Vatnsaflsvirkjanir

Grein/Linkur: Virkjanir

Höfundur: Eldar Máni, Guðbjörn Viðar, Ísak Máni og Landsvirkjun

Heimild:   

.

.

Virkjanir

Vatnsafl er ein af þremur helstu uppsprettum rafmagns, hinar tvær eru jarðefnaeldsneyti og kjarnorka. Vatnsaflsorka hefur ákveðið forskot fram yfir hinar tvær uppspretturnar. Það er endurnýjanlegt vegna hringrásar vatns og mengar ekki andrúmsloftið.

Vatnsaflsorka er ákjósanleg uppspretta orku á svæðum þar sem rignir mikið og á fjalllendi.Virkjun fallvatna er algengasta aðferðin við framleiðslu endurnýjanlegrar orku í heiminum.

Vatnsafl er eina endurnýjanlega orkuuppsprettan sem nú þegar framleiðir stóran hluta af raforku mannkyns á samkeppnishæfu verði. Það framleiðir um 17% raforku í heiminum, en yfir 90% af endurnýjanlegri orkuframleiðslu heims.

Vatnsaflsvirkjunum má skipta í tvo flokka, fallvatnsvirkjanir og straumvirkjanir. Fallvatnsvirkjanir nýta fallþunga vatns við framleiðslu raforku og er nýtnin allt að 90%. Straumvirkjanir nýta hluta hreyfiorku straumvatns við raforkuframleiðslu og er nýtnin 20-40%. Þær henta best þar sem erfitt er að stífla, fallhæð er lítil, vatnsmagn er mikið, straumhraði er nægjanlegur og rennsli jafnt. Flestar virkjanir á Íslandi eru fallvatnsvirkjanir.

Vatnsorka, rafmagn framleitt með rafölum sem eru knúnir af hverflum sem virkja stöðuorku fallandi vatns eða hreyfiorku streymandi vatns. Við framleiðslu vatnsorku er vatni safnað eða það geymt hátt uppi og leitt niður á við í gegnum stórar pípur eða göng (þrýstivatnspípur) að stað neðar en söfnunarsvæðið/geymslusvæðið. Við endann á pípunum knýr vatnið hverfla. Við það knýja hverflarnir rafalana og þá verður til rafmagn.

Semsagt:

1. Lón fyrir aftan stíflu viðheldur vatnshæð og skapar þrýsting.

2. Vatnið flæðir niður fallpípur og snýr hverfilhjóli.

3. Hverfill snýr segulmögnuðu hjóli í rafala. Umhverfis það eru

koparvafningar og við hreyfingu segulsins fer rafstraumur að

renna um vafningana.

4. Rafalinn vinnur nú rafmagn sem leitt er um háspennulínur

út í raforkukerfið.

5. Vatnið flæðir síðan frá stöðvarhúsi.

Vatnsaflsvirkjanir eru oftast staðsettar í stöðvarhúsum í grennd við stíflur sem halda aftur af  ám og hækka þannig vatnsyfirborðið bakvið stífluna og mynda þannig eins mikla fallhæð og er gerlegt. Við hönnun vatnsaflsvirkjana er leitast við að hámarka vatnsnýtingu m.a. með ákvörðun um stærð og hönnun véla, vatnsvega og stærð lóna. Við rekstur vatnsaflsvirkjana er leitast við að hámarka nýtinguna á vatnsforðanum með því að stjórna rennsli vatns og þar með framleiðslu einstakra virkjana í samræmi við raforkuþörfina hverju sinni.

Vatnsafl í fallvatni ræðst af vatnsrennslinu og fallhæðinni. Nýtanlegt vatnsafl (P) er mælt í

kílovöttum (kW) eða megavöttum (MW). Aflið er margfeldi af fallhæðinni (H) og rennslinu

(Q) í gegnum hverfilinn ásamt stuðli sem tekur tillit til nýtni kerfisins og þyngdarhröðunar.

Vatnsaflið er reiknað með eftirfarandi formúlu:

P = η g ρ Q H

Þar sem :

P er vatnsaflið mælt í kílóvöttum (kW)

Q rennslið í gegnum hverfilinn, mælt í rúmmetrum á sekúndu (m3/s)

H er heildarfallhæðin, mæld í metrum (m)

g er þyngdarhröðun við jörð, g = 9,81 (m/s2)

ρ er eðlisþyngd vatns (kg/lítra)

η er nýtni