Vesivoima ‒ toimintaperiaate

Vesivoiman taustalla oleva tekniikka on suhteellisen yksinkertainen, mutta veden voiman kesyttäminen on suuri haaste. Vesivoimaloiden rakentaminen on kallista, mutta niiden käyttö on edullista.

Jokainen suuren vesiputouksen nähnyt ymmärtää, miten valtava määrä energiaa virtaavassa vedessä on. Tämän suuruusluokan luonnonvoiman valjastaminen vaatii kuitenkin edistyksellistä suunnittelua ja valtavia rakennelmia. Moderneissa vesivoimaloissa on jopa yli 100 metriä korkeita patoja, valtavia keinojärviä ja satoja tonneja painavia turbiineja.

Energia säilötään valtaviin varastoaltaisiin

Patojen avulla rakennetaan varastoaltaita, jotka mahdollistavat korkeamman putouksen ja säätelevät energiankäyttöä. Vesi varastoidaan altaisiin, ja sitä käytetään sähkönkulutuksen ollessa suurimmillaan. Vesi ohjataan varastoaltaasta alemmalle vesitasolle tunneleita pitkin turbiinin läpi. Käytettävän turbiinin tyyppi määräytyy voimalan koon, putouskorkeuden ja muiden olosuhteiden mukaan. Francis ja Kaplan ovat yleisimpiä turbiinityyppejä, ja niitä käytetään pääosin vesivoimaloissa, joissa putouskorkeus vastaa keskivertoa. Vesivoimaloissa, joissa putouskorkeus on suurempi (esimerkiksi Alpeilla ja Norjassa), käytetään yleensä Pelton-turbiinia. Generaattori muuntaa pyörivän turbiiniakselin tuottaman mekaanisen energian sähköenergiaksi, muuntaja nostaa jännitettä ja sähkö siirretään sähköverkkoon.

 

Vesivoimala

Suurennettu kuva (englanniksi)

Suuret padot kasaavat veden varastoaltaisiin, jolloin saadaan toteutettua tarvittava putouskorkeus ja säilöttyä vettä myöhempää käyttöä varten. Vesi virtaa alemmalle vesitasolle turbiinin läpi. Turbiiniakseli pyörii ja antaa voimaa generaattorille. Generaattori puolestaan muuntaa turbiinin pyörivän liikkeen sähköenergiaksi. Muuntajat säätelevät jännitettä niin, että se sopii sähköverkkoon.

Pitkä käyttöikä ja matalat käyttökustannukset

Vesivoimaloiden rakentaminen on kallista. Mutta kun voimala saadaan käyttöön, vesivoima on erittäin edullista. Voimalat toimivat lähes täysin automaattisesti, polttoainetta ei tarvitse hankkia ja kunnossapitokustannukset ovat matalia. Lisäksi vesivoimalan käyttöikä on pitkä. Monet nykyisin käytössä olevista voimaloista rakennettiin yli 50 vuotta sitten ja niiden käyttöikää on jäljellä vielä useita vuosia. Investointikustannukset maksavat itsensä takaisin nopeasti, kun voimala otetaan käyttöön.

Vesivoima on säätövoimaa

Vesivoimaloita voidaan käyttää sekä perusenergian tuottamiseen (jatkuvasti tarvittavan sähkön tuottamiseen) että säätövoimaksi (sähköntuotantoon, jolla voidaan nopeasti vastata kysynnän muutoksiin).

Sähkön ongelma on, ettei sitä voida suuressa määrin varastoida. Vettä sen sijaan voidaan. Vesialtaat vesivoimaloiden vieressä ovat kuin suuria akkuja. Energiaa voidaan varastoida niinä vuodenaikoina, jolloin veden virtaus on suurta ja sähkönkulutus matalalla, ja käyttää sitten, kun sen kulutus on korkeimmillaan.

Vesivoimala voidaan käynnistää nopeasti

Vesivoiman tärkeä ominaispiirre on se, että sillä pystytään tuottamaan suuria määriä sähköä heti, kun vesi vapautetaan, eikä se ole riippuvaista säästä, tuulesta tai pitkistä ja monimutkaisista käynnistysprosesseista. Tätä ominaisuutta ei ole monilla muilla energialähteillä. Vesivoiman tuotantokapasiteettia voidaan nostaa esimerkiksi kattamaan tuulivoiman ja muiden hallitsemattomampien energialähteiden aiheuttamia vajeita tai pidempää käynnistysaikaa vaativien ydin- ja hiilivoimaloiden alijäämiä.

Viimeksi päivitetty : 2014-03-11 15:59