Mikä ovat vesivoimalan peruskomponentit ja toiminnot?

1. Vedenvoiman laitoksen peruskomponentit ja toiminnot

Tehdas (joen este)

Toiminto: Tehdas on vedenvoiman laitoksen keskeinen komponentti. Sen päätehtävänä on estää joki ja muodostaa vesivarasto. Vesitasoa nostamalla se varastoi suuren määrän vettä, mikä lisää veden potentiaalienergiaa. Tehdas voi ohjata ylävirtaan olevaa vesiä ja säätää vesivaraston tasoa ja virtausmäärää sähköntuotannon vaatimusten mukaan sekä yleisten vesikäytön ja tulvien hallinnan tarpeiden mukaan alavirtaan.

Otto- ja johtojärjestelmä

Toiminto: Otto sijaitsee lähellä tehdaskan pohjaa vesivarastossa. Sen tehtävänä on tuoda vettä vesivarastosta sähköntuotantojärjestelmään. Ottokseen kuuluu yleensä portaat ja roskasiekat. Portaat voivat ohjata veden syötteitä, ja roskasiekat estävät veden päällä liikkuvia esineitä (kuten oksia, roskaa jne.) pääsemästä johtojärjestelmään välttääksesi laitteiden, kuten turbiinien, vaurioitumista. Johtojärjestelmä sisältää paineputket, vedensyöttökamarit jne. Se kuljettaa veden ottoksesta turbiiniin, ja tässä prosessissa hyödynnetään pudotusta antaakseen velle riittävän paineen ja nopeuden. Esimerkiksi jotkut pienet vedenvoimalaitokset korkeilla vuoristokylissä johtavat veden vesivarastosta alasvirtaan sijaitsevaan sähköntuotantolaitokseen pitkien paineputkien kautta.

Turbiini

Toiminto: Turbiini on keskeinen laite, joka muuttaa veden virran energian mekaaniseksi energiaksi. Kun tiettyyn paineeseen ja nopeuteen asettunut vesi vaikuttaa turbiinin pyöräyteeseen, pyöräyte alkaa kiertää. Turbiinin tyyppi (kuten Francis-turbiini, Kaplan-turbiini, putkiturbiini jne.) mukaan pyöräyte ja sen rakennetta sekä veden vaikutustapa ovat erilaisia, mutta perusperiaate on käyttää veden kinettistä ja potentiaalienergiaa pyöräytteen kiertämiseen. Esimerkiksi Francis-turbiini on sopiva keski- ja korkeapaineisiin vedenvoimalaitoksiin. Sen pyöräyte kykenee tehokkaasti muuttamaan veden energiaa mekaaniseksi energiaksi veden virran vaikutuksesta, ajaen generaattoria tuottamaan sähköä.

Generaattori

Toiminto: Generaattori on yhdistetty suoraan turbiiniin, ja sen tehtävänä on muuttaa turbiinista saatu mekaaninen energia sähköenergiaksi. Generaattorin toimintaperiaate perustuu sähkömagneettisen induktiolain. Kun turbiini ajaa generaattorin rotoria magneettikentässä, rotorissa tapahtuu sähkömotorinen voima, mikä aiheuttaa vaihtelevan sähkövirran statorin kierronkuvissa. Esimerkiksi suureissa vedenvoimalaitoksissa yhden yksikön kapasiteetti voi olla useita satoja tuhat kilowatteja, mikä mahdollistaa tehokkaan muunnoksen turbiinin mekaanista energiaa korkeanpaineiseksi, suureksi sähkökapasiteetiksi pitkän matkan sähkönsiirtoon.

Jälkiluiska ja luiskauote

Toiminto: Jälkiluiska on kanava, joka vie pois turbiinista syötettyä vettä. Se ohjaa veden alasvirran joen kanavaan. Luiskauote on yhteyskohta jälkiluiskan ja alasvirran joen kanavan välillä. Luiskauoten kautta vesi vedetään takaisin johon. Tässä prosessissa on tärkeää varmistaa, että vedenvuoto ei aiheuta haitallisia vaikutuksia, kuten poistoaluetta alasvirran joen kanavalle, ja on myös otettava huomioon ympäristövaatimukset ylläpitääkseen jokien ekologista virtausta. Esimerkiksi jotkut vedenvoimalaitokset asettavat energian hajoamislaitteita, kuten levityslaatikoita, luiskauoteen hidastaakseen veden nopeutta ja välttääkseen alasvirran joenpohjan ja rantojen vaurioitumista.

Itaipu-vedenvoimalaitos (Brasilia ja Paraguay)

Itaipu-vedenvoimalaitos sijaitsee Paranán joella ja on Brasilian ja Paraguain yhteisesti rakentama suuri vedenvoimalaitos. Tehdas on betoninen tyhjiä sisältävä painetehdas, jonka korkeus on 196 metriä ja kokonaissäilytyskyky 290 miljardia kuutiometriä. Itaipu-vedenvoimalaitoksessa on 18 vedenvoima-alettajayksikköä, joiden yksikkökapasiteetti on 700 000 kilowattia, ja sen kokonaisasennettu kapasiteetti on 1 260 000 kilowattia. Se tarjoaa paljon sähköä Brasiliassa ja Paraguayssa, ja sillä on tärkeä rooli Etelä-Amerikan energiantarjonnan sekä paikallisen taloudellisen kehityksen ja infrastruktuurin rakentamisessa.

Aswan-vedenvoimalaitos (Egypti)

Aswan-vedenvoimalaitos on rakennettu Nilin joelle ja on Egyptin tärkeä energiainfrastruktuuri. Tehdas on maaperäytiminen kivijuomapohjainen tehdas, jonka korkeus on 111 metriä ja vesivaraston säilytyskyky 1 689 miljardia kuutiometriä. Aswan-vetenvoimalaitoksen asennettu kapasiteetti on 2 100 000 kilowattia. Sen rakentaminen on pitkäjänteinen merkitys Egyptin sähköntarjonnan, maatalousviljelyn ja tulvien hallinnan kannalta. Aswan-vetenvoimalaitoksen avulla voidaan hallita Nilin veden määrää, mikä taataa Egyptille maatalouden viljelevän veden ja tarjoaa myös vakauden sähköntarjonnan teollisuudelle ja asukkaiden elämälle.