Sa buong mundo, ang mga planta ng hydropower ay naglalabas ng humigit-kumulang 24 na porsyento ng kuryente sa mundo at nagsusuplay ng kuryente sa mahigit 1 bilyong tao. Ang mga planta ng hydropower sa mundo ay naglalabas ng pinagsamang kabuuang 675,000 megawatts, ang katumbas ng enerhiya na 3.6 bilyong bariles ng langis, ayon sa National Renewable Energy Laboratory. Mayroong mahigit 2,000 planta ng hydropower na tumatakbo sa Estados Unidos, na ginagawang ang hydropower ang pinakamalaking pinagmumulan ng renewable energy sa bansa.
Sa artikulong ito, titingnan natin kung paano lumilikha ng enerhiya ang bumabagsak na tubig at matututunan ang tungkol sa hydrologic cycle na lumilikha ng daloy ng tubig na mahalaga para sa hydropower. Makikita mo rin ang isang natatanging aplikasyon ng hydropower na maaaring makaapekto sa iyong pang-araw-araw na buhay.
Kapag pinapanood ang isang ilog na dumadaan, mahirap isipin ang puwersang dala nito. Kung naranasan mo na ang white-water rafting, naramdaman mo ang maliit na bahagi ng lakas ng ilog. Ang mga white-water rapids ay nalilikha bilang isang ilog, na nagdadala ng malaking dami ng tubig pababa, na humaharang sa isang makitid na daanan. Habang pinipilit ang ilog na dumaan sa butas na ito, bumibilis ang daloy nito. Ang mga baha ay isa pang halimbawa kung gaano kalakas ang puwersang maaaring taglayin ng isang napakalaking dami ng tubig.
Ginagamit ng mga hydropower plant ang enerhiya ng tubig at gumagamit ng mga simpleng mekanismo upang gawing kuryente ang enerhiyang iyon. Ang mga hydropower plant ay nakabatay sa isang simpleng konsepto — ang tubig na dumadaloy sa isang dam ay nagpapaikot sa isang turbine, na siyang nagpapaikot sa isang generator.
Narito ang mga pangunahing bahagi ng isang kumbensyonal na planta ng hydropower:
Ang baras na nagdurugtong sa turbine at generator
Dam – Karamihan sa mga planta ng hydropower ay umaasa sa isang dam na pumipigil sa tubig, na lumilikha ng isang malaking imbakan ng tubig. Kadalasan, ang imbakan ng tubig na ito ay ginagamit bilang isang lawa para sa libangan, tulad ng Lawa ng Roosevelt sa Grand Coulee Dam sa Estado ng Washington.
Intake – Bumubukas ang mga pintuan sa dam at hinihila ng grabidad ang tubig papasok sa penstock, isang tubo na patungo sa turbina. Nabubuo ang presyon ng tubig habang dumadaloy ito sa tubo na ito.
Turbina – Ang tubig ay tumatama at umiikot sa malalaking blade ng isang turbina, na nakakabit sa isang generator sa itaas nito sa pamamagitan ng isang shaft. Ang pinakakaraniwang uri ng turbina para sa mga hydropower plant ay ang Francis Turbine, na mukhang isang malaking disc na may mga kurbadong blade. Ang isang turbina ay maaaring tumimbang ng hanggang 172 tonelada at umiikot sa bilis na 90 revolutions kada minuto (rpm), ayon sa Foundation for Water & Energy Education (FWEE).
Mga Generator – Habang umiikot ang mga blade ng turbine, umiikot din ang isang serye ng mga magnet sa loob ng generator. Ang mga higanteng magnet ay umiikot sa mga copper coil, na lumilikha ng alternating current (AC) sa pamamagitan ng paggalaw ng mga electron. (Matututo ka pa tungkol sa kung paano gumagana ang generator mamaya.)
Transformer – Ang transformer sa loob ng powerhouse ay kumukuha ng AC at kino-convert ito sa mas mataas na boltahe na kuryente.
Mga linya ng kuryente – Mula sa bawat planta ng kuryente ay may apat na kable: ang tatlong yugto ng kuryente ay sabay-sabay na nalilikha kasama ang isang neutral o ground na pareho sa lahat ng tatlo. (Basahin Kung Paano Gumagana ang mga Power Distribution Grid upang matuto nang higit pa tungkol sa transmisyon ng linya ng kuryente.)
Paglabas – Ang ginamit na tubig ay dinadala sa pamamagitan ng mga tubo, na tinatawag na tailraces, at muling pumapasok sa ilog pababa.
Ang tubig sa imbakan ng tubig ay itinuturing na nakaimbak na enerhiya. Kapag bumukas ang mga pintuan, ang tubig na dumadaloy sa penstock ay nagiging kinetic energy dahil ito ay gumagalaw. Ang dami ng kuryenteng nalilikha ay natutukoy ng ilang mga salik. Dalawa sa mga salik na iyon ay ang dami ng daloy ng tubig at ang dami ng hydraulic head. Ang head ay tumutukoy sa distansya sa pagitan ng ibabaw ng tubig at ng mga turbine. Habang tumataas ang head at daloy, tumataas din ang kuryenteng nalilikha. Ang head ay karaniwang nakadepende sa dami ng tubig sa imbakan ng tubig.
May isa pang uri ng hydropower plant, na tinatawag na pumped-storage plant. Sa isang kumbensyonal na hydropower plant, ang tubig mula sa reservoir ay dumadaloy sa planta, lumalabas at dinadala pababa sa agos. Ang isang pumped-storage plant ay may dalawang reservoir:
Itaas na imbakan ng tubig – Tulad ng isang kumbensyonal na planta ng hydropower, ang dam ay lumilikha ng imbakan ng tubig. Ang tubig sa imbakang ito ay dumadaloy sa planta ng hydropower upang lumikha ng kuryente.
Ibabang imbakan ng tubig – Ang tubig na lumalabas sa planta ng hydropower ay dumadaloy patungo sa mas mababang imbakan ng tubig sa halip na muling pumasok sa ilog at dumadaloy pababa.
Gamit ang isang reversible turbine, maaaring magbomba ang planta ng tubig pabalik sa itaas na reservoir. Ginagawa ito sa mga oras na hindi peak hours. Sa madaling salita, pinupunan muli ng pangalawang reservoir ang 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 peak consumption.
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, gaya ng maaaring nahulaan mo, ang bumubuo ng kuryente. Ang pangunahing proseso ng pagbuo ng kuryente sa ganitong paraan ay ang pag-ikot ng isang serye ng mga magnet sa loob ng mga coil ng alambre. Ang prosesong ito ay nagpapagalaw ng mga electron, na siyang lumilikha ng kuryente.
Ang Hoover Dam ay may kabuuang 17 generator, na ang bawat isa ay maaaring makabuo ng hanggang 133 megawatts. Ang kabuuang kapasidad ng planta ng hydropower ng Hoover Dam ay 2,074 megawatts. Ang bawat generator ay binubuo ng ilang pangunahing bahagi:
Habang umiikot ang turbine, ang excitor ay nagpapadala ng kuryente papunta sa rotor. Ang rotor ay isang serye ng malalaking electromagnet na umiikot sa loob ng isang mahigpit na nakabalot na coil ng alambreng tanso, na tinatawag na stator. Ang magnetic field sa pagitan ng coil at ng mga magnet ay lumilikha ng kuryente.
Sa Hoover Dam, isang kuryenteng 16,500 amps ang lumilipat mula sa generator patungo sa transformer, kung saan ang kuryente ay tumataas hanggang 230,000 amps bago maipadala.
Sinasamantala ng mga hydropower plant ang isang natural at patuloy na proseso — ang prosesong nagdudulot ng pag-ulan at pagtaas ng mga ilog. Araw-araw, nawawalan ang ating planeta ng kaunting tubig sa atmospera habang pinaghihiwalay ng mga ultraviolet ray ang mga molekula ng tubig. Ngunit kasabay nito, may bagong tubig na inilalabas mula sa panloob na bahagi ng Daigdig sa pamamagitan ng aktibidad ng bulkan. Ang dami ng tubig na nalilikha at ang dami ng tubig na nawawala ay halos pareho.
Sa anumang panahon, ang kabuuang dami ng tubig sa mundo ay nasa maraming iba't ibang anyo. Maaari itong likido, tulad ng sa mga karagatan, ilog at ulan; solid, tulad ng sa mga glacier; o gas, tulad ng sa hindi nakikitang singaw ng tubig sa hangin. Nagbabago ang estado ng tubig habang ito ay gumagalaw sa paligid ng planeta ng mga agos ng hangin. Ang mga agos ng hangin ay nalilikha ng aktibidad ng pag-init ng araw. Ang mga siklo ng agos ng hangin ay nalilikha ng araw na mas sumisikat sa ekwador kaysa sa iba pang mga lugar ng planeta.
Ang mga siklo ng agos ng hangin ay nagtutulak sa suplay ng tubig sa Daigdig sa pamamagitan ng sarili nitong siklo, na tinatawag na siklo ng tubig. Habang pinainit ng araw ang likidong tubig, ang tubig ay nagiging singaw sa hangin. Pinainit din ng araw ang hangin, na nagiging sanhi ng pagtaas ng hangin sa atmospera. Mas malamig ang hangin sa mas mataas na lugar, kaya habang tumataas ang singaw ng tubig, lumalamig ito, at nagiging mga patak. Kapag sapat na ang mga patak na naiipon sa isang lugar, ang mga patak ay maaaring maging sapat na mabigat upang bumabalik sa Daigdig bilang presipitasyon.
Mahalaga ang siklo ng tubig sa mga planta ng hydropower dahil umaasa ang mga ito sa daloy ng tubig. Kung walang ulan malapit sa planta, hindi maiipon ang tubig sa itaas ng agos. Kung walang maiipon na tubig sa itaas ng agos, mas kaunting tubig ang dumadaloy sa planta ng hydropower at mas kaunting kuryente ang nalilikha.
Ang pangunahing ideya ng hydropower ay ang paggamit ng lakas ng isang gumagalaw na likido upang paikutin ang isang blade ng turbine. Kadalasan, isang malaking dam ang kailangang itayo sa gitna ng isang ilog upang maisagawa ang tungkuling ito. Isang bagong imbensyon ang nagsasamantala sa ideya ng hydropower sa mas maliit na antas upang magbigay ng kuryente para sa mga portable na elektronikong aparato.
Ang imbentor na si Robert Komarechka ng Ontario, Canada, ay nakaisip ng ideya na maglagay ng maliliit na hydropower generator sa mga talampakan ng sapatos. Naniniwala siya na ang mga micro-turbine na ito ay makakabuo ng sapat na kuryente upang 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 mula sakong hanggang paa sa bawat hakbang. Habang lumalapag ang iyong paa sa lupa, ang puwersa ay ibinababa sa iyong sakong. Kapag naghahanda ka para sa iyong susunod na hakbang, iniuurong mo ang iyong paa pasulong, kaya ang puwersa ay inililipat sa bola ng iyong paa. Tila napansin ni Komarechka ang pangunahing prinsipyong ito ng paglalakad at nakabuo ng isang ideya upang gamitin ang kapangyarihan ng pang-araw-araw na aktibidad na ito.
May limang bahagi ang "kasuotan sa paa na may hydroelectric generator assembly" ng Komarechka, gaya ng inilarawan sa patente nito:
Fluid – Gagamit ang sistema ng fluid na nagdadala ng kuryente.
Mga supot para hawakan ang likido – Ang isang supot ay inilalagay sa sakong at ang isa pa sa bahagi ng daliri ng sapatos.
Mga Conduit – Ikinokonekta ng mga conduit ang bawat sac sa isang microgenerator.
Turbina – Habang ang tubig ay gumagalaw pabalik-balik sa talampakan, pinapagalaw nito ang mga talim ng isang maliit na turbina.
Microgenerator – Ang generator ay matatagpuan sa pagitan ng dalawang sac na puno ng pluido, at may kasamang vane rotor, na nagpapaandar sa isang shaft at nagpapaikot sa generator.
Habang naglalakad ang isang tao, ang pagpiga ng likido sa sako na matatagpuan sa sakong ng sapatos ay magtutulak sa likido na dumaan sa tubo at papasok sa hydroelectric generator module. Habang patuloy na naglalakad ang gumagamit, ang sakong ay iaangat at ang presyon pababa ay ilalapat sa sako sa ilalim ng bola ng paa ng tao. Ang paggalaw ng likido ay magpapaikot sa rotor at shaft upang makagawa ng kuryente.
Magkakaroon ng panlabas na saksakan upang ikonekta ang mga kable sa isang portable na aparato. Maaari ring maglagay ng power-control output unit na isuot sa sinturon ng gumagamit. Pagkatapos ay maaaring ikabit ang mga elektronikong aparato sa power-control output unit na ito, na magbibigay ng tuluy-tuloy na suplay ng kuryente.
“Dahil sa pagtaas ng bilang ng mga aparatong pinapagana ng baterya at nabibitbit,” mababasa sa patente, “mayroong lumalaking pangangailangan na magbigay ng pangmatagalan, madaling ibagay, at mahusay na pinagkukunan ng kuryente.” Inaasahan ni Komarechka na ang kanyang aparato ay gagamitin para sa pagpapagana ng mga portable computer, cell phone, CD player, GPS receiver at two-way radio.
Oras ng pag-post: Hulyo 21, 2022
