Vse hidroelektrarne Dravskih elektrarn Maribor na reki Dravi (razen kanalskih elektrarn Zlatoličje in Formin) so v osnovi zgrajene tako, da je rečna struga pregrajena z železobetonsko težnostno pregrado. V pregradi so nameščene turbine in generatorji. Vsaka turbina je po navpični gredi povezana z generatorjem.
V pregradah so tudi prelivna polja z zapornicami, ki služijo za spuščanje vode čez pregrado, ko je je preveč. Za pregrado se ustvari akumulacijsko jezero, istočasno pa je z višino pregrade določen vodni padec, potreben za pogon turbine. Moč turbine je namreč odvisna od velikosti vodnega padca in količine vode, ki priteka na turbino. Voda poganja turbino, ki vrti električni generator, ta pa proizvaja električno energijo po principu elektromagnetne indukcije.
Elektromagnetna indukcija temelji na dejstvu, da je vsaka snov sestavljena iz atomov, ki vsebujejo električno nabite delce. Atom ima jedro s protoni in nevtroni, okoli katerega krožijo elektroni. Elektroni so električno negativni, v jedru pa je enako število električno pozitivnih protonov. Atom je na zunaj električno nevtralen. Enako električno nabiti delci se med seboj odbijajo, različno nabiti pa privlačijo. Materiali se med seboj razlikujejo tudi po tem, kako so v njihovih atomih elektroni čvrsto vezani na jedro. Snovi, ki imajo elektrone zelo močno vezane, so električni izolatorji, nimajo prostih elektronov in ne prevajajo električnega toka.
Električni prevodniki pa so snovi, v katerih se elektroni prosto gibljejo (imajo proste elektrone). Če takšen prevodnik (navadno je to bakrena žica) položimo v magnetno polje in ga premikamo prečno na smer polja, deluje na elektrone v vodniku sila, ki jih potiska proti enemu koncu vodnika (odvisno od smeri gibanja). Tu nastane presežek elektronov. Ker so ti električno negativni, govorimo o negativnem električnem potencialu. Na nasprotnem koncu vodnika se zato pojavi enako velik primanjkljaj elektronov, torej pozitiven potencial. Razlika med potencialoma je električna napetost, imenujemo jo inducirana napetost. Ta požene električni tok, če oba konca vodnika povežemo s prevodno žico.
Nastanek električne energije
Električni tok je torej usmerjeno gibanje elektronov po vodniku od mesta presežka elektronov k mestu njihovega primanjkljaja. Jakost električnega toka je odvisna od velikosti inducirane napetosti in električne upornosti povezovalnega vodnika. Inducirana napetost je tem višja, čim daljši je vodnik, čim močnejše je magnetno polje in čim večja je hitrost gibanja vodnika. Pri tem ni pomembno, ali se v magnetnem polju giblje vodnik ali ta miruje in se giblje magnetno polje. Opisani princip elektromagnetne indukcije izkoriščamo v električnih generatorjih za proizvodnjo električne energije.
Električni generator sestavljajo stator (mirujoči del), rotor (ki vse vrti) in elektromagnetni poli, nameščeni na obodu rotorja. Stator je iz železa. Vanj so položeni električni vodniki, ki so med seboj povezani tako, da se inducirane električne napetosti v posameznih vodnikih med seboj seštevajo. Ta sistem povezanih vodnikov imenujemo statorsko navitje. Na obodu rotorja so nameščeni magnetni poli. Izmenično si sledita severni in južni pol. Magnetno polje se med severnim in južnim polom zaključi preko zračne reže in statorja, tako da navitje leži v magnetnem polju. Ko se rotor zavrti, se vzpostavi gibanje magnetnega polja glede na vodnike navitja. V navitju se inducira električna napetost, ki jo lahko izmerimo med začetkom in koncem navitja. Začetek in konec navitja imenujemo sponke generatorja. Na te priključimo električne vodnike in jih vodimo do porabnikov.
Ob začetkih uporabe električne energije so bile elektrarne v primerjavi z današnjimi majhne in so električni generatorji direktno napajali porabnike v svoji bližini. Napajali so jih z napetostjo, ki ni smela biti previsoka zaradi nevarnosti, ki preti ljudem zaradi udara električnega toka. Prvi generatorji so proizvajali tako imenovani enosmerni tok, pri katerem tok vedno teče v isti smeri.
Uporaba električne energije je zaradi številnih prednosti hitro naraščala in pokazala se je potreba po vedno močnejših elektrarnah, ki bi se gradile ob primarnih virih (reke, premogovniki), vendar je bil prenos električne energije do oddaljenih porabnikov problematičen, ker bi bili potrebni izredno veliki preseki električnih vodnikov, da bi bile izgube energije na poti do njih še sprejemljive.
Z izumom izmeničnega toka, pri katerem se smer toka spreminja (v našem omrežju se to dogaja 50-krat v sekundi), in večfaznega generatorja, ki prav tako delujeta po opisanem principu elektromagnetne indukcije, se je poraba električne energije zelo razširila. Izmenični tok namreč omogoča, da s transformatorjem razmeroma enostavno spreminjamo napetost. Čim višja je napetost, tem manjše so izgube energije pri prenosu. Danes se napetost generatorja transformira v višjo napetost in se po prenosnih daljnovodih napetosti 110, 400 in tudi več kV električna energija prenaša na velike razdalje. Za napajanje porabnikov se napetost nato transformira v nižje vrednosti vse do napetosti, ki jo imamo v gospodinjstvih (220 oziroma 380 V pri trifaznem priključku).
Hidroelektrarne so elektrarne, ki izrabljajo moč vodnega padca za pridobivanje električne energije; lahko so umeščene neposredno v rečni strugi ali pa v umetnem kanalu, ki dovaja vodo iz rečne struge. Razpoložljiva moč elektrarne in posledično proizvodnja je odvisna od vodnega padca in pretoka reke. Ta je v rekah odvisen od naravnega dotoka. Kjer to dopušča oblika terena in naravovarstvene zahteve, lahko povečamo regulacijsko sposobnost elektrarne tako, da je njena moč manj odvisna od trenutnega dotoka - pred elektrarno ustvarimo akumulacijsko jezero, v katerem se v času manjše potrošnje električne energije oziroma večjega naravnega dotoka zbira voda, ki jo lahko koristno uporabimo za proizvodnjo električne energije v času večje porabe oziroma manjših naravnih dotokov reke.
V odvisnosti od značilnosti vodotoka, na katerem gradimo hidroelektrarno, ločimo:
V hidroelektrarnah se največ uporabljajo:
Kako je sestavljena hidroelektrarna?
Skupina HSE kot nosilka zelenega prehoda se več kot zaveda pomena postavitve novih objektov za proizvodnjo električne energije iz obnovljivih virov (če želimo kot država slediti danim zavezam in vsem prebivalcem ter gospodarstvu omogočiti energetsko samozadostnost), pri čemer vedno upošteva tako vse zakonodajne postopke kot pogoje naravnega in družbenega okolja, v katerega vstopa in s katerim sobiva. Hidroenergetski objekti danes niso več zgolj proizvajalci električne energije, so večnamenski objekti, ki omogočajo zadrževanje visokih voda, zagotavljanje vode za namakanje in ohranjanje ekološkega potenciala, razvoj turističnih in športnih dejavnosti ter drugo.
Zanimiva dejstva:
Sončna elektrarna je sistem elementov, s katerimi se sončna energija pretvori v električno. Ker sonce sije zastonj, lahko z izgradnjo sončne elektrarne prihranimo na stroških. Začetna investicija je resda visoka, vendar se lahko povrne že prej kot v desetih letih.
Za najbolj optimalen izkoristek sončne energije, je pomembno, da pri izgradnji sočne elektrarne uporabimo kakovostne module. Največji izkoristek imajo tako imenovani sledilni moduli, ki zaradi načina vgradnje lahko sledijo soncu. Sicer pa najboljše izkoristke dosegajo mono-kristalne silicijeve celice, najpogosteje pa se potrošniki odločijo za poli-kristalne sončne celice. Slednje imajo manjši izkoristek, vendar so ti moduli najcenejši. Poleg vrste modulov, pa na to kako deluje sončna elektrarna, vpliva tudi moč sončne energije, ki je odvisna od lokacije, letnega časa in vremenskih pogojev. Če je površina obsijana s soncem v pravokotnem položaju, lahko v najboljših pogojih od sonca dobimo 1 kW energije na kvadratni meter. To velja, ko sije opoldansko sonce, ki je najmočnejše, tekom dneva pa se ta jakost zmanjša. Foto-napetostni moduli, energijo iz sonca direktno pretvarjajo v električno energijo, zato lahko rečemo, da so moduli najbolj pomemben del sončne elektrarne. Moduli na izhodu dajo enosmerno napetost, tako da moramo, če želimo proizvedeno električno energijo prenesti v električno omrežje, pretvoriti na omrežno napetost, in frekvenco, ter ga uskladiti z omrežjem. Bolj preprosto povedano, so moduli med seboj povezani v serije modulov, ki jih s polarnim kablom povežemo na razsmernik. Razsmernik je torej naprava, ki pretvarja enosmerno napetost v izmenično napetost s pomočjo elektronskih stikal. Preko zaščitnih elementov, je razsmernik vezan na števec električne energije. Števec meri energijo, ki jo proizvede foto-napetostni sistem. Sončna elektrarna mora biti varna pred neugodnimi vremenskimi vplivi, zato je opremljena s konstrukcijo iz aluminija in strelovodom.
Med ključnimi prednostmi sončnih elektrarn so varovanje okolja, prihranek pri plačilu mesečnih položnic za električno energijo (v primeru lastne sončne elektrarne), energetska neodvisnost, enostavna in neinvazivna montaža in dolga življenjska doba. Med slabostmi je dokaj draga začetna investicija in hranjenje odsluženih celic, a tudi tukaj že sije luč na koncu tunela, saj strokovnjaki vsako leto razvijejo okolju prijaznejše rešitve razgradnje.
Zanimiva dejstva:
Za največjo sončno elektrarno na svetu trenutno velja Solarni park Bhadla v puščavi Thar v Rajasthanu v Indiji, ki pokriva površino 56 kvadratnih kilometrov in ima skupno inštalirano moč 2.245 MW.
Vetrna energija je oblika obnovljive energije, ki izkorišča naravno moč vetra za proizvodnjo električne energije. Vetrne turbine so naprave, ki se uporabljajo za pretvorbo kinetične energije vetra v električno energijo.
Vetrnica je naprava, ki pretvarja kinetično energijo zraka v mehansko energijo za proizvodnjo električne energije. Vetrnica s svojimi lopaticami, ki rotirajo ob moči vetra, poganja električni generator. Turbine sel lahko vrtijo okrog horizontalne ali vertikalne osi.
Količina energije, ki jo ustvari vetrna turbina, je odvisna od velikosti turbine in hitrosti vetra skozi rotor. Več vetra v lopaticah in večja kot je površina lopatice, večja je rotacijska sila, ki se ustvari za vrtenje gredi.
Na splošno je vetrna energija ena najbolj trajnostnih in hitro rastočih oblik obnovljive energije na svetu. Ker se zmogljivost vetrne energije vsako leto povečuje, ta oblika energije zagotavlja vse večji delež svetovne proizvodnje električne energije. Vetrna energija bo pomagala državam, da se odmaknejo od odvisnosti od omejenih fosilnih goriv. Z nenehnim tehnološkim napredkom in strateško uporabo lahko vetrna energija v prihodnjih letih še bolj prispeva k svetovnemu portfelju čiste energije.
Pomen vetrne energije
Vetrna energija je ena izmed ključnih virov obnovljive energije, ki igra pomembno vlogo pri zmanjševanju emisij toplogrednih plinov in prehodu k trajnostni energetski prihodnosti.
Zanimiva dejstva o vetrni energiji
Geotermalna energija je toplotna energija, ki se nahaja v Zemljini skorji. Ta energija izvira iz nastanka planeta in iz radioaktivnega razpada. Geotermalna energija je obnovljiv vir energije, ki ga je mogoče uporabiti za človeško rabo. Približno 2.900 kilometrov pod Zemljino skorjo ali površino je najbolj vroč del našega planeta: jedro. Zemljina toplota se prenaša proti površju skozi geotermalne vire, kot so vroči izviri, parne jame in geotermalne vrtine. Geotermalna energija se lahko uporablja za kuhanje, kopanje, ogrevanje prostorov, proizvodnjo električne energije in druge namene. Prednosti vključujejo nizke emisije toplogrednih plinov, trajnostno oskrbo in relativno stabilno dobavo, vendar pa lahko izkoriščanje zahteva določene geografske pogoje in tehnološke izzive.
Kako deluje geotermična elektrarna?
Osnovni princip delovanja geotermalne elektrarne temelji na izmenjavi toplote iz notranjosti Zemlje, ki se prenaša skozi geotermalne vire, in pretvorbi te toplote v mehansko gibanje in nato v električno energijo. Različne vrste geotermalnih elektrarn (kot so parne, flash steam in binarne) imajo različne načine izkoriščanja te toplote, vendar ostaja osnovno načelo enako.
Obstaja več različnih vrst geotermalnih elektrarn, ki se med seboj razlikujejo glede lastnosti delovnega fluida - tekočine, predvsem temperature:
Zaprti uparjalni proces (angl. flash steam), kjer se uporablja dvofazni sistem para in voda, t. j. nasičen delovni fluid s temperaturo vsaj 180 °C. Če prevladuje para, se uporablja enostopenjski proces, pri katerem vodijo paro v enostopenjsko turbino, kjer ekspandira. Če pa prevladuje voda, pa se uporablja dvostopenjski parni proces; najprej se izkoristi energija pare iz nasičenega delovnega fluida, ki jo iz separatorja vodijo v visokotlačni del turbine. Voda se pod visokim tlakom iz separatorja pri nižjim tlakom v dodatnem uparjalniku upari. Para se uvaja v nizkotlačni del turbine, ostanek vode pa se vrača v vodonosnik. Elektrarne takšnega tipa so najbolj razširjene.
Pomen geotermične energije
Geotermalna energija ima velik potencial za prispevek k trajnostnemu energetskemu sistemu ter zmanjšanje negativnih vplivov na okolje in podnebje:
Zanimiva dejstva o geotermični energiji
Več informacij o pilotni geotermični elektrarni Čentiba, prvi Slovenski geotermični elektrarni, je dostopnih na povezavi. https://si-geo-electricity.si/wp-login.php
