Vannkraft er Norges viktigste kilde til elektrisk energi. Her finner du teori om hvordan et vannkraftverk fungerer, litt fysikk bak energien i vann, og historien om vannkraftens utvikling i Norge.

Historikk

Helt fra vikingtiden har vi i Norge utnyttet bekker og elver for å drive kornmøller. På 1300-tallet begynte man å bruke vannet til å drive sagbruk, og fra 1500-tallet ble det brukt i gruver for å drive heiser og pumper.

Før elektrisitetens tid måtte fabrikkenes arbeidsmaskiner kobles mekanisk til turbinen, og kraften måtte brukes på stedet. Dette førte til at industri ble anlagt ved selve kraftkildene.

Den første dynamoen ble laget i Tyskland i 1866, og i 1877 ble det første elektrisitetsverket bygget i Norge. Det var ganske lite, og forsynte Lisleby Brug med lys. Allerede i 1885 ble elektrisitet tatt i bruk som drivkraft for industri her til lands.

Slik fungerer et vannkraftverk

Et vannkraftverk består av fire hoveddeler:

Dam: En dam kan brukes for å lage et magasin som gir en kontinuerlig vannstrøm til kraftverket.

Overføring (vannvei): For å frakte vannet fra magasinet til turbinen trengs en vannvei. Denne kan være så enkel som en kanal eller et rør.

Turbin (Vannhjul): I en vannturbin overføres mekanisk energi i vannet til et turbinhjul som settes i rotasjon. Ulike typer turbiner og vannhjul er brukt gjennom tidene – fra enkle vannhjul til moderne Peltonturbiner.

Generator (Dynamo): Rotasjonen fra turbinen overføres til en generator som produserer elektrisk energi.

Energi og fysikk

Energi måles i joule (J). 1 joule er det samme som 1 newtonmeter (1 kg·m²·s⁻²). Energienheten som brukes til daglig – spesielt på strømregningen – er kilowattimer (kWh). En kWh er lik 3 600 000 J (3,6 MJ).

Vann som ligger høyere enn havet har potensiell energi – muligheten til å utføre et arbeid. Det er denne energien vi ønsker å utnytte.

Eksempel: 1 liter vann 1 meter over bakken har en potensiell energi:

Ep = 1 kg × G × 1 m = 9,81 J = 9,81 Ws ≈ 0,0000027 kWh
(G = tyngdeakselerasjon = 9,81 m/s²)

Det vil si at du trenger 1 liter vann som faller 1 meter for å drive en 1-watt pære i ett sekund (uten tap). 1 watt = 1 J/s.

Energien i vannet kan utnyttes på to måter:
- Vannet fyller et kammer i vannhjulet og bruker tyngden direkte.
- Energien omdannes til hastighet som dytter hjulet rundt.

Energien knyttet til hastighet er: Ev = 0,5 × m × v² (der m er vannets masse og v er hastigheten).

Likeretter – fra vekselstrøm til likestrøm

Strømmen som kommer ut av en dynamo er vekselstrøm (AC). Det betyr at i stedet for å bevege seg jevnt én retning i ledningen, går den frem og tilbake mange ganger i sekundet. Mange ting drives greit med vekselstrøm (lyspærer, varmeovner), men de fleste små elektroniske enheter trenger likestrøm (DC).

En likeretter består av tre ledd:

1. Likeretterbru: Sørger for at strømmen bare går i én retning, men den stopper opp et lite øyeblikk ved hvert retningsskifte.
2. Kondensator: Tar til seg energi når likeretterbrua leverer strøm, og gir den tilbake i øyeblikkene likeretterbrua ikke leverer – nesten som et batteri som lades opp og ut mange ganger i sekundet.
3. Spenningsregulator: En liten elektronisk krets som sørger for at spenningen ut av likeretteren ikke overstiger en bestemt verdi. Elektroniske apparater kan bli ødelagte av for høy spenning. Det finnes spenningsregulatorer for både faste og regulerbare utspenninger.

Turbintyper

• Vannhjul – det enkleste prinsippet, brukt siden antikken
• Vannturbin – moderne varianter for kraftproduksjon
• Peltonturbin – bruker vannstråler mot skålformede skovler, egnet for høyt fall og liten vannmengde