Verdant Powers femte generationens turbinsystem får ett test i vattnet i New York Citys East River 2012. Bild med tillstånd av Verdant Power, Inc. När du tänker på East River i New York City, förnybar energi är förmodligen inte det första jag tänker på. Ändå floden, en gång en cesspool och dumpningsplats för en och annan kropp, har funnit sig i framkant i den gröna energirörelsen. I september 2012, Trey Taylor, ägare av Verdant Power, sjönk en speciell trebladig elektrisk turbin i vattenvägen som går längs Manhattans östra sida. Taylor ritade turbinen, som ser ut som en modern fläkt fäst vid en torpedformad kaross, att generera elektricitet från tryck och drag av flodens rusande strömmar [källa:McGeehan].
År 2017, 30 av dessa turbiner kunde pricka floden, med varje enhet som genererar 35 kilowatt el. Om det lyckas, projektet kan ge tillräckligt med kraft för att driva hundratals hem. Tillverkad av plast och skiktad glasfiber, East River tidvattenturbiner är en av flera tekniska innovationer som skakar den vattenkraftiga världen [källa:McGeehan].
Från ena änden av planeten till den andra, forskare och ingenjörer arbetar med en mängd olika koncept - några verkliga, andra föreställde sig - det kommer att bidra till att göra denna mycket gamla kraftkälla till en ännu viktigare modern. Dessa dagar, 6 procent av amerikansk el kommer från vattenkraft (det är 70 procent av den förnybara el som genereras i USA) [källa:U.S. DOE]. Utbudet är obegränsat, även om inte alla områden är ett bra ställe att bygga ett vattenkraftprojekt.
Innehåll
Februari 2011:Utsikt över fiskstegen i Longview, Tvätta., där stålhuvuden simmar upp. Bild med tillstånd Tess McBride/USFWS (under CC by 2.0 -licens) Om du är en sötvattenfisk som en öring, det sista du vill se är en damm. Dammar förhindrar uppströms förflyttning av ungfisk till vattnet där de kommer att leka och leva ut resten av sina dagar. Miljöaktivister har länge beklagat de kaosdammar som kan utlösa. Ange fiskstegar.
En av de mest tekniskt avancerade fiskstegarna är i Montana vid Thompson Falls vattenkraftverk vid Clark Fork River. Det är den första fiskstegen i hela USA i kontinentalt designad speciellt för tjuröring, en hotad art. 8 miljoner dollar, 72 fot (22 meter) hög stege har 48 steg som fisken kan klättra [källor:Holyoak, PPL Montana].
Fisk som simmar uppströms lockas till den lilla öppningen vid foten av stegen av utsläppt vatten. De börjar sin uppstigning uppför stål- och betongfiskstegen, kämpar med rusande vatten varje steg på vägen. Var och en av de 48 stegen, eller pooler, är cirka 1,5 meter bred och 1,8 till 3 meter lång och har öppningar upptill och nedtill. Fisken når så småningom en 5 meter lång uppsamlingspool och sedan en tank. Väl inne i tanken, forskare undersöker och märker fisken, som sedan släpps ovanför dammen [källor:Holyoak, PPL Montana].
Fiskstegar fungerar inte alltid så bra som de är utformade för. En separat studie från University of Massachusetts Amherst fann att endast en liten andel av fiskpopulationerna passerar säkert genom dammarna som forskare observerade [källa:Adams].
Du kan se alla delar av en typisk vattenkraftverk i denna illustration, inklusive pennpiprören. © HowStuffWorks Naturen vet en sak eller två. Allt du behöver göra är att titta. När en vattenkraftingenjör och en medicinsk vetenskapsman satte ihop sina noggins i slutet av 1900 -talet, de kom på ett nytt sätt att öka kraften i befintliga vattenkraftverk med nästan 10 procent [källa:Piesold och Caro]. Allt de gjorde var att tillämpa den spiralformade designen av mänskliga blodkärl för att skapa en liknande form pennpipa .
Helikoidpennan liknar en gevärspipa, som har spiralspår etsade inuti. Rinnande vatten rinner genom helikoidpennan, och som en kula genom en gevärspipa, börjar snurra. Rören fokuserar vattenflödet direkt på den elektriska turbinen, förbättra turbinens prestanda [källa:Piesold och Caro].
Uppfinnaren Rick Dickson inspirerades att skapa sin hydrosfär efter att ha läst om naturforskare och upptäcktsresande Dr. Charles William Beebe (bilden här), som störtade djupet av havet i en badfär tillbaka på 1930 -talet. Keystone/Getty Images Det ser bra ut på papper, men uppfinnaren Rick Dickson säger att hans idé kan fungera när den sätts på prov. Dickson talar om en vattenkraftgenerator som drar nytta av de enorma tryckskillnaderna i sjöarnas eller havets djupa vatten. Han kallar det a hydrosfär och tror att den kan generera upp till 500 megawatt kontinuerlig förnybar energi [källa:Scoop].
Även om han ännu inte har byggt en prototyp eller fått patent, Dicksons hydrosfär är en typ av sluten, cylindrisk hydroelektrisk damm som arbetar från det varierande trycket från havs- eller sjövatten [källa:Scoop].
Dicksons andra uppfinning liknar inte precis den här vattenkraftsikonen - Hoover Dam. iStockphoto/Thinkstock Hydrosfären ledde Dickson till en annan uppfinning, de Luft-vatten-gravitation generator , som han tror är framtidens vattenkraftverk. AWG är en stor, ihålig cylinder fylld med luft och förankrad till havsbotten på olika djup. En elektrisk generator sitter inuti cylindern. För att generera kraft, en ventil släpper in vatten i enheten under stort tryck. Det rinnande vattnet kommer in i en vakuumkammare och tvingar en kolv att klättra a stator , den stationära delen av generatorn på vilken en rotor snurrar. När kolven rör sig uppför statorn, den genererar elektricitet [källa:Free Press Release].
När kolven når ett metallstopp högst upp på statorn, den släpper ut en ventil ansluten till ett ihåligt snorkelrör vid cylinderns botten. Röret öppnas, tillåter luft att dekomprimera. Det tvingar rotorn ner i statorn, återigen producera el. Vatten pressas också ut ur cylindern med stor kraft och ut från snorkelröret till havets yta. Vattnet skjuter ut från toppen av röret som en gejser. Släppventilen stängs sedan, vattenintaget öppnas igen, och cykeln upprepar sig. Beroende på dess storlek och djupet på vilket den placeras i havet, AWG kan producera upp till en halv gigawatt kontinuerlig ström [källor:Gratis pressmeddelande, Utöver fossila bränslen]. Enheten hade inte prototyperats eller patenterats vid publiceringen.
En elgenerator baserad på vågkraft sitter utanför Portugals kust 2008. Ett tekniskt fel tvingade vågenergifarmen att vara offline efter två månader. Den använde flytande rör vars viftande rörelse pumpade hydraulvätska för att driva generatorer. Joao Abreu Miranda/AFP/Getty Images Ekot av vågor som slår mot en stenig strand eller en sandstrand är ett lugnande ljud. Visste du att det också är ett energiskt ljud? Kinetisk energi är rörelsens energi, och rinnande vatten är full av det. Det beror på att vågrörelse drivs av vinden och havsgeologin [källa:Union of Concerned Scientists].
Ingenjörer och forskare har tagit fram en mängd olika enheter för att utnyttja den hydrokinetiska energin som genereras av vågor. Faktiskt, forskare säger att om vi bara skulle kunna utvinna 15 procent av energin längs USA:s kust (särskilt västkusten), USA skulle kunna producera lika mycket el som alla vattenkraftsdammar i landet [källa:Union of Concerned Scientists].
Ocean Renewable Powers TidGen -turbingenerator förbereds för installation på Cobscook Bay Tidal Energy Project -webbplats Bild med tillstånd av Ocean Renewable Power På tal om hydrokinetisk energi, har du någonsin badat i havet? Drog utgående tidvatten dig från stranden? Tidvatten packar en kraftfull stans, och vi kan använda dem för att generera el.
Under 2012, ett av de första tidvattenprojekten i USA började leverera ström till elnätet. Projektet, en undervattenturbin utanför Maines kust, byggdes av Ocean Renewable Power Co. Turbinen liknar en gammaldags gräsklippare, men i huvudsak är en typ av undervattens väderkvarn. Turbinens folier roterar när tidvattnet rusar in och ut ur Cobscook Bay nära Eastport. Tidvattnet i området är några av de högsta i Maine, når 6 fot. Generatorn på 21 miljoner dollar kan driva 25 till 30 bostäder [källor:Sharp, Woodard].
Ett RiverStar -system skulle innebära att moduler placeras genom en vattenväg (som den ståtliga Colorado River på bilden här) snarare än att dämma den på en specifik plats. iStockphoto/Thinkstock Dämning av en flod för att generera el är så 1900 -talet. Dammar förändrar inte bara landskapet, men de kan också påverka djurlivet (kom ihåg de fiskstegar vi nämnde?). Tänk om vi kunde utnyttja flodens kraft utan att bygga dammar och magasin? Ett företag i Kalifornien som heter Bourne Energy tror att det har hittat svaret [källa:Bourne Energy].
Företagets RiverStar -system skördar rörelseenergi längs en flod snarare än på ett ställe, som dammar gör. Så här fungerar det:Ingenjörer placerar ett antal "moduler" tvärs över en flod. Varje modul består av en turbin, en stabilisator, ett förtöjningssystem och ett energiomvandlingssystem. Högspända stålkablar håller varje enhet på plats och ansluter varandra till en grupp. Rinnande vatten passerar genom turbinerna, och när de snurrar, de samlar flodens energi, som driver en generator. Bourne -tjänstemän säger att RiverStar kan generera 50 kilowatt i en flod med en vattenhastighet på 4 knop. Företaget tillägger att RiverStar inte påverkar fiskens vandringsmönster eller hindrar flodtrafiken.
VIVACE kunde hitta sitt första hem i Detroit River. iStockphoto/Thinkstock Under 2007, Michael Bernitsas, professor vid University of Michigan, hittat ett sätt att utnyttja den kinetiska energin i en flödande flod genom att titta på hur fisk rör sig genom vatten. Han skapade en enhet som han kallar VIVACE , som är en förkortning för Vortex Induced Vibration for Aquatic Clean Energy [källor:Vortex Energy, Lafay].
Som alla öringfiskare kan berätta för dig, när en fiskskola rör sig genom vatten, fiskarna böjer sina kroppar och skapar små virvlande virvlar. Fiskarna driver sina kroppar från virvlarna för att driva sig framåt. VIVACE fungerar på samma sätt. Ingenjörer placerar en serie cylindrar på floden eller havsbotten. Strömmen passerar över cylindrarna och skapar virvlar, som flyttar cylindrarna upp och ner. Inuti varje cylinder finns en magnet som rör sig över en metallspole, generera en elektrisk likström. VIVACE tar sedan likströmmen och omvandlar den till växelström. Till skillnad från andra hydrokinetiska tekniker, Bernitsas uppfinning kan utnyttja energi från långsamma floder [källor:Vortex Energy, Lafay].
Turbiner finns överallt där du vänder på vattenkraft. I havet. I floden. I rör. Den här, en av världens största undervattenturbiner, är avbildad den 19 oktober, 2011, i Brehec Bay i Plouezec, västra Frankrike. Fred Tannea/AFP/Getty Images Avloppsledningar, sötvattenledningar, avloppsrör och ledningar - nästan varje stad har någon form av vattenrör som slingrar sig igenom den. Vad händer om det finns ett sätt att utnyttja kraften i rinnande vatten som passerar genom kommunala rör? En ny uppfinning har gjort just det.
Ett israeliskt företag som heter Leviathan har skapat en vattenturbin som kan inneslutas i ett rör. När vattnet rusar förbi turbinen, det genererar el. Enheten, kallas Benkatina -turbinen, arbetar från vattnet som rinner genom slutna vattenledningar, avloppsrör, kanaler och rör som tar bort avloppsvatten från fabriker [källa:Leviathan Energy].
Du kan skapa en vattenkraftverk i ditt hus med en kran och några andra delar. iStockphoto/Thinkstock Tänk dig att göra ditt hem till en minikraftverk. Det är precis vad Fulton Innovation har i åtanke. Det Michigan-baserade företaget har skapat lilliputiska vattenkraftstekniker som kan driva elektriska radioapparater, högtalare, klockor och tv, använda vattnet som kommer ut ur en kran för badrummet.
Kärnan i Fultons Splashpower -teknik är en enhet som kallas en miniatyrhydroelektrisk generator. Sådana generatorer producerar el genom att använda vattenflödet i ett hus eller en byggnad. Varje gång du kör vattnet med en Splashpower mini-generator, du kan driva sprinklersystem, nödbelysning, en vattenavhärdare och till och med utomhuslägerbelysning De minihydroelektriska enheterna kan också användas för att ladda batterier [källa:Splashpower].
Har du någonsin undrat varför de flesta bor nära vattendrag? Vatten gjorde det enkelt att ta sig till en plats till en annan. Vattenkällor användes för jordbruk. Dessutom, vattenkraft var den valda energin i århundraden. Vattenkraftens historia är, i huvudsak, mänsklighetens historia. De gamla grekerna använde sina muskler för att mala mjöl för hand. De uppfann sedan ett av de första vattenhjulen som gjorde jobbet så mycket enklare. De och andra tillämpade den tekniken på textiltillverkning, träbearbetning och andra användningsområden. Under århundradena, vi har tagit fram nya och bättre sätt att utnyttja kraften i rinnande vatten, som de i den här artikeln.
