science >> Wetenschap >  >> Natuur

10 innovaties in waterkracht

Het turbinesysteem van de vijfde generatie van Verdant Power ondergaat een test in het water in de East River in New York City in 2012. Afbeelding met dank aan Verdant Power, Inc.

Als je denkt aan de East River in New York City, hernieuwbare energie is waarschijnlijk niet het eerste dat in je opkomt. Toch de rivier, ooit een beerput en stortplaats voor een occasionele instantie, heeft zich in de voorhoede van de groene-energiebeweging bevonden. in september 2012, Trey Taylor, eigenaar van Verdant Power, zonk een speciale driebladige elektrische turbine in de waterweg die langs de oostkant van Manhattan loopt. Taylor ontwierp de turbine, die eruitziet als een moderne ventilator bevestigd aan een torpedovormig lichaam, om elektriciteit op te wekken door het duwen en trekken van de stromende stromingen van de rivier [bron:McGeehan].

tegen 2017, 30 van die turbines zouden in de rivier kunnen stippelen, waarbij elke eenheid 35 kilowatt elektriciteit genereert. Indien succesvol, het project zou genoeg stroom kunnen leveren om honderden huizen van brandstof te voorzien. Gemaakt van kunststof en gelaagd glasvezel, de getijdenturbines van de East River zijn een van de vele technologische innovaties die de hydro-elektrische wereld op zijn kop zetten [bron:McGeehan].

Van het ene uiteinde van de planeet naar het andere, wetenschappers en ingenieurs werken aan verschillende concepten - sommige echte, anderen dachten - dat zal helpen om deze zeer oude krachtbron een nog belangrijker moderne te maken. Tegenwoordig, 6 procent van de Amerikaanse elektriciteit is afkomstig van waterkracht (dat is 70 procent van de hernieuwbare elektriciteit die in de VS wordt opgewekt) [bron:U.S. DOE]. Het aanbod is grenzeloos, hoewel niet elk gebied een goede plek is om een ​​hydro-elektrisch project te bouwen.

Inhoud
  1. Visladders
  2. Helicoïde pennen
  3. hydrosfeer
  4. Lucht-water-zwaartekrachtgenerator
  5. Golfkracht
  6. Getijdenenergie
  7. Rivierkracht
  8. Vortex-kracht
  9. Pijpmacht
  10. Een plons maken

10:Visladders

Februari 2011:Zicht op de vistrap in Longview, Wassen., waar staalkoppen naar boven zwemmen. Afbeelding met dank aan Tess McBride/USFWS (onder CC by 2.0-licentie)

Als je een zoetwatervis bent zoals een forel, het laatste wat je wilt zien is een dam. Dammen verhinderen de stroomopwaartse verplaatsing van jonge vissen naar de wateren waar ze zullen paaien en de rest van hun dagen zullen leven. Milieuactivisten klagen al lang over de verwoesting die dammen kunnen aanrichten. Voer vistrappen in.

Een van de technologisch meest geavanceerde vistrappen bevindt zich in Montana bij de waterkrachtcentrale Thompson Falls aan de Clark Fork River. Het is de eerste vistrap over de volledige lengte in de continentale VS die speciaal is ontworpen voor forel, een bedreigde soort. De $ 8 miljoen, 22 meter hoge ladder heeft 48 treden die de vis kan beklimmen [bronnen:Holyoak, PPL Montana].

Stroomopwaarts zwemmende vissen worden door het afgevoerde water aangetrokken door de kleine opening aan de voet van de ladder. Ze beginnen aan hun klim langs de stalen en betonnen vistrap, vechtend met stromend water bij elke stap. Elk van de 48 stappen, of zwembaden, is ongeveer 1,5 meter breed en 1,8 tot 3 meter lang en heeft openingen aan de boven- en onderkant. De vissen bereiken uiteindelijk een verzamelbassin van 5 meter en vervolgens een opslagtank. Eenmaal in de tank, wetenschappers onderzoeken en labelen de vis, die vervolgens boven de dam worden losgelaten [bronnen:Holyoak, PPL Montana].

Vistrappen werken echter niet altijd zo goed als ze zijn ontworpen. Een afzonderlijke Amherst-studie van de Universiteit van Massachusetts wees uit dat slechts een klein percentage van de vispopulaties veilig door de dammen gaat die onderzoekers hebben waargenomen [bron:Adams].

9:Helicoïde pennen

In deze afbeelding ziet u alle onderdelen van een typische waterkrachtcentrale, inclusief de penstock leidingen. © HowStuffWorks

De natuur weet het een en ander. Het enige wat je hoeft te doen is kijken. Toen een waterkrachtingenieur en een medisch wetenschapper hun noggins samenvoegden aan het einde van de 20e eeuw, ze bedachten een nieuwe manier om het vermogen van bestaande waterkrachtcentrales met bijna 10 procent te vergroten [bron:Piesold en Caro]. Het enige wat ze deden was het spiraalvormige ontwerp van menselijke bloedvaten toepassen om een ​​soortgelijk gevormde penstock pijp .

De helicoïde penstock is vergelijkbaar met een geweerloop, waarin spiraalvormige groeven zijn geëtst. Stromend water stroomt door de helicoïde penstock, en als een kogel door een getrokken loop, begint te draaien. De leidingen richten de stroom van het water direct op de elektrische turbine, het verbeteren van de prestaties van de turbine [bron:Piesold en Caro].

8:Hydrosfeer

Uitvinder Rick Dickson werd geïnspireerd om zijn hydrosfeer te creëren na het lezen over natuuronderzoeker en ontdekkingsreiziger Dr. Charles William Beebe (hier afgebeeld), die in de jaren dertig de diepten van de oceaan in een bathysphere peilde. Keystone/Getty Images

Op papier ziet het er goed uit, maar uitvinder Rick Dickson zegt dat zijn idee kan werken als het op de proef wordt gesteld. Dickson heeft het over een hydro-elektrische generator die profiteert van de immense drukverschillen in het diepe water van meren of oceanen. Hij noemt het een hydrosfeer en gelooft dat het tot 500 megawatt aan continue hernieuwbare energie kan genereren [bron:Scoop].

Hoewel hij nog een prototype moet bouwen of een patent moet krijgen, De hydrosfeer van Dickson is een soort ingesloten, cilindrische hydro-elektrische dam die werkt op de variërende druk van oceaan- of meerwater [bron:Scoop].

7:Lucht-water-zwaartekrachtgenerator

De andere uitvinding van Dickson lijkt niet echt op dit icoon van waterkracht:de Hoover Dam. iStockfoto/Thinkstock

De hydrosfeer leidde Dickson tot een andere uitvinding, de Lucht-water-zwaartekracht generator , die volgens hem de waterkrachtcentrale van de toekomst is. De AWG is een grote, holle cilinder gevuld met lucht en op verschillende diepten aan de zeebodem verankerd. Een elektrische generator zit in de cilinder. Om stroom op te wekken, een klep laat water onder grote druk in het apparaat stromen. Het stromende water komt in een vacuümkamer en dwingt een zuiger omhoog te klimmen stator , het stationaire deel van de generator waarop een rotor draait. Terwijl de zuiger de stator omhoog beweegt, het genereert elektriciteit [bron:gratis persbericht].

Wanneer de zuiger een metalen aanslag aan de bovenkant van de stator bereikt, het geeft een klep vrij die is verbonden met een holle snorkelpijp aan de basis van de cilinder. De pijp gaat open, lucht laten decomprimeren. Dat dwingt de rotor door de stator, weer elektriciteit opwekken. Water wordt ook met grote kracht uit de cilinder geduwd en uit de snorkelpijp naar het oppervlak van de oceaan. Het water schiet als een geiser uit de bovenkant van de pijp. De ontlastklep sluit dan, de waterinname gaat weer open, en de cyclus herhaalt zich. Afhankelijk van de grootte en de diepte waarop het in de oceaan wordt geplaatst, de AWG kan tot een halve gigawatt continu vermogen produceren [bronnen:gratis persbericht, Voorbij fossiele brandstoffen]. Het apparaat was op het moment van publicatie nog niet geprototypeerd of gepatenteerd.

6:Golfkracht

Een elektriciteitsgenerator op basis van golfenergie staat in 2008 voor de kust van Portugal. Een technische storing dwong het golfenergiepark na twee maanden offline. Het gebruikte drijvende buizen waarvan de dobberende beweging hydraulische vloeistof pompte om generatoren aan te drijven. Joao Abreu Miranda/AFP/Getty Images

De echo van golven die tegen een rotsachtige kust of een zandstrand slaan, is een rustgevend geluid. Wist je dat het ook een energiek geluid is? Kinetische energie is de energie van beweging, en stromend water staat er vol mee. Dat komt omdat golfbeweging wordt gevoed door de wind en oceanische geologie [bron:Union of Concerned Scientists].

Ingenieurs en wetenschappers hebben een verscheidenheid aan apparaten bedacht om de hydrokinetische energie die door golven wordt gegenereerd, te benutten. In feite, wetenschappers zeggen dat als we slechts 15 procent van de energie langs de Amerikaanse kust (met name de westkust) zouden kunnen winnen, de Verenigde Staten zouden evenveel elektriciteit kunnen opwekken als alle hydro-elektrische dammen in de natie [bron:Union of Concerned Scientists].

5:Getijdenenergie

De TidGen-turbinegeneratoreenheid van Ocean Renewable Power wordt klaargemaakt voor installatie op de Cobscook Bay Tidal Energy Project-site Afbeelding met dank aan Ocean Renewable Power

Over hydrokinetische energie gesproken, ben je ooit in de oceaan gaan zwemmen? Heeft het uitgaande tij je van de kust gesleept? Getijden pakken een krachtige klap uit, en we kunnen ze gebruiken om elektriciteit op te wekken.

In 2012, een van de eerste getijdenenergieprojecten in de Verenigde Staten begon met het leveren van stroom aan het elektriciteitsnet. Het project, een onderwaterturbine voor de kust van Maine, werd gebouwd door Ocean Renewable Power Co. De turbine lijkt op een ouderwetse grasmaaier, maar is in wezen een soort onderzeese windmolen. De bladen van de turbine draaien wanneer het getij in en uit Cobscook Bay bij Eastport raast. De getijden in het gebied zijn enkele van de hoogste in Maine, het bereiken van 20 voet (6 meter). De generator van $ 21 miljoen kan 25 tot 30 huizen van stroom voorzien [bronnen:Sharp, Woodard].

4:Rivierkracht

Een RiverStar-systeem zou inhouden dat modules door een waterweg worden geplaatst (zoals de statige Colorado-rivier die hier is afgebeeld) in plaats van deze op één specifieke locatie af te dammen. iStockfoto/Thinkstock

Een rivier afdammen om elektriciteit op te wekken is zo 20e eeuws. Dammen veranderen niet alleen het landschap, maar ze kunnen ook van invloed zijn op dieren in het wild (herinner je je die vistrappen die we noemden?). Wat als we de kracht van de rivier zouden kunnen benutten zonder dammen en reservoirs te bouwen? Een in Californië gevestigd bedrijf genaamd Bourne Energy gelooft dat het het antwoord heeft gevonden [bron:Bourne Energy].

Het RiverStar-systeem van het bedrijf oogst kinetische energie langs een rivier in plaats van op één plek, zoals dammen doen. Zo werkt het:Ingenieurs plaatsen een aantal "modules" over een rivier. Elke module bestaat uit een turbine, een stabilisator, een afmeersysteem en een energieconversiesysteem. Hoogspanningsstaalkabels houden elke unit op zijn plaats en verbinden elkaar in een array. Stromend water stroomt door de turbines, en terwijl ze draaien, ze verzamelen de energie van de rivier, die een generator aandrijft. Ambtenaren van Bourne zeggen dat RiverStar 50 kilowatt kan opwekken in een rivier met een watersnelheid van 4 knopen. Het bedrijf voegt eraan toe dat RiverStar de migratiepatronen van vissen niet beïnvloedt en het rivierverkeer niet belemmert.

3:Vortex-kracht

VIVACE zou zijn eerste huis kunnen vinden in de Detroit River. iStockfoto/Thinkstock

In 2007, Michaël Bernitsas, een professor aan de Universiteit van Michigan, een manier gevonden om de kinetische energie van een stromende rivier te benutten door te kijken hoe vissen door water bewegen. Hij heeft een apparaat gemaakt dat hij noemt VIVACE , wat een afkorting is voor Vortex Induced Vibration voor Aquatic Clean Energy [bronnen:Vortex Energy, Lafay].

Zoals elke forelvisser je kan vertellen, wanneer een school vissen door het water beweegt, de vissen buigen hun lichaam en creëren kleine wervelende draaikolken. De vissen duwen hun lichaam van de draaikolken om zichzelf voort te stuwen. VIVACE werkt op dezelfde manier. Ingenieurs plaatsen een reeks cilinders op de rivier- of oceaanbodem. De passerende stroom vloeit over de cilinders en creëert wervelingen, die de cilinders op en neer bewegen. In elke cilinder zit een magneet die over een metalen spoel beweegt, het opwekken van een elektrische gelijkstroom. VIVACE neemt dan de gelijkstroom en zet deze om in wisselstroom. In tegenstelling tot andere hydrokinetische technologieën, De uitvinding van Bernitsas kan energie van langzaam stromende rivieren benutten [bronnen:Vortex Energy, Lafay].

2:Leidingvermogen:

Turbines zijn overal waar je waterkracht inschakelt. In de oceaan. In de rivier. Bij pijpen. Deze, een van 's werelds grootste onderwaterturbines, is afgebeeld op 19 oktober, 2011, in de baai van Brehec in Plouezec, West-Frankrijk. Fred Tannea/AFP/Getty Images

Rioolleidingen, zoetwater lijnen, afvalwaterleidingen en leidingen -- bijna elke stad heeft een soort waterleiding die er doorheen kronkelt. Wat als er een manier was om de kracht van stromend water dat door gemeentelijke leidingen stroomt te benutten? Een nieuwe uitvinding heeft precies dat gedaan.

Een Israëlisch bedrijf genaamd Leviathan heeft een waterturbine gemaakt die in een leiding kan worden ingesloten. Als het water langs de turbine stroomt, het wekt elektriciteit op. Het apparaat, genaamd de Benkatina-turbine, werkt af van het water dat door gesloten waterleidingen stroomt, rioolbuizen, kanalen en leidingen die afvalwater uit fabrieken verwijderen [bron:Leviathan Energy].

1:Een plons maken

Je zou een waterkrachtcentrale in je huis kunnen maken met een kraan en een paar andere onderdelen. iStockfoto/Thinkstock

Stel je voor dat je van je huis een mini-waterkrachtcentrale maakt. Dat is precies wat Fulton Innovation voor ogen heeft. Het in Michigan gevestigde bedrijf heeft Lilliputiaanse hydro-elektrische technologieën ontwikkeld die elektrische radio's kunnen aandrijven, sprekers, klokken en tv's, met behulp van het water dat uit een badkamerkraan komt.

De kern van de Fulton's Splashpower-technologie is een apparaat dat een miniatuur hydro-elektrische generator wordt genoemd. Dergelijke generatoren produceren elektriciteit door gebruik te maken van de waterstroom in een huis of gebouw. Elke keer dat je het water laat lopen met een Splashpower mini-generator, u kunt sprinklerinstallaties van stroom voorzien, noodverlichting, een waterontharder en zelfs buitenkampverlichting De mini-waterkrachtcentrales kunnen ook worden gebruikt om batterijen op te laden [bron:Splashpower].

Veel meer informatie

Notitie van de auteur:10 innovaties in waterkracht

Heb je je ooit afgevraagd waarom de meeste mensen in de buurt van watermassa's wonen? Water maakte het gemakkelijk om van de ene plaats naar de andere te gaan. Bronnen van water werden gebruikt voor de landbouw. In aanvulling, waterkracht was eeuwenlang de favoriete energiebron. De geschiedenis van waterkracht is in essentie, de geschiedenis van de mensheid. De oude Grieken gebruikten hun spieren om meel met de hand te malen. Ze vonden toen een van de eerste waterwielen uit die het werk zo veel gemakkelijker maakten. Zij en anderen pasten die technologie toe bij het maken van textiel, houtbewerking en ander gebruik. Door de eeuwen heen, we hebben nieuwe en betere manieren bedacht om de kracht van stromend water te benutten, zoals die in dit artikel.

gerelateerde artikelen

  • Hoe waterkrachtcentrales werken
  • Micro-Hydro Power:Kleinschalig, Grote impact

bronnen

  • Adams, Jill. "Gebreken in vistrappen, liften." ScienceNOW. 31 januari, 2013. (3 april, 2013) http://www.bendbulletin.com/article/20130131/NEWS0107/301310327/
  • Beyond Fossil Fuels.com "Interview met Rick Dickson, Uitvinder op zijn Air Water Gravity Generator Concept." 10 maart, 2008. (29 maart, 2013). http://www.beyondfossilfuel.com/hydroelectric/rick_dickson.html
  • Bourne Energie. (29 maart, 2013). http://www.bourneenergy.com/future.html
  • Gratis persbericht. "Diepe waterdruk:nieuwe bron voor waterkracht." 26 februari 2008. (maart, 29, 2013). http://www.free-press-release.com/news/200802/1204065625.html
  • Heilige eik, Markering. "Thompson Falls Dam helpt nu vissen." KPAX.com. 2 september 2011. (28 maart, 2013). http://www.kpax.com/news/thompson-falls-dam-now-helping-fish/#_
  • Lafay, Eline. "Prof. zet trillingen om in elektriciteit." Het Michigan-dagblad. 14 november 2007. (29 maart, 2013). http://www.michigandaily.com/content/prof-turns-vibrations-electricity
  • Leviathan-energie. "Benkatina Hydro-elektrische Turbine." (29 maart, 2013). http://www.leviathanenergyinc.com/benkatina.html
  • McGeehan, Patrick. "In Quest for River's Power, een onderwatertestspin. "The New York Times. 11 september, 2012. (28 maart, 2013). http://www.nytimes.com/2012/09/12/nyregion/in-quest-for-east-rivers-power-a-search-for-stouter-arms.html?ref=hydroelectricpower&_r=3&
  • Nationale Waterkracht Vereniging. "Geschiedenis van Hydro." (April, 4, 2013) http://www.hydro.org/tech-and-policy/history-of-hydro/
  • Piesold, David, Colin Caro. "Waterkracht gaat helicoïde." Procedure van het Instituut voor Burgerlijk Ingenieurs. (28 maart, 2013). http://cat.inist.fr/?aModele=afficheN&cpsidt=13830075
  • PPL.com. "Montana registreert eerste vis die geavanceerde visladder beklimt bij Thompson Falls Dam." 7 april 2011. (28 maart, 2013). http://www.pplmontana.com/news/PPL+Montana+records+first+fish+climbing+advanced+fish+ladder+at+Thompson+Falls+Dam+040711.htm
  • Scoop.com. "Uitvinding van een door oceaan aangedreven hydro-elektrische generator." 3 januari 2006. (29 maart, 2013). http://www.scoop.co.nz/stories/SC0601/S00002.htm
  • Scherp, David. "Ocean Renewable Power Co. brengt getijdenenergie naar het Amerikaanse elektriciteitsnet." Huffington Post. 14 september 2012. (29 maart, 2013). http://www.huffingtonpost.com/2012/09/14/ocean-renewable-power-co-tidal_n_1882501.html
  • Splashpower.com "Zet water aan het werk." (29 maart, 2013). http://splashpower.com/
  • Unie van betrokken wetenschappers. "Hoe hydrokinetische energie werkt." (29 maart, 2013). http://www.ucsusa.org/clean_energy/our-energy-choices/renewable-energy/how-hydrokinetic-energy-works.html
  • Vortex hydro-energie. "Hoe VIVACE werkt." (29 maart, 2013). http://www.vortexhydroenergy.com/technology/
  • Woodard, Colin. "Maine Company loopt voorop nu getijdenenergie volwassen wordt." Portland Press Herald. 21 juli 2012. (29 maart, 2013). http://www.pressherald.com/news/maine-company-leading-way-as-tidal-energy-comes-of-age_2012-07-22.html?pagenum=full

Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Waarom liegen we?
  2. Elektrontransportketen (ETC): definitie, locatie en belang
  3. Microbiologie vs. Biochemie
  4. Wat is één reden waarom de classificatie van protisten in één koninkrijk moeilijk is?
  5. De chemische samenstelling van voedingsstoffen Agar
  6. Wat is een markermolecuul?
  7. Wat zijn sommige Cell Organelle-analogieën?
  8. Waarom is diffusie belangrijk voor het leven van een cel?
  9. 10 onderzoeken die compleet bizarre dingen met elkaar verbinden

Wetenschap