انرژی برق آبی از انرژی های نو | یک نمونه مقاله رایگان

تولید انرژی الکتریکی

0

مقاله انرژی برق آبی از انرژی های نو

مقدمه
نیروی برق آبی یا هیدروالکتریسیته اصطلاحی است که به انـرژی الکتریکی تولیدی از نیروی آب اطـلاق مـی شـود . در حـال حاضر هیدروالکتریسـیته چیـزی در حـدود ۷۱۵۰۰۰ مگـاوات یـا ٪۱۹ (٪۱۶ در سال ۲۰۰۳ (از کل انرژی الکتریکـی تولیـدی جهـان را پوشــش مــی دهــد . نیــروی بــرق آبــی همچنــین ٪۶۳ از انــرژی الکتریکی تولیدی از منابع تجدیدپذیر را نیز شامل می شود.

مقاله انرژی برق آبی از انرژی های نو تولید انرژی الکتریکی

دانشکده ها بیشتر نیروگاه هـای برق آبی انرژی مـورد نیـاز خـود را از انرژی پتانسیل آب پشت یـک سـد تـامین مـی کننـد . در ایـن حالـت انر ژی تولیدی از آب به حجم آب پشت سـد و اخـتلاف ارتفـاع بـین من بـع و محل خروج آب سد وابسته است. به این اختلاف ارتفاع، ارتفاع فشاری می گویند و آن را بـا Hمخفـف Head نمـایش مـی دهنـد .

در واقـع میزان انرژی پتانسیل آب با ارتفاع فشاری آن متناسـب اسـت . بـرای افزایش فاصله یا ارتفاع فشاری، آب معمولاً برای رسـیدن بـه تـوربین آبی فاصله زیادی را در یک لوله بزرگ (penstock (طی می کند.

نیروگاه آب تلمبه ای، نوعی دیگر از نیروگـاه آبی اسـت . وظیفـه یک نیروگاه آب تلمبه ای پشتیبانی شـبکه الکتریکـ ی در سـاعات اوج مصرف (سـاعات پیـک ) اسـت . ایـن نیروگـاه برق تنهـا آب را در سـاعات مختلـف بـین دو سـطح جابجـا مـی کنـد. در سـاعاتی کـه تقاضای برای انرژی الکتریکی پایین است با پمپ کـر دن آب بـه یک منبع مرتفع انرژی الکتریکی را به انـرژی پتانسـی ل گرانشـی تبدیل می کند.

در زمان اوج مصرف آب دوباره از مخزن به سـمت پـایین جـاری می شود و با چرخاندن توربین آبی موجب تولید بـرق و رفـ ع نیـاز شبکه می گردد. این نیروگاه ها با ایجاد تعادل در ساعات مختلـف موجب بهبود ضریب بار شبکه و کاهش هزینه های تولیـد ا نـرژی الکتریکی می شوند.

از دیگر انواع نیروگاه های آبی می تـوان بـه نیروگـاه هـای جـزر و مدی اشاره کرد. همانطور کـه از نـام ایـن نیروگـاه هـای مشـخص است این نیروگاه ها نیروی مورد نیـاز خـود را از اخـتلاف ارتفـ اع آب در بـین شـبانه روز تـامین مـی کننـد.

منـابع در ایـن دسـته از نیروگـاه هـا نسـبت بـه بقیـه کـاملاً قابـل پیشـبینی هسـت ند. ایـن نیروگاه ها همچنـین مـی تواننـد در مواقـع اوج مصـرف بـه عنـوان پشتیبان شبکه عمل کنند.

برخی نیروگاه های آبی که تعداد آنها زیـاد هـم نیسـت از انـرژ ی جنبشی آب جاری استفاده می کنند. در ایـن دسـته از نیروگـ اه هـا نیازی به احداث سد نیست توربین این نیروگاه ها شبیه یک چرخ آبی عمل می کند. این نوع استفاده از انرژی شاخه نسـبتاً ج دیـدی از علم جنبش مایعات است.

معادله در انرژی برق آبی

یک معادله ساده برای محاسبه تقریبی انرژی الکتریکی در یک نیروگاه برق آبی وجود دارد که به صـورت
زیر است:
P = h×r×k
 P توان خروجی در واحد وات
 h ارتفاع فشاری در واحد متر
 r میزان آب خارج شده در واحد مترمربع در ثانیه
 k ضریب تبدیل در ۷۵۰۰ وات است (با پیش شرط راندمان ٪۷۶ ،شتاب ثقل ۹٫۸۱ متر بر مجذور ثانیه و آب تازه با چگالی ۱۰۰۰ کیلوگرم به ازای هر متر مکعب. البته در توربین های بزرگ و پیشـرفته رانـدمان معمولاً بالاتر از این مقدار است و در توربین های فرسوده این راندمان کمتر است).

سد

سد دیواری محکم از سـنگ وسـیمان و یـا سـاروج اسـت کـه بـه منظـور مهـار کـردن آب در عـرض دره یـا میـان دو کـوه ایجـاد می شـود . بـرعکس خاکریزهـا کـه بـرای جلـوگیری از ورود آب رودخانه یا دریا به مناطق اطراف ساخته می شوند در سدها هـدف از مهار کردن آب استفاده از آن است.

سدها از نظر مشخصه های مختلف

طول سد: از نظر طول سدهای با طول بیش از ۱۵ متر را سدهای بزرگ و سدهای بـا طول بیش از ۱۵۰ متر را سدهای بسیار بزرگ می نامند.
هدف از احداث سد: اهداف ساخت یک سد می توانند متفاوت باشـند بـه طـوری کـ ه بسیاری از سدها بیشتر از یک هدف را دنبال می کنند ایـن اهـداف مـی تواننـد شـ امل آبیاری یا تامین آب مناطق شهری یا زمین هـای کشـاوزی، تولیـد انـرژی الکتر یکـی، ایجاد فضای تفریحی، کنترل سیل و… باشند.

 ساختار سد: از نظر ساختار، با توجه بـه مصـالح مصـرف شـده یـا تکنولـوژی سـاخت سدها باهم متفاوت هستند. سدها از نظر مصالح مصرف شده می توانند چوبی، خـاکی یا بتنی باشند.

ملاحظات اقتصادی

بیشترین مزیت استفاده از نیروگاه ها آبی عدم نیاز به اسـتفاده از سوخت ها و در نتیجه حذف هزینه های مربوط بـه تـامین سـوخت است. درواقع هزینه انـرژی الکتریکـی تولیـدی در یـک نیر وگـاه آبی تقریباً از تغییرات قیمت سوخت های فسیلی نظیر نفـت، گـاز طبیعی و زغال سنگ مصون است.

گرمایی بیشتر است، به طوری که عمر برخی از نیروگاه های آبـی که هم اکنون در حال استفاده هسـتند بـه ۵۰ تـا ۱۰۰ سـال پـیش بازمی گردد. هزینه کار این نیروگـاه هـا در حـالی کـه بـه صـورت خودکار کار کنند کم است و بجز در موارد اضـطراری بـه پرسـنل زیادی در نیروگاه نیاز نخواهد بود.

در موقعیت هایی که استفاده از سد چندین هدف را پوشش مـی دهـد، ساخت یک نیروگاه آبی هزینه نسبتاً کمی را به هزینه های ساخت سد اضافه می کند. ایجاد یک نیروگاه همچنین می تواند هزینه های مربـوط به ساخت سد را جبران کند.

مثلا درآمد ناشی از فروش انرژی الکتریکـی در سـد «Gorges Three « که بزرگ ترین سد جهان است با فروش انرژی الکتریکی تولیـدی در سد در طول ۵ تا ۷ سال جبران شده است.

انتشار گازهای گلخانه ای

در صورتی که سوختی در نیروگاه سوخته نشود، دی اکسید کربن (که یک گاز کلخانه ای است) نیز در نیروگاه تولید نخواهـد شـد . البتـه در مراحل احداث نیروگـاه مقـدار نـاچیزی گـاز دی اکسـید کـربن تولیـ د می شود که در مقابل میزان دی اکسید کربن تولیدی در نیروگـ اه هـای گرمایی که از سوخت های فسیلی برای تولید انرژی گرمـایی اسـ تفاده می کنند بسیار ناچیزاست. البته در این نیروگاه ها بـر اثـر اج تمـاع آب پشت سـد گازهـایی متصـاعد مـی شـود کـه در پـایین بـه آنهـا اشـاره شده است.

آب ذخیره شده در پشت یک سـد در واقـع مـی توانـد بخشـی از امکانات مربوط به ورزش های آبی باشد و به این ترتیب می توانـد به جاذبه ای برای گردشگران تبدیل شود. در برخی از کشورها از این آب برای پرورش موجودات آبـزی ماننـد مـاهی هـا اسـتفاده می شود به این ترتیب که در برخی سدها محیط های خاصی بـ رای پرورش موجودات آبزی اختصاص یافته که همیشه از نظر داشتن آب پشتیبانی می شوند.

آسیب به محیط زیست

پروژه های احداث سد معمولاً با تغییرات زیادی در اکوسیستم منطقـه احداث سد همراه هستند. بـرای مثـال تحقیقـات نشـان مـی دهـد کـه سدهای ساخته شده در کرانه های اقیانوس اطلس و اقیـانوس آرام د ر آمریکای شمالی از میزان ماهی های قـزل آلای رودخانـه هـا بـه شـدت کاسته است و این به دلیل جلوگیری سد از رسیدن مـاهی هـا بـه بـ الای رودخانه برای تخم گذاری است و این درحالی است که برای عبور این ماهی ها بـه بـالای رودخانـه محـل هـای خاصـی در سـد در نظرگرفتـه شده است.

همچنین ماهی های کوچک در طول مهاجرت از رودخانـه بـه دریـا در بین توربین ها آسیب می بینند که برای رفع این عیب نیز در قسمتی از سال ماهی ها را با قایق های کوچک به پایین رودخانه می برند. بـا ت مـام فعالیت هایی که برای ایجاد محیط مناسب برای ماهی ها انجام می شـود بازهم با ساخت سد از میزان ماهی ها کاسته مـی شـود . در کشـورهای ی مانند ایالات متحده بستن مسیر مهاجرت ماهی ها و دیگـر موجـودات آبزری به وسیله سد ممنوع است و حتماً باید برای عبور آنها تمهیداتی اندیشیده شود.

در برخی موارد سدها می توانند واقعاً برای ماهی ها آسـیب رسـا ن باشند که نمونه ای از آنها سد مـارموت (Dam Marmot (در ایـالات
متحده است که عملیات حذف آن در ۲۰ اکتبـر ۲۰۰۷ بـه پایـان رسید. پس از تخریـب ایـن سـد رودخانـه بـرای اولـین بـار پـس
 سال جریان آزاد خود را آغاز کرد. عملیات حذف این سد بزرگ ترین عملیات حذف سد در ایالات متحده بود.

ایجاد سدها معمولاً باعث به وجود آمدن تغییراتی در قسمت هـای پایینی رودخانه می شوند. آب خروجی از توربین ها معمـولاً حا مـل مقدار کمتری از رسوبات است و این خود باعث پاک شدن بسـتر رودخانه و از بین رفتن حاشیه هـای رودخانـه مـی شـود . بـه دلیـل اینکه توربین ها معمولاً به نوبت کار می کنند نوسـاناتی در جریـان آب خروجی ایجاد می شود که شدت فرسایش بسـتر رودخانـه را افزایش می دهد.

همچنین ظرفیت اکسیژن حل شـده در آب بـه دلیـل کـار تـوربین هـا کـاهش می یابد چراکه آب خروجی توربین ها معمـولاً گرمتـر از آب ورودی آنهاسـت که این خود می تواند جان برخی گونه های حساس را به خطـر بینـدازد . برخـی دیگر از سدها برای افزایش ارتفاع فشار مسـیر رودخانـه را منحـرف کـرده و باعث عبور آب از مناطق پر شیب تر می شـوند و بـه ایـن ترتیـب مسـی ر قبلـی رودخانه را خشک می کنند. برای مثال در رودخانه هـای تپـاکو (Tekapo (و پوکاکی (Pukaki (از این روش استفاده شده اسـت کـه نـه تنهـا موجـب بـه خطر افتادن برخی گونه های موجودات آبزی شده بلکه پرندگان مهاجر منطقه را نیز به شدت در خطر قرار داده است.

سدهای بسیار بسیار بزرگ مانند سد اسوان (در مصر) و سد سه دره (در چین) تغییرات زیادی را در بالا و پایین رودخانه به وجود می آورند.

انتشار گازهای گلخانه ای

آب جمع شده در پشت سد در مناطق گرمسیری می توانـد مقـ دار قابل توجهی از گاز متان و گاز کربنیک را تولید کنـد . ایـ ن گازهـا در اثر پوسیدگی قسمت های مختلف گیاهان و زباله هایی به وجود می آیند که از بالای رودخانه آمـده انـد و بـه وسـیله بـاکتری هـ ای ناهوازی تجزیه می شوند.

بیشتر گاز تولیدی در اثر پوسیدگی را گاز متان تشکیل مـی دهـد که از نظر آثار گلخانـه ای از دی اکسـیدکربن خطرنـاک تـر اسـ ت. براساس گزارش کمیسیون جهانی سـدها، در سـدهایی کـه من بـع آنها نسبت به برق تولیدی آنها کوچک است (کمتـر از ۱۰۰ وات به ازای هر مترمربع از آب) و درخت های اطراف مسـیر رودخانـه پاکسازی نشده اند، میزان گاز گلخانه ای تولیـدی از یـک نی روگـاه گرمایی با سوخت نفت بیشتر است.

جابجایی جمعیت

از دیگر معایب ساخت سدها، جابجایی جمعیت ساکن در منـاطق ز یـر آب رفته توسط آب پشت سد است. ایـن منـاطق ممکـن اسـت شـ امل مناطقی باشد که از نظر فرهنگی یا اعتقادی دارای ارزش بالایی هستند و بدین ترتیب دلبستگی زیادی بین مردم ساکن با منطقه و آن منطقـه خاص وجود دارد و به این ترتیـب بـا بـالا آمـدن آب ایـن مکـان هـای تاریخی یا فرهنگـی از بـین خواهنـد رفـت . از جملـه سـدهایی کـه در مراحل ساخت با این قبیل مشکلات روبـه رو شـدند مـی تـوان بـه سـد سه دره یا سد کلاید اشاره کرد.

شکست سد

شکسته شدن سدها گرچه به نـدرت اتفـاق مـی افتـد امـا خطـر ی جدی و خطرناک است. برای نمونه می توان به شکسته شـدن سـد بانکیاو (Banqiao (در جنوب چین اشاره کرد که موجب کشته شدن ۱۷۱۰۰۰ تن و بی خانمان شدن حدود نیم میلیون نفر شـ د. همچنین سدها می توانند هدف خوبی برای دشمن در طول جنـگ یا اقدامات خرابکارانه تروریست هـا باشـند . سـدهای کوچـک د ر این حملات کمتر آسیب رسان هستند.

انتخاب محلی نامناسب برای احداث سد می تواند به فاجعه منجـر شود، برای مثال می تـوان بـه سـد واجنـت (Vajont (در ایتالیـا اشاره کرد که در سـال ۱۹۶۳ موجـب مـرگ حـدوداً ۲۰۰۰ نفـر شد.

مقایسه ای با دیگر روش های تولید انرژی الکتریکی برق آبی

نیروی برق آبی با ایجاد انرژی الکتریکی بدون سوزاندن سوخت هـا از ایجاد آلوده کننده های متصاعد شده از سـوختن سـوخت هـای فسـیل ی مانند دی اکسید گوگرد، اسید نیتریک، منواکسید کربن، گـرد غبـار و ســرب (موجــود در زغــال ســنگ ) جلــوگیری مــی کنــد . همچنــین هیدروالکتریسیته با از بین بـردن ضـرورت اسـتفاده از سـوخ ت هـایی مانند زغال سنگ به طور غیرمستقیم خطرات ناشی از استخراج زغـال سنگ را کاهش می دهد.

در مقایسه با نیروگاه هسته ای این نیروگاه ها زباله هسته ای تولیـد نمی کنند. همچنین خطرات مربوط به تماس با اورانیوم در معـادن یا نشت مواد هسته ای را نیز ندارنـد و بـرعکس اورانیـوم در ایـ ن دسته از نیروگاه ها از انرژی های تجدید پذیری استفاده می شود.

در مقایسه با مولدهای بادی، منـابع انـرژی در نیروگـاه هـای آبـ ی خیلی قابل پیش بینی تر هستند. همچنین این نیروگاه ها می تواننـد ضریب بار شبکه را بهبود دهند و در زمان نیـاز شـروع بـه تولیـد انرژی الکتریکی کرده و به این ترتیب موجـب تعـدیل شـ بکه در طول ساعات پیک شوند.

برعکس نیروگاه های گرمایی در نیروگاه های آبـی زمـان زیـاد ی صرف مطالعات مربوط به سد می شود. معمولاً بـرای انجـام دقیـ ق محاسبات، داده های حدود ۵۰ سـال از رفتارهـای رودخانـه بـرای انتخاب بهترین مکان احداث سد و روش ساخت آن لازم است.

برعکس نیروگاه هایی که از سوخت ها برای تامین انرژی استفاده می کنند، مکان های مناسب برای احداث نیروگاه های آبی محـد ود هستند. همچنین بیشتر نیروگاه های آبی از مراکز تجمع جمعیـت دور هستند و باید برای انتقال آنها نیز هزینه ای صرف کرد.

از دیگر ضعف های این نیروگـاه وابسـتگی شـدید بـه میـزان آب ورودی اسـت و از آنجایکـه میـزان آب پشـت سـد بـه بـارش هـا وابسته است و در صورتیکه که میزان بارش برف و بـاران کـاهش یابد میزان تولید انرژی الکتریکی نیز کاهش می یابد.

 

 

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.