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水电站工作原理

2018-4-22 22:35| 发布者: dymodel| 查看: 729| 评论: 0|原作者: baby

摘要: 在世界范围内,水电站所提供的电力占全世界用电的24%,它为超过10亿的人提供能源。根据美国国家可再生能源实验室提供的数据,世界上的水电站合计输出675,000兆瓦的电能,这相当于36亿桶原油的能量。在美国,运行中的 ...
在世界范围内,水电站所提供的电力占全世界用电的24%,它为超过10亿的人提供能源。根据美国国家可再生能源实验室提供的数据,世界上的水电站合计输出675,000兆瓦的电能,这相当于36亿桶原油的能量。在美国,运行中的水电站超过了2000 座,这使得水电成为这个国家最大的可再生能源来源。 
  

  美国垦务局供图
  座落于内华达州和亚利桑那州交界处的胡佛水坝(Hoover Dam)上的水电站在一次测试中排放尾水。
  在这篇文章中,我们将看到向低处流动的水是如何产生电能的,并了解形成对水电至关重要的水流的水循环。你还将看到水电的一个独特的应用,这个应用可能会改变你的日常生活。
  看到河水流过,您可能很难想像它所携带的能量。如果您曾经玩过漂流,那么您已经感受过河水的一小部分威力了。漂流中激流的速度是由携带大量水的河流向下游流动并通过一个狭小的通道时产生。当河水被挤到这个开口处,它的流速会变快。洪水就是大量水所蕴含的巨大能量的另一个例子。 
  水电站驾驭水的能量,并利用简单的机械手段将这些能量转化为电能。水电站实际上是基于一种非常简单的概念——水流过大坝,转动水轮机,而水轮机则带动发电机发电。 
  下面是传统水电站的基本组成部分:

  

  水坝——大多数水电站依靠水坝拦水,形成一个巨大的水库。这样的水库经常被用作休闲游乐场所,比如华盛顿州大古力水坝(Grand Coulee Dam)形成的罗斯福湖(Lake Roosevelt)。
  进水口——打开水坝上的闸门,水会在重力作用下通过被称为隧洞的水道,它将水流引向水轮机。水流在流过水道时压力上升。
  水轮机——水流冲击并转动水轮机的巨大叶片,而水轮机则通过传动轴与位于其上方的发电机相连。水电站中最常见的水轮机是混流式水轮机,它看起来像安上了弯曲叶片的大盘子。根据水资源及能源教育基金(FWEE)提供的数据,水轮机可以重达172吨,它能以每分钟90转的速度转动。
  发电机——水轮机叶片旋转时,发电机中的一系列磁铁也跟着一起旋转。巨大的磁铁旋转着通过铜线圈,移动电子从而产生交流电(AC)。(稍后您会了解更多有关发电机的工作原理的内容。)
变压器——变电所中的变压器将交流电转化为电压更高的电流。
  输电线——每座电站都有四条输出电线:包括同时产生的三相电,再加上一条它们三个共用的零线或地线。(阅读电网工作原理,了解更多电力传输的内容。)
  尾水——利用过的水通过叫做尾水渠的水道重新流入下游的河水中。 

  

  美国垦务局供图
  连接水轮机和发电机的传动轴
  水库中的水被看作是存储起来的能量。当闸门打开时,水通过隧洞流出转化为动能,因为它是运动的。所能产生的电能的多少取决于几个因素,其中的两个是水流和水头的大小。水头是指水面到涡轮叶片的距离,水头和水流越大,产生的电能越多。水头通常取决于水库的蓄水量。

  抽水蓄能
  上文所述的是大多数水电站的工作原理。然而,还有另一类水电站,叫做抽水蓄能电站。在传统的水电站中,水库中的水流过水电站,流出并汇入下游的河流中。而抽水蓄能电站有两个水库: 
  上水库——和传统的水电站一样,这座水库由水坝形成。这个水库的水流过水电站产生电能。 
  下水库——水流流过水电站后流入下水库而不是汇入河水并向下游流。 
  使用可逆式水泵水轮机,电站可以将水抽回上水库。这在用电低谷时实施。基本上,第二座水库将重新灌满上水库。通过将水抽回上水库,电站在用电高峰时将有更多的水来发电。
  水电站的核心部分是发电机,大多数水电站安装有几台这样的发电机。 

  

  美国垦务局供图
  胡佛水坝中的巨型发电机的发电能力
  超过2,000兆瓦。
  您可能已经猜到了,发电机产生电能,通过这种方式发电的基本过程是转动一系列位于线圈内的磁铁。这个过程将使电子移动,从而产生电流。


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