8.1 °C
Ūdens izmantošana elektrības ieguvei nav bez saviem riskiem. Lai arī uzskatāma par atjaunojamo enerģiju, hidroelektrostacijas (HES) un to aizsprostu sistēmas negatīvi ietekmē zivju populāciju un izmaina ūdenstilpju dabīgās gultnes. Mazo HES un krāčainu upju izmantošanai neliela daudzuma elektrības ražošanai nav jāizmaina ūdenslīmenis – pietiek ar radīto straumi.
Vajadzīga straume un kritums
Ūdens virpulis (Gravitation water vortex) ir elektrības ieguves veids, kas izmanto ūdens tecēšanas jeb straumes enerģiju. Dēvēts par straumes HES, virpulis ūdens kinētisko jeb kustības enerģiju pārvērš elektroenerģijā bez citām HES raksturīgajām negatīvajām sekām.
Virpuļa izbūvēšanai piemērotas upes un to caurtekas ar pietiekami spēcīgu straumi. Tos var izbūvēt arī pie agrāk celtām ūdensdzirnavām un mazajām HES. Atšķirībā no lielākām konstrukcijām virpulis ievērojami vai vispār neizmaina ūdenslīmeni un nerada apgrūtinošus un bīstamus apstākļus ūdenstilpē mītošajām zivīm un abiniekiem, tāpēc nav jāizbūvē zivju ceļš. Virpuļa konstrukcija ir apaļa tvertne ar centrālu noteku – ūdens ieplūst pa malā veidotu atveri, bet izplūst pa centrālo noteku, veidojot atvaru jeb virpuli. Bagātināts ar skābekli, ūdens ieplūst atpakaļ ūdenstilpē, neiztērējot resursus.
Virs centrālās atveres uzstādīto propelleru griež no augšteces pieplūstošs ūdens, bet ģenerators ar tam nepieciešamo papildaprīkojumu griezes momentu pārveido elektroenerģijā, kas izmantojama mājās. Latvijā šāds elektrības ieguves veids nav plaši izmantots – katrā vietā tas saražotu dažādu elektrības daudzumu. Virpuļa nelielās konstrukcijas dēļ tas nav izmantojams saimniecības nozarē, taču ar saražoto elektrību pietiek apgaismojuma nodrošināšanai mājās vai pagalmā.
Rotējošo detaļu un turbīnu veidi
Agrāk ūdensdzirnavās izmantoja ūdensratus ar horizontālu asi, bet mūsdienu lielajās HES un virpuļos ass novietota vertikāli. Ass virziens atkarīgs no ūdens ieplūšanas virziena. Horizontālu asu konstrukciju izmantošanai vajadzīgs augsts ūdens kritums (uz liela diametra ūdensrata ūdens tek no augšas – piedziņa no augšas) vai arī spēcīga straume, kurā iemērkto ūdensratu griež straume no apakšas. Vertikālai asij uzliktu propelleru griež upē plūstošā straume.
Elektrības ražošanai izmanto dažādu veidu turbīnas, un to ietekme uz vidi atšķiras. Klasiskās turbīnas, piemēram, Franciska vai Kaplāna turbīna, sastāv no divām daļām – ārējās čaulas un propellera. Caurplūstošais ūdens iegriež turbīnas spārnus un to vertikālo asi. Propellers gandrīz pieskaras turbīnas čaulas iekšējām malām, tāpēc tajā nokļuvušās zivis mehāniskās saskares dēļ neizdzīvo. Palielinot atstatumu starp nekustīgo turbīnas daļu jeb čaulu un propelleru, izveidota funkcionējoša, zivīm droša turbīna, kas piemērota ūdens virpulim. Atstatums starp rotējošo un nekustīgo daļu ir pietiekami liels, lai zivis varētu peldēt.
Elektrības iegūšanai virpuļa propelleram jāpievieno ģenerators. Vajadzīga mehāniskā daļa, kas ģeneratoru notur sausumā virs virpuļa. Tā jānovieto stabili, lai rotāciju neietekmētu straumes radītās vibrācijas. Konstrukciju veido no izturīga metāla vai koka profiliem. Atkarībā no situācijas vajadzīgi dažādi stiprinājumi un gultņi. Jāizveido pārvads, piemēram, dzensiksnas. Uz virpuļa ass un pie ģeneratora jānovieto skriemelis – rats, kas pārvieto griezes momentu, – dzensiksnu darbībai. Sistēmai jābūt ērti piekļūstamai un atvienojamai, lai varētu veikt apkopi un remontu.
Krapes ūdensdzirnavās – divi virpuļi
Pie Krapes muižas ūdensdzirnavām Jānis Baltačs izveidojis divus ūdens virpuļus. Viens no tiem izmanto Lobes upes dabisko teci, otrs izveidots kanālā aiz ūdensdzirnavu aizsprosta. Jānis stāsta, ka sākumā vēlējies izveidot vienu virpuli, lai varētu veikt novērojumus un uzlabojumus otra virpuļa izveidei, tomēr ilgā un sarežģītā saskaņošanas procesa dēļ abi virpuļi būvēti vienlaikus.
