Hvordan Vandkraftværker Arbejder

{h1}

Vandkraftværker producerer omkring 24 procent af verdens elektricitet og leverer mere end 1 mia. Mennesker med magt. Find ud af, hvordan vandkraftværker fungerer.

Vandkraftværker producerer over hele verden omkring 24 procent af verdens elektricitet og leverer mere end 1 milliard mennesker med magt. Verdens vandkraftværker producerer en samlet mængde af 675.000 megawatt, energienækvivalenten på 3,6 mia. olie, ifølge National Renewable Energy Laboratory. Der er mere end 2.000 vandkraftværker i USA, der gør vandkraft landets største vedvarende energikilde.

I denne artikel tager vi et kig på, hvordan faldende vand skaber energi og lærer om den hydrologiske cyklus, der skaber vandstrømmen, der er afgørende for vandkraft. Du får også et glimt af en unik anvendelse af vandkraft, som kan påvirke dit daglige liv.

-

Kraften af ​​vand

Hvordan vandkraftværker arbejder: vandkraftværker

Når man ser på en flodrulle, er det svært at forestille sig den kraft, den bærer. Hvis du nogensinde har været white-water rafting, så har du følt en lille del af flodens magt. Hvidvandsstrømme er skabt som en flod, der bærer en stor mængde vand ned ad bakke, flaskehalse gennem en smal passage. Da floden er tvunget gennem denne åbning, strømmer dens strømning. Oversvømmelser er et andet eksempel på hvor meget kraft en enorm mængde vand kan have.

Vandkraftværker anvender vandets energi og bruger simpel mekanik til at omdanne denne energi til elektricitet. Vandkraftværker er faktisk baseret på et ret simpelt koncept - vand, der strømmer gennem en dæmning, gør en turbine, som drejer en generator.

Her er de grundlæggende komponenter i et konventionelt vandkraftværk:

Hvordan vandkraftværker arbejder: vandkraftværker

Den aksel, der forbinder turbinen og generatoren
  • Dæmning - De fleste vandkraftværker stole på en dæmning, der holder vand tilbage og skaber et stort reservoir. Ofte anvendes dette reservoir som en rekreativ sø, såsom Lake Roosevelt ved Grand Coulee Dam i Washington State.
  • indtag - Gates på dæmningen åben og tyngdekraften trækker vandet gennem turbinerør, en rørledning, der fører til turbinen. Vand opbygger tryk, da det strømmer gennem dette rør.
  • Turbine - Vandet rammer og vender de store blade af en turbine, som er fastgjort til en generator over den ved hjælp af en aksel. Den mest almindelige type turbine til vandkraftværker er Francis Turbine, som ligner en stor skive med buede knive. En turbine kan veje op til 172 tons og dreje 90 omdrejninger pr. Minut, ifølge FWEE.
  • generatorer - Når turbinebladene vender sig, så lav en serie magneter inde i generatoren. Gigantiske magneter roterer forbi kobberspoler, der producerer vekselstrøm (AC) ved at flytte elektroner. (Du lærer mere om hvordan generatoren fungerer senere.)
  • Transformer - Transformeren inde i kraftcenter tager AC og konverterer den til højspændingsstrøm.
  • Elledninger - Ud af hvert kraftværk kommer der fire ledninger: de tre faser af strøm produceres samtidigt plus en neutral eller jord fælles for alle tre. (Læs, hvordan Power Distribution Grids arbejder for at lære mere om transmission af kraftledninger.)
  • udstrømning - Brugt vand transporteres gennem rørledninger, kaldet tailraces, og går ind i floden nedstrøms.

Vandet i reservoiret overvejes lagret energi. Når portene åbner, bliver vandet, der strømmer gennem pindestammen kinetisk energi fordi den er i bevægelse. Den mængde el, der genereres, bestemmes af flere faktorer. To af disse faktorer er volumenet af vandstrømning og mængden af hydraulisk hoved. Hovedet refererer til afstanden mellem vandoverfladen og turbinerne. Da hovedet og strømmen stiger, skaber det også elektriciteten. Hovedet er normalt afhængigt af mængden af ​​vand i reservoiret.

Simple Beginnings

Brug af vandkraft toppede i midten af ​​det 20. århundrede, men ideen om at bruge vand til elproduktion går tilbage tusinder af år. En vandkraftværk er stort set en overdimensioneret vandmølle. For mere end 2.000 år siden siges grækerne at have brugt et vandhjul til slibning af hvede til mel. Disse gamle vandhjul er som dagens turbiner, der spinder som en vandstrøm, der rammer knivene. Hjulets gear drejede hvede til mel.

Pumped-Storage Plants

De kæmpe generatorer på Hoover Dam producerer mere end 2.000 megawatt.

De gigantiske generatorer ved Hoover Dam producerer mere end 2.000 megawatt.

Der er en anden type vandkraftværk, kaldet pumpeoplagringsanlæg. I en konventionel vandkraftværker strømmer vandet fra reservoiret gennem planten, går ud og transporteres nedstrøms. Et pumpeproduktionsanlæg har to reservoirer:

  • Øvre reservoir - Som en konventionel vandkraftværker skaber en dæmning et reservoir. Vandet i dette reservoir strømmer gennem vandkraftværket for at skabe elektricitet.
  • Nedre reservoir - Vand, der forlader vandkraftværket, strømmer ind i et nedre reservoir snarere end at komme ind i floden og strømme nedstrøms.

Brug af en reversibel turbine, kan planten pumpe vand tilbage til det øvre reservoir. Dette sker i off-peak timer. I det væsentlige genopfylder det andet reservoir det øvre reservoir. Ved at pumpe vand tilbage til det øvre reservoir, har anlægget mere vand til at generere elektricitet i perioder med spidsforbrug.

Generatoren

Hjertet i vandkraftværket er generatoren. De fleste vandkraftværker har flere af disse generatorer.

Generatoren, som du måske har gættet, genererer elektriciteten.Den grundlæggende proces med at generere elektricitet på denne måde er at rotere en serie magneter inde i ledninger. Denne proces bevæger elektroner, som producerer elektrisk strøm.

Hoover Dam har i alt 17 generatorer, der hver især kan generere op til 133 megawatt. Den samlede kapacitet i Hoover Dam vandkraftværket er 2.074 megawatt. Hver generator er lavet af visse grundlæggende dele:

  • Aksel
  • Excitor
  • Rotor
  • stator

Når turbinen vender, bliver den Excitor sender en elektrisk strøm til rotoren. Det rotor er en serie af store elektromagneter, der spinder inde i en tætviklet spole af kobbertråd, kaldet stator. Magnetfeltet mellem spolen og magneterne skaber en elektrisk strøm.

I Hoover Dam flytter en strøm på 16.500 ampere fra generatoren til transformeren, hvor strømmen rammer op til 230.000 ampere før transmissionen.

Hydrologisk cyklus

Den hydrologiske cyklus

Den hydrologiske cyklus

Vandkraftværker udnytter en naturligt forekommende, kontinuerlig proces - processen, der får regn til at falde og floder stiger. Hver dag mister vores planet en lille mængde vand gennem atmosfæren, da ultraviolette stråler bryder vandmolekylerne fra hinanden. Men samtidig udsendes der nyt vand fra jordens indre del gennem vulkansk aktivitet. Mængden af ​​vand, der er skabt, og mængden af ​​vand, der tabes, er omtrent det samme.

På ethvert tidspunkt er verdens samlede vandmængde i mange forskellige former. Det kan være flydende, som i oceaner, floder og regn; fast som i gletschere; eller gasformige, som i den usynlige vanddamp i luften. Vandændringer stater, da det bevæges rundt om i verden ved vindstrømme. Vindstrømme genereres af solens varmeaktivitet. Luftstrømcykler skabes af solen, der skinner mere på ækvator end på andre områder af planeten.

Luftstrømcykler driver jordens vandforsyning gennem en egen cyklus, kaldet hydrologiske cyklus. Som solen opvarmer flydende vand, vandet fordamper ind i damp i luften. Solen opvarmer luften, hvilket får luften til at stige i atmosfæren. Luften er koldere højere op, så når vanddampen stiger, afkøles den, kondenserende ind i dråber. Når der dannes tilstrækkelige dråber i et område, kan dråberne blive tung nok til at falde tilbage til jorden som nedbør.

Den hydrologiske cyklus er vigtig for vandkraftværker, fordi de afhænger af vandstrømmen. Hvis der er mangel på regn i nærheden af ​​planten, vil vand ikke samle opstrøms. Når der ikke er vand, der samler op, strømmer mindre vand gennem vandkraftværket, og der produceres mindre el.

Vidste du?

Kilder: U.S. Bureau of Reclamation og National Renewable Energy Laboratory

  • Det største vandkraftværk i verden er Itaipu kraftværk, der ejes af Brasilien og Paraguay. Itaipu kan producere 12.600 megawatt.
  • Det næststørste vandkraftværk er Guri kraftværk, der ligger på Caroni-floden i Venezuela. Det kan producere 10.300 megawatt.
  • Det største amerikanske vandkraftværk er Grand Coulee kraftværk på Columbia River i Washington State. Den kan producere 7.600 megawatt og opdateres for øjeblikket til at producere 10.080 megawatt. (NREL)

Hydroelektriske Fodtøj

Billede fra patent nr. 6,239,501: Fodtøj med hydroelektrisk generatoraggregat

Billede fra patent nr. 6,239,501: Fodtøj med hydroelektrisk generatoraggregat

Den grundlæggende idé om vandkraft er at bruge kraften i en flydende væske til at dreje et turbineblad. En stor dæmning skal typisk bygges midt i en flod for at udføre denne funktion. En ny opfindelse udnytter ideen om vandkraft i en meget mindre skala til at levere elektricitet til bærbare elektroniske enheder.

Opfinder Robert Komarechka i Ontario, Canada, er kommet op på ideen om at placere små vandkraftgeneratorer i solsålerne. Han mener, at disse mikro-turbiner vil generere nok strøm til strøm næsten enhver gadget. I maj 2001 modtog Komarechka et patent for sin unikke foddrevne enhed.

Der er et meget grundlæggende princip til, hvordan vi går: Foden falder hæl-til-tå under hvert trin. Når din fod lander på jorden, bliver kraften bragt ned gennem din hæl. Når du forbereder dit næste skridt, ruller du din fod fremad, så kraften overføres til din fods bold. Komarechka bemærkede tilsyneladende dette grundlæggende princip om at gå og har udviklet en ide til at udnytte kraften i denne daglige aktivitet.

Der er fem dele til Komarechka's "fodtøj med hydroelektrisk generator samling" som beskrevet i sit patent:

  • Væske - Systemet bruger en elektrisk ledende væske.
  • Sacs at holde væsken - En sak er placeret i hælen og en anden i tå sektionen af ​​skoen.
  • kanaler - Rørledninger forbinder hver sek til en mikrogenerator.
  • Turbine - Som vand bevæger sig frem og tilbage i sålen bevæger det bladene af en lille turbine.
  • Microgenerator - Generatoren er placeret mellem de to væskefyldte sacs og indeholder a vinge rotor, som driver en aksel og drejer generatoren.

Når en person går, vil kompressionen af ​​væsken i sækken, der er placeret i skoens hæl, tvinge væske gennem ledningen og ind i det vandkraftgeneratormodul. Når brugeren fortsætter med at gå, løftes hælen og nedadgående tryk vil blive udøvet på sækken under personens bold. Bevægelsen af ​​væsken vil rotere rotoren og akslen for at producere elektricitet.

En udvendig stikkontakt vil blive tilvejebragt for at forbinde ledninger til en bærbar enhed. En strømstyringsudgangsenhed kan også være tilvejebragt, der skal bæres på brugerens bælte.Elektroniske enheder kan derefter tilsluttes denne strømstyringsudgangsenhed, hvilket vil give en jævn strømforsyning.

"Med stigningen i antallet af batteridrevne bærbare enheder," siger patentet, "er der et stigende behov for at levere en langvarig, tilpasningsbar, effektiv elektrisk kilde." Komarechka forventer, at hans enhed vil blive brugt til at drive bærbare computere, mobiltelefoner, cd-afspillere, GPS-modtagere og tovejs radioer.

For mere information om vandkraftværker og relaterede emner, se linkene på næste side.


Video Supplement: Film om vandkraftværk.




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com