Что такое гидроэнергетика и как она работает?

Гидроэнергетика — один из первых источников энергии на планете.

Почти 20% всей электроэнергии в мире вырабатывается гидроэнергетикой.

Хорошим примером является плотина Гувера в США, представляющая собой внушительное бетонное сооружение с гравитационной аркой, в котором хранится энергия всей реки Колорадо.

Ниагарский водопад, расположенный в Онтарио, Канада, соединенный с США Радужным мостом, был первым гидроэлектростанцией в стране.

Если говорить о гидроэнергетике во всем мире, то ведущими странами по ее производству являются Китай, Бразилия, Канада, США, Россия, Норвегия, Индия, Япония, Венесуэла и Франция.


Возвращаясь к США, гидроэнергетика производит достаточно электроэнергии, чтобы удовлетворить потребности 28 миллионов бытовых потребителей. Он может охватывать все домохозяйства в Индиане, Айове, Канзасе, Кентукки, Огайо, Мичигане, Миннесоте, Миссури, Небраске, Северной и Южной Дакоте, Теннесси и Висконсине.

Гидроэнергетика чистая. Он предотвращает сжигание 22 миллиардов галлонов нефти или 120 миллионов тонн угля ежегодно.

Что такое гидроэлектроэнергия?
Гидроэлектроэнергия — это форма энергии, которая является возобновляемым ресурсом.

Как мы знаем, к другим возобновляемым ресурсам относятся солнечная энергия, геотермальная энергия, энергия приливов и отливов, энергия волн и энергия ветра.

Когда текущая вода улавливается и превращается в электричество, это называется «гидроэлектроэнергия» или «гидроэнергетика».

Во всем мире существуют различные типы гидроэлектростанций, и они питаются от кинетической энергии текущей воды, движущейся вниз по течению.

Генераторы и турбины преобразуют энергию в электричество, которое затем передается в электрическую сеть для производства энергии для использования в домах, на предприятиях и в промышленности.

Гидроэнергетика сыграла ключевую роль в развитии электроэнергетики в большинстве стран.

Небольшие, а также крупные гидроэлектростанции сыграли важную роль в раннем развитии электроэнергетики.

В качестве ресурса гидроэнергетики используется вода, которая постоянно испаряется из озер и океанов, образуя облака. Затем вода стекает в виде дождя или снега, а затем стекает обратно в океан.

Гидроэнергетика использует воду, которая никогда не уменьшается или не заканчивается в процессе. Круговорот воды — это бесконечная, постоянно пополняющаяся система. Вот почему гидроэнергетика — это возобновляемая энергия.

Вода, особенно падающая, на протяжении веков использовалась как источник энергии.

Американцы определили преимущества механической гидроэнергетики еще в 1700-х годах и использовали ее для фрезерования и перекачки.

В 1878 году была построена первая гидроэлектростанция, которая вырабатывала электричество для одной дуговой лампы.

К 1881 году электростанция №1 Шёллькопф возле Ниагарского водопада начала массово вырабатывать электроэнергию.

В течение 20-го и начала 21-го веков технологические инновации помогли сделать гидроэнергетику основным ресурсом для поиска решений в области возобновляемых источников энергии.

В начале 1900-х годов гидроэлектроэнергия составляла более 40% электроэнергии в США.

В 1909 году была пущена электростанция мощностью 4500 кВт с пятью генераторами. Они начали вырабатывать электроэнергию для подачи поливной воды и электричества в район Феникса.

В 1940-х годах гидроэнергетика обеспечивала почти 75% всей электроэнергии, потребляемой на западе и северо-западе Тихого океана.

Впоследствии водопады мелиоративных плотин стали значительными производителями электроэнергии.

Также на площадках плотин были установлены электростанции для завершения работы строительного городка.

Гидроэнергетика использовалась для подъема, перемещения и обработки материалов при строительстве дамб и рытье каналов, для работы лесопильных заводов, канатных дорог, бетонных заводов, гигантских экскаваторов и драглайнов.

Работа в ночное время была возможна благодаря фарам, работающим от гидроэлектростанции.

Гидроэнергетика также использовала насосы, которые обеспечивали дренаж или перекачивали воду на возвышенности.

Излишки электроэнергии продавались существующим системам распределения электроэнергии.

Производство дешевой электроэнергии принесло пользу местной промышленности, городам и фермам. Кроме того, оросители засушливых западных земель извлекли выгоду из излишков
власть.

Первая гидроэлектростанция компании Reclamations была построена, чтобы помочь в строительстве плотины Теодора Рузвельта на реке Солт-Ривер, расположенной примерно в 75 милях к северо-востоку от Феникса, штат Аризона.

Кроме того, излишки электроэнергии были проданы сообществу, и граждане начали поддерживать увеличение гидроэлектрической мощности плотины.

Однако производство гидроэлектроэнергии сократилось примерно до 10 процентов из-за увеличения производства других видов электроэнергии.

Как работает гидроэлектростанция?

Гидроэлектроэнергия вырабатывается за счет движения воды. Это можно рассматривать как еще одну форму солнечной энергии, поскольку солнце обеспечивает энергию гидрологического цикла, который дает Земле воду.

В гидрологическом круговороте атмосферная вода достигает поверхности земли в виде осадков.

Некоторая часть этой воды испаряется, но большая ее часть поглощается почвой или становится поверхностным стоком.

Вода, которая стекает через дождь и тающий снег, в конечном итоге достигает прудов, озер, водохранилищ или океанов, где постоянно происходит испарение.

Подобно угольным электростанциям, используется турбина, которая затем вращает металлический вал в электрогенераторе для производства электроэнергии.

Разница в том, что гидроэлектростанция использует падающую воду для вращения турбины вместо пара.

Размеры гидроэлектростанций варьируются от «микрогидроэлектростанций», которые питают лишь несколько домохозяйств, до гигантских плотин, таких как плотина Гувера, которые обеспечивают электричеством миллионы людей.

Речь идет о строительстве плотин на больших реках, имеющих перепад высот.

Плотины могут хранить большое количество воды позади них в резервуаре. У подножия стены плотины находится водозабор.

Под действием силы тяжести водопады проходят через напорный шток внутри плотины. В конце напорного трубопровода находится пропеллер турбины, который вращается движущейся водой.

Вал турбины идет вверх в генератор, который вырабатывает электричество. Линии электропередач подключены к генератору, который подает электроэнергию в дома и на предприятия.

При производстве гидроэлектроэнергии не создается никакой новой энергии, только одна форма энергии преобразуется в другую форму.

Текущая вода вращает лопасти турбины, и форма превращается в механическую энергию.

Чтобы вырабатывать электричество, вода должна находиться в движении, что называется «кинетической (движущейся) энергией».

Некоторые гидроэлектростанции расположены на реках, ручьях и каналах. Однако для стабильного водоснабжения требуются плотины.

Вода хранится в плотинах для последующего сброса для орошения, бытового / промышленного использования, а также для выработки электроэнергии.

Гидравлическая турбина преобразует энергию текущей воды в механическую.

Работа генератора основана на принципах, открытых Майклом Фарадеем. Он обнаружил, что когда магнит проходит мимо проводника, он заставляет течь электричество.

В большом генераторе электромагниты создаются путем циркуляции постоянного тока через петли из проволоки, намотанные на пучок пластин из магнитной стали. Они называются «полевыми полюсами» и устанавливаются по периметру ротора.

Ротор прикреплен к валу турбины и вращается с определенной скоростью.

Когда ротор начинает вращаться, полюса возбуждения или электромагниты проходят мимо проводников, установленных в статоре.

Таким образом, начинает течь электричество, и на выходных клеммах генератора возникает напряжение.

Как только электричество вырабатывается на гидроэлектростанциях, оно доставляется в дома, офисы, школы и фабрики.

Вся электроэнергия, производимая на электростанции, сначала проходит через трансформаторы, которые повышают напряжение, поэтому она может перемещаться на большие расстояния по линиям электропередач.

На местных подстанциях трансформаторы снижают напряжение, чтобы электричество можно было распределять по территории.

Повторное использование накопленной воды для пиковой потребности в электроэнергии
Спрос на электроэнергию колеблется в дневное и ночное время. Он повышается в часы пик и снижается в ночное время, когда спрос на электроэнергию в домохозяйствах, на предприятиях и других объектах снижается.

Гидроэлектростанции более эффективно обеспечивают электроэнергией в часы пик по сравнению с электростанциями, работающими на ископаемом топливе и атомными электростанциями.

Насосное хранилище — это метод, при котором вода резервируется на период пиковой нагрузки на электроэнергию путем перекачивания воды, которая уже прошла через турбины.

Затем воде дают возможность течь обратно через турбогенераторы время от времени во время пикового потребления, и на систему ложится большая нагрузка.

Резервуар работает аналогично аккумулятору. Он накапливает энергию в виде воды, когда потребности невысоки, и генерирует максимальную мощность в периоды ежедневной пиковой нагрузки.

Основным преимуществом гидроаккумулятора является то, что гидроэлектростанции могут быстро запускаться и быстро регулировать производительность.

Они работают эффективно для одного или несколько часов.

Кроме того, поскольку гидроаккумуляторы относительно малы, затраты на строительство обычно невысоки по сравнению с традиционными гидроэнергетическими объектами.

Преимущества гидроэнергетики
Гидроэлектростанции не сжигают топливо, поэтому загрязнение минимально;
Затраты на эксплуатацию и обслуживание гидроэлектростанций относительно невысоки;
Вода используется для работы электростанций, что является неограниченным природным ресурсом;
Гидроэнергетика использует надежную и проверенную технологию;
Гидроэнергетика играет важную роль в сокращении углеродного следа;
Гидроэнергетика является возобновляемой, поскольку осадки пополняют или пополняют воду в резервуаре, поэтому топливо для работы станций всегда есть.
Недостатки гидроэнергетики
Гидроэнергетика связана с высокими инвестиционными затратами;
Эта мощность зависит от гидрологии (осадков);
Сооружения гидроэнергетики могут вытеснить местное население;
Накопленная вода в плотинах при сбросе может затопить земли и места обитания диких животных;
Развертывание гидроэлектростанций может привести к потере среды обитания рыб или их увлечению (ограничение прохода);
Качество воды в водоеме и ручье часто меняется.
Будущее впереди
Гидроэнергетика, несомненно, является одним из основных возобновляемых ресурсов наряду с солнечной, ветровой, приливной и прочей энергией.

Однако остается без ответа много вопросов относительно сохранения экономической жизнеспособности гидроэнергетики на фоне растущих требований по защите рыбы и других ресурсов окружающей среды.

Гидроэнергетика — это чистая энергия, которая не выбрасывает загрязняющие вещества в окружающую среду. Тем не менее, эта энергия может иметь неблагоприятные экологические последствия.

На протяжении многих лет, особенно в США, прилагались усилия для сведения к минимуму экологических проблем, связанных с работой гидроэнергетики, включая создание безопасных проходов для рыбы и улучшение качества воды.

Если решить экологические проблемы, гидроэнергетика обладает огромным потенциалом из-за ее возобновляемой природы.