Сила воды

Наблюдая за течением реки, трудно представить всю силу, которую она несет. Если вы когда-либо сплавлялись по бурной воде, то ощутили малую часть мощи реки. Пороги образуются, когда река, несущая большой объем воды вниз по склону, проходит через узкий проход. Когда река вынуждена протекать через это отверстие, её течение ускоряется. Наводнения — ещё один пример того, какую силу может иметь огромный объем воды.

Гидроэлектростанции используют энергию воды и применяют простые механизмы для преобразования этой энергии в электричество. ГЭС основаны на довольно простой концепции — вода, протекающая через плотину, вращает турбину, которая приводит в действие генератор.

Основные компоненты обычной гидроэлектростанции:

Плотина

Большинство гидроэлектростанций полагаются на плотину, которая сдерживает воду, создавая большое водохранилище. Часто это водохранилище используется как рекреационное озеро, например, озеро Рузвельт у плотины Гранд-Кули в штате Вашингтон.

Водозабор

Затворы на плотине открываются, и гравитация направляет воду через водовод — трубопровод, ведущий к турбине. Вода создает давление, протекая по этой трубе.

Турбина

Вода ударяет и поворачивает большие лопасти турбины, которая соединена с генератором выше через вал. Наиболее распространенным типом турбины для ГЭС является турбина Френсиса, которая выглядит как большой диск с изогнутыми лопастями. Турбина может весить до 172 тонн и вращаться со скоростью 90 оборотов в минуту.

Генераторы

Когда лопасти турбины вращаются, вращается и серия магнитов внутри генератора. Гигантские магниты вращаются мимо медных катушек, производя переменный ток (AC) путем движения электронов.

Трансформатор

Трансформатор внутри машинного зала принимает переменный ток и преобразует его в ток более высокого напряжения.

Линии электропередач

Из каждой электростанции выходят четыре провода: три фазы энергии, производимые одновременно, плюс нейтральный или заземляющий провод, общий для всех трех фаз.

Отводящий канал

Использованная вода отводится через трубопроводы, называемые отводящими каналами, и возвращается в реку ниже по течению.

Соединительный вал

Вал, который соединяет турбину и генератор, передает механическую энергию от вращающейся турбины к генератору.

Принцип работы

Вода в водохранилище считается накопленной энергией. Когда затворы открываются, вода, протекающая через водовод, становится кинетической энергией, поскольку она находится в движении. Количество производимого электричества определяется несколькими факторами. Два из этих факторов — объем потока воды и величина гидравлического напора.

Напор — это расстояние между поверхностью воды и турбинами. По мере увеличения напора и потока увеличивается и количество вырабатываемого электричества. Напор обычно зависит от количества воды в водохранилище.

Преимущества гидроэнергетики

• Возобновляемый источник энергии — вода является постоянно возобновляемым ресурсом
• Экологически чистая — не производит вредных выбросов в атмосферу
• Высокая эффективность — до 90% энергии воды преобразуется в электричество
• Долговечность — ГЭС могут работать десятилетиями при минимальном обслуживании
• Регулируемость — производство электроэнергии можно быстро увеличивать или уменьшать

Типы гидротурбин

Турбина Френсиса

Наиболее распространенный тип турбины, эффективно работающий при средних напорах. Имеет радиальное рабочее колесо с направляющими лопастями.

Турбина Каплана

Пропеллерная турбина с регулируемыми лопастями, оптимальная для низких напоров и больших расходов воды.

Турбина Пелтона

Ковшовая турбина, предназначенная для высоких напоров и относительно малых расходов воды.