Основи на хидроенергията

Течащата вода създава енергия която може да бъде уловена и превърната в електричество. Това е наречено хидроенергия Най-често срещаната хидроенергийна станция използва язовир построен на река за да съхранява водата в резервоар. Водата освободена от резервоара тече през турбина която се завърта, което от своя страна активира генераторът, който произвежда елетричество. Но хидроенергията не винаги се нуждае от голям язовир.Някои хидроенергийни станции използват просто малък канал за да канализират водата от реките през турбините.

Друг вид хидроенергийни станции са наречени - помпено съхранителни станции - дори може да съхранявят енергия. Енергия се подава от електрическата мрежа към електрическите генератори. Генераторите тогава завъртат турбините наобратно, което ги кара да изпомпват вода от реката или по-нисък резервоар към по-висок резервоар където енергията се съхранява. За да се използва тази енергия водата се освобождава от горния резервоар обратно към реката или долния резервоар. Това завърта турбините напред активирайки генераторите което произвеждат електричество.

Типове хидроенергия.

Запиращи
Запиращите станции, обиковено голяма хидроенергийна станция, използват язовир за да съхраняват водата от река в резервоар. Водата може да бъде освободена или за да реши наложащи енергийни нужди или за да поддържа постоянно ниво на водата в язовира.

Диверсионни
Диверсионни, често наричана и "избягай от реката", станции канализират част от водата в река през канал или шлюз. Тя може да работи и без язовир.

Помпено съхранителни
Когато нуждата от електричество е ниска, помпено съхранителната станция съхранява енергия чрез изпомването на вода от по-нисък резервоар към по-висок. През периодни на по-голяма необходимост от електрическа енергия водата се освобождава за да генерира електричество.

Големини на хидроенергийни станции
Станциите варират по големина от големи хидроенергийни електроцентрали които снабдяват много потребители с енергия до малки и микро електроцентрали управлявани от малко хора за задоволяване на собствените си енергийни нужди или за продажба.

Голяма хидроенергийна електроцентрала
Въпреки че дефинициите се различават, като голяма хидроелектроцентрала се приема тази която има капацитет по-голям от 30 мегавата.

Малка хидроенергийна електроцентрала
Въпреки че дефинициите се различават, като малка хидроелектроцентрала се приема тази която има капацитет между 0.1 до 30 мегавата.

Микро хидроенергийна електроцентрала
Въпреки че дефинициите се различават, като микро хидроелектроцентрала се приема тази която има капацитет до 100 мегавата.

Турбинни технологии

Има много видове турбини изпозвани за хидроенергия и те се избират в зависимост от приложението им и от височината на запряната вода , която се нарича "глава", на разположение да ги задвижи. Въртящата се част на турбината се нарича "бегач" Най-често срещаните турбини са:

Турбина Пелтън
Турбината Пелтън има един или повече пръскача на вода която попада в кофите на бегача който изглежда като водно колело. Турбината Пелтън се използва за места с висока глава ( от 50 до 6,000 фута) и могат да достигат до мощности 200 мегавата.

Турбини Францис
Турбината Францис има осем или девет перки, а обиковено повече. Водата навлиза в турбината в радиална посока към шахтата, и се освобождава в аксиална посока. Турбините Францис оперират с глави от 10 до 2,000 фута и достигат до мощности 800 мегавата.

Перкови турбина
Имат бегач с три до шест закрепени перки, подобно на перка на лодка. Водата преминава през бегача и движи перките. Перковите турбини могат да работят с 10 до 300 метрови глави и достигат мощности до 100 мегавата. Турбината Каплан е пример за перкова турбина в която дължината на перките може да бъде променена за да се подобри производителността. Каплан турбините достигат мощности до 400 мегавата.

Проблеми засягащи околната среда и тяхното решаване

Днешните хидротехнологии, които са принципно без вредни емисии, могат да причинят нежелани природни ефекти като нараняване и смъртност на рибата преминаваща през турбините, както и вредни ефекти върху качеството на водата. Различни облекчаващи техники се прилагат разрешат тези проблеми и приятелски за околоната среда турбини се разработват.

Преминаване на рибата
Рибните популации могат да бъдат наранени ако рибата неможе да мигрира срещу течението през язовирите до размножителните си места или ако не може да мигрира по течението до океана. Преминаването на рибата нагоре по течението може да бъде подпомогнато като се използват рибни стълби или асансьори или чрез улавянето и изхърлянето на рибата по нагоре по течението с камиони. Преминаването на рибата по течението може да бъде подпомогнато чрез отклоняването на рибата от турбинните или дори подводни светлини и звуци, и чрез поддържането на минимално разливане на потока вода през турбината.

Качество на водата и потока
Хидроенергийните станции могат да причинят нива на ниско разтворен кислород в водата, проблем който наранява крайречните обитателите и се решава чрез различни аеробни техники. Поддържането на ниско ниво на водата след станцията е също критично за крайречните обитатели.

Приятелски за околната среда турбини
Природносъобразни турбини още наречени "рибо - приятелски" подпомагат за да се намали рибната смъртност при преминаването през турбината и повишаването на качеството на водата чрез поддържането на концентрацията на разтворения кислород висока.

Океан

Енергията от окена се извлича от енергията на окенските вълни, приливи и отливи, или от термалната енергия съхранявана в океана.

Основи на океанската енергия

Океанската енергия се състои от два типа енергия: термална енергия идваща от топлината на слънцето и механичната енергия идваща от вълните и енергия на приливите и отливите. Океаните покриват над 70 процента от повърхността на земята правейки ги най-големите колектори на слънчева енергия. Слънцето затопля повърхностните води повече от колкото дълбоките океански води и тази температурна разлика съхранява термална енергия. Термалната енергия се използва за много приложения включително и генерирането на електрическа енергия. Има три типа електрическо преубразователни системи: такива със затворен цикъл, с отворен цикъл и хибридни. Системите с затворен цикъл използват топлината на океана за да изпарят работен флуид, който има ниска точка на кипене като амоняка. Изпаренията се разрширяват и въртят турбините. Турбината от своя страна активира генератора, който произвежда електроенергия. Системите с затворен цикъл всъщност нагряват морската вода при ниско налягане. Това произвежда пара която минава през турбина/генератор. А хибридните системи използват и двете системи. Механичната енергия на океана е доста по различна от термалната му енергия. Въпреки че слънцето има влияние върху всички дейности на океана, приливите и отливите са причинени от гравитационната сила на луната, а вълните са приченени главно от вятъра. Язовир обикновено се използва за да конвертира приливната и отливна енергия в електричество насочвайки водата през турбините които активират генератор. За конвертиране на енергия от вълни се използват три основни системи: канални системи които насочват водата в резервоари, плувни системи които движат хидравлични помпи и люлеещи се водно колонни системи които използват вълните за да компресират въздух в контейнер. Механичната енергия която се получава от тези системи или директно ативира генератор или се предава на работен флуид, въздух или вода които от своя страна задвижват генератор.

Технологии

Общата енергия на вълните разбиващи се по крайбрежията на земята е изчислена на 2 до 3 милиона мегавата. На подходящи места, енергията на вълните може да бъде средно 65 мегавата на миля от крайбрежието. Има три метода за улавянето и:

Плувки
Тези устройства генерират електричество от махалното действие на плуващия обект. Обекта може да бъде закрепен на плаващ сал или за устройство закрепено на оекеанското дъно.

Люлеещи се водни колони
Тези устройства генерират електричество причиненото от вълните навдигане и падане на вълните в цилиндрична шахта. Навдигането и падането на вълните кара въздуха вътре и навън от шахтата задвижвайки въздушна турбина.

Фокусиращи устройства
Тези устройства разположени по бреговите линии канализират и концентрират вълните, откарвайки ги в издигнат резервоар. Водата изтичайки от този резервоар генерира електричество използвайки стандартни хидроенергийни технологии.

Енергия на приливите и отливите

Приципите за улавянето и традиционно включват издигането на язовир на отвора на приливно отливен басейн. Язовирът включва шлюз която се отваря за да позволи на прилива да потече в басейна; след това шлюза се затваря и след като морското равнище падне, традиционни хидротехнологии могат да бъдат използвани за да генерират електричество от издигнатата вода в басейна. Някои изследователи също се опитват да извлекат енергия директно от приливните потоци. Енергийният потенциал е висок - най-голямата станция "La Rance" в Франция генерира 240 мегавата мощност.

Системите за приливна енергия могат да причинят екологични удари върху приливните басейни заради намаления поток и образуването на тиня.

Системи за конвертиране на океанска термална енергия

Огромно количество термална енергия се съхранява в световния океан. Всеки ден океанът абсорбира толкова енергия от слънцето равна на термалната енергия съдържаща се в 250 милиарда варела петрол. Системите за термално конвертиране конвертират тази енергия в електричество. Три типа системи за термално конвертиране могат да се използват за генерирането на електрическа енергия:

Системите с затворен цикъл циркулират работен флуид през затворена система нагрявайки го с топла морска вода, изпаряват го и насочват през турбина, а след това го кондензиранет с студена морска вода. Системи с затворен цикъл нагряват морска вода, изпарявайки я и насочвайки парата през турбини. Хибридни системи нагряват и изпаряват морската вода до пара и с нея изпаряват работния флуид в затворена система. Тези системи са предвидени като земно-базирани, закрепени на океанското дъно или плаващи.