مهار نیروی برق آبی: ترکیبی از مولد های الکتریکی و توربین های هیدرولیک

 ترکیبی از مولدهای الکتریکی و توربین‌های هیدرولیک، به سیستم‌های آبی اجازه تبدیل انرژی پتانسیل آب جاری یا پشت سد را به خروجی الکتریکی قابل ذخیره می‌دهد.

اگرچه این تبدیل به ویژگی‌های مکانیکی ساده بستگی دارد، اما سیستم به کار گرفته شده برای رسیدن به این هدف، اغلب طراحی و توانایی‌های پیچیده‌ای دارد.

مهار انرژی آبی برای استفاده ماشین‌های قدرت و فرآیندهای مکانیکی، یکی از قدیمی‌ترین روش‌های تولید برق است که در حال حاضر مورد استفاده قرار می‌گیرد. امروزه هزاران نیروگاه برق آبی در ایالات متحده وجود دارد که درصد قابل توجهی از منابع الکتریسیته کشور را تامین می‌کنند.

 سد هیدرولیک چگونه برق تولید می کند؟

بیشتر انرژی برق آبی، از آب در حال حرکت در سرازیری‌ها و آب‌های جاری در سد‌های هیدرولیکی که باعث چرخش توربین می‌شوند، به وجود می‌آیند که به نوبه خود یک مولد الکتریکی را هدایت می‌کنند.

حجم زیادی از آب جاری می‌تواند مقدار زیادی نیرو تولید کند و وجود توانایی تنظیم میزان جریان در سدها، به سیستمهای انرژی آبی اجازه می‌دهد انرژی پتانسیل و جنبشی موجود را هدایت کنند. همچنین نیروی برق آبی برای تولید مقدار کمتری از پسماند در عملیات، مفید است.

 ژنراتور برق آبی چیست؟

 یک مولد، قلب نیروگاه برق آبی است و برای فهمیدن چگونگی عملکرد آن، درک و یاد‌گیری اصول دیگری از انرژی برق آبی مورد نیاز می‌باشد.

قطب‌های میدان بر روی روتورrotorروتور یک قطعه متحرک از یک سیستم الکترومغناطیسی در موتور الکتریکی (electric motor)، ژنراتور الکتریکی (electric generator) و یا آلترناتور (alternator) است. قرار می‌گیرند و به یک توربین چرخشی متصل می‌شوند. همان طور که روتور حرکت می‌کند، قطب‌های میدان در اطراف کانداکتورها، داخل یک چرخ خارجی قرار داده می‌شوند. سپس الکتریسیته جریان پیدا می‌کند و در خروجی مولد، ولتاژ ایجاد می‌کند.

 مولد معمولا داخل یک ساختار محافظتی نگهداری می‌شود و انرژی ذخیره شده‌ آن می‌تواند به خطوط برقی منتقل شود. نیروگاه‌های برق آبی بزرگتر، اغلب مولدهای چند گانه دارند. برای مثال سد Hoover Dam، مولد‌های جداگانه‌ای دارد که می‌تواند تا ۱۳۳ مگاوات انرژی تولید کند.

 عملکرد نیروگاه برق آبی- یک نیروگاه برق آبی چگونه کار میکند؟

اکثر نیروگاه‌های برق آبی به یک سد وابسته هستند که مقدار زیادی آب را پشت خود جمع‌آوری می‌کند. این درحالی است که بیشتر نیروگاه‌ها به یک مخزن که آب آن قبل از اینکه به پایین دست هدایت شود، داخل سیستم جریان پیدا می‌کند، متکی هستند.

یک نیروگاه پمپی ممکن است دو مخزن داشته باشد. مخزن بالایی شبیه مخزن یک نیروگاه برق آبی کار می‌کند. اما مخزن پایینی آبی را که به طور معمولی به پایین دست جاری خواهد شد، جمع‌آوری کرده و آن را برای پر کردن مجدد مخزن اول پمپ می‌کند و این چرخه دوباره آغاز می‌شود. این فرآیند به نیروگاه‌های برق آبی اجازه می‌دهد انرژی بیشتری در طول دوره‌های مصرف بیشتر، تولید کنند. مراحل فرآیند تولید انرژی معمولی شامل موارد زیر می‌شود:

 تزریق:

وقتی سد دریچه‌هایش را باز می‌کند، آب داخل یک خط لوله جریان پیدا می‌کند که این عمل به عنوان آبگیری شناخته می‌شود. سپس آب به طرف توربین هدایت می‌ شود‌ و همانطور که در جریان است، باعث ایجاد فشار و چرخش توربین می‌شود.

چرخش توربین:

یک توربین دارای پره‌های پروانه‌ای عمودی است که در امتداد یک محور متصل به مولدهای نیروگاه تنظیم شده‌اند. وقتی آب به پره‌ها می‌رسد باعث می‌شود توربین حول محور‌هایش بچرخد.

عملکرد:

توربینِ در حال چرخش، با ایجاد یک جریان متناوب، چرخش دوطرفه‌ای از آهنرباهای اطراف کانداکتورهایی که داخل مولد قرار گرفته‌اند، ایجاد می‌کند.

 تبدیل:

داخل ساختمان مولد، یک ترانسفورمر، جریان متناوب را به ولتاژ الکتریکی که می‌تواند ذخیره و استفاده شود تغییر می‌دهد.

 توزیع:

بیشتر نیروگاه‌های برق آبی، خطوط برقی را به یکدیگر متصل می‌کنند. این خطوط با سطوح مختلفی از ولتاژ هستند و اجازه می‌دهند انرژی از نیروگاه خارج و به منطق مورد نظر فرستاده شود.

خروجی نیروگاه برق آبی – انرژی برق آبی چگونه تولید می‌شود؟

 ظرفیت یک نیروگاه برق آبی برای تولید انرژی، نسبتا به حجم آب موجود، سرعت جریان آب و ارتفاعی که از آن به داخل نیروگاه انتقال می‌یابد بستگی دارد. ساخت یک سد بلند به آب اجازه می‌دهد زمانی که به توربین می‌رسد، انرژی پتانسیل بیشتری برای تبدیل شدن به انرژی مکانیکی جمع‌آوری کند. پره‌های توربین به عنوان بار هیدرولیکی شناخته می‌شوند و به عنوان یکی از معیارهای تعیین کارآمدیِ تولید انرژیِ نیروگاه، مورد استفاده قرار می‌گیرند.

ایستگاه‌های انرژی آبی، سوخت فسیلی ندارند که این امر منجر‌به داشتن هزینه عملیاتی پایین و گسیل‌های کمتر می‌شود. همچنین مشکلات دفع پسماند کاهش می‌یابد.

زیان های انرژی برق آبی چیست؟  

ساخت یک نیروگاه برق آبی می‌تواند یک سرمایه‌گذاری اولیه پرهزینه باشد و در بعضی موارد، فرآیند انرژی آبی و سیستم‌های آن می‌توانند شرایط را برای ماهی‌ها و حیات وحش دیگر نیز تغییر دهند. هم چنین اگر الگوهای بارشی اجازه این کار را ندهند، حل نوسانات کوتاه مدت در مصرف انرژی دشوار است.