Trên toàn thế giới, các nhà máy thủy điện sản xuất khoảng 24% điện năng trên thế giới và cung cấp điện cho hơn 1 tỷ người.Theo Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia, các nhà máy thủy điện trên thế giới sản xuất tổng cộng 675.000 megawatt, tương đương năng lượng của 3,6 tỷ thùng dầu, theo Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia.Có hơn 2.000 nhà máy thủy điện đang hoạt động ở Hoa Kỳ, làm cho thủy điện trở thành nguồn năng lượng tái tạo lớn nhất của đất nước.
Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét cách nước rơi xuống tạo ra năng lượng và tìm hiểu về chu trình thủy văn tạo ra dòng nước cần thiết cho thủy điện.Bạn cũng sẽ có một cái nhìn thoáng qua về một ứng dụng độc đáo của thủy điện có thể ảnh hưởng đến cuộc sống hàng ngày của bạn.
Khi quan sát một dòng sông cuộn qua, thật khó để hình dung lực mà nó đang mang.Nếu bạn đã từng đi bè trên dòng nước trắng, thì bạn đã cảm nhận được một phần nhỏ sức mạnh của dòng sông.Ghềnh nước trắng được tạo ra như một dòng sông, mang một lượng nước lớn xuống dốc, tắc nghẽn qua một lối đi hẹp.Khi con sông buộc phải đi qua lỗ mở này, dòng chảy của nó sẽ nhanh hơn.Lũ lụt là một ví dụ khác về sức mạnh của một khối lượng nước khổng lồ.
Các nhà máy thủy điện khai thác năng lượng của nước và sử dụng cơ học đơn giản để biến năng lượng đó thành điện năng.Các nhà máy thủy điện thực sự dựa trên một khái niệm khá đơn giản - nước chảy qua đập làm quay tuabin, làm quay máy phát điện.
Dưới đây là các thành phần cơ bản của một nhà máy thủy điện thông thường:
Đập - Hầu hết các nhà máy thủy điện đều dựa vào một con đập để giữ nước lại, tạo ra một hồ chứa lớn.Thông thường, hồ chứa này được sử dụng làm hồ giải trí, chẳng hạn như Hồ Roosevelt tại Đập Grand Coulee ở Bang Washington.
Cửa vào - Các cửa trên đập mở ra và trọng lực kéo nước qua pentock, một đường ống dẫn đến tuabin.Nước tích tụ áp suất khi chảy qua đường ống này.
Tuabin - Nước đập vào và làm quay các cánh lớn của tuabin, được gắn với máy phát điện phía trên bằng trục.Loại tuabin phổ biến nhất cho các nhà máy thủy điện là tuabin Francis, trông giống như một đĩa lớn với các cánh cong.Theo Foundation for Water & Energy Education (FWEE), một tuabin có thể nặng tới 172 tấn và quay với tốc độ 90 vòng / phút (vòng / phút).
Máy phát điện - Khi các cánh tuabin quay, một loạt nam châm bên trong máy phát điện cũng vậy.Các nam châm khổng lồ quay các cuộn dây đồng trong quá khứ, tạo ra dòng điện xoay chiều (AC) bằng cách chuyển động của các electron.(Bạn sẽ tìm hiểu thêm về cách hoạt động của trình tạo sau này.)
Máy biến áp - Máy biến áp bên trong nhà máy lấy điện xoay chiều và chuyển nó thành dòng điện có điện áp cao hơn.
Đường dây điện - Trong mỗi nhà máy điện đều có bốn dây: ba pha nguồn được sản xuất đồng thời cộng với một dây trung tính hoặc nối đất chung cho cả ba.(Đọc Cách hoạt động của lưới phân phối điện để tìm hiểu thêm về truyền tải đường dây điện.)
Dòng chảy ra - Nước đã qua sử dụng được dẫn qua các đường ống, được gọi là đường ống, và tái nhập vào hạ lưu sông.
Nước trong hồ chứa được coi là năng lượng dự trữ.Khi các cánh cổng mở ra, nước chảy qua cổ bút trở thành động năng vì nó chuyển động.Lượng điện được tạo ra được xác định bởi một số yếu tố.Hai trong số các yếu tố đó là thể tích của dòng nước và lượng đầu thủy lực.Đầu đề cập đến khoảng cách giữa mặt nước và các tuabin.Khi đầu và lưu lượng tăng lên, do đó, điện được tạo ra.Đầu thường phụ thuộc vào lượng nước trong hồ chứa.
Có một loại nhà máy thủy điện khác, được gọi là nhà máy tích nước.Trong một nhà máy thủy điện thông thường, nước từ hồ chứa chảy qua nhà máy, thoát ra ngoài và được dẫn xuống dòng.Một nhà máy chứa bơm có hai bể chứa:
Hồ chứa trên - Giống như một nhà máy thủy điện thông thường, một con đập tạo ra một hồ chứa.Nước trong hồ chứa này chảy qua nhà máy thủy điện để tạo ra điện.
Hạ hồ chứa - Nước ra khỏi nhà máy thủy điện chảy vào một hồ chứa thấp hơn chứ không phải vào lại sông và chảy xuống hạ lưu.
Sử dụng tuabin đảo chiều, nhà máy có thể bơm nước trở lại hồ chứa phía trên.Việc này được thực hiện vào giờ thấp điểm.Về cơ bản, hồ chứa thứ hai nạp đầy hồ chứa phía trên.Bằng cách bơm nước trở lại hồ chứa phía trên, nhà máy có thêm nước để phát điện trong thời gian tiêu thụ cao điểm.
Máy phát điện
Trái tim của nhà máy thủy điện là máy phát điện.Hầu hết các nhà máy thủy điện đều có một số máy phát điện này.
Máy phát điện, như bạn có thể đoán, tạo ra điện.Quá trình cơ bản để tạo ra điện theo cách này là quay một loạt nam châm bên trong cuộn dây.Quá trình này di chuyển các electron, tạo ra dòng điện.
Đập Hoover có tổng cộng 17 máy phát điện, mỗi máy có thể tạo ra tới 133 megawatt.Tổng công suất của nhà máy thủy điện Hoover Dam là 2.074 megawatt.Mỗi máy phát điện được làm bằng các bộ phận cơ bản nhất định:
Trục
Người kích động
Rotor
Stator
Khi tuabin quay, bộ kích từ gửi một dòng điện đến rôto.Rôto là một loạt nam châm điện lớn quay bên trong một cuộn dây đồng quấn chặt, được gọi là stato.Từ trường giữa cuộn dây và nam châm tạo ra dòng điện.
Trong đập Hoover, dòng điện 16.500 ampe di chuyển từ máy phát điện đến máy biến áp, nơi dòng điện tăng lên tới 230.000 ampe trước khi được truyền đi.
Các nhà máy thủy điện tận dụng một quá trình xảy ra tự nhiên, liên tục - quá trình khiến mưa giảm và sông dâng.Mỗi ngày, hành tinh của chúng ta mất một lượng nhỏ nước qua bầu khí quyển do tia cực tím làm vỡ các phân tử nước.Nhưng đồng thời, nước mới được thải ra từ phần bên trong của Trái đất thông qua hoạt động núi lửa.Lượng nước tạo ra và lượng nước mất đi là như nhau.
Tại bất kỳ thời điểm nào, tổng lượng nước của thế giới ở nhiều dạng khác nhau.Nó có thể ở dạng lỏng, như trong đại dương, sông và mưa;rắn, như trong sông băng;hoặc ở thể khí, như trong hơi nước không nhìn thấy được trong không khí.Nước thay đổi trạng thái khi nó di chuyển quanh hành tinh theo các dòng gió.Các dòng gió được tạo ra bởi hoạt động sưởi ấm của mặt trời.Các chu kỳ dòng không khí được tạo ra bởi mặt trời chiếu vào xích đạo nhiều hơn ở các khu vực khác trên hành tinh.
Các chu trình dòng không khí thúc đẩy nguồn cung cấp nước của Trái đất thông qua một chu trình của chính nó, được gọi là chu trình thủy văn.Khi mặt trời làm nóng nước lỏng, nước bốc hơi thành hơi trong không khí.Mặt trời làm nóng không khí làm cho khí trong khí quyển bốc lên.Không khí lạnh hơn ở trên cao, do đó hơi nước bốc lên, nó lạnh đi và ngưng tụ thành giọt.Khi có đủ lượng giọt tích tụ trong một khu vực, các giọt có thể trở nên đủ nặng để rơi trở lại Trái đất dưới dạng mưa.
Chu trình thủy văn rất quan trọng đối với các nhà máy thủy điện vì chúng phụ thuộc vào lưu lượng nước.Nếu thiếu mưa gần nhà máy, nước sẽ không thu được ở thượng nguồn.Không có nước thu từ dòng chảy lên, lượng nước chảy qua nhà máy thủy điện sẽ ít hơn và sản lượng điện cũng ít hơn.
Thời gian đăng: 07-07-2021
