水力发电是如何产生的？

小伙伴们也知道一些地方拉闸限电，引发了社会对冬季能源保证供应的担心，今天我们来讨论下水力发电。

电力是由多种能源和不同类型的技术产生的。在某些时候，我们都听说过化石燃料、核能和水力发电等可再生能源。

2020 年：– 天然气是最大的能源生产来源，约占 40%– 煤炭约占 19%– 石油 1%

– 核能，通过核裂变发电，占 20%

至于可再生能源，它们在美国电力中的份额迅速变化。

美国可再生能源发电总量约占20%。

以下是 2020 年的细分：

– 水力发电厂产生约 7.3%

– 风力发电：8.4%

– 生物质：1.4%

– 太阳能：2.3%

– 地热：0.5%

可再生能源已成为当今世界的一个非常热门的话题。我们每天都会看到和听到更多关于太阳能和风力发电的信息。

然而，我们没有谈论的是，随着风能和太阳能使用量的增加，人们对电网稳定性的担忧也在增加。

什么是电网稳定性？

当在家中闪烁电灯开关时，我们所做的实质上是请求电网提供更多电力，或者换句话说，请求所谓的更多负载。

由于一种良好、高效且具有成本效益的能量储存方式尚未成为现实，因此需要立即产生能量并传输，以便您可以拥有光！

产生多少负载与电网需要多少负载之间的平衡是一种持续的平衡行为，这需要稳定性并且对于避免停电至关重要。产生的能量需要始终等于消耗的能量。

水电——电网的守护者

当谈到通过使用风能或太阳能发电时，需要考虑一些不确定性：要么太阳是明亮的，要么不是。要么你有风让你的涡轮机旋转，要么你没有。

我们通过添加这些能源所做的事情实质上是给电网增加了越来越多的不稳定性。

这就是水电的用武之地……水力发电厂不仅能够储存燃料（或水！），还能够响应电网变化，也称为负载请求（还记得……电灯开关吗？！) 由于其控制涡轮机速度的调节系统，在一秒之内。

这就是为什么水电通常被称为电网的守护者！

水力发电是如何产生的？

现在我们知道为什么水力发电如此重要了……但是水力发电实际上是如何产生的呢？来自水的能量如何最终为您家中的灯供电？

嗯……能量是由古希腊农民用来磨碎谷物的相同原理产生的：流动的水旋转轮子或涡轮机。

由于水是水力发电的来源，水力发电厂总是位于水源附近。

水力涡轮机

弗朗西斯水轮机

在发电厂内部，有不同类型的涡轮机，但今天，我们将研究称为弗朗西斯涡轮机或友好弗朗西斯涡轮机的涡轮机。由于控制不那么复杂，零件和变量较少，因此取了友好的昵称。让我们开始吧……

让我们首先解释对水坝的需求：水坝提高水位并控制其流量。

由大坝造成的进水和排放水位之间的高差称为水头。

除了不太常见的导流涡轮机（依靠水的自然流动来产生运动）外，水力涡轮机通常建在较低的高度。

弗朗西斯涡轮机需要低水头和中水头。这意味着与其他涡轮机头部要求所需的坝相比，该坝更小。

水流过大坝内称为压力管的大管道，并转动称为涡轮机的大轮子。高压流过压力管道。

在水库和压力管道之间，有一个闸门，称为Head Gate或 Intake Gate。

当打开时，它允许水从蓄水池流到涡轮机。

现在水终于到达了涡轮机，让我们更深入地了解一下弗朗西斯涡轮机的实际外观，以及它是如何旋转的。

水从压力管道流入涡旋箱或螺旋外壳，这是一个螺旋形的入口，引导水从压力管道流到非常重要的闸门。

水力发电控制

闸门是围绕整个涡轮转轮的一系列闸门。它们可以被控制从完全关闭，不允许任何水进入涡轮机，直到完全打开，允许在涡轮机内部充分流动。当水进入转轮时，涡轮机旋转。进水越多，涡轮机旋转得越快。

打开和关闭的方式是通过伺服电机控制。换档环有连接到门本身和中心盘的连杆，因此，当伺服电机来回移动时，门完全打开和完全关闭。

闸门是州长控制涡轮机速度的方式！

然后涡轮机转动连接的轴，使您的发电机旋转，以产生电力。然后，电力通过电力线一直传输到您的家……并为您提供光！

卡普兰涡轮机

除了友好的弗朗西斯之外，我们还有另外两种类型的涡轮机，卡普兰涡轮机和佩尔顿涡轮机。

卡普兰涡轮机不仅有闸门，还有叶片！

佩尔顿涡轮机

佩尔顿涡轮机就像希腊农民的车轮一样在空气中旋转。

水力发电厂有趣的事实

最后，这里有一些关于水电站的有趣事实：

– 中国的三峡大坝是目前世界上最大的水力发电站，也是有史以来最大的发电体，达 22.5 吉瓦！为了建造大坝，大量的水被移动和重新定位，这种重量的转移实际上减缓了地球的自转！

– 伊泰普大坝位于巴西、巴拉圭和阿根廷的边界，其装机容量为 14 吉瓦。虽然位于三个分裂国家的边界，但该电厂仅向巴西和巴拉圭供电。

– 华盛顿州哥伦比亚河上的 Grand Coulee 大坝旨在提供灌溉和水力发电。Grand Coulee 的容量为 6.809 GW，是美国最大的发电站。

概括

现在您对水电有了很好的了解，让我们总结一下我们讨论过的内容：

– 尽管水电仅占美国能源的 7% 左右，但它对电网稳定性极为重要

– 我们了解了弗朗西斯涡轮机的工作原理：

水流过大坝内的压力管道，转动涡轮机，使发电机旋转，将流水的能量转化为电能。

– 另外两种类型的涡轮机是 Kaplan 和 Pelton。

– 中国的三峡大坝是世界上最大的大坝，达 22.5 吉瓦。