دانش کم در مورد انرژی برق آبی

در رودخانه‌های طبیعی، آب از بالادست به پایین‌دست، همراه با رسوبات، جریان می‌یابد و اغلب بستر رودخانه و دامنه‌های ساحلی را می‌شوید که نشان می‌دهد مقدار مشخصی انرژی در آب پنهان است. در شرایط طبیعی، این انرژی پتانسیل برای آبشویی، هل دادن رسوبات و غلبه بر مقاومت اصطکاکی مصرف می‌شود. اگر ساختمان‌هایی بسازیم و تجهیزات لازم را برای ایجاد جریان ثابت آب از طریق یک توربین آبی نصب کنیم، توربین آبی توسط جریان آب، مانند یک آسیاب بادی، که می‌تواند به طور مداوم بچرخد، به حرکت در می‌آید و انرژی آب به انرژی مکانیکی تبدیل می‌شود. هنگامی که توربین آبی، ژنراتور را به چرخش در می‌آورد، می‌تواند برق تولید کند و انرژی آب به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود. این اصل اساسی تولید برق آبی است. توربین‌ها و ژنراتورهای آبی اساسی‌ترین تجهیزات برای تولید برق آبی هستند. اجازه دهید مقدمه‌ای مختصر در مورد دانش اندک در مورد تولید برق آبی ارائه دهم.

۱. انرژی برق‌آبی و جریان آب

در طراحی یک نیروگاه برق آبی، برای تعیین مقیاس نیروگاه، لازم است ظرفیت تولید برق نیروگاه را بدانیم. طبق اصول اولیه تولید برق آبی، به راحتی می‌توان فهمید که ظرفیت تولید برق یک نیروگاه با میزان کاری که جریان می‌تواند انجام دهد تعیین می‌شود. ما کل کاری را که آب می‌تواند در یک دوره زمانی مشخص انجام دهد، انرژی آب می‌نامیم و کاری را که می‌توان در واحد زمان (ثانیه) انجام داد، توان جریان می‌نامیم. بدیهی است که هرچه توان جریان آب بیشتر باشد، ظرفیت تولید برق نیروگاه نیز بیشتر خواهد بود. بنابراین، برای دانستن ظرفیت تولید برق نیروگاه، ابتدا باید توان جریان آب را محاسبه کنیم. توان جریان آب در رودخانه را می‌توان به این روش محاسبه کرد، با فرض اینکه افت سطح آب در یک مقطع خاص از رودخانه H (متر) باشد و حجم آب H که در واحد زمان (ثانیه) از مقطع رودخانه عبور می‌کند Q (متر مکعب بر ثانیه) باشد، سپس توان جریان برابر با حاصلضرب وزن آب و افت است. بدیهی است که هر چه افت آب بیشتر باشد، جریان بیشتر و قدرت جریان آب نیز بیشتر خواهد بود.
۲. خروجی نیروگاه‌های برق آبی

تحت یک هد و دبی مشخص، برقی که یک نیروگاه برق آبی می‌تواند تولید کند، خروجی برق آبی نامیده می‌شود. بدیهی است که توان خروجی به توان جریان آب از طریق توربین بستگی دارد. در فرآیند تبدیل انرژی آب به انرژی الکتریکی، آب باید بر مقاومت بستر رودخانه‌ها یا ساختمان‌ها در طول مسیر از بالادست به پایین‌دست غلبه کند. توربین‌های آبی، ژنراتورها و تجهیزات انتقال نیز باید در طول کار بر مقاومت‌های زیادی غلبه کنند. برای غلبه بر مقاومت، باید کار انجام شود و توان جریان آب مصرف خواهد شد که اجتناب‌ناپذیر است. بنابراین، توان جریان آبی که می‌تواند برای تولید برق استفاده شود، کمتر از مقداری است که با فرمول به دست می‌آید، یعنی خروجی نیروگاه برق آبی باید برابر با توان جریان آب ضربدر ضریبی کمتر از ۱ باشد. این ضریب، راندمان یک نیروگاه برق آبی نیز نامیده می‌شود.
مقدار ویژه راندمان یک نیروگاه برق آبی مربوط به میزان تلفات انرژی است که هنگام جریان آب از طریق ساختمان و توربین آبی، تجهیزات انتقال، ژنراتور و غیره رخ می‌دهد، هرچه تلفات بیشتر باشد، راندمان کمتر است. در یک نیروگاه برق آبی کوچک، مجموع این تلفات حدود 25 تا 40 درصد از توان جریان آب را تشکیل می‌دهد. به عبارت دیگر، جریان آبی که می‌تواند 100 کیلووات برق تولید کند، وارد نیروگاه برق آبی می‌شود و ژنراتور فقط می‌تواند 60 تا 75 کیلووات برق تولید کند، بنابراین راندمان نیروگاه برق آبی معادل 60 تا 75 درصد است.

از مقدمه قبلی می‌توان دریافت که وقتی دبی نیروگاه و اختلاف سطح آب ثابت باشد، توان خروجی نیروگاه به راندمان آن بستگی دارد. تجربه ثابت کرده است که علاوه بر عملکرد توربین‌های هیدرولیکی، ژنراتورها و تجهیزات انتقال، عوامل دیگری که بر راندمان نیروگاه‌های برق آبی تأثیر می‌گذارند، مانند کیفیت ساخت ساختمان و نصب تجهیزات، کیفیت بهره‌برداری و مدیریت و اینکه آیا طراحی نیروگاه برق آبی صحیح است یا خیر، همگی از عواملی هستند که بر راندمان نیروگاه برق آبی تأثیر می‌گذارند. البته برخی از این عوامل تأثیرگذار اولیه و برخی ثانویه هستند و تحت شرایط خاص، عوامل اولیه و ثانویه نیز به یکدیگر تبدیل می‌شوند.
با این حال، مهم نیست که عامل چیست، عامل تعیین‌کننده این است که انسان‌ها شیء نیستند، ماشین‌ها توسط انسان‌ها کنترل می‌شوند و فناوری توسط فکر اداره می‌شود. بنابراین، در طراحی، ساخت و انتخاب تجهیزات نیروگاه‌های برق آبی، لازم است به نقش ذهنی انسان‌ها کاملاً توجه شود و برای تعالی فناوری تلاش شود تا اتلاف انرژی جریان آب تا حد امکان به حداقل برسد. این امر برای برخی از نیروگاه‌های برق آبی است که افت آب در آنها نسبتاً کم است. این امر به ویژه مهم است. در عین حال، لازم است که بهره‌برداری و مدیریت نیروگاه‌های برق آبی به طور مؤثر تقویت شود تا کارایی نیروگاه‌ها بهبود یابد، از منابع آب به طور کامل استفاده شود و نیروگاه‌های برق آبی کوچک بتوانند نقش بیشتری ایفا کنند.