小伙伴們也知道一些地方拉閘限電，引發了社會對冬季能源保證供應的擔心，今天我們來討論下水力發電。

電力是由多種能源和不同類型的技術產生的。在某些時候，我們都聽說過化石燃料、核能和水力發電等可再生能源。

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

– 核能，通過核裂變發電，占 20%

至于可再生能源，它們在美國電力中的份額迅速變化。

美國可再生能源發電總量約占20%。

以下是 2020 年的細分：

– 水力發電廠產生約 7.3%

– 風力發電：8.4%

– 生物質：1.4%

– 太陽能：2.3%

– 地熱：0.5%

可再生能源已成為當今世界的一個非常熱門的話題。我們每天都會看到和聽到更多關于太陽能和風力發電的信息。

然而，我們沒有談論的是，隨著風能和太陽能使用量的增加，人們對電網穩定性的擔憂也在增加。

什么是電網穩定性？

當在家中閃爍電燈開關時，我們所做的實質上是請求電網提供更多電力，或者換句話說，請求所謂的更多負載。

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

產生多少負載與電網需要多少負載之間的平衡是一種持續的平衡行為，這需要穩定性并且對于避免停電至關重要。產生的能量需要始終等于消耗的能量。

水電——電網的守護者

當談到通過使用風能或太陽能發電時，需要考慮一些不確定性：要么太陽是明亮的，要么不是。要么你有風讓你的渦輪機旋轉，要么你沒有。

我們通過添加這些能源所做的事情實質上是給電網增加了越來越多的不穩定性。

這就是水電的用武之地……水力發電廠不僅能夠儲存燃料（或水！），還能夠響應電網變化，也稱為負載請求（還記得……電燈開關嗎？！) 由于其控制渦輪機速度的調節系統，在一秒之內。

這就是為什么水電通常被稱為電網的守護者！

水力發電是如何產生的？

現在我們知道為什么水力發電如此重要了……但是水力發電實際上是如何產生的呢？來自水的能量如何最終為您家中的燈供電？

嗯……能量是由古希臘農民用來磨碎谷物的相同原理產生的：流動的水旋轉輪子或渦輪機。

由于水是水力發電的來源，水力發電廠總是位于水源附近。

水力渦輪機

弗朗西斯水輪機

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

讓我們首先解釋對水壩的需求：水壩提高水位并控制其流量。

由大壩造成的進水和排放水位之間的高差稱為水頭。

除了不太常見的導流渦輪機（依靠水的自然流動來產生運動）外，水力渦輪機通常建在較低的高度。

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

水流過大壩內稱為壓力管的大管道，并轉動稱為渦輪機的大輪子。高壓流過壓力管道。

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

當打開時，它允許水從蓄水池流到渦輪機。

現在水終于到達了渦輪機，讓我們更深入地了解一下弗朗西斯渦輪機的實際外觀，以及它是如何旋轉的。

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

水力發電控制

閘門是圍繞整個渦輪轉輪的一系列閘門。它們可以被控制從完全關閉，不允許任何水進入渦輪機，直到完全打開，允許在渦輪機內部充分流動。當水進入轉輪時，渦輪機旋轉。進水越多，渦輪機旋轉得越快。

打開和關閉的方式是通過伺服電機控制。換檔環有連接到門本身和中心盤的連桿，因此，當伺服電機來回移動時，門完全打開和完全關閉。

閘門是州長控制渦輪機速度的方式！

然后渦輪機轉動連接的軸，使您的發電機旋轉，以產生電力。然后，電力通過電力線一直傳輸到您的家……并為您提供光！

卡普蘭渦輪機

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，卡普蘭渦輪機和佩爾頓渦輪機。

卡普蘭渦輪機不僅有閘門，還有葉片！

佩爾頓渦輪機

佩爾頓渦輪機就像希臘農民的車輪一樣在空氣中旋轉。

水力發電廠有趣的事實

最后，這里有一些關于水電站的有趣事實：

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

– 伊泰普大壩位于巴西、巴拉圭和阿根廷的邊界，其裝機容量為 14 吉瓦。雖然位于三個分裂國家的邊界，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電。Grand Coulee 的容量為 6.809 GW，是美國最大的發電站。

概括

現在您對水電有了很好的了解，讓我們總結一下我們討論過的內容：

– 盡管水電僅占美國能源的 7% 左右，但它對電網穩定性極為重要

– 我們了解了弗朗西斯渦輪機的工作原理：

水流過大壩內的壓力管道，轉動渦輪機，使發電機旋轉，將流水的能量轉化為電能。

– 另外兩種類型的渦輪機是 Kaplan 和 Pelton。

– 中國的三峽大壩是世界上最大的大壩，達 22.5 吉瓦。