انرژی آبی (برق آبی)

انسانها سال‌ها پیش از میلاد مسیح نیز از جزر و مد و جریانات موج آب بهره می‌گرفتند. برای مثال از نوسانات دوره‌ای موج به خوبی آگاه بودند و می‌دانستند چه زمانی و کجا با جریانات آبی قوی مواجه خواهند شد. تأسیسات و بناهای کوچک هیدرودینامیکی متعددی نظیر سیستم‌های پمپاژ آب و آسیاب‌های بادی از قرون وسطی در سرتاسر جهان به جا مانده است. برخی از این ابزار و وسایل هنوز و در دوران اخیر نیز استفاده می‌شدند. برای مثال چرخ آبی بزرگ برای پمپاژ آب در هامبورگ آلمان تا قرن نوزدهم همچنان مورد استفاده بود.

شهر لندن از چرخ آبی بزرگی استفاده می‌کرد که در سال ۱۵۸۰ میلادی بر روی پل لندن تعبیه شده بود و بمدت ۲۵۰ سال آب سالم برای شهر فراهم می‌نمود. لیکن با پیشرفت صنعتی بشر و جامعه، برق رسانی و الکتریکی کردن تمام جنبه‌های تمدن مدرن به توسعه مبدل‌های گوناگون جهت انتقال منابع انرژی پتانسیل به انرژی الکتریکی منجر شد. در این راستا مطالعات جدی به منظور طراحی نیروگاه‌های موجی در مقیاس صنعتی برای استفاده و بهره‌گیری از انرژی موج در قرن بیستم با رشد سریع دانش الکتریک در صنعت آغاز گردید.

روش تولید انرژی

بیشتر نیروگاه‌های برق-آبی انرژی مورد نیاز خود را از انرژی پتانسیل آب پشت یک سد تأمین می‌کنند. در این حالت مقدار انرژی تولیدی از آب به حجم آب پشت سد و اختلاف ارتفاع بین منبع و محل خروج آب سد وابسته‌است. به این اختلاف ارتفاع، ارتفاع فشاری می‌گویند و آن را با H (مخفف Head) نمایش می‌دهند. در واقع میزان انرژی پتانسیل آب با ارتفاع فشاری آن متناسب است. برای افزایش فاصله یا ارتفاع فشاری، آب معمولاً برای رسیدن به توربین آبی فاصله زیادی را در یک لوله بزرگ (penstock) طی می‌کند.
نیروگاه آب تلمبه‌ای، نوعی دیگر از نیروگاه آبی است. وظیفهٔ یک نیروگاه آب تلمبه‌ای پشتیبانی شبکه الکتریکی در ساعات اوج مصرف (ساعات پیک) است. این نیروگاه تنها آب را در ساعات مختلف بین دو سطح جابجا می‌کند. در ساعاتی که تقاضا برای انرژی الکتریکی پایین است با پمپ کردن آب به یک منبع مرتفع انرژی الکتریکی را به انرژی پتانسیل گرانشی تبدیل می‌کند. در زمان اوج مصرف، آب دوباره از مخزن به سمت پایین جاری می‌شود و با چرخاندن توربین آبی موجب تولید برق و رفع نیاز شبکه می‌شود. این نیروگاه‌ها با ایجاد تعادل در ساعات مختلف موجب بهبود ضریب بار شبکه و کاهش هزینه‌های تولید انرژی الکتریکی می‌شوند.

 

معایب و مزایای این انرژی

از مزایای آن می توان به موارد زیر اشاره کرد:

۱-مقرون به صرفه

برق آبی فقط یک منبع کم هزینه انرژی تجدید پذیر نیست. این منبع جزو مقرون به صرفه ترین منابع انرژی تجدید پذیر موجود است. و از آنجایی که برق آبی انرژی خود تجدید را از رودخانه ها دریافت می کند، تولید برق از آب وابسته به نوسانات غیر قابل پیش بینی قیمت انرژی در بورسهای انرژی نمی باشد.

۲-پایدار

با استفاده از برق آبی – منبع اصلی انرژیهای تجدید پذیر ما- از انتشار سالیانه بیش از ۱۵۴ میلیون تن آلاینده های کربن در ایران جلوگیری می شود.

۳-اشتغال زایی

صنعت برق آبی ایران پتانسیل ایجاد ۱۰۰٫۰۰۰شغل متراکم را تا سال ۱۳۹۳ داراست که در قرن ۲۱ ایرانی ها را به ایجاد زیرساختهای انرژی پاک متعهد می کند. صنعت برق آبی ایران در حال حاضر حدود۵۰٫۰۰۰ کارگر در بخشهای توسعه پروژه، ساخت، امکانات بهره برداری و تعمیر و نگهداری را به کار گماشته است.

همچنین می توان به کنترل سیلاب، ناوبری، آبیاری، تامین آب و طیف وسیعی از فرصت های تفریحی نیز اشاره کرد.

این انرژی معایبی نیز دارا می باشد که می توان به موارد زیر اشاره نمود:

۱-آسیب به محیط زیست

پروژه‌های احداث سد معمولاً با تغییرات زیادی در اکوسیستم منطقه احداث سد همراه هستند.با تمام فعالیت‌هایی که برای ایجاد محیط مناسب برای ماهی‌ها انجام می‌شود بازهم با ساخت سد از میزان ماهی‌ها کاسته می‌شود. در کشورهایی مانند ایالات متحده بستن مسیر مهاجرت ماهی‌ها و دیگر موجودات آبزی به وسیله سد ممنوع است و حتماً باید برای عبور آنها تمهیداتی اندیشیده شود.

۲-انتشار گازهای گلخانه‌ای
آب جمع شده در پشت سد در مناطق گرمسیری می‌تواند مقدار قابل توجهی از گاز متان و گاز کربنیک را تولید کند. این گازها در اثر پوسیدگی قسمت‌های مختلف گیاهان و زباله‌هایی به وجود می‌آیند که از بالای رودخانه آمده‌اند و به وسیله باکتری‌های ناهوازی تجزیه می‌شوند. بیشتر گاز تولیدی در اثر پوسیدگی را گاز متان تشکیل می‌دهد که از نظر آثار گلخانه‌ای از دی‌اکسیدکربن خطرناک‌تر است.

۳-جابجایی جمعیت
از دیگر معایب ساخت سدها، جابجایی جمعیت ساکن در مناطق زیر آب رفته توسط آب پشت سد است. این مناطق ممکن است شامل مناطقی باشد که از نظر فرهنگی یا اعتقادی دارای ارزش بالایی هستند و بدین ترتیب دلبستگی زیادی بین مردم ساکن با منطقه و آن منطقه خاص وجود دارد و به این ترتیب با بالا آمدن آب این مکان‌های تاریخی یا فرهنگی از بین خواهند رفت.

انرژی برق آبی در ایران

هم اکنون ظرفیت نصب شده نیروگاههای برق آبی کشور در مجموع حدود هشت هزار و ۲۰۰ مگاوات است که سهمی معادل ۱۴درصد ظرفیت نصب شده کل نیروگاههای کشور است و ۴۶ نیروگاه برق آبی با ۱۰۹ واحد نیروگاهی در مدار قرار دارند.
راه اندازی اولین مولد برق در ایران با کاربرد عمومی حدود ۱۰۰ سال قبل برمی گردد ولی نخستین نیروگاه برق آبی به اوایل دهه ۴۰ برمی گردد.
در این میان، نیروگاه دز که همچنان با تلاش متخصصان ایرانی همچنان در مدار بهره برداری قرار دارد یکی از اولین نیروگاه‌های برق آبی در کشور شناخته می شود.
در استان خوزستان به دلیل داشتن پتانسیل بالای منابع آب و ضرورت بهره‌برداری بهینه از آنها باعث شده اقدامات قابل توجهی در زمینه اجرای طرح های برق آبی صورت پذیرد به طوری که شاهد شش نیروگاه بزرگ در این استان هستیم و از سویی حدود ۸۵ درصد از کل پتانسیل برق آبی کشور است که در استان خوزستان قرار دارد.
رودخانه کارون پر آب‌ترین رودخانه ایران است که از سلسله جبال زاگرس سرچشمه می‌گیرد و در پایین دست بند انحرافی گتوند وارد دشت خوزستان می‌شود و در نهایت به خلیج فارس می پیوندد. در دهه‌های اخیر پتانسیل تولید برق این رودخانه مورد توجه واقع شده و اقدامات گسترده‌ای جهت بالفعل نمودن این توانائی صورت پذیرفته است. از جمله این اقدامات احداث سری سدهای کارون جهت کنترل سیلاب‌های این رودخانه و تولید انرژی برق آبی از کیلومترهای ۳۷۷ تا ۷۴۷ رودخانه است.
نیروگاه برق‌آبی کارون چهار دارای چهار واحد ۲۵۰ مگاواتی در مجموع ظرفیت تولید یک‌هزار مگاوات برق را داراست و در سال دو هزار و ۱۰۷ گیگاوات ساعت برق تولید می کند. با بهره‌برداری از سد کارون چهار هم اکنون تمام واحدهای این نیروگاه در مدار قرار دارند.
نیروگاه برق‌آبی کارون سه نیز به ظرفیت دو هزار و ۲۸۰ مگاوات جهت تولید سالیانه چهار هزار و ۱۷۲ گیگاوات ساعت انرژی برق و کنترل فرکانس و افزایش پایداری شبکه برق سراسری مورد بهره برداری قرار گرفته است.
همچنین نیروگاه برق‌آبی کرخه دارای سه واحد ۱۳۳٫۳ مگاواتی است که در سال ۹۳۴ گیگاوات ساعت برق تولید می‌کند و نیروگاه مسجد سلیمان با چهار واحد برق‌‌آبی در مجموع یک هزار مگاوات ظرفیت دارد و در طرح توسعه آن چهار واحد ۲۵۰ مگاواتی دیگر احداث خواهد شد و هم اکنون بیش از سه هزار و ۷۰۰ گیگاوات ساعت برق تولید می‌کند.
نیروگاه برق‌آبی گتوند نیز در مرحله اول بهره‌برداری خود یک هزار مگاوات و در مرحله بعد یک هزار مگاوات دیگر و بطور متوسط سالیانه چهار هزار و ۲۵۰ گیگاوات ساعت انرژی تولید خواهد کرد.
همچنین نیروگاه برق‌آبی سیمره تولید ۸۵۰ گیگاوات ساعت در سال انرژی برق آبی به منظور کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای حدود ۵۴۰ هزار تن در سال احداث شده و دارای سه واحد ۱۶۰ مگاواتی است.
در این میان نیروگاه برق‌آبی رودبار لرستان تولید ۹۸۶ گیگاوات ساعت در سال انرژی برق‌آبی به منظور کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای به میزان حدود ۶۲۶ هزار تن در سال و کاهش هزینه استهلاک نیروگاه‌های حرارتی در حال مطالعه است و نیروگاه ‘خرسان سه’ نیز با هدف تولید یک هزار و ۱۲۱ گیگاوات ساعت انرژی برق‌آبی در سال و کاهش انتشار گازهای گلخانه ای در حدود ۷۱۱ هزار تن در سال در دست اجرا قرار دارد.
همچنین نیروگاه برق‌آبی بختیاری با درا بودن ظرفیتی معادل یک هزار و ۵۰۰ مگاوات تولید دو هزار و ۹۸۴ گیگاوات ساعت در سال انرژی برق‌آبی را خواهد داشت و موجب کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای به میزان یک میلیون و ۹۰۵ هزار به میزان در سال خواهد شد.
نیروگاه برق‌آبی سیاه بیشه در شمال کشور نیز با هدف ایجاد تعادل در شبکه برق کشور در ساعت‌های پربار و کم بار و تولید انرژی برق‌‌آبی با ظرفیت یک هزار و ۴۰ مگاوات در ساعت‌های پر بار مصرف انرژی الکتریکی در حال احداث است.