نیروگاه برق آبی

نیروگاه برق آبی تاسیساتی است که از طریق آب ذخیره شده در پشت سدها انرژی الکتریکی تولید می کند که به آن انرژی برق آبی نیز گفته می شود. این نیروگاه با مهارقدرت آب در حین حرکت – مانند آبی که از بالای یک آبشار عبور می کند – برق تولید می کند. مردم هزاران سال است از این نیرو استفاده می کنند. مثلا بیش از دو هزار سال پیش ، مردم یونان با استفاده از آب رودخانه ها با چرخ آسیاب گندم خود را به آرد تبدیل می کردند  .

نیروگاه‌های برق‌آبی تقریباً 24 درصد از برق جهان و به تعبیری برق مصرفی بیش از 1 میلیارد نفر را تولید می‌کنند. بر اساس گزارش‌های آزمایشگاه ملی انرژی‌ تجدیدپذیر (NREL)، نیروگاه‌های برق‌آبی جهان مجموعاً 675,000 مگاوات توان، معادل 3?6 میلیارد بشکه نفت تولید می‌کنند. بیش از 2000 نیروگاه آبی در ایالات متحده وجود دارد و این امر انرژی برق‌آبی را به بزرگترین منبع انرژی تجدیدپذیر  این کشور تبدیل کرده است. در ایران نیز ظرفیت نیروگاه‌های برق‌آبی تقریباً 11,600 مگاوات است. در این آموزش، با اصول عملکرد، اجزا و انواع نیروگاه آبی تولید برق آشنا می‌شویم.

قدرت آب

هنگام تماشای رودخانه‌ای که آب آن جریان دارد، تصور نیرویی که آب حمل می‌کند شاید دشوار باشد. اگر تا به حال رودگردی در آب‌های سفید انجام داده‌ باشید، قسمت کوچکی از قدرت رودخانه را احساس کرده‌اید. تندآب‌های سفید در رودخانه ایجاد می‌شوند و مقدار زیادی آب را در سرازیری و گلوگاه‌ها در یک مجرای باریک حمل می‌کنند. وقتی رودخانه باید از دهانه عبور کند، جریان آب آن سرعت می‌گیرد. سیل و طغیان نمونه دیگری از میزان نیرویی است که حجم عظیم آب می‌تواند داشته باشد.

نیروگاه‌های برق آبی انرژی آب را مهار می‌کنند و با بهره‌گیری از قوانین مکانیک ابتدایی آن را به برق تبدیل می‌کنند. در واقع، نیروگاه‌های آبی بر اساس این مفهوم ساده ساخته شده‌اند که آب جاری  و گذرنده از سد یک توربین را می‌چرخاند که خود موجب چرخش ژنراتور می‌شود.

 

تجهیزات نیروگاه

• جرثقیل ها
• دریچه های انسداد لوله مکش
• مشخصات شیرهای ورودی
• توربین ها
• سیستم گاورنر
• ژنراتور
• یکسو کننده
• تجهیزات میدان
• شینه های حفاظ دار
• کلیدها
• تجهیزات برقگیر
• ترانس ها
• سیستم کنترل نیروگاه
• سیستم جریان مستقیم (DC) و تغذیه غیر قابل قطع (UPS) نیروگاه
• سیستم جریان متناوب (AC) نیروگاه
• ترانسفورماتور اصلی

انتخاب مکان مناسب برای نیروگاه آبی

1. در دسترس بودن آب
2. ذخیره سازی آب
3. میزان بالا بودن آب
4. مسافت از محل تولید توان تا مراکز استفاده بار
5. عملکرد سایت

فاکتورهای محیطی ـ اجتماعی (در محل زندگی انسان های آن منطقه کمترین تاثیر را داشته باشد، زیر آب نرفتن زمین های حاصلخیز، زلزله خیز نبودن محیط و…)

انواع طبقه بندی در نیروگاه آبی

طبقه بندی نیروگاه های آبی براساس خصوصیات هیدرولیکی

• نیروگاه های آبی قراردادی
• نیروگاه های Pumped storage
• نیروگاه های Tidal power کشنده توان
• نیروگاه های Depression power

مزایای نیروگاه برق ابی عبارتند از:

• آلودگی محیط زیست ندارد.
• هزینه سوخت ندارد.
• عمر بالایی دارد. (اگر خوب ساخته شود تا 100 سال هم کار می کند)
• سرعت و قدرت مانور بالایی دارد.
• هزینه نگهداری این نیروگاه ها بسیار پایین است.
• با گذشت زمان بازده این نیروگاه ها تغییر نمی کند.
• پرسنل مورد نیاز نیروگاه های آبی نسبت به بقیه نیروگاه ها بسیار کمتر است.
• آب مورد نیاز برای کشاورزی و شرب را تأمین می کند.
• از سیل ها و سیلاب ها جلوگیری می کند.
• در اطراف سدها می توان فضای تفریحی مناسب ایجاد کرد.

معایب نیروگاه برق آبی:

• هزینه ساخت این نیروگاه ها بسیار زیاد است. 

• در سال های کم آبی، میزان تولید این نیروگاه ها با مشکل همراه خواهد بود.
• مدت زمان مورد نیاز برای ساخت سد خیلی زیاد است.
• مخزن نیروگاه های آبی ، زمین های زیادی را زیر آب می برد.
• قابلیت نصب نیروگاه های آبی در مکان های بسیار خاص می باشد.

از مقاله نیروگاه سیکل ترکیبی در سایت ما دیدن کنید.

تاریخچه استفاده از انرژی آب

بشر از صدها سال پیش تا به امروز از نیروی آب استفاده می‌کرده است. در طول تاریخ علم و تکنولوژی، توان آب به طور شگفت انگیزی همواره مورد استفاده بوده است. در قرون وسطی و تا قرن 19 این انرژی اصلی‌ترین منبع تولید توان برای آسیاب‌های گندم بوده است. در قرن 19، چرخ‌های آبی جای خود را به موتورهای بخار دادند. اما توان آب امروزه هنوز نقش مهمی در تولید الکتریسیته در اکثر کشورها ایفا می کند.

می توان به طور خلاصه تاریخچه انرژی آبی را این گونه بیان کرد:

2000 سال پیش: استفاده یونانی‌ها از چرخ‌های آبی به منظور تبدیل گندم به آرد

سالهای 1800: دانشمندان انگلیسی، ویلیام نیکلسون و آنتونی کارلیسل، دریافتند که با اعمال جریان برق به آب، هیدروژن و اکسیژن تولید می‌شود که این کار بعدها به عنوان الکترولیز شناخته شد.

سال 1882: اولین نیروگاه آبی در آمریکا شروع به کار کرد و انرژی برق حاصل از آن برای روشنایی خیابان‌های شهر کوچکی کافی بود.

امروزه: حدود 20% از الکتریسیته دنیا از طریق توان آبی تولید می شود و حدود 150 کشور پتانسیل استفاده از آن را دارا می‌باشند.

 

نگهداری از نیروگاه های برق آبی

نیروگاه های آبی معمولا طول عمر بسیار زیادی دارد و نگهداری از آن‌ها به نسبت با نیروگاه‌های حرارتی کم خرج می‌باشد. شروع و پایان فرآیند نیروگاه‌های برق آبی بسیار پر سرعت است؛ از این رو میزان هزینه‌ای که برای تولید برق به آن نیاز دارند کم می‌باشد. ضمنا خاموشی ناشی از نیروگاه‌های آبی کم بوده از این رو سیلی که در پشت سد در نظر گرفته شده، کارایی زیادی دارد و کمتر به هدر می‌رود.

نیروگاه برق آبی چگونه کار می کند؟

اکثر نیروگاه های برق آبی دارای یک مخزن آب ، یک دریچه یا شیر برای کنترل میزان جریان آب از مخزن و یک خروجی یا مکانی هستند که پس از جاری شدن آب به سمت پایین به پایان می رسد. آب دقیقاً قبل از ریختن از بالای سد یا سرازیر شدن از تپه ، انرژی بالقوه ای به دست می آورد. انرژی پتانسیل با سرازیر شدن آب به انرژی جنبشی تبدیل می شود. از آب می توان برای چرخش پره های توربین  برای تولید برق استفاده کرد که بین مشترکان نیروگاه توزیع می شود.

میزان الکتریسیته قابل تولید به مقدار آب و میزان حرکت آب در سیستم بستگی دارد. برق می تواند از طریق خطوط انتقال طولانی به خانه ها ، کارخانه ها و مشاغل مختلف منتقل شود. انواع دیگر نیروگاه های برق آبی از جریان مسیلی بدون سد استفاده می کنند.

از مقاله انرژی های تجدید پذیر در سایت ما دیدن کنید.

سخن آخر

تقاضای جهانی انرژی به خصوص در کشورهای در حال توسعه روبه افزایش است. این میزان رشد به دلیل افزایش جمعیت کشورها و صنعتی شدن آن‌ها است. به منظور پاسخگویی به این میزان تقاضای در حال رشد، اکتشاف منابع تجدیدپذیر انرژی بسیار ضروری است. این نیاز تنها زمانی بروز پیدا می‌کند که با پایان یافتن منابع متعارف انرژی قیمت عرضه آن افزایش یابد.

ظرفیت بالقوه و عملی تولی انرژی برق آبی در کشور 50 میلیارد کیلووات ساعت در سال است که می تواند 60 درصد از برق مورد نیاز فعلی کشور را تامین کند. براساس مطالعات انجام شده حوضه آبریز کارون با 30 میلیارد کیلووات ساعت در سال حوضه آبریز دز با 9 میلیارد کیلووات ساعت در سال و حوضه آبریز کرخه با 6 میلیارد کیلووات ساعت در سال بیشترین امکانات تولید برق آبی را دارا می باشند و 5 میلیارد کیلووات ساعت بازماندة آن مربوط به سایر حوضه ها است. بدین ترتیب روشن می گردد که سرمایه گذاری بر روی طرح های برق آبی و استفاده از این پتانسیل بالقوه از جمله ضروریاتی است که با توجه به زمان بهره برداری رسیدن این طرح ها لازم است تا هر چه سریعتر اقدام های عملی انجام شود.

منابع:

 

• سرو نیرو توس