✅Як працює гідроелектростанція?
Вода століттями забезпечувала енергетичні потреби людей, а в наші дні на гідроелектростанції припадає близько 20 відсотків світового виробництва електроенергії. Зібрана греблею вода обтікає гігантські лопаті турбінного колеса, обертаючи його зі швидкістю від 125 до 750 оборотів в хвилину.
Обертове лопатеве колесо поставляє механічну енергію, необхідну для обертання величезного магніту всередині генератора змінного струму. Кількість виробленої енергії залежить від «напору» води, тобто від різниці її рівнів перед і за турбіною. Інженери розробили різні типи гідротурбін, здатні використовувати енергію води в дуже широкому діапазоні напорів: від 6 до 1700 м.
Вироблення енергії на гідроелектростанції
Гідроелектростанція повинна мати греблю, що збирає річкову воду у водосховищі, і водовід, який доставляє воду до гідротурбіни.
Низьконапірна вода обертає лопатеве колесо пропелерної турбіни.
Активна турбіна
В активній турбіні вода під високим тиском впорскується на ковші обертового колеса.
Гідроелектричний генератор
Вода, запасена греблею, потрапляє через водоприймач і водовід на лопаті робочого колеса реактивної турбіни, яке обертає електромагніт щодо обмотки генератора.
Підвищуючий трансформатор
Підвищуючий трансформатор збільшує напругу електричного струму, виробленого генератором, до 69000 вольтів, після чого електроенергія надходить в місцеву лінію електропередачі.
Таблиця з поясненнями на тему “Як працює гідроелектростанція?”
| Елемент | Опис | Цікаві факти | Приклади |
|---|---|---|---|
| Водосховище | Водосховище акумулює велику кількість води. Вода зберігається за допомогою дамби або природних перепадів висот. | Створення водосховища може призводити до великих екологічних та соціальних змін у регіоні. | ГЕС на річці Гувера у США. |
| Дамба | Дамба утримує воду в водосховищі, створюючи необхідний напір води для генерації електроенергії. | Дамби можуть бути найвищими будівлями світу. | ГЕС “Три ущелини” у Китаї. |
| Водопровід | Водопровід транспортує воду від водосховища до турбін ГЕС. | Водопроводи можуть бути підземними або наземними і мати різну довжину та діаметр. | ГЕС Ітайпу між Бразилією та Парагваєм. |
| Турбіни | Турбіни перетворюють кінетичну енергію води на механічну енергію. | Існують різні типи турбін, наприклад, Френсіса, Каплана та Пелтона, які підходять для різних рівнів напору води. | Гідротурбіна Френсіса на ГЕС Гранд-Кулі у США. |
| Генератор | Генератор перетворює механічну енергію турбіни на електричну енергію. | Генератори на ГЕС часто є дуже великими та потужними, щоб виробляти великі об’єми електроенергії. | Генератори ГЕС Ітайпу. |
| Випуск води | Після проходження через турбіни, вода випускається назад у річку або канал. | Керування випуском води важливе для збереження місцевої екосистеми. | Водовипускний канал на ГЕС Гувера. |
Висновок
Гідроелектростанції (ГЕС) виробляють електроенергію, перетворюючи потенційну енергію накопиченої води у кінетичну, а потім у механічну енергію за допомогою турбін та в кінцевому рахунку у електричну енергію за допомогою генераторів.
Весь цикл включає використання водосховища, дамби, водопроводу, турбіни, генератора та системи випуску води. ГЕС є важливим джерелом відновлювальної енергії, але їх будівництво та експлуатація можуть мати значний вплив на місцеву екологію та соціальне середовище.
Турбінні технології, які застосовуються у гідроенергетиці.
Великі гідроелектростанції з греблями та стічними водами можуть зашкодити навколишньому середовищу. Зате малі гідроелектростанції функціонують по принципу використання вільного потоку води. Вони можуть працювати, не забруднюючи природу.
Міні–гідроелектростанції не потребують значної висоти та тиску води, а ось великі установки не зможуть працювати за відсутності цих умов.
Для того, аби крупна гідроелектростанція працювала безперервно, необхідно, щоб рівень води у річці досягав значного рівня. Тому вода, що виливається із втягуючих труб в турбіни, повинна повернутися назад, в русло річки. Так забезпечуються своєрідний кругообіг водного ресурсу.
У роботі гідроелектростанції найважливішу роль відіграє турбіна. Це двигун з лопатями, який зустрічається ізсилою опору течії, і починає обертатися. Завдяки круговим обертам утворюється кі нетична енергія, яка трансформується в електричну. Потім енергія передається далі, у велику транзисторно–акумуляторну мережу.
При виборі турбіни потрібно керуватися висотою рівня закритої води, яку ще називають «головою». Цей об’ем потоку стає рушійною силою, що викликає швидке обертання двигуна.
Видів турбін, які використовуються у гідроенергетиці, є досить багато. Ось деякі з них:
- Турбіна «Пелтон» виглядає, як колесо водяного млина. Вода, потрапляючи у ковш лопатей, обертає конструкцію. Двигун Пелтона застосовується в місцях з високою «головою» – від 15 до майже 2000 метрів, і досягає потужності 200 мегаватт. Ця турбіна добре показує себе в гірських та штучних водоймах із високою швидкістю потоку. В таких умовах продуктивність турбіни може досягати 3000 оборотів у хвилину. Недоліком «Пелтона» є неефективність при низькому натиску води.
- Турбіна «Франціск» добре функціонує із «головою» від 3 до 750 метрів. Зазвичай має 8-9 лопатей. Вода входить в турбіну в радіальному напрямі (тобто, рухаючись до осі), а виходить в протилежному. «Франціск» може досягати потужності 800 мегаватт. Ця турбіна добре показала себе в гідроенергетиці. У неї найвищий коефіцієнт корисної дії порівняно з усіма існуючими типами.
- Гвинтові турбіни – складаються з обертального елемента та 3-6 невеликих лопатей. Потік води проходить крізь обертальний елемент та штовхає лопаті. Гвинтові турбіни можуть функціонувати з «головою» від 3 до 100 метрів та можуть виробляти енергію потужністю 100 мегаватт.
Один із відомих підвидів гвинтових роторів – це турбіна Каплана. Для підвищення продуктивності лопаті цієї установки роблять довшими, що значно збільшую коефіцієнт корисної дії. Турбіни Каплана можуть досягати потужності 400 мегаватт.
Кожний тип турбін оптимальний при певних умовах швидкості потоку, тиску та висоти рівня закритої води. Хоча в деяких випадках їх значення перетинаються. Відповідно, для одної гідроелектростанції можуть бути вибрані турбіни різних типів.