putoavan veden mekaaninen voima on ikivanha työkalu. Kreikkalaiset käyttivät sitä yli 2 000 vuotta sitten vehnän jauhamiseen tarkoitettujen vesipyörien kääntämiseen jauhoksi . Halvan orja-ja eläintyövoiman saatavuus rajoitti kuitenkin sen laajaa soveltamista noin 1100-luvulle saakka. Keskiajalla kehitettiin suuria puisia vesipyöriä, joiden suurin teho oli noin 50 hv. Nykyaikainen suurikokoinen vesivoimalaitos on kiitollisuudenvelassa kehitystyöstään englantilaiselle rakennusinsinöörille John Smeatonille, joka rakensi ensimmäiset suuret vesirattaat valuraudasta.
vesivoimalla oli tärkeä osa teollisessa vallankumouksessa. Se antoi sysäyksen tekstiili -, nahka-ja konepajateollisuuden kasvulle 1800-luvun alussa. Vaikka höyrykone oli jo kehitetty, kivihiili oli niukkaa ja puu epätyydyttävää polttoaineena. Vesivoima auttoi kehittämään varhaisia teollisuuskaupunkeja Euroopassa ja Yhdysvalloissa, kunnes kanavien avaaminen tarjosi halpaa hiiltä 1800-luvun puoliväliin mennessä.
patoja ja kanavia tarvittiin peräkkäisten vesirattaiden asentamiseen, kun pudotus oli yli 5 metriä. Suuri varastopadon rakentaminen ei kuitenkaan ollut mahdollista, ja vähäinen veden virtaus kesällä ja syksyllä sekä jäätyminen talvella johtivat siihen, että lähes kaikki vesirattaat korvattiin höyryllä, kun hiiltä tuli helposti saataville.
varhaisin vesivoimalaitos rakennettiin vuonna 1880 Cragsideen Northumberlandiin Englantiin. Vesivoiman uudelleensyntyminen tapahtui sähkögeneraattorin kehittämisen, hydrauliturbiinin edelleen parantamisen ja sähkön kysynnän kasvun myötä 1900-luvun vaihteessa. Vuoteen 1920 mennessä vesivoimaloiden osuus Yhdysvalloissa tuotetusta sähköstä oli jo 40 prosenttia.
useimpien suurten laitosten toiminnan perusperiaate on pysynyt samana siitä lähtien. Kasvit ovat riippuvaisia padon yläjuoksulla olevasta suuresta vesivarastoaltaasta, jossa veden virtausta voidaan säädellä ja lähes tasainen vedenpinta varmistaa. Vesi virtaa läpi putkia, kutsutaan penstocks, Okinawan meriveden pumppuvoimalaitos, joita ohjataan venttiilit tai turbiinin portit säätää virtausnopeuden vastaamaan tehontarvetta. Tämän jälkeen vesi tulee turbiineihin ja poistuu niistä niin sanotun pyrstöaukon kautta. Generaattorit on asennettu suoraan turbiinien yläpuolelle pystyakseleille. Turbiinien rakenne riippuu käytettävissä olevasta vesipäästä, niin sanotuissa Francis-turbiineissa käytetään korkeita päitä ja potkuriturbiineissa matalia päitä.
toisin kuin varastointilaitoksissa, jotka ovat riippuvaisia suurten vesimäärien varastoimisesta, on muutamia esimerkkejä, joissa sekä veden lasku että tasainen virtaama ovat riittävän suuria niin sanottujen jokijuoksutuslaitosten mahdollistamiseksi; yksi tällainen on Yhdysvaltojen ja Kanadan yhteinen Niagara Fallsin voimalahanke.
1700-luvulla amerikkalaiset tunnustivat mekaanisen vesivoiman edut ja käyttivät sitä laajalti jyrsintään ja pumppaamiseen. 1900-luvun alussa vesivoimalla tuotettiin yli 40 prosenttia Yhdysvaltain sähköntuotannosta. 1940-luvulla vesivoimalla tuotettiin noin 75 prosenttia kaikesta lännessä ja Tyynenmeren luoteisosassa kulutetusta sähköstä ja noin kolmannes koko Yhdysvaltain sähköenergiasta. Muiden sähköntuotantomuotojen kehityksen myötä vesivoiman osuus on hitaasti laskenut ja tuottaa nykyään noin kymmenesosan Yhdysvaltain sähköstä.
varhaiset vesivoimalat olivat noin vuosina 1880-1895 kaaren ja hehkulampun voimaksi rakennettuja tasavirtajohtoja. Vuosina 1895-1915 tapahtui nopeita muutoksia vesivoimasuunnittelussa ja rakennettiin monenlaisia laitostyylejä. Vesivoimalaitosten suunnittelu vakiintui melko hyvin ensimmäisen maailmansodan jälkeen, ja suurin osa 1920-ja 1930-lukujen kehityksestä liittyi lämpövoimaloihin sekä siirtoon ja jakeluun.
seuraavassa luetellaan joitakin tärkeitä tapahtumia vesivoimahistoriassa:
1826 ranskalainen insinööri Benoit Fourneyron kehitti korkean hyötysuhteen (80%) ulospäin virtaavan vesiturbiinin, jossa vesi ohjattiin tangentiaalisesti turbiinijuoksuttimen läpi aiheuttaen sen pyörimisen. Toinen ranskalainen insinööri Jean v. Poncelet suunnitteli vuonna 1826 sisäänpäin virtaavan turbiinin, joka käytti samoja periaatteita. Se rakennettiin vasta vuonna 1838, kun S. B. Howd sai yhdysvaltalaisen patentin vastaavalle rakenteelle.1848 James B. Francis paransi näitä malleja luodakseen turbiinin, jonka hyötysuhde oli 90%.
1870 maailman varhaisin vesivoimahanke Cragsidessa Rothburyssa Englannissa tuotti sähkövaloa.1880 ensimmäinen teollinen käyttö vesivoiman tuottaa sähköä tapahtui Grand Rapids Michigan kun 16 harja-kaarilamput virtansa vesiturbiinin Wolverine tuoli tehtaan Grand Rapids, Michigan1881 Niagara Falls, New York harja dynamo oli kytketty turbiini Quigley ’ s flour mill sytyttää kaupungin katulamput.1882 Appletonissa, Wisconsinissa ensimmäinen vesivoimala, joka käytti Edisonin järjestelmää, oli Vulcan Streetin voimala.
1887 San Bernadinon, Kalifornian High Groven asema oli Yhdysvaltain länsiosan ensimmäinen vesivoimalaitos 1889 Oregon Cityssä Oregonissa, Willamette Fallsin asema oli ensimmäinen AC-vesivoimalaitos. Se lähetti yksivaiheista virtaa 13 mailia Portlandiin 4 000 voltin jännitteellä ja laski 50 volttiin jakelua varten.
1891 Frankfort Mainissa Saksassa käytettiin ensimmäistä kolmivaiheista vesivoimajärjestelmää 175 kilometrin ja 25 000 voltin demonstraatiolinjalla lauffenin tehtaalta.
1895 Duck Reachiin Tasmaniaan valmistui eteläisen pallonpuoliskon ensimmäinen julkisesti omistettu vesivoimala, joka toimitti sähköä launcestonin kaupunkiin katuvalaistusta varten.
1898 Decew Falls 1, St. Catherines, Ontario, Kanada valmistui. Ontario Power Generationin omistama neljä yksikköä on edelleen toiminnassa. Tämä asema välitti 25. elokuuta 1898 tehoa 22 500 volttia, 66 2/3 Hz, kaksivaiheinen, 56 kilometrin matkan Hamiltoniin, Ontarioon. Käyttämällä suurempaa jännitettä sallittu tehokas siirto kyseisellä etäisyydellä. (Tunnustettu IEEE: n virstanpylvääksi sähkötekniikassa & Computing IEEE: n toimeenpanevan komitean toimesta vuonna 2002)
1901 Trenton Fallsissa, New Yorkissa, ensimmäinen Yhdysvalloissa 1905 suunniteltu ja rakennettu korkeapääreaktioturbiini Sault Ste. Marie, Michigan, ensimmäinen matalapäinen voimala, jossa on suoraan kytketyt pystyakseliturbiinit ja generaattorit, rakennettiin
1906 Ilchesteriin, Marylandiin, ambursenin padon sisään rakennettiin täysin Vedenalainen vesivoimalaitos.1911 R. D. Johnson keksi tasauspyörästösäiliön ja Johnson hydrostaattisen penstock-venttiilin.
1912 Holtwoodissa Pennsylvaniassa oli ensimmäinen vesivoimalaitoksen Kingsburyn pystysuuntaisen työntölaakerin kaupallinen asennus.
1914 S. J. Zowski kehitti high specific speed reaction (Francis) turbine Runnerin matalan pään sovelluksiin.
1916 siellä oli ensimmäinen kaupallinen Forrest Naglerin suunnittelema kiinteäteräinen potkuriturbiiniasennus.
1917 hydracone-vetoputken patentoi W. M. White.
1919 Viktor Kaplan esitteli Tshekkoslovakian Podebradyssa säädettävän teräpotkuriturbiinijuoksijan.
1922 oli ensimmäinen kerta, kun vesivoimalaitos rakennettiin nimenomaan huippuvoimaa varten.
1929 Rocky Riverin voimala New Milfordissa Connecticutissa oli ensimmäinen suuri pumppuvoimalaitos.
lisätietoja: suositeltava voimavara, joka kertoo vesivoimalaitoksen historiasta, on kaksi vesivoimalaitoksen kehitystä Yhdysvalloissa 1880-1940, joka on laadittu Task Force on Cultural Resource Management, Edison Electric Institute, Duncan Hay, New York State Museum, 1991. Tässä kirjassa kerrotaan yksityiskohtaisesti Yhdysvaltain vesivoimaloiden kehitys vuodesta 1880 vuoteen 1940, jolloin jo yli 1500 vesivoimalaitosta tuotti noin kolmanneksen Yhdysvaltain sähköenergiasta. Tämä vertautuu nykypäivään, jolloin alle kymmenesosa energiasta on vesivoimaa.
Niagaran alueen vesi-ja voimalaitosten historia
Uudessa Etelä-Walesissa Australiassa sijaitseva Snowy Mountains scheme on yksi maailman monimutkaisimmista integroiduista vesi-ja vesivoimajärjestelmistä, jonka rakentaminen kesti 25 vuotta. Tietoa kehityksestä löytyy Snowy Hydro-verkkosivuilta.
×sulje