نیروگاه هیدرو الکتریک یا برق آبی چیست؟

نیروگاهي است كه در آن از انرژي پتانسیل آب انباشته شده در پشت سدها جهت مصرف در توربین آبي براي تولید برق استفاده مي گردد.
از منابع اصلی تامین انرژی در قرن اخیر‍‍‍ آب است. نیروی آب در حال حاضر عمدتاً به عنوان برق آبی استفاده می شود. این انرژی از آب متحرک در هنگام سقوط و با کمک توربین و دینام تولید می شود.
برق آبی به عنوان یک منبع انرژی در زمان حاضر اهمیت زیادی پیدا کرده است و مورد استفاده های مختلفی قرار می گیرد.

نیروگاه هیدرو الکتریک یا برق آبی

تاریخچه انرژی برق آبی

این انرژی یک منبع انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی باد و خورشید است. برق آبی نوعی انرژی است که ریشه‌دارترین فناوری را دارد. مشخص است که این تمدن تاریخچه ای بسیار قوی دارد. در گذشته های دور مردم با استفاده از آسیاب های آبی و قایق ها از انرژی آبی بهره مند می شدند. به خصوص تا قبل از انقلاب صنعتی که در قرن نوزدهم رخ داد، بسیاری از فعالیت های تولیدی به لطف نیروی حاصل از آسیاب های آبی انجام می شد. با این حال، ناتوانی در ذخیره انرژی تولید شده به دلیل نارسایی های تکنولوژیکی و عدم کفایت صنعتی شدن، مردم را به سمت سایر سوخت های فسیلی به ویژه زغال سنگ سوق داده است.
با این انرژی در زمینه های مختلف از جمله کشاورزی مدرن، آبیاری، گردشگری، فعالیت های ورزشی سود حاصل می شود. اما از همه مهمتر تولید برق است. امروزه انرژی جنبشی از نیروی آب با استفاده از توربین های آبی به دست می آید. اولین نیروگاه برق آبی در سال 1882 در آمریکا تأسیس شد. در سال 2016 بزرگترین نیروگاه برق آبی جهان در چین تاسیس شد. مشخص شده است که این نیروگاه دارای ظرفیت تولید 22400 مگاوات می باشد.

مزایای برق آبی در مقایسه با زغال سنگ، نفت و گاز به شرح زیر است:

1.این انرژی ارزان ترین ، محبوب ترین و همه کاره ترین نیرو در بین تمام منابع شناخته شده انرژی است.

2. یک منبع تجدید پذیر انرژی است. زغال سنگ، نفت و گاز دیر یا زود تمام می شود، اما آب همیشه برای تامین نیازهای مختلف انسان و حیوان باقی خواهد ماند.

3. آب یک منبع تمام نشدنی است. بنابراین، یک منبع قابل اعتماد برای تولید برق است.

4. ایستگاه های برق آبی عمر طولانی دارند.

5. قابلیت تنظیم میزان تولید انرژی؛ این قابلیت را تقریباً هیچ‌کدام از انرژی‌های تجدیدپذیر دیگر ندارند.

6.اکثر پروژه های برق آبی به عنوان پروژه های چند منظوره ساخته می شوند. از دیگر مصارف پروژه های برق آبی علاوه بر تامین برق و آبیاری، کنترل سیلاب، دریانوردی، تامین آب مصارف صنعتی و خانگی، ترویج گردشگری، ماهیگیری و غیره می باشد.

7. تولید برق آبی مشکلات آلودگی ایجاد نمی کند.

معایب برق آبی:

1.تأثیر منفی بر روی سیستم‌های آبزیان به‌ویژه ماهی‌ها

2.محدودیت مکان مناسب برای احداث سد و نیروگاه

3.هزینه بالای راه‌اندازی نیروگاه‌های برق‌آبی

4.حساسیت به خشکسالی و تغییر اقلیم و…

اجزای اصلی یک نیروگاه آبی به شرح زیر هستند:

• سد : اغلب نیروگاه‌های برق‌آبی سدی دارند که مانع عبور آب می‌شود و مخزنی بزرگ ایجاد می‌کند.

• آبگیر: دریچه‌های روی سد باز می‌شود و نیروی جاذبه آب را از طریق تونل (Penstock)به توربین می‌رساند. آب هنگام عبور از این لوله فشار خواهد داشت.

• توربین: آب به پره‌های بزرگ توربین برخورد می‌کند. توربین نیز از طریق شفت به ژنراتور بالای آن متصل است. متداول‌ترین نوع توربین برای نیروگاه‌های آبی توربین فرانسیس (Francis Turbine) است که مانند دیسک بزرگی با تیغه‌های خمیده به نظر می‌رسد. طبق گزارش بنیاد آموزش آب و انرژی (FWEE)، یک توربین می‌تواند تا 172 تن وزن داشته باشد و با سرعت 90 دور در دقیقه بچرخد.

• ژنراتورها : با چرخش پره‌های توربین، تعدادی آهن‌ربا در داخل ژنراتور نیز می‌چرخند. آهن‌رباهای غول‌پیکر با چرخش از کنار سیم‌پیچ‌های مسی عبور می‌کنند و جریان متناوب (AC) تولید می‌کنند.

• ترانسفورماتور : ترانسفورماتور در پست نیروگاه، برق AC را گرفته و ولتاژ آن را افزایش می‌دهد.

• خطوط برق: از هر نیروگاه چهار سیم خارج می‌شود: سه فازِ برق که به طور همزمان تولید می‌شود، به علاوه یک خنثی یا یک زمین مشترک برای هر سه فاز.

• برون‌شارش: آب مورد استفاده از طریق خطوط لوله انتقال داده می شود که به آن حوضچه می‌گویند و وارد پایین‌دست رودخانه می‌شود.

آب موجود در مخزن به عنوان انرژی ذخیره شده در نظر گرفته می‌شود. هنگامی که دریچه‌ها باز می‌شوند، آب در حال عبور از آبگیر به دلیل حرکتي که دارد، دارای انرژی جنبشی خواهد بود. مقدار الکتریسیته تولید شده توسط عوامل مختلفی تعیین می‌شود. دو عامل از جمله دبی آب و اندازه هد هیدرولیکی (Hydraulic Head) است. هد به فاصله سطح آب با توربین‌ها اشاره دارد. با افزایش هد و دبی، برق تولیدی نیز افزایش می‌یابد. هد معمولاً به مقدار آب درون مخزن بستگی دارد.

نیروگاه های برق آبی چگونه طبقه بندی می شوند؟

نیروگاه های برق آبی بر اساس 5 معیار مختلف طبقه بندی می شوند.

１. نوع ذخیره سازی

２. توان نصب شده

３. تیپولوژی بدنه سد

４. ظرفیت تامین نیازهای شبکه برق کشور

５. موقعیت نیروگاه انتخاب و طبقه بندی می شوند.

در بعضی تاسیسات برقابی، روشی به نام ذخیره سازی بوسیله تلمبه کردن را بکار می گیرند تا مخزن همواره پُر نگه داشته شود. در این روش، در طول روز، آب از مخزن بالا به درون توربین ها سرازیر می شود و سپس به مخزن پایین می ریزد. پس از نیمه شب که مصرف الکتریسیته کاهش می یابد، با استفاده از الکتریسیته اضافی، آب را دوباره از مخزن پایین به مخزن بالا تلمبه می کنند. به این ترتیب، این اطمینان به وجود می آید که روز بعد نیز می توان نیروی لازم را تولید کرد.

برق آبی در دنیا:

طبق گزارشی که در سال 2018 منتشر شده است، در حال حاضر چین بیش‌ترین ظرفیت نیروگاه‌های برق‌آبی جهان را به خود اختصاص داده است، به‌طوری که میزان تولید واحدهای برق‌آبی این کشور به بیش از 341 هزار مگاوات رسیده است. پس از چین نیز آمریکا (103 هزار مگاوات)، برزیل (100 هزار مگاوات) و کانادا (81 هزار مگاوات) در میان چهار کشور برتر دارای بیش‌ترین ظرفیت نیروگاه‌های برق‌آبی قرار گرفته‌اند.

نیروگاه هیدرو الکتریک یا برق آبی

برق آبی در ایران:

در حال حاضر ۱۴ درصد از ظرفیت اسمی تولید برق کشور در نیروگاه‌های برق‌آبی است
در حال حاضر ظرفیت نصب شده تولید انرژی برق آبی کشور 12 هزار و 100 مگاوات است. این امکان وجود دارد که با احداث سدهای بزرگ در دست تکمیل و در دست مطالعه، این ظرفیت تا 30 هزار مگاوات هم برسد.
تاکنون 700 سازه آبی در کشور احداث شده که فقط 100 سازه آن جزو سد‌های بزرگ هستند و 600 سازه دیگر وجود دارد که می‌توان بر روی آن‌ها نیروگاه برق‌آبی نصب کرد.
ایران نیز هم‌اکنون با بهره‌برداری از 12 هزار مگاوات نیروگاه برق‌آبی رتبه نوزدهم دنیا، ششم آسیا و دوم منطقه خاورمیانه را به خود اختصاص داده است. در حال حاضر چین، ژاپن، هند، ترکیه، ویتنام و ایران شش کشور برتر آسیا به لحاظ بهره‌برداری از نیروگاه‌های برق‌آبی هستند.

نیروگاه هیدرو الکتریک یا برق آبی