小伙伴們也知道一些地方拉閘限電，引發(fā)了社會(huì)對(duì)冬季能源保證供應(yīng)的擔(dān)心，今天我們來討論下水力發(fā)電。

電力是由多種能源和不同類型的技術(shù)產(chǎn)生的。在某些時(shí)候，我們都聽說過化石燃料、核能和水力發(fā)電等可再生能源。

2020 年：– 天然氣是最大的能源生產(chǎn)來源，約占 40%– 煤炭約占 19%– 石油 1%

– 核能，通過核裂變發(fā)電，占 20%

至于可再生能源，它們?cè)诿绹娏χ械姆蓊~迅速變化。

美國可再生能源發(fā)電總量約占20%。

以下是 2020 年的細(xì)分：

– 水力發(fā)電廠產(chǎn)生約 7.3%

– 風(fēng)力發(fā)電：8.4%

– 生物質(zhì)：1.4%

– 太陽能：2.3%

– 地?zé)幔?.5%

可再生能源已成為當(dāng)今世界的一個(gè)非常熱門的話題。我們每天都會(huì)看到和聽到更多關(guān)于太陽能和風(fēng)力發(fā)電的信息。

然而，我們沒有談?wù)摰氖?，隨著風(fēng)能和太陽能使用量的增加，人們對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性的擔(dān)憂也在增加。

什么是電網(wǎng)穩(wěn)定性？

當(dāng)在家中閃爍電燈開關(guān)時(shí)，我們所做的實(shí)質(zhì)上是請(qǐng)求電網(wǎng)提供更多電力，或者換句話說，請(qǐng)求所謂的更多負(fù)載。

由于一種良好、高效且具有成本效益的能量儲(chǔ)存方式尚未成為現(xiàn)實(shí)，因此需要立即產(chǎn)生能量并傳輸，以便您可以擁有光！

產(chǎn)生多少負(fù)載與電網(wǎng)需要多少負(fù)載之間的平衡是一種持續(xù)的平衡行為，這需要穩(wěn)定性并且對(duì)于避免停電至關(guān)重要。產(chǎn)生的能量需要始終等于消耗的能量。

水電——電網(wǎng)的守護(hù)者

當(dāng)談到通過使用風(fēng)能或太陽能發(fā)電時(shí)，需要考慮一些不確定性：要么太陽是明亮的，要么不是。要么你有風(fēng)讓你的渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，要么你沒有。

我們通過添加這些能源所做的事情實(shí)質(zhì)上是給電網(wǎng)增加了越來越多的不穩(wěn)定性。

這就是水電的用武之地……水力發(fā)電廠不僅能夠儲(chǔ)存燃料（或水?。?，還能夠響應(yīng)電網(wǎng)變化，也稱為負(fù)載請(qǐng)求（還記得……電燈開關(guān)嗎？！) 由于其控制渦輪機(jī)速度的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在一秒之內(nèi)。

這就是為什么水電通常被稱為電網(wǎng)的守護(hù)者！

水力發(fā)電是如何產(chǎn)生的？

現(xiàn)在我們知道為什么水力發(fā)電如此重要了……但是水力發(fā)電實(shí)際上是如何產(chǎn)生的呢？來自水的能量如何最終為您家中的燈供電？

嗯……能量是由古希臘農(nóng)民用來磨碎谷物的相同原理產(chǎn)生的：流動(dòng)的水旋轉(zhuǎn)輪子或渦輪機(jī)。

由于水是水力發(fā)電的來源，水力發(fā)電廠總是位于水源附近。

水力渦輪機(jī)

弗朗西斯水輪機(jī)

在發(fā)電廠內(nèi)部，有不同類型的渦輪機(jī)，但今天，我們將研究稱為弗朗西斯渦輪機(jī)或友好弗朗西斯渦輪機(jī)的渦輪機(jī)。由于控制不那么復(fù)雜，零件和變量較少，因此取了友好的昵稱。讓我們開始吧……

讓我們首先解釋對(duì)水壩的需求：水壩提高水位并控制其流量。

由大壩造成的進(jìn)水和排放水位之間的高差稱為水頭。

除了不太常見的導(dǎo)流渦輪機(jī)（依靠水的自然流動(dòng)來產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)）外，水力渦輪機(jī)通常建在較低的高度。

弗朗西斯渦輪機(jī)需要低水頭和中水頭。這意味著與其他渦輪機(jī)頭部要求所需的壩相比，該壩更小。

水流過大壩內(nèi)稱為壓力管的大管道，并轉(zhuǎn)動(dòng)稱為渦輪機(jī)的大輪子。高壓流過壓力管道。

在水庫和壓力管道之間，有一個(gè)閘門，稱為Head Gate或 Intake Gate。

當(dāng)打開時(shí)，它允許水從蓄水池流到渦輪機(jī)。

現(xiàn)在水終于到達(dá)了渦輪機(jī)，讓我們更深入地了解一下弗朗西斯渦輪機(jī)的實(shí)際外觀，以及它是如何旋轉(zhuǎn)的。

水從壓力管道流入渦旋箱或螺旋外殼，這是一個(gè)螺旋形的入口，引導(dǎo)水從壓力管道流到非常重要的閘門。

水力發(fā)電控制

閘門是圍繞整個(gè)渦輪轉(zhuǎn)輪的一系列閘門。它們可以被控制從完全關(guān)閉，不允許任何水進(jìn)入渦輪機(jī)，直到完全打開，允許在渦輪機(jī)內(nèi)部充分流動(dòng)。當(dāng)水進(jìn)入轉(zhuǎn)輪時(shí)，渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)。進(jìn)水越多，渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)得越快。

打開和關(guān)閉的方式是通過伺服電機(jī)控制。換檔環(huán)有連接到門本身和中心盤的連桿，因此，當(dāng)伺服電機(jī)來回移動(dòng)時(shí)，門完全打開和完全關(guān)閉。

閘門是州長控制渦輪機(jī)速度的方式！

然后渦輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)連接的軸，使您的發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，以產(chǎn)生電力。然后，電力通過電力線一直傳輸?shù)侥募摇槟峁┕猓?/p>

卡普蘭渦輪機(jī)

除了友好的弗朗西斯之外，我們還有另外兩種類型的渦輪機(jī)，卡普蘭渦輪機(jī)和佩爾頓渦輪機(jī)。

卡普蘭渦輪機(jī)不僅有閘門，還有葉片！

佩爾頓渦輪機(jī)

佩爾頓渦輪機(jī)就像希臘農(nóng)民的車輪一樣在空氣中旋轉(zhuǎn)。

水力發(fā)電廠有趣的事實(shí)

最后，這里有一些關(guān)于水電站的有趣事實(shí)：

– 中國的三峽大壩是目前世界上最大的水力發(fā)電站，也是有史以來最大的發(fā)電體，達(dá) 22.5 吉瓦！為了建造大壩，大量的水被移動(dòng)和重新定位，這種重量的轉(zhuǎn)移實(shí)際上減緩了地球的自轉(zhuǎn)！

– 伊泰普大壩位于巴西、巴拉圭和阿根廷的邊界，其裝機(jī)容量為 14 吉瓦。雖然位于三個(gè)分裂國家的邊界，但該電廠僅向巴西和巴拉圭供電。

– 華盛頓州哥倫比亞河上的 Grand Coulee 大壩旨在提供灌溉和水力發(fā)電。Grand Coulee 的容量為 6.809 GW，是美國最大的發(fā)電站。

概括

現(xiàn)在您對(duì)水電有了很好的了解，讓我們總結(jié)一下我們討論過的內(nèi)容：

– 盡管水電僅占美國能源的 7% 左右，但它對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性極為重要

– 我們了解了弗朗西斯渦輪機(jī)的工作原理：

水流過大壩內(nèi)的壓力管道，轉(zhuǎn)動(dòng)渦輪機(jī)，使發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，將流水的能量轉(zhuǎn)化為電能。

– 另外兩種類型的渦輪機(jī)是 Kaplan 和 Pelton。

– 中國的三峽大壩是世界上最大的大壩，達(dá) 22.5 吉瓦。