نيروگاه های آبی:(بخش اول ساز کار)

[Murtaza]

نيروگاه های آبی:
نیروگاه های آبی انرژی ذخیره آب در ارتفاع بالا را به انرژی الکتریکی تبدیل میکنند. در این نیروگاه ها تبدیلات مکانیکی
انرژی پتانسیل به انرژی جنبشی و سپس به انرژی الکتریکی انجام می شود.
بیشتر نیروگاههای برق-آبی انرژی مورد نیاز خود را از انرژی پتانسیل آب پشت یک سد تامین میکنند. در این حالت انرژی
تولیدی از آب، به حجم آب پشت سد و اختلاف ارتفاع بین منبع و محل خروج آب سد وابسته است. به این اختلاف ارتفاع،ارتفاع فشاری میگویند و آن را با H مخفف (Head) نمایش میدهند. در واقع میزان انرژی پتانسیل آب با ارتفاع فشاری آن متناسب است. برای افزایش فاصله یا ارتفاع فشاری، آب معمولاً برای رسیدن به توربین آبی فاصله زیادی را در یک لوله بزرگ(Penstock)طی میکند.
 
مزایاي نيروگاه های آبي
١  ساختمان آن ساده و مقاوم بوده و نياز به نگهداري کمتري دارد.
٢  نسبت به تغييرات بار پاسخ مناسبي مي دهد.
٣  سريعاً وارد مدار مي شود.
4 براي ساخت آن نياز به متخصصين زيادي است اما در نگهداري آن تعداد بسيار کمي لازم است.
5  سوختي لازم ندارد.
6  راندمان آن نسبت به زمان کاهش نمي يابد.
7  از لحاظ محيط آلودگي ندارد.
8  آب پس از راه انداختن توربين در مصارف ديگر قابل استفاده است.
 
معایب نيروگاه های آبی
١  هزينه ساختمان و نيروگاه آن بالا است.
٢  هزينه خطوط انتقال در آن زياد است.
٣  در فصول خشك مدت خروجي آن تحت تاثير قرار مي گيرد.
٤  تغييرات محسوس در تبديلات اکولوژي سيستم در ايجاد درياچه مصنوعي پشت سد مشاهده می شود.
 
 
معيارهاي انتخاب محل نيروگاه
١. موجود بودن مقادير عظيم انرژي آبي.
٢. انتخاب محل مناسب براي ساخت سد (وجود کوههاي بلند و مقاوم در دو طرف آن)
٣. استحكام قوی فونداسيون محل سد همراه با صرف حداقل هزينه.
٤. عدم وجود نشت در فونداسيون طبيعي در آينده.
٥. سطح آب نبايستي از حداقل مقدار مورد نياز پائين تر بيايد.
٦. محل مورد نظر از لحاظ دستيابي بايستی سهل الوصول باشد.
٧. جريان آب در پريودهاي مختلف مناسب باشد.
٨. منابع محلي شن و ماسه و مصالح ساختماني در دسترس باشد.
 
طبقه بندي نيروگاههاي آبي :
روش اول:
١- نيروگاه هاي آبي بدون نياز به حوضچه

در اين حالت جريان آب با فشار متناسب به سمت توربين هدايت ميشود. بنابراين هيچ نوع کنترلي روي مسير جريان آب وجود ندارد. قدرت خروجي چنين توربين هايي در فصول پرآب زياد است. بخاطر عدم اطمينان وکنترل مناسب بر روي چنين نيروگاه هائي کمتر از آنها استفاده مي شود.

٢ - نيروگاه هاي آبي همراه با حوضچه پشت سد
در اين حالت ميزان جريان تنظيم شده اي از آب وارد توربين مي شود. در اينصورت قدرت خروجي چنين نيروگاههائي در سال نوسان کمتري دارد
٣- نيروگاه هاي پيك بار

اين نيروگاه ها معمولا بصورت طراحي ذخيره پمپي هستند. آب در ارتفاع پائين توسط پمپ به محل ذخيره آن در ارتفاع بالا پمپ شده و در هنگام پيك بار به سمت توربين جاري مي شود. موتور براي پمپ و ژنراتور براي توليد انرژي از توربين هر دو به يك محور متصل اند.

روش دوم:
١- نيروگاه آبي با ارتفاع زیاد
هر گاه سدي با ارتفاع زياد در دسترس باشد با جمع آوري آب در پشت سر ميتوان آن را از طريق تونل به اتاق شير هدايت کرد و سپس از طريق لوله آن را به اتاق توليد برق فرستاد: اين لوله ها در مسير طولانی بوده و حجم زيادي از آب را انتقال  مي دهند.
2- نيروگاه آبي با ارتفاع متوسط
در اين حالت جريان آب براي استفاده در اتاق برق از طريق مسير باز عبور مي کند. توربين مورد استفاده در اين حالت از نوع فرانسیس می‌باشد        
3- نیروگاه آبی با ارتفاع کم
در این حالت جریان مؤثری از رودخانه به سمت توربین‌ها و اتاق تولید برق هدایت می شود در این نیروگاه تعداد 2یا3  توربین کاپلان استفاده می شود.
 
ساختمان نیروگاه:
نیروگاه از 5 طبقه اصلی تشکیل شده است که عبارتند از :
طبقه لوله مکش  Draft tube
طبقه شیرها (valve gallery)
طبقه توربین
طبقه ژنراتور
طبقه ترانس ها
 
تجهيزات نيروگاه:
جرثقيلها -دريچه هاي انسداد لوله مكش - شيرهاي ورودي - توربين ها - سيستم گاورنر – ژنراتور - يكسو كننده  تجهيزات ميدان - شينه هاي حفاظ دار – كليدها - تجهيزات برقگير - ترانس های اندازه گیری - سيستم كنترل نيروگاه -سيستم جريان مستقيم(DC)  و تغذيه غير قابل قطع(UPS)  نيروگاه - سيستم جريان متناوب (AC) نيروگاه- ترانسفورماتورهای اصلي و فرعی
 

ساز و کار نیروگاه :

آب ذخیره شده در پشت سد توسط تونل های آب بر به سمت نیروگاه هدایت می شوند. در ابتدا آب وارد طبقه شیرهای پروانه‌ای یا کروی میشود .

شیر پروانه‌ای  معمولاً در بالادست محفظه حلزونی (spiral case) قرار دارد و برای جداسازی توربین از مسیر بالادست

لوله پنستاک به کار میرود. در ضمن به منظور قطع جریان آب در مواقع اضطراری نیز از شیرپروانه‌ای استفاده میشود.

شیر پروانه‌ای توسط وزنه بسته میشود ولی با عملکرد دو سرووموتور هیدرولیکی باز میشود. یک سیستم هیدرولیکی که شامل مخزن روغن و مخزن هوا روغن است برای شیرپروانه‌ای در نظرگرفته میشود تا روغن با فشار مورد نیاز را برای سرووموتورها فراهم کند که این عمل توسط گاورنر واحد انجام می‌شود.( در مواقع لزوم بصورت دستی و با اهرم باز می‌شود)

 شیرپروانه‌ای توسط یک قطعه واسطه (Expansion joint) به محفظه حلزونی متصل شده و توسط نگهدارنده‌هایی که در مواقع بسته شدن به آن اجازه جابجایی طولی میدهند مهار شده است.

.شیر پروانه‌ای دارای یک مسیر کنارگذر بای پاس است  قبل از بازشدن شیر پروانه‌ای، این شیر بای پاس محفظه حلزونی را پرآب میکند تا فشار هر دو طرف دیسک شیرپروانه ای یکسان شود در غیر اینصورت آب با فشار بسیار زیاد وارد محفظه حلزونی شده و به پره های متحرک (wicket gate)ها آسیب میزند.

برای راه‌اندازی شیر پروانهای مراحل زیر به صورت متوالی پیشبینی شده‌اند:
- باز شدن مسیر بای پاس
- باز شدن شیر پروانه‌ای
- بسته شدن مسیر بای پاس
شیرهای پروانه‌ای یا کاملاً باز و یا کاملاً بسته هستند و حالت میانه ندارند، به عبارت دیگر از شیرهای پروانه‌ای برای کنترل جریان آب استفاده نمی‌شود.