Över hela världen producerar vattenkraftverk cirka 24 procent av världens el och förser mer än 1 miljard människor med kraft.Världens vattenkraftverk producerar sammanlagt 675 000 megawatt, vilket motsvarar 3,6 miljarder fat olja i energi, enligt National Renewable Energy Laboratory.Det finns mer än 2 000 vattenkraftverk i drift i USA, vilket gör vattenkraften till landets största förnybara energikälla.
I den här artikeln ska vi ta en titt på hur fallande vatten skapar energi och lära oss om den hydrologiska cykeln som skapar det vattenflöde som är nödvändigt för vattenkraft.Du kommer också att få en glimt av en unik tillämpning av vattenkraft som kan påverka ditt dagliga liv.
När man ser en flod rulla förbi är det svårt att föreställa sig vilken kraft den bär.Om du någonsin har åkt forsränning, då har du känt en liten del av flodens kraft.Vitvattenforsar skapas som en flod som bär en stor mängd vatten nedför, flaskhalsar genom en smal passage.När floden tvingas genom denna öppning, blir dess flöde snabbare.Översvämningar är ytterligare ett exempel på hur mycket kraft en enorm mängd vatten kan ha.
Vattenkraftverk utnyttjar vattnets energi och använder enkel mekanik för att omvandla den energin till elektricitet.Vattenkraftverk är faktiskt baserade på ett ganska enkelt koncept - vatten som rinner genom en damm förvandlar en turbin, som förvandlar en generator.
Här är de grundläggande komponenterna i ett konventionellt vattenkraftverk:
Damm – De flesta vattenkraftverk är beroende av en damm som håller tillbaka vatten och skapar en stor reservoar.Ofta används denna reservoar som en rekreationssjö, som Lake Roosevelt vid Grand Coulee Dam i delstaten Washington.
Intag – Portar på dammen öppnas och gravitationen drar vattnet genom pennstocken, en rörledning som leder till turbinen.Vatten bygger upp tryck när det strömmar genom detta rör.
Turbin – Vattnet träffar och vrider de stora bladen på en turbin, som är fäst vid en generator ovanför den via en axel.Den vanligaste typen av turbin för vattenkraftverk är Francis Turbine, som ser ut som en stor skiva med böjda blad.En turbin kan väga så mycket som 172 ton och rotera med en hastighet av 90 varv per minut (rpm), enligt Foundation for Water & Energy Education (FWEE).
Generatorer – När turbinbladen vrider sig, så gör en serie magneter inuti generatorn.Jättemagneter roterar förbi kopparspolar och producerar växelström (AC) genom att förflytta elektroner.(Du kommer att lära dig mer om hur generatorn fungerar senare.)
Transformator - Transformatorn inuti kraftpaketet tar växelström och omvandlar den till högre spänningsström.
Kraftledningar – Från varje kraftverk kommer fyra ledningar: de tre faserna av kraft som produceras samtidigt plus en neutral eller jord gemensam för alla tre.(Läs hur kraftdistributionsnät fungerar för att lära dig mer om kraftledningsöverföring.)
Utflöde – Använt vatten förs genom rörledningar, så kallade tailraces, och kommer tillbaka in i floden nedströms.
Vattnet i reservoaren betraktas som lagrad energi.När portarna öppnas blir vattnet som strömmar genom pennstocken rörelseenergi eftersom det är i rörelse.Mängden el som genereras bestäms av flera faktorer.Två av dessa faktorer är volymen av vattenflödet och mängden hydraultryck.Huvudet avser avståndet mellan vattenytan och turbinerna.När tryckhöjden och flödet ökar, ökar också den genererade elen.Huvudet är vanligtvis beroende av mängden vatten i behållaren.
Det finns en annan typ av vattenkraftverk, som kallas pumpkraftverk.I ett konventionellt vattenkraftverk rinner vattnet från magasinet genom anläggningen, går ut och leds nedströms.En pumpanläggning har två reservoarer:
Övre reservoar – Som ett konventionellt vattenkraftverk skapar en damm en reservoar.Vattnet i denna reservoar rinner genom vattenkraftverket för att skapa elektricitet.
Nedre reservoar – Vatten som kommer ut från vattenkraftverket rinner in i en lägre reservoar istället för att återinträda i floden och rinna nedströms.
Med hjälp av en reversibel turbin kan anläggningen pumpa tillbaka vatten till den övre reservoaren.Detta görs under lågtrafik.I huvudsak fyller den andra behållaren på den övre behållaren.Genom att pumpa tillbaka vatten till den övre reservoaren har anläggningen mer vatten för att generera el under perioder med toppförbrukning.
Generatorn
Hjärtat i vattenkraftverket är generatorn.De flesta vattenkraftverk har flera av dessa generatorer.
Generatorn, som du kanske har gissat, genererar elektriciteten.Den grundläggande processen för att generera elektricitet på detta sätt är att rotera en serie magneter inuti trådspolar.Denna process flyttar elektroner, vilket producerar elektrisk ström.
Hoover Dam har totalt 17 generatorer, som var och en kan generera upp till 133 megawatt.Den totala kapaciteten för vattenkraftverket Hoover Dam är 2 074 megawatt.Varje generator är gjord av vissa grundläggande delar:
Axel
Excitor
Rotor
Stator
När turbinen svänger skickar excitorn en elektrisk ström till rotorn.Rotorn är en serie stora elektromagneter som snurrar inuti en tätt lindad spole av koppartråd, kallad statorn.Magnetfältet mellan spolen och magneterna skapar en elektrisk ström.
I Hoover Dam går en ström på 16 500 ampere från generatorn till transformatorn, där strömmen rampar upp till 230 000 ampere innan den överförs.
Vattenkraftverk drar fördel av en naturligt förekommande, kontinuerlig process - processen som får regn att falla och floder att stiga.Varje dag förlorar vår planet en liten mängd vatten genom atmosfären när ultravioletta strålar bryter isär vattenmolekyler.Men samtidigt släpps nytt vatten ut från jordens inre del genom vulkanisk aktivitet.Mängden vatten som skapas och mängden vatten som förloras är ungefär densamma.
När som helst finns världens totala vattenvolym i många olika former.Det kan vara flytande, som i hav, floder och regn;fast, som i glaciärer;eller gasformig, som i den osynliga vattenångan i luften.Vatten ändrar tillstånd när det flyttas runt planeten av vindströmmar.Vindströmmar alstras av solens uppvärmningsaktivitet.Luft-strömcykler skapas av att solen lyser mer på ekvatorn än på andra delar av planeten.
Luft-strömcykler driver jordens vattenförsörjning genom en egen cykel, som kallas den hydrologiska cykeln.När solen värmer flytande vatten förångas vattnet till ånga i luften.Solen värmer luften, vilket gör att luften stiger upp i atmosfären.Luften är kallare högre upp, så när vattenångan stiger svalnar den och kondenserar till droppar.När tillräckligt många droppar samlas i ett område kan dropparna bli tillräckligt tunga för att falla tillbaka till jorden som nederbörd.
Det hydrologiska kretsloppet är viktigt för vattenkraftverk eftersom de är beroende av vattenflödet.Om det saknas regn i närheten av växten, samlas inte vatten uppströms.Utan att något vatten samlas uppströms rinner mindre vatten genom vattenkraftverket och mindre el genereras.
Posttid: 2021-07-07
