Khi chúng ta nhìn một dòng sông cuồn cuộn chảy, chúng ta thật khó để tưởng tượng ra được năng lượng mà nó mang lại. Nếu bạn đã từng đi bè vượt những con thác tung bọt nước trắng xóa thì bạn có thể cảm nhận thấy một phần nhỏ năng lượng của con sông. Những thác nước trắng xóa được tạo ra bởi dòng sông, mang theo một số lượng lớn nước đổ xuống dốc thông qua một lối nhỏ. Khi dòng sông buộc phải chảy thông qua lối hẹp này này, dòng chảy của nó trở nên nhanh hơn. Lũ lụt là một ví dụ khác thể hiện năng lượng mà một khối lượng lớn nước có thể có.
Nhà máy thủy điện khai thác năng lượng nước và sử dụng máy móc đơn giản để chuyển đổi năng lượng này thành điện năng. Đây là những thành phần cơ bản của một nhà máy thủy điện thông thường:
1. Đập (Dam)– Hầu hết các nhà máy thủy điện dựa vào một con đập chứa nước lại, tạo ra một hồ chứa lớn. Thông thường, hồ chứa này được sử dụng như một hồ giải trí như hồ Roosevelt tại đập Grand Coulee tại tiểu bang Washington.
2. Ống dẫn nước (Penstock)– Cửa trên đập mở và lực hấp dẫn đẩy nước chảy qua các đường ống chịu áp. Đường ống dẫn nước đến tuabin. Nước làm tăng dần áp lực khi nó chảy qua đường ống này.
3. Tua bin (Turbine) – Nước hướng về và làm quay các cánh lớn của tuabin, tuabin này gắn liền với máy phát điện ở phía trên nó nhờ một trục. Loại phổ biến nhất của tua bin dùng cho nhà máy thủy điện là Turbine Francis, trông nó giống như một đĩa lớn có những cánh cong. Một tua bin có thể cân nặng khoảng 172 tấn và quay với tốc độ 90 vòng mỗi phút .
Ảnh: Trục kết nối các tua-bin và máy phát điện
4. Máy phát điện (generator) – Khi các cánh tua-bin quay, một loạt các nam châm trong các máy phát điện cũng quay theo. Những nam châm khổng lồ này quay quanh cuộn dây đồng, sản sinh ra dòng điện xoay chiều (AC).
5. Biến áp (Transformer)– Máy biến áp được đặt bên trong nhà máy điện tạo ra dòng điện xoay chiều AC và chuyển đổi nó thành dòng điện có điện áp cao hơn.
6. Đường dây điện (Power Lines) – Trong mỗi nhà máy điện có đến bốn dây : ba dây pha của năng lượng điện được sản xuất đồng thời với một dây trung tính.
7. Cống xả (Outflow) – Đưa nước chảy qua các đường ống – gọi là kênh , và chảy vào hạ lưu sông .
Ý tưởng khai thác các dòng nước để tạo ra điện có từ rất sớm. Ban đầu là các bánh xe lớn đặt thẳng đứng có gắn các gàu múc để đưa nước lên cao. Vào cuối những năm 1820, con người đã biến bánh xe thành tuabin và 50 năm sau, con người đã gắn nó với một máy phát điện ở hạ lưu của một đập giữ nước hồ.
Ngày nay, có khoảng 45000 con đập rải rác trên địa cầu, cung cấp khoảng 1/5 lượng điện tiêu thụ trên toàn thế giới, tức khoảng 2,4 triệu mêga oát. Tại Pháp, khoảng 15% điện là thủy điện. Tại châu Âu, Mỹ, Canada, tiềm năng thủy điện đã được khai thác đến 70%.
