Sa buong mundo, ang mga hydropower plant ay gumagawa ng humigit-kumulang 24 porsiyento ng kuryente sa mundo at nagbibigay ng higit sa 1 bilyong tao na may kapangyarihan. Ang mga hydropower plant sa mundo ay naglalabas ng pinagsamang kabuuang 675,000 megawatts, ang enerhiya na katumbas ng 3.6 bilyong bariles ng langis, ayon sa National Renewable Energy Laboratory. Mayroong higit sa 2,000 hydropower plant na tumatakbo sa Estados Unidos, na ginagawang hydropower ang pinakamalaking renewable energy source ng bansa.
Sa artikulong ito, titingnan natin kung paano lumilikha ng enerhiya ang bumabagsak na tubig at matutunan ang tungkol sa hydrologic cycle na lumilikha ng daloy ng tubig na mahalaga para sa hydropower. Makakakita ka rin ng isang sulyap sa isang natatanging aplikasyon ng hydropower na maaaring makaapekto sa iyong pang-araw-araw na buhay.
Kapag pinapanood ang isang ilog na dumadaloy, mahirap isipin ang lakas na dinadala nito. Kung nakaranas ka na ng white-water rafting, naramdaman mo ang maliit na bahagi ng kapangyarihan ng ilog. Ang mga agos ng puting tubig ay nilikha bilang isang ilog, na nagdadala ng maraming tubig pababa, mga bottleneck sa isang makitid na daanan. Habang ang ilog ay pinipilit sa bukana na ito, ang daloy nito ay bumibilis. Ang mga pagbaha ay isa pang halimbawa ng kung gaano kalakas ang puwersa ng isang napakalaking dami ng tubig.
Ang mga hydropower plant ay gumagamit ng enerhiya ng tubig at gumagamit ng mga simpleng mekanika upang i-convert ang enerhiya na iyon sa kuryente. Ang mga hydropower plant ay talagang batay sa isang medyo simpleng konsepto — ang tubig na dumadaloy sa isang dam ay nagiging turbine, na nagiging generator.
Narito ang mga pangunahing bahagi ng isang conventional hydropower plant:
Ang baras na nag-uugnay sa turbine at generator
Dam – Karamihan sa mga hydropower plant ay umaasa sa isang dam na pumipigil sa tubig, na lumilikha ng isang malaking reservoir. Kadalasan, ang reservoir na ito ay ginagamit bilang isang recreational lake, tulad ng Lake Roosevelt sa Grand Coulee Dam sa Washington State.
Intake – Bukas ang mga gate sa dam at hinihila ng gravity ang tubig sa pamamagitan ng penstock, isang pipeline na humahantong sa turbine. Ang tubig ay nagtatayo ng presyon habang ito ay dumadaloy sa tubo na ito.
Turbine – Ang tubig ay tumama at lumiliko sa malalaking blades ng turbine, na nakakabit sa isang generator sa itaas nito sa pamamagitan ng isang baras. Ang pinakakaraniwang uri ng turbine para sa mga hydropower plant ay ang Francis Turbine, na mukhang isang malaking disc na may mga curved blades. Ang turbine ay maaaring tumimbang ng hanggang 172 tonelada at umikot sa bilis na 90 revolutions per minute (rpm), ayon sa Foundation for Water & Energy Education (FWEE).
Mga Generator – Habang umiikot ang mga blades ng turbine, lumiliko din ang isang serye ng mga magnet sa loob ng generator. Ang mga higanteng magnet ay umiikot sa mga likid na tanso, na gumagawa ng alternating current (AC) sa pamamagitan ng paggalaw ng mga electron. (Matututo ka pa tungkol sa kung paano gumagana ang generator sa ibang pagkakataon.)
Transformer – Kinukuha ng transpormer sa loob ng powerhouse ang AC at kino-convert ito sa mas mataas na boltahe na kasalukuyang.
Mga linya ng kuryente – Mula sa bawat planta ng kuryente ay may apat na wire: ang tatlong yugto ng kuryente ay ginagawa nang sabay-sabay kasama ang isang neutral o ground na karaniwan sa lahat ng tatlo. (Basahin kung Paano Gumagana ang Power Distribution Grids para matuto pa tungkol sa power line transmission.)
Outflow – Ang mga ginamit na tubig ay dinadala sa pamamagitan ng mga pipeline, na tinatawag na tailraces, at muling pumapasok sa ilog sa ibaba ng agos.
Ang tubig sa reservoir ay itinuturing na nakaimbak na enerhiya. Kapag bumukas ang mga gate, ang tubig na dumadaloy sa penstock ay nagiging kinetic energy dahil ito ay gumagalaw. Ang dami ng kuryente na nalilikha ay natutukoy ng ilang mga kadahilanan. Dalawa sa mga salik na iyon ay ang dami ng daloy ng tubig at ang dami ng hydraulic head. Ang ulo ay tumutukoy sa distansya sa pagitan ng ibabaw ng tubig at ng mga turbine. Habang tumataas ang ulo at daloy, tumataas din ang nabuong kuryente. Ang ulo ay karaniwang nakadepende sa dami ng tubig sa reservoir.
May isa pang uri ng hydropower plant, na tinatawag na pumped-storage plant. Sa isang conventional hydropower plant, ang tubig mula sa reservoir ay dumadaloy sa planta, lumalabas at dinadala pababa. Ang isang pumped-storage plant ay may dalawang reservoir:
Upper reservoir – Tulad ng isang conventional hydropower plant, ang isang dam ay lumilikha ng isang reservoir. Ang tubig sa reservoir na ito ay dumadaloy sa hydropower plant upang lumikha ng kuryente.
Lower reservoir – Ang tubig na lumalabas sa hydropower plant ay dumadaloy sa mas mababang reservoir sa halip na muling pumasok sa ilog at umaagos pababa.
Gamit ang isang reversible turbine, ang halaman ay maaaring magbomba ng tubig pabalik sa itaas na reservoir. Ginagawa ito sa mga off-peak na oras. Mahalaga, ang pangalawang reservoir ay nagre-refill sa itaas na reservoir. Sa pamamagitan ng pagbomba ng tubig pabalik sa itaas na reservoir, ang planta ay may mas maraming tubig upang makabuo ng kuryente sa mga panahon ng pinakamataas na pagkonsumo.
Ang Generator
Ang puso ng hydroelectric power plant ay ang generator. Karamihan sa mga hydropower plant ay may ilan sa mga generator na ito.
Ang generator, tulad ng maaaring nahulaan mo, ay bumubuo ng kuryente. Ang pangunahing proseso ng pagbuo ng kuryente sa ganitong paraan ay ang pag-ikot ng serye ng mga magnet sa loob ng mga coil ng wire. Ang prosesong ito ay gumagalaw ng mga electron, na gumagawa ng electrical current.
Ang Hoover Dam ay may kabuuang 17 generator, bawat isa ay maaaring makabuo ng hanggang 133 megawatts. Ang kabuuang kapasidad ng Hoover Dam hydropower plant ay 2,074 megawatts. Ang bawat generator ay gawa sa ilang mga pangunahing bahagi:
Habang umiikot ang turbine, nagpapadala ang excitor ng electrical current sa rotor. Ang rotor ay isang serye ng malalaking electromagnet na umiikot sa loob ng isang mahigpit na sugat na coil ng tansong wire, na tinatawag na stator. Ang magnetic field sa pagitan ng coil at ng mga magnet ay lumilikha ng electric current.
Sa Hoover Dam, ang kasalukuyang 16,500 amps ay gumagalaw mula sa generator patungo sa transformer, kung saan ang kasalukuyang rampa ay hanggang 230,000 amps bago mailipat.
Sinasamantala ng mga hydropower plant ang isang natural na nagaganap, tuluy-tuloy na proseso — ang proseso na nagiging sanhi ng pag-ulan at pagtaas ng mga ilog. Araw-araw, ang ating planeta ay nawawalan ng kaunting tubig sa atmospera habang ang mga sinag ng ultraviolet ay naghiwa-hiwalay ng mga molekula ng tubig. Ngunit sa parehong oras, ang bagong tubig ay ibinubuga mula sa panloob na bahagi ng Earth sa pamamagitan ng aktibidad ng bulkan. Ang dami ng tubig na nalikha at ang dami ng tubig na nawala ay halos pareho.
Sa anumang oras, ang kabuuang dami ng tubig sa mundo ay nasa maraming iba't ibang anyo. Maaari itong maging likido, tulad ng sa mga karagatan, ilog at ulan; solid, tulad ng sa mga glacier; o gas, tulad ng hindi nakikitang singaw ng tubig sa hangin. Ang tubig ay nagbabago ng estado habang ito ay inililibot sa planeta sa pamamagitan ng mga alon ng hangin. Ang mga alon ng hangin ay nabuo sa pamamagitan ng aktibidad ng pag-init ng araw. Ang mga air-current cycle ay nalilikha ng araw na mas sumisikat sa ekwador kaysa sa ibang mga lugar ng planeta.
Ang mga air-current cycle ay nagtutulak sa suplay ng tubig ng Earth sa pamamagitan ng sarili nitong cycle, na tinatawag na hydrologic cycle. Habang ang araw ay nagpapainit ng likidong tubig, ang tubig ay sumingaw sa singaw sa hangin. Pinapainit ng araw ang hangin, na nagiging sanhi ng pagtaas ng hangin sa atmospera. Mas malamig ang hangin sa itaas, kaya habang tumataas ang singaw ng tubig, lumalamig ito, nagiging mga patak. Kapag may sapat na mga droplet na naipon sa isang lugar, ang mga droplet ay maaaring maging sapat na mabigat upang mahulog pabalik sa Earth bilang precipitation.
Ang hydrologic cycle ay mahalaga sa hydropower plants dahil umaasa sila sa daloy ng tubig. Kung kulang ang ulan malapit sa planta, hindi maiipon ang tubig sa itaas ng agos. Nang walang tubig na kumukuha sa batis, mas kaunting tubig ang dumadaloy sa hydropower plant at mas kaunting kuryente ang nalilikha.
Ang pangunahing ideya ng hydropower ay ang paggamit ng kapangyarihan ng isang gumagalaw na likido upang i-on ang isang talim ng turbine. Karaniwan, ang isang malaking dam ay kailangang itayo sa gitna ng isang ilog upang maisagawa ang pagpapaandar na ito. Ang isang bagong imbensyon ay ginagamit ang ideya ng hydropower sa isang mas maliit na sukat upang magbigay ng kuryente para sa mga portable na elektronikong aparato.
Ang imbentor na si Robert Komarechka ng Ontario, Canada, ay nakaisip ng ideya ng paglalagay ng maliliit na hydropower generators sa talampakan ng sapatos. Naniniwala siya na ang mga micro-turbine na ito ay bubuo ng sapat na kuryente para mapagana ang halos anumang gadget. Noong Mayo 2001, nakatanggap si Komarechka ng isang patent para sa kanyang natatanging aparatong pinapagana ng paa.
Mayroong isang napaka-pangunahing prinsipyo sa kung paano tayo naglalakad: Ang paa ay bumabagsak sa takong sa bawat hakbang. Habang ang iyong paa ay dumapo sa lupa, ang puwersa ay ibinababa sa iyong sakong. Kapag naghanda ka para sa iyong susunod na hakbang, igulong mo ang iyong paa pasulong, kaya ang puwersa ay inilipat sa bola ng iyong paa. Maliwanag na napansin ni Komarechka ang pangunahing prinsipyong ito ng paglalakad at nakabuo ng ideya upang gamitin ang kapangyarihan ng pang-araw-araw na aktibidad na ito.
Mayroong limang bahagi sa "kasuotang pang-paa na may hydroelectric generator assembly" ng Komarechka, gaya ng inilarawan sa patent nito:
Fluid – Ang sistema ay gagamit ng electrically conductive fluid.
Mga sako para hawakan ang likido – Isang sako ang inilalagay sa sakong at isa pa sa bahagi ng daliri ng paa.
Conduits – Ikinonekta ng mga conduit ang bawat sac sa isang microgenerator.
Turbine - Habang ang tubig ay gumagalaw pabalik-balik sa solong, ito ay gumagalaw sa mga blades ng isang maliit na turbine.
Microgenerator - Ang generator ay matatagpuan sa pagitan ng dalawang fluid-filled sac, at may kasamang vane rotor, na nagtutulak sa isang shaft at pinaikot ang generator.
Habang naglalakad ang isang tao, ang compression ng fluid sa sac na matatagpuan sa takong ng sapatos ay pipilitin ang fluid na dumaan sa conduit at papunta sa hydroelectric generator module. Habang ang gumagamit ay patuloy na naglalakad, ang sakong ay itataas at pababang presyon ay ibibigay sa sako sa ilalim ng bola ng paa ng tao. Ang paggalaw ng likido ay paikutin ang rotor at baras upang makagawa ng kuryente.
Ang isang panlabas na socket ay ibibigay upang ikonekta ang mga wire sa isang portable na aparato. Ang isang power-control output unit ay maaari ding magbigay para isuot sa belt ng user. Ang mga elektronikong device ay maaaring ikabit sa power-control output unit na ito, na magbibigay ng tuluy-tuloy na supply ng kuryente.
"Sa pagtaas ng bilang ng mga pinapagana ng baterya, mga portable na device," ang sabi ng patent, "may dumaraming pangangailangan na magbigay ng pangmatagalan, madaling ibagay, mahusay na pinagmumulan ng kuryente." Inaasahan ni Komarechka na gagamitin ang kanyang device para sa pagpapagana ng mga portable computer, cell phone, CD player, GPS receiver at two-way radio.
Oras ng post: Hul-21-2022
