Vesivoimalat ovat laitoksia, jotka hyödyntävät veden virtausta sähköenergian tuottamiseen. Näitä laitoksia rajoittavat alueidensa erityispiirteet ja ominaisuudet, koska maan topografia edellyttää sekä rakennustöitä että koneiden valintaa. Niitä on erilaisia vesivoimaloiden tyypit riippuen sen sijainnista, kapasiteetista ja energiantuotantotavasta. Tässä artikkelissa aiomme tutkia perusteellisesti vesivoimaloiden tyyppejä, miten ne toimivat ja mitä etuja niillä on.
Mikä on vesivoimala?
Vesivoimala on laitos, joka on suunniteltu tuottamaan sähköä altaaseen varastoidusta vedestä. Tuotantoprosessi alkaa, kun huomattavalta korkeudelta vapautuva vesi kulkee turbiinin läpi, joka muuttaa veden potentiaalienergian mekaaniseksi energiaksi. Tämä mekaaninen energia muunnetaan myöhemmin sähköksi vaihtovirtageneraattorin avulla.
Keräysjärjestelmän tarkoituksena on luoda kaltevuus, joka mahdollistaa veden kertyneen potentiaalienergian hyödyntämisen. Kun vesi kulkee turbiinin läpi, syntyy pyörimisliike, joka käynnistää laturin ja tuottaa siten sähköä.
Vesivoimalat koostuvat useista olennaisista osista:
- Pato: Sen tehtävänä on pitää vettä säiliössä. Sisältää ylivuodon, joka vapauttaa ylimääräisen veden vahingoittamatta.
- Turbiini: Ne muuttavat veden energian kineettiseksi energiaksi.
- Laturi: Muuntaa kineettisen energian sähköksi.
- Putket: Ne ohjaavat veden virtauksen kasvia kohti.
- Venttiilit: Ne säätelevät veden kulkua ylivuotojen välttämiseksi.
Lisäksi suurissa voimalaitoksissa on mekanismeja, jotka tunnetaan nimellä energiahävittäjät, jotka vastaavat veden ylimääräisen voiman hajauttamisesta rakenteen ja ympäröivän maaston vahingoittumisen estämiseksi.
Vesivoimaloiden tyypit
Vesivoimalat voidaan luokitella tehonsa ja laitosten sijainnin mukaan. Riippuen niiden tuottaman energian määrästä ja varastointikapasiteetista, voimme puhua seuraavan tyyppisistä laitoksista:
- Suuritehoiset vesivoimalat: Teholtaan yli 10 MW.
- Pienet vesivoimalat: Ne tuottavat 1-10 MW.
- Mikrovesivoimalat: Voimalaitokset, joiden kapasiteetti on alle 1 MW, käytetään pienissä yhteisöissä tai omaan kulutukseen.
Vesivoimaloilla on myös muita luokituksia, jotka perustuvat pääasiassa niiden sijaintiin ja tapaan, jolla ne hallitsevat veden virtausta. Näitä ovat:
- Jatkuva virtaus: Nämä kasvit eivät pysty varastoimaan vettä. Ne valuvat suoraan joen virtauksesta, mikä tarkoittaa, että ne ovat vähemmän tehokkaita kuivuuden aikana.
- Säiliö tai varasto: He käyttävät patoja suurien vesimäärien varastointiin, mikä mahdollistaa veden virtauksen ja sähkön tuotannon säätelyn.
- Padon juurella: Ne on rakennettu suoraan joen tai järven päälle, jossa pato toimii luonnollisena säiliönä.
- Pumppaavat tai käännettävät laitokset: Nämä kasvit varastoivat vettä eri tasoilla sijaitseviin säiliöihin. Vähäisen kysynnän aikoina vettä pumpataan ylempään säiliöön, ja huippukysynnän aikana se vapautetaan lisätehon tuottamiseksi.
Erilaisten vesivoimaloiden toiminta
Vesivoimalan toiminta vaihtelee tyypistä riippuen, vaikka ne kaikki noudattavat periaatetta, että veden sisältämä energia valjastetaan sähkön tuottamiseen.
- Jatkuva virtaus: Tämäntyyppisissä laitoksissa osa joen vedestä ohjataan imuaukon kautta kanavaan tai putkeen, joka ohjaa sen turbiineille. Kun sähkö on tuotettu, vesi palautetaan joen uomaan.
- Keskellä padon juurella: Tämä tyyppi hyödyntää joen tai järven säiliötä. Vettä säädetään porttien kautta turbiinien pyörittämiseksi ja sähkön tuottamiseksi.
Pumppuvesivoimalat
Pumppuvoimalat ovat erityinen vesivoimalaitostyyppi. Ne toimivat kuin jättiläinen akku ja varastoivat energiaa pumppaamalla vettä alemmasta säiliöstä ylempään ruuhka-aikojen ulkopuolella ja sitten vapauttamalla tämän veden tuottamaan sähköä ruuhkahuipun aikana.
Tämä järjestelmä parantaa sähköntuotantoa ja tekee muiden energialähteiden käytöstä joustavampaa. Lisäksi pumppu- ja vapautusjaksot ovat kriittinen apu sähköverkon tasapainottamisessa.
Vesivoiman edut
Vesivoima on uusiutuva, puhdas ja tehokas energianlähde, jolla on useita etuja sekä energia-, ympäristö- että taloustasolla:
- Uusiutuva ja saastumaton: Koska se käyttää vettä, luonnollista ja uusiutuvaa lähdettä, se ei päästä kasvihuonekaasuja tai muita epäpuhtauksia.
- Alhaiset käyttökustannukset: Vaikka alkuinvestointi on suuri, käyttö- ja ylläpitokustannukset ovat alhaiset, koska turbiinit ja laitteet ovat pitkäikäisiä ja vaativat vain vähän valvontaa.
- Vesivarojen hallinta: Padot voivat säädellä jokien virtausta, mikä edistää tulvasuojelua, juomavesihuoltoa ja maatalouden kastelua.
- Korkea energiatehokkuus: Verrattuna muihin teknologioihin, vesienergian muuntaminen on erittäin tehokasta, mikä mahdollistaa suurien sähkömäärien tuottamisen vähäisillä resursseilla.
Näiden etujen lisäksi vesivoimalat tarjoavat myös muita paikallistason etuja, kuten matkailua edistävien teiden ja virkistysalueiden luomista sekä joissakin tapauksissa jokiliikenteen parannuksia.
Yhteenvetona voidaan todeta, että vesivoimalat ovat erittäin kilpailukykyinen vaihtoehto uusiutuvan energian alalla, koska ne pystyvät tuottamaan energiaa alhaisin kustannuksin, joustavuus vastaamaan kysyntään ja niiden suhteellisen vähäinen ympäristövaikutus oikein hoidettuna.