaluar ti PLTA ngalir ka waduk handap tinimbang asup deui ka walungan sareng ngalir ka hilir.
Ngagunakeun turbin anu tiasa dibalikkeun, pabrik tiasa ngompa cai deui ka waduk luhur. Ieu dilakukeun dina jam-jam di luar jam sibuk. Intina, waduk kadua ngeusian deui waduk luhur. Ku cara ngompa cai deui ka waduk luhur, pabrik ngagaduhan langkung seueur cai pikeun ngahasilkeun listrik salami période konsumsi puncak.
Generator
Jantung pembangkit listrik tenaga air nyaéta generator. Kaseueuran pembangkit listrik tenaga air gaduh sababaraha generator ieu.
Generator, sapertos anu anjeun duga, ngahasilkeun listrik. Prosés dasar pikeun ngahasilkeun listrik ku cara ieu nyaéta ku cara muterkeun runtuyan magnét di jero gulungan kawat. Prosés ieu mindahkeun éléktron, anu ngahasilkeun arus listrik.
Bendungan Hoover ngagaduhan total 17 generator, anu masing-masing tiasa ngahasilkeun dugi ka 133 megawatt. Total kapasitas pembangkit listrik tenaga air Bendungan Hoover nyaéta 2.074 megawatt. Unggal generator didamel tina bagian-bagian dasar anu tangtu:
Nalika turbin muter, excitor ngirimkeun arus listrik ka rotor. Rotor nyaéta runtuyan éléktromagnét ageung anu muter di jero kumparan kawat tambaga anu pageuh, anu disebut stator. Médan magnét antara kumparan sareng magnét nyiptakeun arus listrik.
Di Bendungan Hoover, arus 16.500 amp pindah ti generator ka transformator, dimana arus naék nepi ka 230.000 amp sateuacan ditransmisikeun.
Pembangkit listrik tenaga air ngamangpaatkeun prosés anu lumangsung sacara alami sareng terus-terusan — prosés anu nyababkeun hujan turun sareng walungan naék. Saban dinten, planét urang kaleungitan sakedik cai ngalangkungan atmosfir sabab sinar ultraviolét ngarecah molekul cai. Tapi dina waktos anu sami, cai énggal dipancarkeun ti bagian jero Bumi ngalangkungan aktivitas vulkanik. Jumlah cai anu dihasilkeun sareng jumlah cai anu leungit ampir sami.
Dina hiji waktu, total volume cai di dunya aya dina rupa-rupa bentuk. Éta tiasa cair, sapertos di sagara, walungan sareng hujan; padet, sapertos di gletser; atanapi gas, sapertos dina uap cai anu teu katingali di udara. Cai robih kaayaan nalika digerakkeun di sakitar planét ku arus angin. Arus angin dihasilkeun ku aktivitas pemanasan panonpoé. Siklus arus hawa didamel ku panonpoé anu langkung seueur nyinar di khatulistiwa tibatan di daérah sanés di planét ieu.
Siklus arus hawa ngadorong suplai cai Bumi ngaliwatan siklus sorangan, anu disebut siklus hidrologi. Nalika panonpoé manaskeun cai cair, cai nguap jadi uap di udara. Panonpoé manaskeun hawa, nyababkeun hawa naék di atmosfir. Hawana leuwih tiis di tempat anu leuwih luhur, janten nalika uap cai naék, éta niiskeun, ngembun jadi tetesan cai. Nalika cukup tetesan cai ngumpul di hiji daérah, tetesan cai éta tiasa janten cukup beurat pikeun murag deui ka Bumi salaku présipitasi.
Siklus hidrologi penting pikeun pembangkit listrik tenaga cai sabab gumantung kana aliran cai. Upami kurang hujan di caket pembangkit listrik, cai moal ngumpul di hulu. Upami teu aya cai anu ngumpul di hulu, cai anu ngalir ngaliwatan pembangkit listrik tenaga cai bakal kirang sareng listrik anu dihasilkeun bakal kirang.
Ide dasar PLTA nyaéta ngagunakeun kakuatan cairan anu gerak pikeun muterkeun bilah turbin. Biasana, bendungan ageung kedah diwangun di tengah walungan pikeun ngalaksanakeun fungsi ieu. Hiji panemuan énggal ngamangpaatkeun ide PLTA dina skala anu langkung alit pikeun nyayogikeun listrik pikeun alat éléktronik portabel.
Panemu Robert Komarechka ti Ontario, Kanada, parantos ngagaduhan ide pikeun nempatkeun generator PLTA leutik kana sol sapatu. Anjeunna yakin turbin mikro ieu bakal ngahasilkeun listrik anu cekap pikeun ngagerakkeun ampir sadaya alat. Dina Méi 2001, Komarechka nampi patén pikeun alat anu unik anu didamel tina suku.
Aya prinsip anu dasar pisan ngeunaan kumaha urang leumpang: Suku murag ti keuneung ka dampal suku dina unggal léngkah. Nalika suku anjeun ngadarat dina taneuh, gaya dibawa ka handap ngaliwatan keuneung anjeun. Nalika anjeun nyiapkeun léngkah salajengna, anjeun ngagulung suku anjeun ka hareup, supados gaya ditransfer ka bal suku anjeun. Komarechka sigana perhatikeun prinsip dasar leumpang ieu sareng parantos ngembangkeun ideu pikeun ngamangpaatkeun kakuatan kagiatan sapopoe ieu.
Aya lima bagian dina "sapatu kalayan rakitan generator hidroelektrik" Komarechka, sakumaha anu dijelaskeun dina paténna:
Fluida – Sistem ieu bakal nganggo cairan anu konduktif sacara listrik.
Kantong pikeun nahan cairan – Hiji kantong disimpen dina keuneung sareng hiji deui dina bagian ramo sapatu.
Saluran – Saluran nyambungkeun unggal kantong ka mikrogenerator.
Turbin – Nalika cai ngalir ka hareup jeung ka tukang dina solna, éta ngobahkeun bilah turbin leutik.
Mikrogenerator – Generator ieu ayana di antara dua kantong anu dieusi cairan, sareng kalebet rotor baling-baling, anu ngagerakkeun aci sareng muterkeun generator.
Nalika jalma leumpang, komprési cairan dina kantong anu aya dina keuneung sapatu bakal maksa cairan ngaliwatan saluran sareng kana modul generator hidroelektrik. Nalika pangguna teras leumpang, keuneung bakal diangkat sareng tekanan ka handap bakal dikaluarkeun kana kantong di handapeun bal suku jalma éta. Gerakan cairan bakal muterkeun rotor sareng aci pikeun ngahasilkeun listrik.
Stop kontak luar bakal disayogikeun pikeun nyambungkeun kabel ka alat portabel. Unit kaluaran kontrol daya ogé tiasa disayogikeun pikeun dianggo dina sabuk pangguna. Alat éléktronik teras tiasa dipasangkeun kana unit kaluaran kontrol daya ieu, anu bakal nyayogikeun suplai listrik anu ajeg.
"Kalayan ningkatna jumlah alat portabel anu dikuatkeun ku batré," patén éta nyebatkeun, "aya kabutuhan anu ningkat pikeun nyayogikeun sumber listrik anu awét, tiasa diadaptasi, sareng efisien." Komarechka ngarepkeun yén alatna bakal dianggo pikeun ngadayaan komputer portabel, telepon sélulér, pamuter CD, panarima GPS sareng radio dua arah.
Waktos posting: 21-Jul-2022
