Visame pasaulyje hidroelektrinės pagamina apie 24 procentus pasaulinės elektros energijos ir aprūpina energija daugiau nei 1 milijardą žmonių. Pasaulio hidroelektrinės iš viso pagamina 675 000 megavatų, tai yra 3,6 milijardo barelių naftos energijos ekvivalentas, teigia Nacionalinė atsinaujinančios energijos laboratorija. Jungtinėse Valstijose veikia daugiau nei 2000 hidroelektrinių, todėl hidroenergija yra didžiausias atsinaujinančios energijos šaltinis šalyje. Šiame straipsnyje apžvelgsime, kaip krintantis vanduo sukuria energiją, ir sužinosime apie hidrologinį ciklą, kuris sukuria vandens srautą, būtina hidroenergijai. Taip pat apžvelgsite vieną unikalų hidroenergijos panaudojimo būdą, kuris gali paveikti jūsų kasdienį gyvenimą.
Vandens jėgos šaltiniai ir pagrindinė koncepcija
Stebint upės srovę, sunku įsivaizduoti jos jėgą. Jei kada nors plaukėte plaustais srauniomis upėmis, tuomet pajutote nedidelę upės galios dalį. Sraunios upės slenksčiai susidaro upei nešant didelį vandens kiekį žemyn, siaurame kanale susidarant kliūtims. Upei tekant per šią angą, jos tėkmė pagreitėja. Potvyniai yra dar vienas pavyzdys, kokią jėgą gali turėti milžiniškas vandens tūris. Hidroelektrinės panaudoja vandens energiją ir, naudodamos paprastą mechaniką, paverčia šią energiją elektra.
Hidroelektrinės iš tikrųjų yra pagrįstos gana paprasta koncepcija - per užtvanką tekantis vanduo suka turbiną, kuri suka generatorių. Štai pagrindiniai įprotos hidroelektrinės komponentai: Užtvanka, Įsiurbimas, Turbina, Generatoriai, Transformatorius ir Elektros linijos.
Užtvanka - Dauguma hidroelektrinių veikia ant užtvankos, kuri sulaiko vandenį ir sukuria didelį rezervuarą. Įsiurbimas - Užtvankos vartai atsidaro ir gravitacija traukia vandenį per vamzdyną, vedantį į turbiną. Vandeniui tekant šiuo vamzdžiu, didėja slėgis. Turbina - Vanduo trenkiasi į didelius turbinos mentės ir suka juos. Turbinos mentės velo pritvirtintos prie virš jos esančio generatoriaus. Dažniausias hidroelektrinėse naudojamas turbinos tipas yra Francis turbina, kuri atrodo kaip didelis diskas su išlenktomis mentėmis. Pasak Vandens ir energetikos švietimo fondo (FWEE), turbina gali sverti net 172 tonas ir suktis 90 apsisukimų per minutę (aps./min.) greičiu. Generatoriai - Turbinos mentėms sukant suktis, generatoriaus viduje sukasi ir magnetų virtinė. Milžiniški magnetai sukasi aplink varines rites ir judina elektronus, gamindami kintamąją srovę (AC). Transformatorius - Jėgos bloke esantis transformatorius paima kintamąją srovę ir paverčia ją aukštesnės įtampos srove. Elektros linijos - iš kiekvienos elektrinės išeina keturi laidai: trys fazės, gaminamos vienu metu, ir visoms trims fazėms bendras neutralus arba įžemintas laidas.
Ištekėjimas - Panaudotas vanduo teka vamzdynais, vadinamais nuotekų kanalais, ir vėl patenka į upę pasroviui. Vanduo rezervuare laikomas sukaupta energija. Kai vartai atsidaro, per slėginį vamzdį tekantis vanduo tampa kinetine energija, nes juda. Generuojamos elektros energijos kiekį lemia keli veiksniai: vandens srauto tūris ir hidraulinio slėgio dydis. Slėgis priklauso nuo vandens kiekio rezervuare, o didėjant slėgiui ir srautui didėja ir generuojamos elektros energijos kiekis.
Taip pat skaitykite: Darbas pirmaisiais vaiko metais: svarbios taisyklės
Hidroakumuliacinė jėgainė: platus požiūris į energijos saugojimą
Yra dar vienas hidroelektrinės tipas - hidroakumuliacinė elektrinė. Įprastoje hidroelektrinėje vanduo iš rezervuaro teka per elektrinę, išteka ir teka pasroviui. Hidroakumuliacinė elektrinė turi du rezervuarus: Viršutinis rezervuaras ir Apatinis rezervuaras. Naudodama grįžtamąją turbina, elektrinė gali pumpuoti vandenį atgal į viršutinį rezervuarą. Tai leidžia kaupiant energiją piko metu išnaudoti daugiau vandens ir vėliau ją paleisti, kai poreikis didesnis. Taip užtikrinamas didesnis energijos saugojimas ir lankstumas energijos tinkle.
Generatoriai, apribojimai ir technologijos
Generatoriai - hidroelektrinės širdis. Huverio užtvankoje iš viso yra 17 generatorių, kurių kiekvienas gali generuoti iki 133 megavatų. Bendras Huverio užtvankos hidroelektrinės galingumas yra 2074 megavatai. Kiekvienas generatorius sudarytas iš tam tikrų pagrindinių dalių: Velenas, Žadintuvas, Rotorius, Statorius. Turbinai sukant, žadintuvas siunčia elektros srovę į rotorių. Rotorius - didelių elektromagnetų serija, besisukanti sandariai apvyniotos varinės vielos ritės, vadinamos statoriumi, viduje. Magnetinis laukas tarp ritės ir magnetų sukuria elektros srovę. 16 500 amperų srovė teka iš generatoriaus į transformatorių, kur prieš perduodama srovė padidėja iki 230 000 amperų.
Hidroelektrinės naudoja natūraliai vykstantį, nuolatinį procesą - vandens judėjimą dėl hidrologinio ciklo. Saulės šviesa išskiria vandens ciklą, garinimo, konvekcijos ir kondensacijos etapais užtikrindama vandens judėjimą atmosferoje ir žemėje. Hidrologinis ciklas - svarbus hidroelektrinėms, nes jos priklauso nuo vandens srauto. Jei šalia elektrinės trūksta lietaus, vanduo nesikaups prieš srovę, todėl per hidroelektrinę teka mažiau vandens ir pagaminama mažiau elektros energijos.
Matavimo ir srauto tyrimai bei įrengimai
Šiuolaikiniai srauto matuokliai gaminami naudojant įvairias technologijas ir išnaudojant skirtingus fizikos reiškinius. Jų tyrimas ir pasirinkimas reikalauja daugelio parametrų patikrinimo. Srauto matavimo įranga apima tūrinius arba masės matuoklius, skysčio veikimo sąlygas, vamzdžio dydį, slėgio nuostolius, temperatūros diapazoną ir kt. Pasirinkimas priklauso nuo matuojamo skysčio tipo ir srauto paskirties. Matavimo tikslumą galite užtikrinti pasirinkdami tinkamą įrangą ir atsižvelgdami į tiesiąją vamzdžio dalį prieš prietaisą.
Automatiniai prietaisai ir valdymo blokai - plačiai naudojami vandens tiekimo ir hidroforų sistemas. Automatiniai vandens lygio reguliatoriai stebi rezervuarus ar konteinerius ir užtikrina, kad vanduo plaukia pagal nustatytą lygį. Kai vandens lygis nukrenta, valdymo blokas įjungia vožtuvą; kai viršijamas norimas lygis, vožtuvas užsidaro. Šie mechanizmai taikomi įvairiose srityse, įskaitant baseinų, akvariumų, vandens laikymo rezervuarų ir drėkinimo sistemas. Vandens balno srauto jungikliai ir vandens slėgio relės - svarbūs įrenginiai, leidžiantys valdyti siurblius, užtikrinant sklandų ir saugų vandens tiekimą.
Taip pat skaitykite: kaip gauti siuntimą į sanatorinį gydymą
Vandens balno srauto jungiklis veikia su srauto jutimo mentele, kuri juda dėl skysčio srauto. Jungiklis siunčia signalą į siurblio valdymo skydelį, kad siurblys įsijungtų arba išsijungtų. Šie jungikliai turi korpusą iš nerūdijančio plieno ar kitos atsparios medžiagos ir yra patikimi bei ilgaamžiai. Slėgio relės leidžia automatiškai įjungti arba išjungti siurblį priklausomai nuo minimaliai ir maximaliai nustatytų slėgio ribų, užtikrinant, kad siurblys neskleistų sausos eigos ir išlaikytų pastovų vandens slėgį.
Slėgio reguliavimas dažnai pasiekiamas per paprastą konfigūraciją - valdikliai leidžia nustatyti minimalų ir maksimalų slėgio lygį. Dažniausiai įsijungimo slėgis siekia apie 1,5-2 bar, o maksimalus siurblio išjungimo slėgis dažnai pasiekia 4,5-5 barus. Montavimo ypatybės - dažnai naudojama penkiašakė jungtis, trišakė jungtis arba ¼″ srieginiai jungtys buitiniams relėms. Svarbu įrengti slėgio relę tame pačiame aukšte kaip ir hidroforas ir pasirinkti vietą, kur mažiau drėgmės. Taip pat būtina įsitikinti, kad siurblys nesiūbuotų sausai, nes tai trumpina įrangos tarnavimo laiką. Elektriniai vandens siurbliai su varikliu ir sparnuotėmis generuoja vandens srautą, o jų veikimas priklauso nuo teisingo prijungimo ir konfigūravimo.
Vandens kokybės matavimai ir pramoniniai sprendimai
Vanduo yra vienas iš svarbiausių gamtos išteklių, o jo kokybė yra svarbi daugeliui pramoninių procesų, aplinkos apsaugai ir visuomenės sveikatai. Tikslus vandens fizikinių ir cheminių parametrų stebėjimas yra būtinas įvairiose pramonės šakose - nuo chemijos ir maisto pramonės iki vandens valymo sistemų ir nuotekų valymo įrenginių. Mūsų sprendimai fizikinių ir cheminių vandens parametrų matavimui sujungia pažangias technologijas su paprastu valdymu, užtikrindami tikslius ir patikimus matavimus bet kokioje pramoninėje aplinkoje. Mūsų prietaisuose naudojamos modernios technologijos, tokios kaip jonų selektyvūs elektrodai, UV-VIS spektroskopija ir realaus laiko analizė naudojant optinius jutiklius. Mūsų matavimo sistemos gali būti naudojamos tiek mažose įmonėse, tiek dideliuose pramoniniuose objektuose. Siūlome sprendimus vandens valymo įrenginiams, nuotekų valymo įrenginiams, cheminiams procesams, energetikai ir maisto pramonei. Mūsų matavimo prietaisai atitinka tarptautinius ir nacionalinius vandens kokybės ir aplinkos apsaugos standartus.
Santrauka ir praktiniai patarimai
- Hidroelektrinės veikia per užtvanką tekantį vandenį, kuris suka turbinas ir generuoja elektros energiją.
- Hidroakumuliacinės elektrinės leidžia kaupiamą energiją per pumpavimą atgal į viršutinį rezervuarą, taip didinant tinklo lankstumą.
- Generatoriai ir transformatoriai užtikrina efektyvų energijos perdavimą į tinklą bei jos reguliavimą.
- Slėgio relės ir vandens balno srauto jungikliai padeda automatiškai valdyti siurblius, apsaugodami įrangą nuo sausos eigos ir staigių srovių.
- Sklandus vandens srautas priklauso nuo hidrologinio ciklo: saulės šviesa skatina vandens judėjimą per atmosferos ir žemės procesus.
Hydroelectric power plant Animation
Taip pat skaitykite: Lietuvos Seimo narių transporto išlaidos