Электричество производится с использованием различных источников энергии и различных типов технологий. Все мы когда-то слышали об ископаемом топливе, ядерной энергии и возобновляемых источниках энергии, таких как гидроэнергетика.
По данным Управления энергетической информации США , в 2020 году:
– Природный газ представлял собой крупнейший источник производства энергии, около 40%
– Уголь составлял около 19%
– Нефть на 1%
– Атомная энергетика, производящая электроэнергию в результате ядерного деления, составляла 20%
Что касается возобновляемых источников энергии, их доля в электроэнергии США быстро меняется.
Общее количество электроэнергии, произведенной за счет возобновляемых источников энергии в США, составляет около 20%.
Вот разбивка на 2020 год:
– ГЭС производят около 7,3%
- Ветрогенерация: 8,4%
– Биомасса: 1,4%
– Солнечная: 2,3%
– Геотермальная: 0,5%
Возобновляемая энергия стала очень горячей темой в современном мире. Каждый день мы видим и слышим все больше о солнечной и ветровой энергетике.Однако мы не говорим о том, что с увеличением использования энергии ветра и солнца возникает повышенная озабоченность по поводу стабильности сети.
Что такое стабильность сети?
Когда вы щелкаете выключателем света в своем доме, вы, по сути, запрашиваете у энергосистемы дополнительную мощность или, другими словами, запрашиваете то, что называется большей нагрузкой.
Поскольку хороший, эффективный и экономичный способ хранения энергии еще не стал реальностью, эта энергия должна генерироваться мгновенно и передаваться, чтобы вы могли получить свет!
Равновесие между тем, сколько нагрузки генерируется, и сколько нагрузки требуется сети, является непрерывным уравновешиванием, которое требует стабильности и имеет решающее значение для предотвращения отключений. Вырабатываемая энергия должна постоянно равняться потребляемой энергии.
Гидроэнергетика – на страже сети
Когда дело доходит до выработки электроэнергии с использованием энергии ветра или солнца, необходимо учитывать неопределенность: либо солнце яркое и светит, либо нет. Либо у вас есть ветер, заставляющий вращаться ваши турбины, либо нет.
То, что мы делаем, добавляя эти источники энергии, по существу добавляет все больше и больше нестабильности в сеть.
Вот тут-то и вступает в дело гидроэнергетика… ГЭС могут не только хранить топливо (или воду!), но и реагировать на изменения в сети, также называемые запросами нагрузки (помните… выключатель света?! ) за доли секунды благодаря системам управления, которые контролируют скорость турбины.
Вот почему гидроэнергетику часто называют Хранителем Сети !
Как производится гидроэлектроэнергия?
Теперь мы знаем, почему производство гидроэлектроэнергии так важно… Но как на самом деле производится гидроэнергетика? Как энергия воды в конечном итоге приводит в действие свет в вашем доме?
Что ж… энергия вырабатывается по тому же принципу, что древние греческие земледельцы перемалывали зерно: текущая вода вращает колесо или турбину.
Гидроэлектростанции всегда располагаются вблизи источника воды в связи с тем, что вода является источником гидроэлектроэнергии.
Гидроэнергетические турбины
Турбина Фрэнсиса
Внутри электростанций есть разные типы турбин, но сегодня мы рассмотрим турбину, известную как турбина Фрэнсиса или дружественный Фрэнсис . Он получил дружественное прозвище из-за того, что его проще контролировать, с меньшим количеством частей и меньшим количеством переменных. Давайте приступим к этому…
Давайте начнем с объяснения необходимости плотины: плотина поднимает уровень воды и регулирует ее поток.
Разница в высоте, создаваемая плотиной, между уровнем воды на входе и выходе называется напором.
За исключением не очень распространенной отводной турбины, которая использует естественный поток воды для создания движения, гидротурбины часто строятся на более низкой высоте.
Турбины Фрэнсиса требуют низкого и среднего напора. Это означает, что плотина меньше по сравнению с плотинами, необходимыми для нужд другой головки турбины.Вода течет по большим трубам, называемым водоводами , внутри плотины и вращает большое колесо, называемое турбиной. Через затвор поступает высокое давление.
Между резервуаром и водоводом есть ворота, называемые головными воротами или входными воротами.
Когда он открыт, он позволяет воде течь из резервуара к турбине.
Управление гидроэнергетикой
Калитки представляют собой серию ворот, окружающих рабочее колесо турбины. Их можно контролировать, чтобы они переходили от полностью закрытых, не допуская попадания воды внутрь турбины, до полностью открытых, обеспечивающих полный поток внутри нее. Когда вода попадает в бегунок, турбина вращается. Чем больше воды, тем быстрее вращается турбина.
Калитка открывается и закрывается с помощью сервопривода. Кольцо переключения имеет звенья, прикрепленные к самим воротам калитки и центральному диску, поэтому, когда серводвигатели двигаются вперед и назад, ворота полностью открываются и полностью закрываются.
Калитки - это то, как губернаторы могут контролировать скорость турбины!
Затем турбина вращает прикрепленный вал, который вращает ваш генератор, для производства электроэнергии. Затем это электричество проходит по линиям электропередач до вашего дома… и дает вам свет!
Интересные факты о гидроэлектростанциях
В завершение, вот несколько забавных фактов о гидроэлектростанциях:
– Китайская плотина «Три ущелья» в настоящее время является крупнейшей гидроэлектростанцией в мире и самым большим из когда-либо построенных гидроэлектростанций – 22,5 ГВт! Для создания плотины было перемещено и перемещено такое большое количество воды, что это смещение веса буквально замедляет вращение Земли!
– Плотина Итайпу расположена на границе Бразилии, Парагвая и Аргентины, ее установленная генерирующая мощность составляет 14 ГВт. Хотя электростанция находится на границе трех разделяющихся стран, она снабжает электроэнергией только Бразилию и Парагвай.
– Плотина Гранд-Кули в штате Вашингтон на реке Колумбия была построена для обеспечения ирригации и производства гидроэлектроэнергии. Гранд-Кули мощностью 6,809 ГВт является крупнейшей электростанцией в США.