چرخه انرژی تولید برق آبی

انرژی برق آبی یک فناوری علمی است که مسائل فنی و اقتصادی مانند ساخت و ساز مهندسی و مدیریت تولید را مطالعه می‌کند. انرژی آبی مورد استفاده در تولید انرژی برق آبی عمدتاً انرژی پتانسیل ذخیره شده در آب است. برای تبدیل انرژی برق آبی به برق، باید انواع مختلفی از نیروگاه‌های برق آبی ساخته شود.

۱. مقدمه اولیه: بهره‌برداری از انرژی برق‌آبی رودخانه‌ها، دریاچه‌ها و غیره. این رودخانه‌ها در ارتفاعات بالا واقع شده‌اند و دارای انرژی پتانسیل هستند، به سمت ارتفاعات پایین جریان می‌یابند و انرژی پتانسیل موجود در آن را به انرژی جنبشی یک توربین آبی تبدیل می‌کنند که سپس به عنوان نیرو برای به حرکت درآوردن یک ژنراتور و تولید انرژی الکتریکی استفاده می‌شود. استفاده از نیروی هیدرولیک (با هد آبی) برای چرخاندن ماشین‌آلات هیدرولیکی (توربین آبی)، تبدیل انرژی آب به انرژی مکانیکی. اگر نوع دیگری از ماشین‌آلات (ژنراتور) به یک توربین آبی متصل شود، می‌تواند با چرخش توربین، برق تولید کند و سپس انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل کند. به یک معنا، انرژی برق‌آبی فرآیند تبدیل انرژی پتانسیل آب به انرژی مکانیکی و سپس به انرژی الکتریکی است. با توجه به ولتاژ پایین منبع تغذیه تولید شده توسط نیروگاه‌های برق‌آبی، اگر قرار باشد به کاربران دوردست منتقل شود، باید از طریق ترانسفورماتورها تقویت شود، سپس از طریق خطوط انتقال هوایی به پست‌های برق در مناطق متمرکز بر کاربران منتقل شود، در نهایت به ولتاژی مناسب برای کاربران خانگی و تجهیزات الکتریکی کارخانه کاهش یابد و سپس از طریق خطوط توزیع به کارخانه‌ها و خانوارهای مختلف منتقل شود. ۲. اصل اساسی تولید برق آبی، استفاده از افت سطح آب برای همکاری با یک ژنراتور برق آبی برای تولید برق است، یعنی تبدیل انرژی پتانسیل آب به انرژی مکانیکی توربین هیدرولیکی و سپس استفاده از انرژی مکانیکی برای به حرکت درآوردن ژنراتور و به دست آوردن انرژی الکتریکی. دانشمندان با استفاده از کاهش سطح آب، به طور مؤثر از شرایط طبیعی مانند مهندسی جریان و فیزیک مکانیک استفاده کرده‌اند. و آنها را با دقت تطبیق داده‌اند تا به بالاترین تولید برق برای مردم دست یابند تا از برق ارزان و بدون آلودگی استفاده کنند. از سوی دیگر، سطوح پایین آب، نور خورشید را جذب کرده و در زمین به گردش در می‌آیند و در نتیجه منابع آب بالا را بازیابی می‌کنند.

تاکنون، مقیاس انرژی برق‌آبی از چند ده وات مورد استفاده در مناطق روستایی جهان سوم تا چند میلیون وات مورد استفاده برای تأمین برق در شهرهای بزرگ متغیر بوده است. ۳. انواع اصلی بر اساس افت متمرکز، شامل نیروگاه‌های برق‌آبی از نوع سد، نیروگاه‌های برق‌آبی از نوع انحرافی، نیروگاه‌های برق‌آبی هیبریدی، نیروگاه‌های جزر و مدی و نیروگاه‌های تلمبه ذخیره‌ای طبقه‌بندی می‌شوند. بر اساس میزان تنظیم رواناب، چه نیروگاه‌های برق‌آبی تنظیمی وجود داشته باشد چه نه. بر اساس ماهیت منبع آب، عموماً به آن نیروگاه برق‌آبی متعارف گفته می‌شود که از رودخانه‌های طبیعی، دریاچه‌ها و سایر منابع آب برای تولید برق استفاده می‌کند. نیروگاه‌های برق‌آبی را می‌توان بر اساس ارتفاع بهره‌برداری به نیروگاه‌های برق‌آبی با ارتفاع بالا (بیش از ۷۰ متر)، ارتفاع متوسط ​​(۱۵-۷۰ متر) و ارتفاع پایین (کمتر از ۱۵ متر) تقسیم کرد. بر اساس ظرفیت نصب‌شده نیروگاه‌های برق‌آبی، می‌توان آنها را به نیروگاه‌های برق‌آبی بزرگ، متوسط ​​و کوچک تقسیم کرد. به طور کلی، نیروگاه‌های برق آبی کوچک با ظرفیت نصب شده کمتر از 5000 کیلووات، نیروگاه‌های برق آبی کوچک، نیروگاه‌های با ظرفیت نصب شده بین 5000 تا 100000 کیلووات، نیروگاه‌های برق آبی متوسط ​​و نیروگاه‌های با ظرفیت نصب شده بیش از 100000 کیلووات، نیروگاه‌های برق آبی بزرگ یا نیروگاه‌های برق آبی غول‌پیکر نامیده می‌شوند. 4. مزیت نیروگاه برق آبی، منبع انرژی پاک، پایان‌ناپذیر و تجدیدپذیر است. با این حال، برای استفاده مؤثر از انرژی آب طبیعی، لازم است سازه‌های هیدرولیکی که می‌توانند افت جریان آب را متمرکز کرده و جریان را تنظیم کنند، مانند سدها، خطوط لوله انحرافی و آبگذرها، به صورت دستی ساخته شوند. بنابراین، سرمایه‌گذاری پروژه زیاد و چرخه ساخت و ساز طولانی است. اما تولید برق آبی دارای راندمان بالا، هزینه تولید برق کم، راه‌اندازی سریع واحد و تنظیم آسان است. به دلیل استفاده از جریان آب طبیعی، به شدت تحت تأثیر شرایط طبیعی قرار می‌گیرد. انرژی برق‌آبی اغلب جزء مهمی از بهره‌برداری جامع از منابع آب است و یک سیستم جامع بهره‌برداری از منابع آب را با کشتیرانی، آبزی‌پروری، آبیاری، کنترل سیل، گردشگری و غیره تشکیل می‌دهد. انرژی برق‌آبی یک منبع انرژی تجدیدپذیر با حداقل تأثیر زیست‌محیطی است. علاوه بر تأمین برق ارزان، مزایای زیر را نیز دارد: کنترل سیل، تأمین آب آبیاری، بهبود ناوبری رودخانه‌ای و بهبود حمل و نقل، تأمین برق و اقتصاد در منطقه، به ویژه توسعه گردشگری و آبزی‌پروری.