۱. اجزای پایه و عملکردهای یک نیروگاه برق آبی
سد (موانع رودخانهای)
عملکرد: سد یک جزء حیاتی در یک نیروگاه برق آبی است. عملکرد اصلی آن مسدود کردن رودخانه و تشکیل مخزن است. با بالا بردن سطح آب، مقدار زیادی آب ذخیره میکند و بدین ترتیب انرژی پتانسیل آب را افزایش میدهد. سد میتواند مقدار آب بالادست را کنترل کند و سطح آب و دبی مخزن را بر اساس نیازهای تولید برق و همچنین نیازهای فراگیر استفاده از آب و مدیریت سیلاب پاییندست تنظیم کند.
سامانه جذب و تغییر مسیر
عملکرد: سامانه جذب در نزدیکی پاییندست سد در مخزن قرار دارد. نقش آن ورود آب از مخزن به سامانه تولید برق است. سامانه جذب معمولاً دارای دریچهها و صافیهای زباله است. دریچهها میتوانند جریان آب را کنترل کنند و صافیهای زباله میتوانند اجسام شناور در آب (مانند شاخهها، زباله و غیره) را از ورود به سامانه تغییر مسیر منع کنند تا از خسارت به تجهیزات مانند توربینها جلوگیری شود. سامانه تغییر مسیر شامل تونلهای فشاری، لولههای فشاری و غیره است. آن آب را از سامانه جذب به توربین منتقل میکند و در این فرآیند از شیب استفاده میکند تا آب دارای فشار و سرعت کافی باشد. به عنوان مثال، در برخی از نیروگاههای برق آبی کوچک در درههای کوهستانی بلند، آب از مخزن به طریق تونلهای فشاری دوردست به نیروگاه تولید برق واقع در پاییندست هدایت میشود.
توربین
عملکرد: توربین تجهیز اصلی است که انرژی جریان آب را به انرژی مکانیکی تبدیل میکند. وقتی آب با فشار و سرعت مشخص روی راننده توربین تأثیر میگذارد، راننده شروع به چرخش میکند. بسته به نوع توربین (مانند توربین فرانسیس، توربین کاپلان، توربین لولهای و غیره)، ساختار راننده و نحوه تأثیر آب بر آن متفاوت است، اما اصل اساسی استفاده از انرژی جنبشی و پتانسیل آب برای چرخاندن راننده است. به عنوان مثال، توربین فرانسیس برای نیروگاههای برق آبی با ارتفاع متوسط تا بالا مناسب است. راننده آن میتواند به طور موثر انرژی آب را تحت تأثیر جریان آب به انرژی مکانیکی تبدیل کند و ژنراتور را برای تولید برق چرخاند.
ژنراتور
عملکرد: ژنراتور مستقیماً به توربین متصل است و وظیفه آن تبدیل انرژی مکانیکی خروجی توربین به انرژی الکتریکی است. اصل کار ژنراتور بر اساس قانون القای الکترومغناطیسی است. وقتی توربین روتر ژنراتور را در میدان مغناطیسی میچرخاند، یک القاء الکتروموتوری در پیچکهای استاتور القاء میشود و بدین ترتیب جریان متناوب تولید میشود. به عنوان مثال، در نیروگاههای برق آبی بزرگ، ظرفیت واحد ژنراتور میتواند به چند صد هزار کیلووات برسد و به طور موثر انرژی مکانیکی توربین را به انرژی الکتریکی با ولتاژ بالا و ظرفیت بزرگ برای انتقال برق در فواصل دور تبدیل میکند.
دریاچه پاییندست و سرریز
عملکرد: دریاچه پاییندست کانالی است که آب خروجی از توربین از طریق آن جریان مییابد. آب را به کانال رودخانهای پاییندست هدایت میکند. سرریز نقطه اتصال بین دریاچه پاییندست و کانال رودخانهای پاییندست است. از طریق سرریز، آب به رودخانه باز میگردد. در این فرآیند باید مطمئن شد که خروج آب اثرات منفی مانند فرسایش در کانال رودخانهای پاییندست را ایجاد نکند و نیازهای محیط زیستی نیز در نظر گرفته شود تا جریان اکولوژیک رودخانه حفظ شود. به عنوان مثال، برخی از نیروگاههای برق آبی تأسیسات تلف انرژی مانند حوضچههای آرامساز در سرریز ایجاد میکنند تا سرعت آب کاهش یابد و خسارت به بستر و کنارههای رودخانه پاییندست جلوگیری شود.
نیروگاه برق آبی ایتائیپو (برزیل و پاراگوئه)
نیروگاه برق آبی ایتائیپو در رودخانه پارانا واقع شده و یک نیروگاه برق آبی بزرگ است که توسط برزیل و پاراگوئه مشترکاً ساخته شده است. سد یک سد گرانیتی توخالی بتنی با ارتفاع ۱۹۶ متر و ظرفیت ذخیرهسازی کل ۲۹۰ میلیارد متر مکعب است. نیروگاه برق آبی ایتائیپو دارای ۱۸ واحد تولید برق آبی با ظرفیت واحد ۷۰۰۰۰۰ کیلووات است و ظرفیت نصب شده کل آن ۱۲۶۰۰۰۰ کیلووات است. این نیروگاه مقدار زیادی برق برای برزیل و پاراگوئه تأمین میکند و نقش مهمی در تأمین انرژی آمریکای جنوبی و همچنین ترویج توسعه اقتصادی و ساخت و ساز زیرساختهای محلی دارد.
نیروگاه برق آبی اسن (مصر)
نیروگاه برق آبی اسن بر روی رودخانه نیل ساخته شده و یک زیرساخت انرژی مهم مصر است. سد یک سد سنگی با هسته رسی است با ارتفاع ۱۱۱ متر و ظرفیت ذخیرهسازی مخزن ۱۶۸۹ میلیارد متر مکعب. نیروگاه برق آبی اسن ظرفیت نصب شده ۲۱۰۰۰۰۰ کیلووات دارد. ساخت آن اهمیت دوردستی برای تأمین برق مصر، آبیاری کشاورزی و مدیریت سیلاب دارد. با کنترل مقدار آب در رودخانه نیل، نیروگاه برق آبی اسن آب آبیاری کشاورزی را برای مصر تضمین میکند و همچنین برق پایداری برای صنایع و زندگی مردم مصر ارائه میدهد.
