10 đổi mới trong thủy điện

Khi bạn nghĩ đến sông Đông ở thành phố New York, năng lượng tái tạo có lẽ không phải là điều đầu tiên bạn nghĩ đến. Tuy nhiên, con sông, từng là một bể chứa và bãi thải của một cơ thể không thường xuyên, đã trở thành nơi đi đầu trong phong trào năng lượng xanh. Vào tháng 9 năm 2012, Trey Taylor, chủ sở hữu của Verdant Power, đã đánh chìm một tuabin điện ba cánh đặc biệt xuống đường thủy chạy dọc theo phía đông của Manhattan. Taylor đã thiết kế tuabin, trông giống như một chiếc quạt hiện đại gắn vào thân hình quả ngư lôi, để tạo ra điện từ lực đẩy và kéo của dòng chảy ào ạt của sông [nguồn: McGeehan ].

Đến năm 2017, 30 tuabin trong số đó có thể nằm rải rác trên sông, với mỗi tổ máy tạo ra 35 kilowatt điện . Nếu thành công, dự án có thể cung cấp đủ năng lượng để cung cấp năng lượng cho hàng trăm ngôi nhà. Được làm bằng nhựa và sợi thủy tinh nhiều lớp, tuabin thủy triều sông Đông là một trong số những cải tiến công nghệ làm rung chuyển thế giới thủy điện [nguồn: McGeehan ].

Từ đầu này đến đầu kia của hành tinh, các nhà khoa học và kỹ sư đang nghiên cứu nhiều khái niệm - một số là thực, một số khác tưởng tượng - sẽ giúp biến nguồn điện rất cổ xưa này trở thành một nguồn điện hiện đại quan trọng hơn. Ngày nay, 6 phần trăm điện năng của Hoa Kỳ đến từ thủy điện (đó là 70 phần trăm điện năng tái tạo được tạo ra ở Hoa Kỳ) [nguồn: US DOE ]. Nguồn cung là vô hạn, mặc dù không phải khu vực nào cũng là nơi thích hợp để xây dựng một dự án thủy điện.

1. Thang cá
2. Helicoid Penstocks
3. Thủy quyển
4. Máy phát điện không khí-nước-trọng lực
5. Sức mạnh sóng nước
6. Điện thủy triều
7. River Power
8. Sức mạnh xoáy
9. Điện ống
10. Tạo Splash

Nếu bạn là một con cá nước ngọt như cá hồi , điều cuối cùng bạn muốn nhìn thấy là một con đập. Các con đập ngăn cản sự di chuyển ngược dòng của cá con đến vùng nước nơi chúng sẽ đẻ trứng và sống trong những ngày còn lại. Các nhà bảo vệ môi trường từ lâu đã phàn nàn về sự tàn phá của các con đập có thể gây ra. Nhập thang cá.

Một trong những thang cá công nghệ tiên tiến nhất là ở Montana tại nhà máy thủy điện Thompson Falls trên sông Clark Fork. Đây là thang cá dài đầu tiên ở lục địa Hoa Kỳ được thiết kế đặc biệt cho cá hồi bò, một loài đang bị đe dọa . Bậc thang cao 22 mét, trị giá 8 triệu đô la, có 48 bậc thang mà cá có thể leo lên [nguồn: Holyoak , PPL Montana ].

Cá bơi ngược dòng bị nước thải hút vào khe hở nhỏ ở chân thang. Họ bắt đầu leo ​​lên chiếc thang cá bằng thép và bê tông, chiến đấu với nước chảy xiết từng bước trên đường đi. Mỗi một trong số 48 bậc thang, hoặc hồ bơi, rộng khoảng 5 feet (1,5 mét) và dài từ 6 đến 10 feet (1,8 đến 3 mét) và có các lỗ mở ở trên cùng và dưới cùng. Cuối cùng, con cá đến được bể tập trung dài 17 foot (5 mét) và sau đó là bể chứa. Khi vào bên trong bể, các nhà khoa học kiểm tra và gắn thẻ cá, sau đó chúng được thả lên trên đập [nguồn: Holyoak , PPL Montana ].

Không phải lúc nào thang cá cũng hoạt động tốt như chúng được thiết kế. Một nghiên cứu riêng biệt của Đại học Massachusetts Amherst cho thấy chỉ có một tỷ lệ nhỏ quần thể cá đi qua các đập mà các nhà nghiên cứu quan sát được một cách an toàn [nguồn: Adams ].

Tự nhiên biết một hoặc hai điều. Tất cả những gì bạn phải làm là nhìn. Khi một kỹ sư thủy điện và một nhà khoa học y tế hợp tác với nhau vào cuối thế kỷ 20, họ đã nghĩ ra một cách mới để tăng gần 10% công suất của các trạm thủy điện hiện có [nguồn: Piesold và Caro ]. Tất cả những gì họ làm là áp dụng thiết kế hình xoắn ốc của các mạch máu người để tạo ra một đường ống pentock có hình dạng tương tự .

Hộp bút hình xoắn ốc tương tự như một nòng súng trường, có các rãnh xoắn ốc được khắc bên trong. Dòng nước ào ạt chảy qua chiếc bút hình xoắn ốc, và giống như một viên đạn xuyên qua một cái nòng có rãnh, bắt đầu quay. Các đường ống tập trung dòng nước trực tiếp vào tuabin điện, cải thiện hiệu suất của tuabin [nguồn: Piesold và Caro ].

Trên giấy có vẻ tốt, nhưng nhà phát minh Rick Dickson nói rằng ý tưởng của ông có thể thành công khi được đưa vào thử nghiệm. Dickson đang nói về một máy phát điện thủy điện tận dụng sự chênh lệch áp suất lớn trong nước sâu của hồ hoặc đại dương. Ông gọi nó là thủy quyển và tin rằng nó có thể tạo ra tới 500 megawatt năng lượng tái tạo liên tục [nguồn: Scoop ].

Mặc dù ông vẫn chưa chế tạo mẫu thử nghiệm hoặc bảo đảm bằng sáng chế , thủy quyển của Dickson là một loại đập thủy điện hình trụ, kín, hoạt động nhờ áp lực thay đổi của nước biển hoặc hồ [nguồn: Scoop ].

Thủy quyển đã dẫn Dickson đến một phát minh khác, máy phát điện không khí-nước-trọng lực , mà ông tin rằng đây là nhà máy thủy điện của tương lai . AWG là một hình trụ rỗng, lớn, chứa đầy không khí và được neo vào đáy biển ở các độ sâu khác nhau. Một máy phát điện nằm bên trong xi lanh. Để tạo ra năng lượng, một van cho phép nước vào thiết bị dưới áp suất lớn. Nước chảy đi vào một buồng chân không và buộc một pít-tông phải leo lên một stato , bộ phận đứng yên của máy phát điện trên đó rôto quay. Khi piston di chuyển lên stato, nó tạo ra điện [nguồn: Thông cáo báo chí miễn phí ].

Khi pít-tông đến điểm dừng bằng kim loại trên đỉnh stato, nó sẽ giải phóng một van nối với một ống thở rỗng ở đáy xi-lanh. Đường ống mở ra, cho phép không khí được giải nén. Điều đó buộc rôto xuống stato, một lần nữa tạo ra điện. Nước cũng bị đẩy ra khỏi hình trụ với một lực lớn và ra khỏi ống thở xuống mặt biển. Nước bắn ra khỏi đầu ống giống như một mạch nước phun. Sau đó, van xả đóng lại, cửa nạp nước mở lại và chu trình tự lặp lại. Tùy thuộc vào kích thước và độ sâu mà nó được đặt trong đại dương, AWG có thể tạo ra công suất liên tục lên đến nửa gigawatt [nguồn: Thông cáo báo chí miễn phí , Ngoài nhiên liệu hóa thạch]. Thiết bị này chưa được tạo mẫu hoặc được cấp bằng sáng chế tại thời điểm xuất bản.

Tiếng sóng vỗ vào bờ đá hay bãi cát là một âm thanh êm dịu. Bạn có biết rằng đó cũng là một âm thanh tràn đầy năng lượng? Động năng là năng lượng của chuyển động, và nước chảy tràn ngập nó. Đó là bởi vì chuyển động của sóng được thúc đẩy bởi gió và địa chất đại dương [nguồn: Liên minh các nhà khoa học quan tâm ].

Các kỹ sư và nhà khoa học đã đưa ra nhiều loại thiết bị để khai thác năng lượng thủy động học do sóng tạo ra. Trên thực tế, các nhà khoa học cho biết nếu chúng ta chỉ có thể khai thác 15% năng lượng dọc theo bờ biển Hoa Kỳ (cụ thể là Bờ Tây), Hoa Kỳ có thể tạo ra nhiều điện năng bằng tất cả các đập thủy điện trong nước [nguồn: Liên minh các nhà khoa học quan tâm ] .

Nói về năng lượng hydro, bạn đã bao giờ đi bơi trong đại dương chưa? Có phải đi triều kéo bạn khỏi bờ? Thủy triều đóng gói một cú đấm mạnh mẽ, và chúng ta có thể sử dụng chúng để tạo ra điện.

Năm 2012, một trong những dự án điện thủy triều đầu tiên ở Hoa Kỳ bắt đầu cung cấp điện cho lưới điện . Dự án, một tuabin dưới nước ngoài khơi bờ biển Maine, được xây dựng bởi Ocean Renewable Power Co., tuabin này giống như một máy cắt cỏ kiểu cũ, nhưng về bản chất là một loại cối xay gió dưới biển. Các lá tuabin quay khi thủy triều tràn vào và ra khỏi Vịnh Cobscook gần Eastport. Thủy triều trong khu vực là một số cao nhất ở Maine, lên tới 20 feet (6 mét). Máy phát điện trị giá 21 triệu đô la có thể cung cấp năng lượng cho 25 đến 30 ngôi nhà [nguồn: Sharp , Woodard ].

Đập một con sông để tạo ra điện đã có từ thế kỷ 20. Các con đập không chỉ làm thay đổi cảnh quan mà còn có thể ảnh hưởng đến động vật hoang dã (hãy nhớ những chiếc thang cá mà chúng tôi đã đề cập?) Điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta có thể khai thác sức mạnh của dòng sông mà không cần xây dựng các đập và hồ chứa nước? Một công ty có trụ sở tại California tên là Bourne Energy tin rằng họ đã tìm ra câu trả lời [nguồn: Bourne Energy ].

Hệ thống RiverStar của công ty thu hoạch động năng dọc theo một con sông chứ không phải tại một điểm, như các con đập vẫn làm. Đây là cách nó hoạt động: Các kỹ sư đặt một số "mô-đun" qua một con sông. Mỗi mô-đun được tạo thành từ tuabin, bộ ổn định, hệ thống neo và hệ thống chuyển đổi năng lượng. Cáp thép cường độ cao giữ từng đơn vị tại chỗ và kết nối chúng với nhau trong một mảng. Dòng nước chảy qua các tuabin, và khi chúng quay, chúng thu năng lượng của dòng sông, làm động lực cho một máy phát điện. Các quan chức Bourne cho biết RiverStar có thể tạo ra 50 kilowatt trong một con sông có tốc độ nước 4 hải lý / giờ. Công ty cho biết thêm rằng RiverStar không ảnh hưởng đến mô hình di cư của cá hoặc cản trở giao thông trên sông.

Năm 2007, Michael Bernitsas, giáo sư tại Đại học Michigan, đã tìm ra cách khai thác động năng của một dòng sông đang chảy bằng cách quan sát cách cá di chuyển trong nước. Ông đã tạo ra một thiết bị mà ông gọi là VIVACE , viết tắt của Vortex Indhesia Vibration for Aquatic Clean Energy [nguồn: Vortex Energy , Lafay ].

Như bất kỳ người câu cá hồi nào cũng có thể nói với bạn, khi một đàn cá di chuyển trong nước, cá sẽ uốn cong cơ thể của chúng và tạo ra những xoáy nước cực nhỏ. Cá đẩy cơ thể của chúng ra khỏi các dòng xoáy để đẩy mình về phía trước. VIVACE hoạt động theo cách tương tự. Các kỹ sư đặt một loạt xi lanh dưới đáy sông hoặc đại dương. Dòng điện chạy qua các xi lanh tạo ra các xoáy, làm chuyển động các xi lanh lên và xuống. Bên trong mỗi hình trụ là một nam châm di chuyển trên cuộn dây kim loại, tạo ra dòng điện một chiều . Sau đó VIVACE lấy dòng điện một chiều và chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều. Không giống như các công nghệ thủy động học khác, phát minh của Bernitsas có thể khai thác năng lượng từ các dòng sông chảy chậm [nguồn: Vortex Energy , Lafay ].

Đường cống , đường nước ngọt, đường ống dẫn nước thải và đường ống dẫn nước - hầu hết mọi thị trấn đều có một số loại đường ống dẫn nước chui qua đó. Điều gì sẽ xảy ra nếu có một cách để khai thác sức mạnh của dòng nước chảy xiết qua các đường ống của thành phố? Một phát minh mới đã làm được điều đó.

Một công ty của Israel có tên là Leviathan đã tạo ra một tuabin nước có thể được đặt trong một đường ống. Khi nước chảy qua tuabin, nó tạo ra điện. Thiết bị có tên là Benkatina Turbine, hoạt động dựa trên nguồn nước chảy qua các đường ống dẫn nước khép kín, ống cống, kênh mương và đường ống loại bỏ nước thải từ các nhà máy [nguồn: Leviathan Energy ].

Hãy tưởng tượng biến ngôi nhà của bạn thành một nhà máy thủy điện mini. Đó chính xác là những gì Fulton Innovation luôn nghĩ đến. Công ty có trụ sở tại Michigan đã tạo ra công nghệ thủy điện Lilliputian có thể cung cấp năng lượng cho radio, loa, đồng hồ và TV bằng cách sử dụng nước chảy ra từ vòi trong phòng tắm.

Trung tâm của công nghệ Splashpower của Fulton là một thiết bị được gọi là Máy phát điện thủy điện thu nhỏ. Những máy phát điện như vậy sản xuất điện bằng cách sử dụng dòng nước trong một ngôi nhà hoặc tòa nhà. Mỗi khi bạn chạy nước bằng máy phát điện mini Splashpower, bạn có thể cung cấp năng lượng cho hệ thống phun nước, đèn chiếu sáng khẩn cấp, máy làm mềm nước và thậm chí cả đèn chiếu sáng trại ngoài trời. Các thiết bị thủy điện mini cũng có thể được sử dụng để sạc pin [nguồn: Splashpower ].

Ghi chú của tác giả: 10 phát kiến ​​trong thủy điện

Bạn đã bao giờ tự hỏi tại sao hầu hết mọi người sống gần các vùng nước? Nước giúp dễ dàng đi đến nơi này đến nơi khác. Các nguồn nước đã được sử dụng để canh tác. Ngoài ra, thủy điện là năng lượng được lựa chọn trong nhiều thế kỷ. Về bản chất, lịch sử của thủy điện là lịch sử của loài người. Người Hy Lạp cổ đại sử dụng cơ bắp của họ để xay bột bằng tay. Sau đó, họ đã phát minh ra một trong những bánh xe nước đầu tiên giúp công việc trở nên dễ dàng hơn rất nhiều. Họ và những người khác đã áp dụng công nghệ đó vào sản xuất dệt may, chế biến gỗ và các mục đích sử dụng khác. Qua nhiều thế kỷ, chúng tôi đã nghĩ ra những cách mới và tốt hơn để khai thác sức mạnh của dòng nước chảy xiết, chẳng hạn như những cách trong bài viết này.

Những bài viết liên quan