۱. منابع انرژی آب
تاریخچه توسعه انسانی و استفاده از منابع برق آبی به دوران باستان برمیگردد. طبق تفسیر قانون انرژیهای تجدیدپذیر جمهوری خلق چین (ویرایش شده توسط کمیته کاری قانون کمیته دائمی کنگره ملی خلق)، تعریف انرژی آب این است: گرمای باد و خورشید باعث تبخیر آب میشود، بخار آب باران و برف را تشکیل میدهد، ریزش باران و برف رودخانهها و نهرها را تشکیل میدهد و جریان آب انرژی تولید میکند که به آن انرژی آب میگویند.
محتوای اصلی توسعه و بهرهبرداری از منابع برق آبی معاصر، توسعه و بهرهبرداری از منابع برق آبی است، بنابراین مردم معمولاً از منابع انرژی آبی، منابع انرژی هیدرولیکی و منابع انرژی برق آبی به عنوان مترادف استفاده میکنند. با این حال، در واقع، منابع برق آبی طیف گستردهای از محتوا مانند منابع انرژی حرارتی آبی، منابع انرژی آبی، منابع انرژی آبی و منابع انرژی آب دریا را شامل میشود.
(1) منابع آب و انرژی حرارتی
منابع آب و انرژی حرارتی معمولاً به عنوان چشمههای آب گرم طبیعی شناخته میشوند. در دوران باستان، مردم شروع به استفاده مستقیم از منابع آب و گرمای چشمههای آب گرم طبیعی برای ساخت حمام، استحمام، درمان بیماریها و ورزش کردند. مردم مدرن نیز از منابع آب و انرژی حرارتی برای تولید برق و گرمایش استفاده میکنند. به عنوان مثال، ایسلند در سال ۲۰۰۳، ۷.۰۸ میلیارد کیلووات ساعت تولید برق آبی داشت که ۱.۴۱ میلیارد کیلووات ساعت آن با استفاده از انرژی زمین گرمایی (یعنی منابع انرژی حرارتی آب) تولید شده است. ۸۶٪ از ساکنان این کشور از انرژی زمین گرمایی (منابع انرژی حرارتی آب) برای گرمایش استفاده کردهاند. نیروگاه یانگباجینگ با ظرفیت نصب شده ۲۵۰۰۰ کیلووات در شیزانگ ساخته شده است که از زمین گرمایی (منابع انرژی آب و گرما) نیز برای تولید برق استفاده میکند. طبق پیشبینی کارشناسان، انرژی دمای پایین (با استفاده از آبهای زیرزمینی به عنوان واسطه) که میتواند توسط خاک در فاصله تقریباً ۱۰۰ متری در چین هر ساله جمعآوری شود، میتواند به ۱۵۰ میلیارد کیلووات برسد. در حال حاضر، ظرفیت نصبشده تولید برق زمینگرمایی در چین ۳۵۳۰۰ کیلووات است.
(2) منابع انرژی هیدرولیک
انرژی هیدرولیک شامل انرژی جنبشی و پتانسیل آب است. در چین باستان، منابع انرژی هیدرولیک رودخانههای متلاطم، آبشارها و آبشارها به طور گسترده برای ساخت ماشینآلاتی مانند چرخهای آبی، آسیابهای آبی و آسیابهای آبی برای آبیاری، فرآوری غلات و پوستکنی برنج مورد استفاده قرار میگرفت. در دهه 1830، ایستگاههای هیدرولیک در اروپا برای تأمین برق صنایع بزرگ مانند آسیابهای آرد، کارخانههای پنبه و معدن توسعه و مورد استفاده قرار گرفتند. توربینهای آبی مدرن که مستقیماً پمپهای آب گریز از مرکز را برای تولید نیروی گریز از مرکز برای بالا کشیدن آب و آبیاری به کار میگیرند، و همچنین ایستگاههای پمپ ضربه قوچ که از جریان آب برای تولید فشار ضربه قوچ و ایجاد فشار بالای آب برای بالا کشیدن آب و آبیاری استفاده میکنند، همگی توسعه و بهرهبرداری مستقیم از منابع انرژی آب هستند.
(3) منابع انرژی برق آبی
در دهه ۱۸۸۰، زمانی که الکتریسیته کشف شد، موتورهای الکتریکی بر اساس نظریه الکترومغناطیسی ساخته شدند و نیروگاههای برق آبی برای تبدیل انرژی هیدرولیکی نیروگاههای برق آبی به انرژی الکتریکی و تحویل آن به کاربران ساخته شدند و دورهای از توسعه و بهرهبرداری شدید از منابع انرژی برق آبی آغاز شد.
منابع برق آبی که اکنون به آنها اشاره میکنیم معمولاً منابع برق آبی نامیده میشوند. علاوه بر منابع آب رودخانه، اقیانوس همچنین حاوی انرژی عظیم جزر و مد، موج، نمک و دما است. تخمین زده میشود که منابع برق آبی اقیانوس جهانی 76 میلیارد کیلووات است که بیش از 15 برابر ذخایر نظری برق آبی رودخانههای زمینی است. در میان آنها، انرژی جزر و مد 3 میلیارد کیلووات، انرژی موج 3 میلیارد کیلووات، انرژی اختلاف دما 40 میلیارد کیلووات و انرژی اختلاف نمک 30 میلیارد کیلووات است. در حال حاضر، تنها فناوری توسعه و بهرهبرداری از انرژی جزر و مد به مرحله عملی رسیده است که میتواند در مقیاس وسیع در بهرهبرداری از منابع برق آبی دریایی توسط انسان توسعه یابد. توسعه و بهرهبرداری از سایر منابع انرژی هنوز برای دستیابی به نتایج موفقیتآمیز در امکانسنجی فنی و اقتصادی و دستیابی به توسعه و بهرهبرداری عملی، به تحقیقات بیشتری نیاز دارد. توسعه و بهرهبرداری از انرژی اقیانوس که معمولاً به آن اشاره میکنیم، عمدتاً توسعه و بهرهبرداری از انرژی جزر و مد است. جذب ماه و خورشید به سطح دریا زمین باعث نوسانات دورهای در سطح آب میشود که به عنوان جزر و مد اقیانوس شناخته میشود. نوسان آب دریا، انرژی جزر و مد را تشکیل میدهد. در اصل، انرژی جزر و مد، انرژی مکانیکی است که توسط نوسان سطح جزر و مد تولید میشود.
آسیابهای جزر و مدی در قرن یازدهم میلادی پدیدار شدند و در اوایل قرن بیستم، آلمان و فرانسه شروع به ساخت نیروگاههای کوچک جزر و مدی کردند.
تخمین زده میشود که انرژی جزر و مدی قابل بهرهبرداری در جهان بین ۱ تا ۱.۱ میلیارد کیلووات باشد که تولید برق سالانه آن تقریباً ۱۲۴۰ میلیارد کیلووات ساعت است. منابع قابل بهرهبرداری انرژی جزر و مدی چین دارای ظرفیت نصب شده ۲۱.۵۸ میلیون کیلووات و تولید برق سالانه ۳۰ میلیارد کیلووات ساعت هستند.
بزرگترین نیروگاه جزر و مدی جهان در حال حاضر، نیروگاه جزر و مدی رن در فرانسه است که ظرفیت نصب شده آن 240000 کیلووات است. اولین نیروگاه جزر و مدی در چین، نیروگاه جزر و مدی جیژو در گوانگدونگ، در سال 1958 با ظرفیت نصب شده 40 کیلووات ساخته شد. نیروگاه جزر و مدی ژجیانگ جیانگشیا که در سال 1985 ساخته شد، با ظرفیت نصب شده 3200 کیلووات، رتبه سوم را در جهان دارد.
علاوه بر این، در اقیانوسهای چین، ذخایر انرژی موج حدود ۱۲.۸۵ میلیون کیلووات، انرژی جزر و مد حدود ۱۳.۹۴ میلیون کیلووات، انرژی اختلاف نمک حدود ۱۲۵ میلیون کیلووات و انرژی اختلاف دما حدود ۱.۳۲۱ میلیارد کیلووات است. به طور خلاصه، کل انرژی اقیانوس در چین حدود ۱.۵ میلیارد کیلووات است که بیش از دو برابر ذخیره نظری ۶۹۴ میلیون کیلووات برق آبی رودخانههای خشکی است و چشماندازهای گستردهای برای توسعه و بهرهبرداری دارد. امروزه، کشورهای سراسر جهان سرمایهگذاریهای زیادی در تحقیق در مورد رویکردهای فناوری برای توسعه و بهرهبرداری از منابع عظیم انرژی پنهان در اقیانوس انجام میدهند.
۲. منابع انرژی برقآبی
منابع انرژی برقآبی عموماً به استفاده از انرژی پتانسیل و جنبشی جریان آب رودخانه برای تخلیه کار و چرخاندن ژنراتورهای برقآبی برای تولید برق اشاره دارد. تولید زغال سنگ، نفت، گاز طبیعی و انرژی هستهای نیاز به مصرف منابع سوخت تجدیدناپذیر دارد، در حالی که تولید انرژی برقآبی منابع آب را مصرف نمیکند، بلکه از انرژی جریان رودخانه استفاده میکند.
(1) منابع انرژی برق آبی جهانی
کل ذخایر منابع برق آبی در رودخانههای سراسر جهان ۵.۰۵ میلیارد کیلووات است که تولید برق سالانه آن تا ۴۴.۲۸ تریلیون کیلووات ساعت میرسد؛ منابع برق آبی قابل بهرهبرداری فنی ۲.۲۶ میلیارد کیلووات است و تولید برق سالانه آن میتواند به ۹.۸ تریلیون کیلووات ساعت برسد.
در سال ۱۸۷۸، فرانسه اولین نیروگاه برق آبی جهان را با ظرفیت نصب شده ۲۵ کیلووات ساخت. تاکنون، ظرفیت برق آبی نصب شده در سراسر جهان از ۷۶۰ میلیون کیلووات فراتر رفته است که تولید برق سالانه آن ۳ تریلیون کیلووات ساعت است.
(2) منابع برق آبی چین
چین یکی از کشورهایی است که غنیترین منابع انرژی برقآبی جهان را در اختیار دارد. طبق آخرین بررسی منابع برقآبی، ذخایر نظری انرژی آب رودخانه در چین ۶۹۴ میلیون کیلووات و تولید نظری سالانه برق ۶.۰۸ تریلیون کیلووات ساعت است که از نظر ذخایر نظری برقآبی در رتبه اول جهان قرار دارد. ظرفیت بهرهبرداری فنی از منابع برقآبی چین ۵۴۲ میلیون کیلووات با تولید برق سالانه ۲.۴۷ تریلیون کیلووات ساعت و ظرفیت بهرهبرداری اقتصادی ۴۰۲ میلیون کیلووات با تولید برق سالانه ۱.۷۵ تریلیون کیلووات ساعت است که هر دو در رتبه اول جهان قرار دارند.
در ژوئیه ۱۹۰۵، اولین نیروگاه برق آبی چین، نیروگاه برق آبی گویان در استان تایوان، با ظرفیت نصبشده ۵۰۰ کیلوولتآمپر ساخته شد. در سال ۱۹۱۲، اولین نیروگاه برق آبی در سرزمین اصلی چین، نیروگاه برق آبی شیلونگبا در کونمینگ، استان یوننان، برای تولید برق با ظرفیت نصبشده ۴۸۰ کیلووات تکمیل شد. در سال ۱۹۴۹، ظرفیت نصبشده برق آبی در کشور ۱۶۳۰۰۰ کیلووات بود؛ تا پایان سال ۱۹۹۹، این رقم به ۷۲.۹۷ میلیون کیلووات افزایش یافت که پس از ایالات متحده در رتبه دوم و در جهان در رتبه دوم قرار داشت. تا سال ۲۰۰۵، کل ظرفیت نصبشده برق آبی در چین به ۱۱۵ میلیون کیلووات رسید که رتبه اول را در جهان داشت و ۱۴.۴٪ از ظرفیت برق آبی قابل بهرهبرداری و ۲۰٪ از کل ظرفیت نصبشده صنعت برق ملی را تشکیل میداد.
(3) ویژگیهای انرژی برقآبی
انرژی برقآبی به طور مکرر با چرخه هیدرولوژیکی طبیعت احیا میشود و میتواند به طور مداوم توسط انسانها مورد استفاده قرار گیرد. مردم اغلب از عبارت «پایانناپذیر» برای توصیف تجدیدپذیری انرژی برقآبی استفاده میکنند.
انرژی برقآبی در طول تولید و بهرهبرداری، سوخت مصرف نمیکند و مواد مضر منتشر نمیکند. هزینههای مدیریت و بهرهبرداری، هزینههای تولید برق و اثرات زیستمحیطی آن بسیار کمتر از تولید برق حرارتی است و آن را به یک منبع انرژی سبز کمهزینه تبدیل میکند.
انرژی برقآبی عملکرد تنظیمی خوبی دارد، راهاندازی سریعی دارد و نقش اصلاح پیک را در بهرهبرداری از شبکه برق ایفا میکند. این انرژی سریع و مؤثر است، تلفات منبع تغذیه را در مواقع اضطراری و حادثه کاهش میدهد و ایمنی منبع تغذیه را تضمین میکند.
انرژی برقآبی و انرژی معدنی متعلق به انرژی اولیه مبتنی بر منابع هستند که به انرژی الکتریکی تبدیل شده و انرژی ثانویه نامیده میشوند. توسعه انرژی برقآبی یک منبع انرژی است که همزمان توسعه انرژی اولیه و تولید انرژی ثانویه را با عملکردهای دوگانه ساخت انرژی اولیه و ساخت انرژی ثانویه تکمیل میکند. نیازی به یک فرآیند استخراج، حمل و نقل و ذخیرهسازی مواد معدنی با انرژی واحد نیست و هزینههای سوخت را تا حد زیادی کاهش میدهد.
ساخت مخازن برای توسعه نیروگاههای آبی، محیط زیست اکولوژیکی مناطق محلی را تغییر خواهد داد. از یک سو، این امر مستلزم زیر آب رفتن بخشی از زمین است که منجر به جابجایی مهاجران میشود. از سوی دیگر، میتواند میکروکلیمای منطقه را احیا کند، یک محیط اکولوژیکی آبی جدید ایجاد کند، بقای موجودات زنده را ارتقا دهد و کنترل سیل، آبیاری، گردشگری و توسعه کشتیرانی توسط انسان را تسهیل کند. بنابراین، در برنامهریزی پروژههای نیروگاههای آبی، باید به طور کلی به حداقل رساندن تأثیر نامطلوب بر محیط زیست اکولوژیکی توجه شود و توسعه نیروگاههای آبی مزایای بیشتری نسبت به معایب دارد.
با توجه به مزایای انرژی برق آبی، کشورهای جهان اکنون سیاستهایی را اتخاذ میکنند که توسعه برق آبی را در اولویت قرار میدهد. در دهه ۱۹۹۰، برق آبی ۹۳.۲٪ از کل ظرفیت نصب شده برزیل را تشکیل میداد، در حالی که کشورهایی مانند نروژ، سوئیس، نیوزیلند و کانادا نسبت برق آبی بیش از ۵۰٪ داشتند.
در سال ۱۹۹۰، نسبت تولید برق آبی به برق قابل بهرهبرداری در برخی از کشورهای جهان در همین دوره در فرانسه ۷۴٪، در سوئیس ۷۲٪، در ژاپن ۶۶٪، در پاراگوئه ۶۱٪، در ایالات متحده ۵۵٪، در مصر ۵۴٪، در کانادا ۵۰٪، در برزیل ۱۷.۳٪، در هند ۱۱٪ و در چین ۶.۶٪ بود.
زمان ارسال: ۲۴ سپتامبر ۲۰۲۴
