معرفی نیروگاه آبی و اجزای آن

نیروگاه آبی و اجزای آن:
نیروگاه های برق آبی تقریباً 24 درصد از برق جهان و به تعبیری برق مصرفی بیش از 1 میلیارد نفر را تولید می کنند.

بر اساس گزارش های آزمایشگاه ملی انرژی تجدیدپذیر (NREL)، نیروگاه های برق آبی جهان مجموعاً 675,000 مگاوات توان، معادل 3٫6 میلیارد بشکه نفت تولید می کنند.

بیش از 2000 نیروگاه آبی در ایالات متحده وجود دارد و این امر انرژی برق آبی را به بزرگ ترین منبع انرژی تجدیدپذیر این کشور تبدیل کرده است.

در ایران نیز ظرفیت نیروگاه های برق آبی تقریباً 11,600 مگاوات است. در این آموزش، با اصول عملکرد، اجزا و انواع نیروگاه آبی تولید برق آشنا می شویم.

در ادامه، نگاهی خواهیم انداخت به این موضوع که چگونه جریان آب باعث تولید انرژی می شود و در مورد چرخه ای که وجود جریان آب را برای تولید انرژی الکتریکی ضروری می کند، بحث خواهیم کرد.

همچنین یک نگاه اجمالی به یکی از فناوری های منحصر به فرد نیروگاه آبی خواهیم انداخت که شاید در آینده زندگی روزمره از آن بیشتر استفاده کنیم.

قدرت آب:
هنگام تماشای رودخانه ای که آب آن جریان دارد، تصور نیرویی که آب حمل می کند شاید دشوار باشد. اگر تا به حال رودگردی در آب های سفید انجام داده باشید، قسمت کوچکی از قدرت رودخانه را احساس کرده اید.

تندآب های سفید در رودخانه ایجاد می شوند و مقدار زیادی آب را در سرازیری و گلوگاه ها در یک مجرای باریک حمل می کنند. وقتی رودخانه باید از دهانه عبور کند، جریان آب آن سرعت می گیرد. سیل و طغیان نمونه دیگری از میزان نیرویی است که حجم عظیم آب می تواند داشته باشد.

نیروگاه های برق آبی انرژی آب را مهار می کنند و با بهره گیری از قوانین مکانیک ابتدایی آن را به برق تبدیل می کنند. در واقع، نیروگاه های آبی بر اساس این مفهوم ساده ساخته شده اند که آب جاری و گذرنده از سد یک توربین را می چرخاند که خود موجب چرخش ژنراتور می شود.

اجزای نیروگاه آبی:
شکل زیر اجزای اساسی یک «نیروگاه آبی» (Hydropower Plant) معمولی را نشان می دهد.

اجزای اصلی یک نیروگاه آبی به شرح زیر هستند:

• سد: اغلب نیروگاه های برق آبی سدی دارند که مانع عبور آب می شود و مخزنی بزرگ ایجاد می کند. غالباً، از این مخزن به عنوان یک دریاچه تفریحی نیز می توان استفاده کرد.
• آبگیر: دریچه های روی سد باز می شود و نیروی جاذبه آب را از طریق «تونل» (Penstock) به توربین می رساند. آب هنگام عبور از این لوله فشار خواهد داشت.
• توربین: آب به پره های بزرگ توربین برخورد می کند. توربین نیز از طریق شفت به ژنراتور بالای آن متصل است. متداول ترین نوع توربین برای نیروگاه های آبی «توربین فرانسیس» (Francis Turbine) است که مانند دیسک بزرگی با تیغه های خمیده به نظر می رسد. طبق گزارش بنیاد آموزش آب و انرژی (FWEE)، یک توربین می تواند تا 172 تن وزن داشته باشد و با سرعت 90 دور در دقیقه بچرخد.
• ژنراتورها: با چرخش پره های توربین، تعدادی آهن ربا در داخل ژنراتور نیز می چرخند. آهن رباهای غول پیکر با چرخش از کنار سیم پیچ های مسی عبور می کنند و جریان متناوب (AC) تولید می کنند.
• ترانسفورماتور: ترانسفورماتور در پست نیروگاه، برق AC را گرفته و ولتاژ آن را افزایش می دهد.
• خطوط برق: از هر نیروگاه چهار سیم خارج می شود: سه فازِ برق که به طور همزمان تولید می شود، به علاوه یک خنثی یا یک زمین مشترک برای هر سه فاز. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد مدارهای سه فاز، مطلب «مدار سه فاز — از صفر تا صد» را بخوانید.
• برون شارش: آب مورد استفاده از طریق خطوط لوله انتقال داده می شود که به آن حوضچه می گویند و وارد پایین دست رودخانه می شود.

آب موجود در مخزن به عنوان انرژی ذخیره شده در نظر گرفته می شود. هنگامی که دریچه ها باز می شوند، آب در حال عبور از آبگیر به دلیل حرکتی که دارد، دارای انرژی جنبشی خواهد بود. مقدار الکتریسیته تولید شده توسط عوامل مختلفی تعیین می شود.

دو عامل از جمله دبی آب و اندازه «هد هیدرولیکی» (Hydraulic Head) است.

هد به فاصله سطح آب با توربین ها اشاره دارد. با افزایش هد و دبی، برق تولیدی نیز افزایش می یابد. هد معمولاً به مقدار آب درون مخزن بستگی دارد.