نیروگاه آبی

[علیرضا پورحبیب]

اهداف مبحث نیروگاه آبی :
مکان نصب نیروگاه آبی
نحوه کار و توان نیروگاه آبی
مزایا و معایب نیروگاه آبی
انواع نیروگاه آبی
نیروگاه تلمبه ای
روش های دیگر در بهره برداری از انرژی آّب

---

 

متوسط بارندگی در دنیا در سال ۸۶۰ میلی متر است. بارندگی در قارۀ آسیا ۷۵ درصد میزان بارندگی جهان است و متوسط بارندگی کشور ما ۲۶ درصد مقدار جهانی است. با آگاهی از این موضوع، کشور ما جزو کشورهای خشک و نیمه خشک به حساب می آید از این رو بیشتر نیروگاه های آبی کشور در جنوب و روی رود کارون قرار دارند.

با استفاده از نیروی رودخانه ها و آبشارها و همچنین ساختن سد در مسیر رودها می توانیم توربین ها را به حرکت در آورده و توسط ژنراتور الکتریسیته تولید کنیم. ظرفیت تولید برق از نیروگاه های آبی در کشور ما، ۵۰ میلیارد کیلو وات ساعت در سال است. در میان حوضه های مختلف آبریز کشور، حوضۀ کارون با ۳۰ میلیارد کیلو وات ساعت در سال حوضه دز با ۹ میلیارد کیلو وات ساعت در سال و حوضه ی آبریز کرخه با ۶ میلیارد کیلو وات ساعت در سال، بیشترین امکان تولید برق آبی را دارد.

 

 
[list]

[*]مکان نصب نیروگاه آبی
[/list]

نیروگاه برق آبی، تنها قسمتی از تجهیزات نصب شده بر روی یک رودخانه می باشد.

به همین دلیل در انتخاب مکان یک نیروگاه آبی، مسائل مهم و مختلفی وجود دارد که عبارتند از:

۱- دسترسی به آب

۲- ذخیرۀ آب

٣- ارتفاع آب در پشت سد

۴- بررسی های زمین شناسی

۵- میزان آلودگی آب

۶- میزان رسوب رودخانه

۷- تأثیرات زیست محیطی

۸- دسترسی به مکان مورد نظر

 
[list]

[*]نحوه کار نیروگاه آبی
[/list]

در نیروگاه آبی، پس از گرفتن تمام مواد زائد و شناور موجود در آب، آب از طریق کانال ها و مجراها به توربین های نیروگاه که در سطح پایین قرار دارند هدایت شده و روتور ژنراتورها را به چرخش در آورده و الکتریسیته تولید می کند.

با عبور آب از کانال های انتقال، سرعت و فشار آن به حد مطلوب رسیده تا با ریزش بر روی پره های توربین، بیشترین انرژی به توربین ها منتقل شود.

 

روش کار نیروگاه آبی
 
[list]

[*]توان نیروگاه آبی
[/list]

در نیروگاه آبی برای کنترل فرکانس، از گاورنرهای سرعت و سیستم تحریک استفاده می شود. این نیروگاه ها سریع راه اندازی می شوند همچنین کم و زیاد کردن بار آنها با سرعت بالایی انجام پذیر است.

 
[list]

[*]مزایا و معایب نیروگاه آبی
[/list]

– عمر مفید نیروگاه های آبی بین ۵۰ تا ۱۰۰ سال است (نیروگاه های بخاری حدود ۲۵ تا ۳۰ سال عمر می کنند.)

 – برای تولید انرژی نیازی به سوخت ندارند، در نتیجه هزینه ی عملکرد نیروگاه بسیار کم می باشد.

 – در این نیروگاه ها هیچ گونه آلودگی ناشی از گازهای حاصل از احتراق وجود ندارد و به همین دلیل مشکلات زیست محیطی ندارد.

 – هزینۀ تولید انرژی در این نیروگاه ها تقریبا مستقل از ضریب قدرت بار می باشد.

– زمان راه اندازی کمی دارند و در زمان کوتاهی (حدود چند دقیقه) با شبکه سنکرون می شوند.

– هزینۀ نگهداریشان بسیار کم است.

– با گذشت زمان، بازده این نیروگاه ها تغییر نمی کند.

– به پرسنل کمتر نیاز دارند.

– معمولاً نیروگاه های آبی در مکان هایی احداث می شود که زمین قیمت بالایی ندارد.

 – با احداث سد از وقوع سیل و سیلاب جلوگیری می شود.

– زمین های اطراف سد تبدیل به زمین های حاصلخیز می شوند. اما نیروگاه های آبی با مشکلاتی نیز همراه هستند که عبارتند از:

– با توجه به این که برای نصب نیروگاه های آبی نیاز به احداث سد می باشد، هزینه ی ثابت این نیروگاه ها زیاد است (زیرا برای احداث سد ابتدا باید مسیر آب منحرف و سپس سد ساخته شود).

– تولید نیروگاه های برق آبی به میزان آب پشت سد وابسته است، در نتیجه در سال های کم آبی، تولید این نیروگاه ها با مشکل مواجه می شود.

– مدت زمان ساخت این نیروگاه ها زیاد است.

– مخزن نیروگاه های آبی، زمین های بسیار زیادی را زیر آب می برد.

 

 
[list]

[*]دسته بندی نیروگاه آبی
[/list]

 نیروگاه های آبی با توجه به عوامل مختلفی تقسیم بندی می شوند. این عوامل عبارتند از:

١- دسته بندی بر اساس دبی آب رودخانه

۲- دسته بندی بر اساس نوع بار

۳- دسته بندی بر اساس ارتفاع ریزش آب

به خاطر اهمیت دسته بندی نیروگاه ها بر اساس دبی آب رودخانه ها به این دسته بیشتر پرداخته می شود:

 
[list]

[*] نیروگاه آبی بدون آب ذخیره
[/list]

در این نیروگاه ها کنترلی بر روی دبی آب ورودی وجود ندارد به همین دلیل در زمان هایی که دبی آب زیاد و تقاضا کم باشد، مقداری آب هدر می رود. هدف این نیروگاه ها، استفادۀ بهینه از آب است و معمولاً قدرت تولیدی این نیروگاه ها کم می باشد. نیروگاه MV ۷۲ بر روی رودخانه ی اوهایو امریکا از این نوع است.

 
[list]

[*]نیروگاه آبی با منبع ذخیره سازی
[/list]

 این نیروگاه ها تأمین کنندۀ تغییرات ساعتی بار در پست ها هستند. مخزن این نیروگاه ها ظرفیت تولید قطعی نیروگاه ها را افزایش می دهند. آب جاری شده در این نیروگاه ها بار پایه یا بار پیک بودن را مشخص می کند.

 
[list]

[*]نیروگاه مخزنی
[/list]

بیشتر نیروگاه های آبی از نوع نیروگاه مخزنی هستند. این نیروگاه ها را به دلیل داشتن سد ذخیره به عنوان بار پایه مورد استفاده قرار می دهند. نیروگاه شهید عباسپور از این نوع است.

 
                                                                                                        نیروگاه مخزنی شهید عباسپور
[list]

[*]نیروگاه تلمبه ای
[/list]

نیروگاه پمپی یا تلمبه ای به منظور تبدیل و ذخیره سازی انرژی الکتریکی شبکه به صورت انرژی پتانسیل آب به کار می روند. برای عملکرد این نیروگاه ها نیاز به دو مخزن ذخیرۀ آب می باشد. در مواقع بار پایۀ شبکه، پمپ های موجود در نیروگاه های تلمبه ای، با صرف انرژی آب را از پایین به ارتفاع بالا منتقل و در مخزن بالا ذخیره می کنند.

در زمان اوج مصرف (حداکثر بار) شبکه، نیروگاه های تلمبه ای با استفاده از انرژی پتانسیل آب موجود در مخزن بالایی، انرژی الکتریکی تولید می کنند و در تأمین بار حداکثر شبکه سهیم می شوند استفاده از نیروگاه های تلمبه ای مزایایی دارد که میتوان آنها را به صورت زیر بیان کرد:

الف) در زمان پیک بار مورد استفاده قرار می گیرند.

ب) این نیروگاه ها سریع راهاندازی می شوند. زمان راه اندازیشان مشابه موتورهای دیزلی و توربین های گازی است. ولی بازده مناسبی دارند.

ج) این نوع نیروگاه ها میزان ذخیره ی چرخان سیستم را کاهش می دهند.

د) نیروگاه های تلمبه ای موضوع تنظیم فرکانس شبکه را در مواقع تغییرات ناگهانی بار به شکل مطلوبی مهیا می کنند.

ه) به کار بردن این نیروگاه ها منحنی بار شبکه را یکنواخت تر می کند.

 
[list]

[*]انواع نیروگاه تلمبه ای
[/list]

 این نوع از نیروگاه ها در دو حالت، طراحی و ساخته می شوند در حالت اول، ساختار توربین و موتور پمپ از هم جدا هستند. در این حالت محور توربین و پمپ با هم به یک ماشین سنکرون متصل هستند که این ماشین می تواند هم به صورت ژنراتوری هنگام کار کرد توربین و هم به صورت موتوری هنگام کار پمپ عمل کند.

در حالت دوم، توربین و موتور پمپ دارای یک ساختار هستند که اصطلاحاً توربو پمپ نامیده می شوند. مزیت مطلوب این نیروگاه ها آن است که هزینۀ این نوع توربو پمپ ها نسبت به توربین و پمپ های مجزا کم تر است و نیازی به قرار گرفتن کلاج بین توربین و پمپ نمی باشد. از طرفی با توجه به یکی شدن توربین و پمپ نیازی به لوله های مجزا و رابط با مخزن ها برای توربین و پمپ احساس نمی شود و می توان از لوله های مشترک برای انتقال آب از مخزن بالا به پایین و بالعکس استفاده نمود.

در این حالت، بازده توربو پمپ برای عملکرد به صورت پمپ یا توربین حدود ۱٪ کم تر از بازده این وسیله در حالت کار دائم به صورت پمپ یا توربین می باشد. بازده توربو پمپ های با قدرت بالا به صورت پمپ، ۹۳-۹۲ درصد و در حالت توربین ۹۴-۹۳ درصد است.

 
[list]

[*]بهره برداری از نیروی آب
[/list][list]

[*]استفاده از انرژی جزر و مد دریا
[/list]

در این حالت توربین ها را در مسیر رفت و آمد آب قرار می دهند و برق تولید می کنند نیروگاه های جزر و مدی در شمال فرانسه، کانادا و در مرمانسک روسیه وجود دارند.

 استفاده از انرژی جزر و مد دریا
 
[list]

[*]انرژی جریان های اقیانوسی 
[/list]

به علت اختلاف دمای شدید بین قطب های زمین و استوا یک جریان به نام گلف استرین پدید می آید. پس اگر پره ها را در مسیر این جریان قرار دهیم می توانیم الکتریسیته تولید کنیم.

 
[list]

[*] تبدیل انرژی گرمایی اقیانوس
[/list]

در روش OTEC یا Ocean Thermal Energy Conversion از اختلاف دمای بین سطح و عمق اقیانوس استفاده می کنیم. در حقیقت با دو منبع سرد و گرم سر و کار داریم (همان اثر سیفون است.)

تبدیل انرژی گرمایی اقیانوس یا OTEC