در چشمانداز همواره در حال تحول بخش انرژی، دستیابی به فناوریهای کارآمد تولید برق بیش از هر زمان دیگری حیاتی شده است. همزمان با دست و پنجه نرم کردن جهان با چالشهای دوگانهی تأمین تقاضای رو به رشد انرژی و کاهش انتشار کربن، منابع انرژی تجدیدپذیر در اولویت قرار گرفتهاند. در میان این منابع، انرژی برقآبی به عنوان یک گزینهی قابل اعتماد و پایدار، بخش قابل توجهی از برق جهان را تأمین میکند.
توربین فرانسیس، یکی از اجزای کلیدی نیروگاههای برق آبی، نقش محوری در این انقلاب انرژی پاک ایفا میکند. این نوع توربین که در سال ۱۸۴۹ توسط جیمز بی. فرانسیس اختراع شد، از آن زمان به یکی از پرکاربردترین توربینها در جهان تبدیل شده است. اهمیت آن در حوزه برق آبی غیرقابل انکار است، زیرا قادر است انرژی آب جاری را به طور مؤثر به انرژی مکانیکی تبدیل کند که سپس توسط یک ژنراتور به انرژی الکتریکی تبدیل میشود. توربین فرانسیس با طیف گستردهای از کاربردها، از پروژههای برق آبی روستایی در مقیاس کوچک گرفته تا نیروگاههای تجاری در مقیاس بزرگ، ثابت کرده است که یک راه حل همه کاره و قابل اعتماد برای مهار انرژی آب است.
راندمان بالا در تبدیل انرژی
توربین فرانسیس به دلیل راندمان بالای خود در تبدیل انرژی آب جاری به انرژی مکانیکی که سپس توسط یک ژنراتور به انرژی الکتریکی تبدیل میشود، مشهور است. این عملکرد با راندمان بالا نتیجه طراحی منحصر به فرد و اصول عملیاتی آن است.
۱. استفاده از انرژی جنبشی و پتانسیل
توربینهای فرانسیس طوری طراحی شدهاند که از انرژی جنبشی و پتانسیل آب به طور کامل استفاده کنند. وقتی آب وارد توربین میشود، ابتدا از محفظه مارپیچی عبور میکند که آب را به طور مساوی در اطراف رانر توزیع میکند. پرههای رانر با دقت شکل داده شدهاند تا اطمینان حاصل شود که جریان آب تعامل روان و کارآمدی با آنها دارد. با حرکت آب از قطر بیرونی رانر به سمت مرکز (در الگوی جریان شعاعی-محوری)، انرژی پتانسیل آب ناشی از ارتفاع آن (اختلاف ارتفاع بین منبع آب و توربین) به تدریج به انرژی جنبشی تبدیل میشود. این انرژی جنبشی سپس به رانر منتقل میشود و باعث چرخش آن میشود. مسیر جریان به خوبی طراحی شده و شکل پرههای رانر، توربین را قادر میسازد تا مقدار زیادی انرژی از آب استخراج کند و به تبدیل انرژی با راندمان بالا دست یابد.
۲. مقایسه با سایر انواع توربین
در مقایسه با انواع دیگر توربینهای آبی، مانند توربین پلتون و توربین کاپلان، توربین فرانسیس از نظر راندمان در محدوده خاصی از شرایط عملیاتی، مزایای متمایزی دارد.
توربین پلتون: توربین پلتون عمدتاً برای کاربردهای با هد بالا مناسب است. این توربین با استفاده از انرژی جنبشی یک جت آب با سرعت بالا برای برخورد به سطلهای روی رانر کار میکند. اگرچه در موقعیتهای هد بالا بسیار کارآمد است، اما در کاربردهای هد متوسط به اندازه توربین فرانسیس کارآمد نیست. توربین فرانسیس، با توانایی خود در استفاده از انرژی جنبشی و پتانسیل و ویژگیهای جریان مناسبتر آن برای منابع آب با هد متوسط، میتواند در این محدوده به راندمان بالاتری دست یابد. به عنوان مثال، در یک نیروگاه با منبع آب با هد متوسط (مثلاً ۵۰ تا ۲۰۰ متر)، یک توربین فرانسیس میتواند انرژی آب را با راندمان حدود ۹۰٪ یا حتی در برخی موارد با طراحی خوب، به انرژی مکانیکی تبدیل کند، در حالی که یک توربین پلتون که تحت همان شرایط هد کار میکند، ممکن است راندمان نسبتاً کمتری داشته باشد.
توربین کاپلان: توربین کاپلان برای کاربردهای با هد کم و جریان زیاد طراحی شده است. اگرچه در سناریوهای هد کم بسیار کارآمد است، اما وقتی هد به محدوده هد متوسط افزایش مییابد، توربین فرانسیس از نظر راندمان از آن پیشی میگیرد. پرههای رانر توربین کاپلان برای بهینهسازی عملکرد در شرایط هد کم و جریان زیاد قابل تنظیم هستند، اما طراحی آن به اندازه توربین فرانسیس برای تبدیل انرژی کارآمد در موقعیتهای هد متوسط مساعد نیست. در یک نیروگاه با هد ۳۰ تا ۵۰ متر، یک توربین کاپلان ممکن است بهترین انتخاب برای راندمان باشد، اما با افزایش هد از ۵۰ متر، توربین فرانسیس برتری خود را در راندمان تبدیل انرژی نشان میدهد.
به طور خلاصه، طراحی توربین فرانسیس امکان استفاده کارآمدتر از انرژی آب را در طیف وسیعی از کاربردهای با هد متوسط فراهم میکند و آن را به انتخابی ترجیحی در بسیاری از پروژههای برق آبی در سراسر جهان تبدیل میکند.
سازگاری با شرایط مختلف آب
یکی از ویژگیهای قابل توجه توربین فرانسیس، سازگاری بالای آن با طیف وسیعی از شرایط آب است که آن را به انتخابی همهکاره برای پروژههای برقآبی در سراسر جهان تبدیل میکند. این سازگاری بسیار مهم است زیرا منابع آب از نظر هد (فاصله عمودی که آب به پایین میریزد) و سرعت جریان در مکانهای جغرافیایی مختلف تفاوت قابل توجهی دارند.
۱. سازگاری هد و دبی
محدوده هد: توربینهای فرانسیس میتوانند در محدوده هد نسبتاً وسیعی به طور مؤثر کار کنند. آنها معمولاً در کاربردهای هد متوسط، معمولاً با هدهایی در محدوده حدود 20 تا 300 متر، استفاده میشوند. با این حال، با اصلاحات مناسب در طراحی، میتوان آنها را در موقعیتهای هد حتی پایینتر یا بالاتر نیز استفاده کرد. به عنوان مثال، در یک سناریوی هد پایین، مثلاً حدود 20 تا 50 متر، توربین فرانسیس را میتوان با شکلهای خاص تیغههای رانر و هندسههای مسیر جریان برای بهینهسازی استخراج انرژی طراحی کرد. تیغههای رانر به گونهای طراحی شدهاند که جریان آب، که به دلیل هد پایین سرعت نسبتاً کمتری دارد، همچنان بتواند انرژی خود را به طور مؤثر به رانر منتقل کند. با افزایش هد، میتوان طراحی را طوری تنظیم کرد که جریان آب با سرعت بالاتر را نیز مدیریت کند. در کاربردهای هد بالا نزدیک به 300 متر، اجزای توربین به گونهای مهندسی شدهاند که در برابر آب پرفشار مقاومت کنند و مقدار زیادی از انرژی پتانسیل را به طور مؤثر به انرژی مکانیکی تبدیل کنند.
تغییرپذیری نرخ جریان: توربین فرانسیس همچنین میتواند نرخهای جریان متفاوتی را مدیریت کند. این توربین میتواند در هر دو شرایط جریان ثابت و جریان متغیر به خوبی کار کند. در برخی از نیروگاههای برق آبی، نرخ جریان آب ممکن است به دلیل عواملی مانند الگوهای بارندگی یا ذوب برف به صورت فصلی تغییر کند. طراحی توربین فرانسیس به آن اجازه میدهد حتی در صورت تغییر نرخ جریان، راندمان نسبتاً بالایی را حفظ کند. به عنوان مثال، هنگامی که نرخ جریان بالا است، توربین میتواند با هدایت کارآمد آب از طریق اجزای خود، با حجم افزایش یافته آب تنظیم شود. محفظه مارپیچی و پرههای راهنما به گونهای طراحی شدهاند که آب را به طور مساوی در اطراف رانر توزیع کنند و اطمینان حاصل شود که پرههای رانر میتوانند صرف نظر از نرخ جریان، به طور مؤثر با آب تعامل داشته باشند. هنگامی که نرخ جریان کاهش مییابد، توربین همچنان میتواند به طور پایدار کار کند، اگرچه خروجی برق به طور طبیعی متناسب با کاهش جریان آب کاهش مییابد.
۲. نمونههای کاربردی در محیطهای جغرافیایی مختلف
مناطق کوهستانی: در مناطق کوهستانی، مانند هیمالیا در آسیا یا آند در آمریکای جنوبی، پروژههای برق آبی متعددی وجود دارد که از توربینهای فرانسیس استفاده میکنند. این مناطق اغلب به دلیل شیب زیاد زمین، منابع آب با هد بالا دارند. به عنوان مثال، سد نورک در تاجیکستان، واقع در کوههای پامیر، دارای یک منبع آب با هد بالا است. توربینهای فرانسیس نصب شده در نیروگاه برق آبی نورک برای مدیریت اختلاف هد زیاد (ارتفاع سد بیش از 300 متر) طراحی شدهاند. این توربینها به طور موثر انرژی پتانسیل بالای آب را به انرژی الکتریکی تبدیل میکنند و به طور قابل توجهی به تامین برق کشور کمک میکنند. تغییرات شدید ارتفاع در کوهها، هد لازم را برای توربینهای فرانسیس فراهم میکند تا با راندمان بالا کار کنند و سازگاری آنها با شرایط هد بالا، آنها را به گزینهای ایدهآل برای چنین پروژههایی تبدیل میکند.
دشتهای رودخانهای: در دشتهای رودخانهای، جایی که هد نسبتاً کم است اما سرعت جریان میتواند قابل توجه باشد، توربینهای فرانسیس نیز به طور گسترده مورد استفاده قرار میگیرند. سد سه دره در چین نمونه بارزی از این مورد است. این سد که بر روی رودخانه یانگ تسه واقع شده است، هدی دارد که در محدوده مناسب برای توربینهای فرانسیس قرار میگیرد. توربینهای نیروگاه برق آبی سه دره باید دبی زیادی از آب رودخانه یانگ تسه را مدیریت کنند. توربینهای فرانسیس برای تبدیل کارآمد انرژی جریان آب با حجم زیاد و هد نسبتاً کم به انرژی الکتریکی طراحی شدهاند. سازگاری توربینهای فرانسیس با دبیهای مختلف به آنها این امکان را میدهد که از منابع آب رودخانه نهایت استفاده را ببرند و مقدار زیادی برق برای تأمین نیازهای انرژی بخش بزرگی از چین تولید کنند.
محیطهای جزیرهای: جزایر اغلب ویژگیهای منحصر به فردی در منابع آب دارند. به عنوان مثال، در برخی از جزایر اقیانوس آرام، که رودخانههای کوچک تا متوسط با دبی متغیر بسته به فصلهای بارانی و خشک وجود دارد، از توربینهای فرانسیس در نیروگاههای برق آبی کوچک استفاده میشود. این توربینها میتوانند با شرایط متغیر آب سازگار شوند و منبع قابل اعتمادی از برق را برای جوامع محلی فراهم کنند. در فصل بارانی، هنگامی که دبی زیاد است، توربینها میتوانند با توان خروجی بالاتری کار کنند و در فصل خشک، همچنان میتوانند با جریان آب کاهش یافته، البته با سطح توان پایینتر، کار کنند و تأمین مداوم برق را تضمین کنند.
قابلیت اطمینان و عملکرد طولانی مدت
توربین فرانسیس به دلیل قابلیت اطمینان و قابلیتهای عملکرد طولانیمدت خود، که برای تأسیسات تولید برق که نیاز به حفظ منبع تغذیه پایدار در دورههای طولانی دارند، بسیار مورد توجه است.
۱. طراحی سازهای مقاوم
توربین فرانسیس دارای ساختاری مستحکم و مهندسیشده است. رانر، که جزء چرخان مرکزی توربین است، معمولاً از مواد با استحکام بالا مانند فولاد ضد زنگ یا آلیاژهای ویژه ساخته میشود. این مواد به دلیل خواص مکانیکی عالی، از جمله استحکام کششی بالا، مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر خستگی انتخاب میشوند. به عنوان مثال، در توربینهای فرانسیس در مقیاس بزرگ که در نیروگاههای برق آبی بزرگ استفاده میشوند، پرههای رانر به گونهای طراحی شدهاند که در برابر جریان آب پرفشار و تنشهای مکانیکی ایجاد شده در حین چرخش مقاومت کنند. طراحی رانر به گونهای بهینه شده است که توزیع یکنواخت تنش را تضمین کند و خطر نقاط تمرکز تنش را که میتواند منجر به ترک یا خرابی ساختاری شود، کاهش دهد.
محفظه مارپیچی که آب را به سمت رانر هدایت میکند، نیز با در نظر گرفتن دوام ساخته میشود. این محفظه معمولاً از صفحات فولادی با دیواره ضخیم ساخته میشود که میتوانند جریان آب پرفشار ورودی به توربین را تحمل کنند. اتصال بین محفظه مارپیچی و سایر اجزا، مانند پرههای نگهدارنده و پرههای راهنما، به گونهای طراحی شده است که قوی و قابل اعتماد باشد و تضمین کند که کل سازه میتواند تحت شرایط عملیاتی مختلف به راحتی کار کند.
۲. نیاز به نگهداری کم
یکی از مزایای قابل توجه توربین فرانسیس، نیاز به تعمیر و نگهداری نسبتاً کم آن است. به لطف طراحی ساده و کارآمد آن، در مقایسه با برخی دیگر از انواع توربینها، قطعات متحرک کمتری وجود دارد که احتمال خرابی اجزا را کاهش میدهد. به عنوان مثال، پرههای راهنما که جریان آب را به داخل رانر کنترل میکنند، دارای یک سیستم اتصال مکانیکی ساده هستند. دسترسی به این سیستم برای بازرسی و نگهداری آسان است. وظایف تعمیر و نگهداری منظم عمدتاً شامل روانکاری قطعات متحرک، بازرسی آببندها برای جلوگیری از نشت آب و نظارت بر وضعیت مکانیکی کلی توربین است.
مواد مورد استفاده در ساخت توربین نیز به نیاز کم به تعمیر و نگهداری آن کمک میکند. مواد مقاوم در برابر خوردگی که برای رانر و سایر اجزای در معرض آب استفاده میشوند، نیاز به تعویض مکرر به دلیل خوردگی را کاهش میدهند. علاوه بر این، توربینهای فرانسیس مدرن مجهز به سیستمهای نظارتی پیشرفته هستند. این سیستمها میتوانند به طور مداوم پارامترهایی مانند لرزش، دما و فشار را رصد کنند. با تجزیه و تحلیل این دادهها، اپراتورها میتوانند مشکلات احتمالی را از قبل تشخیص داده و تعمیر و نگهداری پیشگیرانه را انجام دهند و نیاز به خاموشیهای غیرمنتظره برای تعمیرات اساسی را بیشتر کاهش دهند.
۳. عمر طولانی
توربینهای فرانسیس عمر طولانی دارند و اغلب چندین دهه طول میکشند. در بسیاری از نیروگاههای برق آبی در سراسر جهان، توربینهای فرانسیس که چندین دهه پیش نصب شدهاند، هنوز در حال کار هستند و برق را به طور کارآمد تولید میکنند. به عنوان مثال، برخی از توربینهای فرانسیس نصب شده اولیه در ایالات متحده و اروپا بیش از 50 سال است که کار میکنند. با نگهداری مناسب و ارتقاء گاه به گاه، این توربینها میتوانند به طور قابل اعتمادی به کار خود ادامه دهند.
عمر طولانی توربین فرانسیس نه تنها از نظر مقرون به صرفه بودن برای صنعت تولید برق مفید است، بلکه برای پایداری کلی منبع تغذیه نیز مفید است. یک توربین با عمر طولانی به این معنی است که نیروگاهها میتوانند از هزینههای بالا و اختلالات مرتبط با تعویض مکرر توربین جلوگیری کنند. همچنین به پایداری طولانی مدت انرژی برق آبی به عنوان یک منبع انرژی قابل اعتماد و پایدار کمک میکند و تضمین میکند که برق پاک میتواند به طور مداوم برای سالهای زیادی تولید شود.
هزینه - اثربخشی در درازمدت
با در نظر گرفتن هزینه-اثربخشی فناوریهای تولید برق، توربین فرانسیس به عنوان یک گزینه مطلوب در بهرهبرداری بلندمدت از نیروگاههای برق آبی ثابت میشود.
۱. سرمایهگذاری اولیه و هزینه بهرهبرداری بلندمدت
سرمایهگذاری اولیه: اگرچه سرمایهگذاری اولیه در یک پروژه برق آبی مبتنی بر توربین فرانسیس میتواند نسبتاً زیاد باشد، اما در نظر گرفتن چشمانداز بلندمدت مهم است. هزینههای مرتبط با خرید، نصب و راهاندازی اولیه توربین فرانسیس، شامل رانر، پوسته مارپیچی و سایر اجزا، و همچنین ساخت زیرساختهای نیروگاه، قابل توجه است. با این حال، این هزینه اولیه با مزایای بلندمدت جبران میشود. به عنوان مثال، در یک نیروگاه برق آبی متوسط با ظرفیت ۵۰ تا ۱۰۰ مگاوات، سرمایهگذاری اولیه برای مجموعهای از توربینهای فرانسیس و تجهیزات مرتبط ممکن است در محدوده دهها میلیون دلار باشد. اما در مقایسه با برخی دیگر از فناوریهای تولید برق، مانند ساخت یک نیروگاه جدید زغالسنگ سوز که نیاز به سرمایهگذاری مداوم در تهیه زغالسنگ و تجهیزات پیچیده حفاظت از محیط زیست برای رعایت استانداردهای انتشار دارد، ساختار هزینه بلندمدت یک پروژه برق آبی مبتنی بر توربین فرانسیس پایدارتر است.
هزینه بهرهبرداری بلندمدت: هزینه بهرهبرداری از توربین فرانسیس نسبتاً پایین است. پس از نصب توربین و بهرهبرداری از نیروگاه، هزینههای جاری اصلی مربوط به پرسنل نظارت و نگهداری و هزینه تعویض برخی از اجزای جزئی در طول زمان است. عملکرد با راندمان بالای توربین فرانسیس به این معنی است که میتواند با مقدار نسبتاً کمی آب ورودی، مقدار زیادی برق تولید کند. این امر هزینه هر واحد برق تولید شده را کاهش میدهد. در مقابل، نیروگاههای حرارتی، مانند نیروگاههای زغالسنگی یا گازی، هزینههای سوخت قابل توجهی دارند که به دلیل عواملی مانند افزایش قیمت سوخت و نوسانات بازار جهانی انرژی، با گذشت زمان افزایش مییابد. به عنوان مثال، یک نیروگاه زغالسنگی ممکن است هر ساله شاهد افزایش درصد مشخصی از هزینههای سوخت خود باشد، زیرا قیمت زغالسنگ تابع پویایی عرضه و تقاضا، هزینههای معدن و هزینههای حمل و نقل است. در یک نیروگاه برق آبی با توربین فرانسیس، هزینه آب که "سوخت" توربین است، اساساً رایگان است، جدا از هرگونه هزینه مرتبط با مدیریت منابع آب و حق امتیاز بالقوه آب که معمولاً بسیار کمتر از هزینههای سوخت نیروگاههای حرارتی است.
۲. کاهش هزینههای کلی تولید برق از طریق بهرهبرداری با راندمان بالا و نگهداری کم هزینه
بهرهبرداری با راندمان بالا: قابلیت تبدیل انرژی با راندمان بالای توربین فرانسیس مستقیماً در کاهش هزینه نقش دارد. یک توربین با راندمان بالاتر میتواند از همان مقدار منابع آب، برق بیشتری تولید کند. به عنوان مثال، اگر یک توربین فرانسیس در تبدیل انرژی آب به انرژی مکانیکی (که سپس به انرژی الکتریکی تبدیل میشود) راندمان 90٪ داشته باشد، در مقایسه با یک توربین با راندمان کمتر 80٪، برای یک جریان آب و هد مشخص، توربین فرانسیس با راندمان 90٪، 12.5٪ برق بیشتری تولید خواهد کرد. این افزایش توان خروجی به این معنی است که هزینههای ثابت مرتبط با بهرهبرداری از نیروگاه، مانند هزینه زیرساخت، مدیریت و پرسنل، بر روی مقدار بیشتری از تولید برق تقسیم میشوند. در نتیجه، هزینه هر واحد برق (هزینه تراز شده برق، LCOE) کاهش مییابد.
نگهداری کم: ماهیت کمنیاز به نگهداری توربین فرانسیس نیز نقش مهمی در مقرونبهصرفه بودن آن دارد. با قطعات متحرک کمتر و استفاده از مواد بادوام، تعداد دفعات نگهداری و تعویض قطعات اصلی کم است. کارهای نگهداری منظم، مانند روغنکاری و بازرسی، نسبتاً ارزان هستند. در مقابل، برخی دیگر از انواع توربینها یا تجهیزات تولید برق ممکن است به نگهداری مکرر و پرهزینهتری نیاز داشته باشند. به عنوان مثال، یک توربین بادی، اگرچه یک منبع انرژی تجدیدپذیر است، اما اجزایی مانند گیربکس دارد که مستعد فرسودگی و پارگی هستند و ممکن است هر چند سال یکبار نیاز به تعمیرات اساسی یا تعویضهای گرانقیمت داشته باشند. در یک نیروگاه برق آبی مبتنی بر توربین فرانسیس، فواصل طولانی بین فعالیتهای نگهداری اصلی به این معنی است که هزینه کلی نگهداری در طول عمر توربین به طور قابل توجهی کمتر است. این امر، همراه با عمر طولانی آن، هزینه کلی تولید برق را در طول زمان بیشتر کاهش میدهد و توربین فرانسیس را به انتخابی مقرونبهصرفه برای تولید برق در درازمدت تبدیل میکند.
سازگاری با محیط زیست
تولید برق آبی مبتنی بر توربین فرانسیس در مقایسه با بسیاری از روشهای دیگر تولید برق، مزایای زیستمحیطی قابل توجهی ارائه میدهد و آن را به یک مؤلفه حیاتی در گذار به سوی آیندهای پایدارتر در حوزه انرژی تبدیل میکند.
۱. کاهش انتشار کربن
یکی از برجستهترین مزایای زیستمحیطی توربینهای فرانسیس، حداقل ردپای کربن آنهاست. برخلاف تولید برق مبتنی بر سوختهای فسیلی، مانند نیروگاههای زغالسنگی و گازی، نیروگاههای برق آبی که از توربینهای فرانسیس استفاده میکنند، در طول عملیات سوختهای فسیلی نمیسوزانند. نیروگاههای زغالسنگی، انتشاردهندگان اصلی دیاکسید کربن (\(CO_2\)) هستند، به طوری که یک نیروگاه زغالسنگی بزرگ معمولی سالانه میلیونها تن \(CO_2\) منتشر میکند. به عنوان مثال، یک نیروگاه زغالسنگی 500 مگاواتی ممکن است سالانه حدود 3 میلیون تن \(CO_2\) منتشر کند. در مقایسه، یک نیروگاه برق آبی با ظرفیت مشابه مجهز به توربینهای فرانسیس، عملاً هیچ انتشار مستقیم \(CO_2\) در طول عملیات تولید نمیکند. این ویژگی انتشار صفر نیروگاههای برق آبی با توربین فرانسیس، نقش حیاتی در تلاشهای جهانی برای کاهش انتشار گازهای گلخانهای و کاهش تغییرات اقلیمی ایفا میکند. با جایگزینی تولید برق مبتنی بر سوختهای فسیلی با برق آبی، کشورها میتوانند به طور قابل توجهی در دستیابی به اهداف کاهش کربن خود کمک کنند. برای مثال، کشورهایی مانند نروژ که به شدت به انرژی برقآبی (با استفاده گسترده از توربینهای فرانسیس) متکی هستند، در مقایسه با کشورهایی که بیشتر به منابع انرژی مبتنی بر سوختهای فسیلی وابسته هستند، سرانه انتشار کربن نسبتاً پایینی دارند.
۲. هوای کم - انتشار آلایندهها
علاوه بر انتشار کربن، نیروگاههای مبتنی بر سوخت فسیلی، انواع آلایندههای هوا مانند دیاکسید گوگرد (SO2)، اکسیدهای نیتروژن (NOx) و ذرات معلق را نیز آزاد میکنند. این آلایندهها تأثیرات منفی شدیدی بر کیفیت هوا و سلامت انسان دارند. SO2 میتواند باعث باران اسیدی شود که به جنگلها، دریاچهها و ساختمانها آسیب میرساند. NOx در تشکیل مه دود نقش دارد و میتواند باعث مشکلات تنفسی شود. ذرات معلق، به ویژه ذرات ریز (PM2.5)، با طیف وسیعی از مشکلات سلامتی، از جمله بیماریهای قلبی و ریوی مرتبط هستند.
از سوی دیگر، نیروگاههای برق آبی مبتنی بر توربین فرانسیس، این آلایندههای مضر هوا را در حین کار منتشر نمیکنند. این بدان معناست که مناطقی که دارای نیروگاههای برق آبی هستند، میتوانند از هوای پاکتری بهرهمند شوند که منجر به بهبود سلامت عمومی میشود. در مناطقی که نیروگاه برق آبی جایگزین بخش قابل توجهی از تولید برق مبتنی بر سوخت فسیلی شده است، بهبودهای قابل توجهی در کیفیت هوا مشاهده شده است. به عنوان مثال، در برخی از مناطق چین که پروژههای برق آبی در مقیاس بزرگ با توربینهای فرانسیس توسعه یافتهاند، سطح SO2، NOx و ذرات معلق در هوا کاهش یافته و در نتیجه موارد کمتری از بیماریهای تنفسی و قلبی عروقی در بین جمعیت محلی مشاهده شده است.
۳. حداقل تأثیر بر اکوسیستم
در صورت طراحی و مدیریت صحیح، نیروگاههای برقآبی مبتنی بر توربین فرانسیس میتوانند در مقایسه با برخی دیگر از پروژههای توسعه انرژی، تأثیر نسبتاً کمی بر اکوسیستم اطراف داشته باشند.
گذرگاه ماهی: بسیاری از نیروگاههای برق آبی مدرن با توربینهای فرانسیس با امکانات گذرگاه ماهی طراحی شدهاند. این امکانات، مانند نردبانهای ماهی و آسانسورهای ماهی، برای کمک به مهاجرت ماهیها به بالادست و پاییندست ساخته شدهاند. به عنوان مثال، در رودخانه کلمبیا در آمریکای شمالی، نیروگاههای برق آبی سیستمهای گذرگاه ماهی پیشرفتهای نصب کردهاند. این سیستمها به ماهی سالمون و سایر گونههای ماهی مهاجر اجازه میدهند تا از سدها و توربینها عبور کنند و به محل تخمریزی خود برسند. طراحی این امکانات گذرگاه ماهی، رفتار و قابلیتهای شنای گونههای مختلف ماهی را در نظر میگیرد و تضمین میکند که میزان بقای ماهیهای مهاجر به حداکثر برسد.
حفظ کیفیت آب: عملکرد توربینهای فرانسیس معمولاً تغییرات قابل توجهی در کیفیت آب ایجاد نمیکند. برخلاف برخی فعالیتهای صنعتی یا انواع خاصی از تولید برق که میتوانند منابع آب را آلوده کنند، نیروگاههای برق آبی که از توربینهای فرانسیس استفاده میکنند، عموماً کیفیت طبیعی آب را حفظ میکنند. آبی که از توربینها عبور میکند از نظر شیمیایی تغییر نمیکند و تغییرات دما معمولاً حداقل است. این امر برای حفظ سلامت اکوسیستمهای آبی مهم است، زیرا بسیاری از موجودات آبزی به تغییرات کیفیت و دمای آب حساس هستند. در رودخانههایی که نیروگاههای برق آبی با توربینهای فرانسیس در آنها قرار دارند، کیفیت آب برای طیف متنوعی از حیات آبزی، از جمله ماهیها، بیمهرگان و گیاهان، مناسب باقی میماند.
زمان ارسال: ۲۱ فوریه ۲۰۲۵
