Teknologi yang memanfaatkan potensi air sebagai penghasil listrik

 Tenaga air adalah sumber utama listrik  

di California dan Amerika Serikat. Pada tahun 2008, 6,2% listrik Amerika dihasilkan menggunakan tenaga air (11,6% di California). [1] Listrik ini biasanya dihasilkan melalui proyek bendungan skala besar yang memblokir sungai dan mengalirkan air melalui turbin. 

Dengan cara ini, jumlah listrik yang dapat dibangkitkan berkisar dari beberapa kilowatt hingga ratusan Megawatt. Sungai dan sungai secara efektif mengubah jumlah hujan yang meliputi area yang luas menjadi aliran terkonsentrasi dengan energi kinetik dan potensial yang cukup untuk membenarkan proyek infrastruktur besar untuk mengoperasikan sejumlah besar rumah tangga. 

Halaman web ini berupaya menjelaskan potensi pembangkit listrik dari satu rumah tangga Amerika dengan hanya menggunakan jumlah curah hujan yang jatuh di rumah mereka dan membandingkannya dengan penggunaan listrik rumah tangga tahunan sekitar 6000-10000 kWh per tahun.

Energi potensial air

Setiap benda bermassa yang terangkat di atas permukaan bumi memiliki energi potensial yang diasosiasikan dengan massa yang sama seperti di permukaan bumi. 

Seperti dijelaskan di atas, dengan mengalirkan air tinggi melalui turbin, sebagian energi potensial ini dapat diubah menjadi energi kinetik dan listrik. Dalam siklus air, air menguap melalui energi matahari dan memperoleh energi potensial yang hilang lagi saat air mengendap. 

Siklus penguapan, hujan dan turbin memberikan mekanisme untuk mengubah energi matahari menjadi energi listrik. Paling banter, jumlah energi listrik yang dapat dihasilkan sama dengan energi potensial hujan.

Energi potensial gravitasi ini sama dengan hasil kali massa, tinggi, dan konstanta gravitasi (9,81 m / s2). Misalnya, energi potensial satu meter kubik air (1000 kg) di awan Stratus pada ketinggian 2000 meter adalah sekitar 20 megajoule, atau 5,5 kWh. 

Artinya, pada wilayah dengan curah hujan rata-rata 0,40 meter, total energi hujan potensial yang hilang pada sebidang tanah kilometer persegi adalah sekitar 7,8 x 1012 joule, 2,18 x 106 kWh, atau energi yang cukup untuk sekitar 220 putaran. 

Sayangnya, sebagian besar energi ini hilang karena gesekan udara selama hujan. Bagian selanjutnya melihat jumlah total energi kinetik yang masih ada saat hujan menghantam tanah.

Untuk menghitung jumlah total energi potensial yang digunakan secara praktis, asumsikan bahwa hujan diarahkan (melalui selokan rumah tangga) dan kemudian disimpan dalam tangki yang terletak di sekitar permukaan, katakanlah, 7 meter dari permukaan tanah. 

Total energi potensial air hujan di waduk akan sama dengan sekitar 70 kilojoule per meter kubik air. Misalnya, jika total luas permukaan sekitar 185 meter persegi (2.000 kaki persegi), maka jumlah energi potensial akan menjadi 130 kJ (0,036 kWh) per Cm hujan. 

Di kota universitas yang curah hujannya hanya sekitar 43 cm / tahun mencapai sekitar 1,5 kWh. Bahkan di tempat paling hujan di bumi (13,3 juta Euro, Kolombia) jumlah energi yang dihasilkan akan menjadi 48 kWh.  

Untuk menangkap hujan yang cukup untuk energi bertahun-tahun, luas permukaan pada 7 meter yang terkena 100 cm hujan per tahun harus kira-kira 515.000 meter persegi. Ini mengasumsikan generator berfungsi penuh yang tidak ada.

Alih-alih mengandalkan curah hujan untuk mengisi tangki air di atas rumah, pemilik rumah dapat memiliki tangki (atau kolam) dengan ukuran serupa di permukaan tanah dan membangun mekanisme untuk menampung air yang naik akibat penguapan. 

Ini akan sama dengan mengubah energi panas matahari menjadi listrik seperti yang dijelaskan di atas. Rata-rata jumlah air yang dapat diuapkan per satuan permukaan bervariasi di California, dengan puncak 404 cm di Death Valley dan nilai sekitar 182 cm di wilayah San Francisco. 

Jika penguapan terjadi dari cekungan dengan ukuran yang sama dengan reservoir permukaan (setinggi 185 m 2 hingga 7 m) di atas, total energi yang dipanen akan menjadi sekitar 6,42 kWh di Stanford dan 14,3 kWh di Lembah Kematian. Sekali lagi, itu hampir tidak cukup untuk menyalakan rumah

Akhirnya, ide lain (yang jelas mengerikan) adalah mengisi tangki daya potensial di bagian atas rumah melalui selang taman. Karena pemilik rumah tidak langsung mengoperasikan / membayar pompa air, ini tidak akan menjadi kerugian bersih listrik bila dilihat dari sudut pandang rumah. 

Dengan asumsi selang taman dapat mengeluarkan 6 galon per menit (456 x 10-6 m3 / dtk) di permukaan, jumlah total daya yang dihasilkan kira-kira 31 watt. Menjalankan selang ini selama satu jam akan menghasilkan listrik sekitar $ 0,003 sambil mengonsumsi 360 galon, atau sekitar $ 1 air (sekitar 2000 kali lebih mahal)

Memeriksa jumlah total curah hujan di seluruh lembah sungai menghasilkan hasil yang sangat berbeda. Misalnya, luas Wilayah Sungai Columbia kira-kira 668 x 109 meter persegi. 

Saya perkirakan (sendiri) separuh dari tanah ini mengalir ke hulu dari Grand Cooley Dam, artinya luas permukaan yang terpapar hujan sekitar 334 x 109m2. Ketinggian Grand Koli Dam sekitar 170 Meter dan menghasilkan 21 x 109 kWh per tahun. 

Ini berarti bahwa, rata-rata, 14 cm hujan yang jatuh di cekungan atas perlu mencapai bendungan untuk menyediakan energi potensial yang cukup (dengan asumsi konversi yang ideal) untuk menghasilkan listrik. Sebagai batasan terakhir, jika semua hujan yang turun di Amerika Serikat (9,62 x 1012 meter persegi, kedalaman 76,2 cm) melewati ketinggian bendungan, maka total 3,4 x 1012 kWh dapat dihasilkan. 

Meskipun angka ini masih menyumbang hanya 80% dari total produksi listrik di Amerika Serikat, perlu dicatat bahwa produksi tenaga air di Amerika Serikat sudah 7,5% dari angka itu.

=Energi kinetik hujan=

Sebagaimana dijelaskan di atas, memerangkap, menyimpan dan mengoperasikan hujan melalui turbin merupakan salah satu mekanisme untuk mengubah energi hujan menjadi listrik. 

Opsi lain yang dapat digunakan bersama-sama adalah menangkap langsung energi kinetik hujan. Ini dapat dilakukan dengan menggunakan piezoelektrik, karena kristal mengubah gerakan mekanis menjadi listrik.

Sekali lagi dengan asumsi konversi tidak realistis, jumlah energi kinetik dalam suatu benda sama dengan setengah massa dikalikan dengan kuadrat kecepatan. 

Kecepatan hujan dibatasi oleh hambatan udara dan biasanya maksimum sekitar 8 m / s [4]. Saat melakukan penghitungan, besarnya energi kinetik yang jatuh pada permukaan seluas 185 meter persegi adalah kira-kira 59,2 kJ (0,016 kWh) per cm hujan. 

Itu hanya sekitar 1,6 kilowatt jam energi per tahun di daerah yang menerima curah hujan 1 meter per tahun. Sebagai batas yang tidak dapat dicapai, jumlah total energi kinetik dalam hujan di Amerika Serikat kira-kira 65 miliar kilowatt jam (seperempat dari total penggunaan energi).

Namun, ada aplikasi praktis yang muncul dari efek ini. Penelitian terbaru menunjukkan bagaimana efek ini dapat memberi daya pada sensor kecil yang menggunakan sedikit energi dan tidak sesuai untuk energi dengan cara lain.

kesimpulan

Artikel ini menjelaskan perhitungan dasar dan perkiraan jumlah energi yang dapat dipanen dari hujan. Pada jarak sedang, ada sedikit potensi untuk menghasilkan energi menggunakan energi potensial atau kinetik air yang jatuh. 

Namun, pada skala kolosal, di mana alam telah menciptakan cekungan besar untuk menampung air hujan, bendungan dan turbin dapat dipasang untuk menghasilkan listrik dalam jumlah besar. Dalam sensor kecil, energi kinetik hujan dapat memberikan daya yang cukup untuk melanjutkan pengoperasian. 

Secara umum, penggunaan presipitasi untuk menghasilkan listrik seolah-olah dapat digunakan untuk melengkapi teknologi lain, tetapi ini bukanlah solusi akhir.