بانک مقالات فناوری مهندسي برق ایرانیان

نیروگاه آبی:

اینگونه مولدها در مناطقی که دارای آب جاری فراوان باشند بکار گرفته می گردد. متناسب با میزان آب جاری رودخانه در طول سال و حداقل و حداکثر دبی آب رودخانه ، سدی بر روی رودخانه احداث می گردد و این سد توسط مجاری خاصی آب را از توربین عبور می دهد و محور آن را به گردش در می آورد . این محور گردان به نوبه خود ژنراتوری را که با آن کوپله است به چرخش در می آورد و بدین ترتیب جریان الکتریسیته تولید می شود.
ظرفیت قابل بهره برداری لز تیرو گاههای آبی علاوه بر عامل نگهداری صحیح ، تابعی از میزان دبی رودخانه می باشد که آنهم متاثر از میزان ریزش باران است . ارتفاع موثر نیز عامل غیر قابل انکاری در این زمینه به شمار می آید . ظرفیت نیروگاههای آبی را سریعاٌٍ – که از چند دقیقه تجاوز نمی کند – می توان در اختیار شبکه قرار داد، در حالیکه این امر در مورد نیروگاههای حرارتی به مدت زمان بیشتری نیاز دارد .
از این نیروگاهها با توجه به میزان قدرت و انرژی قابل تولید و لزوم یا عدم لزوم و چگونگی کنترل آب برای مصارف کشاورزی ، صنعتی و شهری ، به عنوان مولد یکی از بارهای پایه ، میانی و یا پیک استفاده می گردد.
هزینه احداث اینگونه نیروگاهها در حدود هزار تا هزار و پانصد دلار به ازاء هر کیلو وات قدرت نصب شده می باشد ، لیکن به لحاظ ناچیز بودن هزینه های بهره برداری و نگهداری و تعمیرات ، هزینه تولید هر کیلو وات ساعت انرژی در این نوع نیروگاهها نصف هزینه تولید همین مقدار انرژی در نیروگاههای بخاری است .( با احتساب کلیه هزینه های تولید همچون هزینه استهلاک ، سود ، سوخت ، دستمزد و تعمیرات و ... )
 

در اینجا شایسته است مقایسه ای اجمالی پیرامون نیروگاههای حرارتی و آبی صورت پذیرد:
1- نیروگاههای آبی به سوخت فسیلی یا هسته ای نیاز نداشته و از اینرو با مشکل سوخت رسانی مواجه نمی باشند.
2- هر چند که هزینه سرمایه گذاری اولیه در اینگونه نیروگاهها از نیروگاههای حرارتی بیشتر است ،لیکن نیروگاههای آبی بواسطه ایجاد دریاچه پشت سد ، کنترل سیلاب ، فراهم آوردن فضای سبز . مکانی برای استراحت و انجام تفریحات آبی و غیره موارد استفاده دیگری نیز در بر خواهند داشت .
3- در یک ظرفیت مشخص ، زمان اجرای پروژه نیروگاه آبی معمولاً بیشتر از نیروگاههای بخاری می باشد . علت این امر طولانی بودن فاز مطالعات هیدرولوژیکی می باشد .
4- عمر مفید نیروگاههای آبی ، بخصوص بخش تاسیسات مربوط به سد ، بیش از نیروگاههای حرارتی است .
5- نگهداری و بکارگیری نیروگاههای آبی در مقایسه با نیروگاههای حرارتی به پرسنل کمتری نیاز دارد.
در یک تقسیم بندی کلی از انرژی آب به سه صورت استفاده می شود:
در حالت اول با احداث سد در یک مکان مناسب ، آب را در پشت آن ذخیره می کنند و بدین ترتیب انرژی پتانسیل آنرا افزایش می دهند . اگر آب پشت یک سد را به اجزاء یا المان های کوچکی با جرم m ( با واحد کیلوگرم ) تقسیم کنیم انرژی پتانسیل هر المان بصورت m.g.h نشان داده می شود که در این رابطه g شتاب ثقل زمین ( برابر با 81/9 متر بر مجذور ثانیه ) و h ارتفاع طی شده توسط آن المان در یک فرایند خروج از سیستم بر حسب متر است . بدیهی است که کل انرژی پتانسیل آب مجتمع در پشت یک سد ، از حاصل جمع انرژی پتانسیل این المان ها بدست می آید . بی شک هر چقدر ارتفاع آب پشت سد و یا حجم و ( در نتیجه جرم ) آن زیاد باشد می توان انرژی بیشتری از آن کسب نمود .
حالت دوم استفاده از خاصیت جاری بودن آنست . آب جاری دارای انرژی جنبشی بصورت است که در آن M جرم آب و V سرعت آب ( بر حسب متر بر ثانیه ) می باشد .
حالت سوم نیز تلیفیقی از دو حالت فوق است که نمونه بارز آنرا در سدهای کوچک و کم ارتفاع که در آنها آب دارای سرعت بالائی است ، می توان دید .
در هر سه حالت جهت استفاده از انرژی آب و انجام دادن کار توسط آن لازم است انرژی آب به انرژی جنبشی ( چه به فرم و چه به شکل ضربه m.v) تبدیل گردد. در سدهای مرتفع تاکید اصلی روی ضربه ( سرعت ) است و در سدهای کم ارتفاع بیشتر عامل جرم مد نظر قرار می گیرد .

1-3-1 : انرژی آبی :

زمانیکه در کوهها و تپّه ها باران می بارد ، آب حاصل از آن بصورت نهر و رودخانه جاری شده و به دریا می ریزد. از آب جاری و ریزشی می توان به نحو احسن استفاده نمود. همانطوریکه قبلاً گفته شد ، انرژی عبارت است از «توانایی انجام کار». بنابراین می توان از آب جاری ، که حاوی انرژی جنبشی است ، برای تولید برق استفاده کرد.

 در گذشته برای خرد کردن گندم و ذرت در آسیابها، از آب جاری برای چرخاندن چرخهای چوبی آسیاب استفاده می کردند. این نوع آسیاب را آسیاب آبی یا آسیاب غلات می گفتند.

در سال 1086 ، کتاب چند جلدی Domesday نوشته شد. در این کتاب فهرست کلیه املاک ، خانه ها ، فروشگاهها و سایر موارد در انگلستان ارائه شده است. در این کتاب فهرست 5624 آسیاب آبی واقع در جنوب رودخانه ترنت (Trent) در انگلستان درج شده است. به عبارت دیگر به ازای هر 400 نفر یک آسیاب وجود داشت.

گردش چرخهای آسیاب آبی یا از طریق آبهای ریزشی (ریزش آب از بالا برروی چرخ) و یا آبهای جاری (رودخانه) صورت می گیرد (این نوع آسیابها در تصویر نشان داده شده اند). امروزه از آب جاری نیزمی توان برای تولید برق استفاده نمود. هیدرو به معنی آب است. بدین ترتیب هیدرو – الکتریک یعنی تولید برق از طریق انرژی آب .

استفاده از انرژی جنبشی آب جاری جهت تولید برق را نیروی هیدروالکتریک گویند. با ایجاد سد میتوان جریان رودخانه را متوقف نمود. همانطوریکه در تصویر مربوط به سد شاستا (Shasta) در شمال کالیفرنیا ملاحضه می فرمائید ، با ایجاد سد، مخزنی از آب تشکیل می شود. اما سدهای احداثی برروی رودخانه های بزرگتر باعث تشکیل مخزن نمی شود. جهت تولید برق در یک نیروگاه هیدروالکتریکی ، آب رودخانه به داخل آن هدایت می شود. در تصویر ، سد دالاس را مشاهده می کنید که برروی رودخانه کلمبیا، در طول مرز بین ایالت اورگون و واشنگتن ، احداث شده است.