توجه مجدد به افزایش پتانسیل جهانی برق آبی

تصور کنید که از میان دره های کوهستانی که رودخانه های بلورآبی از آن پایین می آیند، قدم می زنید.برق آبی، تکنولوژی که آب در حال حرکت را به برق تبدیل می کند، یکی از قدیمی ترین و قابل اطمینان ترین راه حل های انرژی تجدید پذیر بشر است،در حال حاضر نقش محوری در تحولات جهانی انرژی دارد.

هدیه ی طبیعت: اصول برق آبی

برق آبی انرژی حرکتی و پتانسیل آب را از طریق یک فرآیند بسیار کارآمد به انرژی الکتریکی تبدیل می کند.چرخش توربین راننده که ژنراتورها را تقویت می کنداین سیستم ظریف نمونه ای از استفاده پایدار از منابع با حداقل زباله است.

در مقایسه با نیروگاه های سوخت فسیلی، برق آبی مزایای مشخصی دارد.این دستگاه در طول کار، انتشار گازهای گلخانه ای مستقیم صفر تولید می کند و بهره وری تبدیل استثنایی ٪80 را به دست می آورد.این امر باعث می شود که برق آبی از نظر زیست محیطی ترجیح داده شود و از نظر منابع کارآمد باشد.

طرح های مختلف: تغییرات سیستم برق آبی

تاسیسات برق آبی با استفاده از پیکربندی های مختلف با ویژگی ها و کاربردهای منحصر به فرد، با شرایط جغرافیایی سازگار می شوند.

1طبقه بندی ساختاری

• گیاهان مبتنی بر سد:شایع ترین نوع، استفاده از مخازن ایجاد شده توسط سد های مسدود کننده رودخانه برای کنترل جریان آب و حفظ ظرفیت تولید ثابت. در حالی که ارائه کنترل سیل و مزایای آبیاری،این موارد نیازمند سرمایه گذاری قابل توجهی هستند و به طور قابل توجهی اکوسیستم های محلی را تغییر می دهند..
• گیاهان انحراف:کانال آب از طریق لوله کشی یا تونل بدون سد های بزرگ، به حداقل رساندن تاثیرات زیست محیطی اما تبدیل شدن به آسیب پذیر به تغییرات جریان فصلی.
• سیستم های ترکیبی:ترکیب رویکردهای سد و انحراف، تعادل ملاحظات زیست محیطی با انعطاف پذیری عملیاتی.

2سیستم های مدیریت جریان

• گیاهان رودخانه ای:تولید برق به طور مستقیم از جریان های طبیعی رودخانه بدون ظرفیت ذخیره سازی، باعث می شود که آنها مقرون به صرفه اما وابسته به آب و هوا باشند.
• محوطه های ذخیره سازی روزانه/هفته ای/فصلی:شامل افزایش سطح ظرفیت نگهداری آب برای مطابقت با الگوهای تقاضای برق، با مخازن بزرگتر که ثبات شبکه را با هزینه های زیرساخت بالاتر فراهم می کنند.
• مخزن پمپ:عملکردها به عنوان باتری های گرانشی، پمپاژ آب در هنگام تقاضای پایین و آزاد کردن آن در دوره های اوج برای تعادل بار شبکه.

3تکنولوژی توربین

طراحی توربین های تخصصی عملکرد را برای شرایط آب مختلف بهینه می کند:

• توربین های محرک (به عنوان مثال، پلتون):بهترین روش برای استفاده از جت های آب با سرعت بالا
• توربین های واکنش (به عنوان مثال، فرانسیس):مدیریت سناریوهای متوسط سر / جریان با ورود آب شعاعی
• توربین های جریان محوری (به عنوان مثال، Kaplan):جریان های کم سر و حجم بالا با حرکت موازی آب
• توربین های جریان قطبی:راه حل های میانگین برای شرایط متوسط

دقت مهندسی: زیرساخت های برق آبی

نیروگاه های آبی مدرن از بسیاری از اجزای تخصصی استفاده می کنند:

• سازه های مهار (سد، دروازه های جذب)
• سیستم های حمل آب (پنجاب ها، تونل ها)
• تجهیزات تبدیل انرژی (توربین ها، ژنراتورها)
• زیرساخت های توزیع برق (ترانسفورماتورها، خطوط انتقال)

اجزای حیاتی نیاز به مواد پیشرفته و تولید دارند:

• دروازه ها و دریچه های خروجی مقاوم به خوردگی
• لوله های فشاری با قدرت بالا
• شفت های توربین مقاوم به فرسایش
• روتورهای ژنراتور/استاتورهای دقیق
• ساختارهای دوامدار دم

زمینه تاریخی و وضعیت فعلی

ماشین آلات آبی از تمدن های باستانی به وجود آمده اند و نیروگاه های آبی مدرن در اواخر قرن نوزدهم ظهور کردند. اولین نیروگاه آبی در ویسکانسین (1882) ،آغاز گسترش جهانی که امروز ادامه داردچین در حال حاضر در ظرفیت نصب شده پیشرو است، در حالی که بسیاری از کشورها برق آبی را به نمونه کارها انرژی های تجدیدپذیر اضافه می کنند.

ارزیابی متعادل: مزایا و محدودیت ها

مزایای این روش عبارتند از:

• منابع سوخت تجدید پذیر
• صفر انتشارات عملیاتی
• بهره وری بالای تبدیل انرژی
• قابلیت پاسخ سریع شبکه
• مزایای مخازن چند منظوره

چالش ها شامل:

• تاثیرات زیست محیطی بر سیستم های رودخانه ای
• الزامات سرمایه قابل توجه
• تولید وابسته به آب و هوا
• مسائل مربوط به جابجایی در جامعه

چشم انداز آینده: تغییر نقش در سیستم های انرژی

انرژی آبی با فشار های رقابتی از نگرانی های زیست محیطی و اثرات تغییرات آب و هوایی مواجه است، در حالی که همزمان از:

• افزایش تقاضا برای انرژی های تجدید پذیر
• پیشرفت های تکنولوژیکی در بهره وری
• گسترش کاربردهای ذخیره سازی پمپ

توسعه آینده نیازمند نوآوری در زمینه کاهش آلودگی محیط زیست، مقاومت در برابر تغییرات آب و هوایی و کاهش هزینه است.همراه با همکاری بین المللی برای به حداکثر رساندن سهم پایدار برق آبی به نیازهای انرژی جهانی.