Vesivoimalan toimintaperiaate

Veden voima muutetaan sähköksi

Vesivoimalan käyttövoimana on auringon säteily, joka uusiutuu jatkuvasti. Auringonsäteilyn voimin vesi haihtuu ylös pilviksi ja sataa alas, päätyen vesistöihin. Sen jälkeen vesi virtaa painovoimaisesti alaspäin. Samalla vesivoiman potentiaalienergia muuttuu liike-energiaksi.

Vesivoimaa saadaan hyödynnettyä muuttamalla virtaavan väliaineen – veden – liike-energia sähköksi. Mitä suurempi on vesimäärä ja putouskorkeus, sitä enemmän energiaa saadaan hyödynnettyä. Virtaus pyörittää vesiturbiinia, joka pyörittää generaattoria, jossa sähkö syntyy. Sähkö johdetaan generaattorista muuntoasemaan, jossa sen jännite/taajuus muunnetaan siirtoon sopivaksi.

Vesivoimalan leikkauskuva. Lähde: wikipedia

Turbiinit Kaplan ja Francis

Francis-turbiini, Imatrankoski. Kuva: SeppVei

Kaplan-turbiini, Itävalta. Kuva: Rolf Süssbrich (CC BY-SA 3.0)

Kaplan-turbiini on Suomen yleisin turbiinityyppi ja sitä käytetään laajasti koko maailmassa matalan putouskorkeuden ja suhteellisesti suuren virtaaman vesivoimalaitoksissa. Siinä on säädettävät siivekkeet, toisin kuin Francis-turbiinissa, jonka sanotaan olevan tuhoisampi alasvaeltaville kaloille. Francis-turbiinien käytön kultakausi ajoittui Suomessa 1890-1930-luvuille, jolloin pieniä vesivoimalaitoksia rakennettiin ja vanhoja muutettiin turbiinikäyttöisiksi.

Veden voima keskitetään haluttuun paikkaan ja aikaan

Vesivoiman rakentaja pyrkii monin tavoin keskittämään virtauksen voiman yhteen paikkaan, vesivoimalaitokseen. Itse vesivoimala on kuitenkin vain osa suurempaa energiantuotantojärjestelmää.

Kokonaisuudessaan vesivoimatuotantoa palvelevat rakenteet käsittävät patoja, kanavia, putkia ja tunneleita. Rakennettu vesistö suunnitellaan järjestelmäksi, jossa virtausta on mahdollista paitsi ohjata myös varastoida ja säännöstellä. Vesivoimalan vaikutusalue on siis varsin laaja ylävirtaan ja alavirtaan päin.