دانش اندک در مورد نیروگاه های آبی

در رودخانه های طبیعی، آب از بالادست به پایین دست به صورت مخلوط با رسوب جریان می یابد و اغلب بستر رودخانه و شیب های کناره ها را شستشو می دهد که نشان می دهد مقدار مشخصی انرژی در آب پنهان است.در شرایط طبیعی، این انرژی پتانسیل در آبشستگی، هل دادن رسوب و غلبه بر مقاومت اصطکاکی مصرف می شود.اگر چند ساختمان بسازیم و تجهیزات لازم را نصب کنیم تا جریان ثابتی از آب در یک توربین آبی جریان یابد، توربین آبی توسط جریان آب مانند آسیاب بادی که می تواند به طور مداوم بچرخد هدایت می شود و انرژی آب تبدیل می شود. به انرژی مکانیکیهنگامی که توربین آب ژنراتور را به چرخش در می آورد، می تواند برق تولید کند و انرژی آب به انرژی الکتریکی تبدیل می شود.این اصل اساسی تولید برق آبی است.توربین های آبی و ژنراتورها اساسی ترین تجهیزات تولید برق آبی هستند.اجازه دهید یک مقدمه کوتاه با دانش اندک در مورد تولید برق آبی به شما ارائه دهم.

1. برق آبی و قدرت جریان آب

در طراحی یک نیروگاه برق آبی، برای تعیین مقیاس نیروگاه، شناخت ظرفیت تولید برق نیروگاه ضروری است.با توجه به اصول اولیه تولید نیروی برق آبی، دیدن اینکه ظرفیت تولید برق یک نیروگاه با میزان کاری که می‌تواند توسط جریان انجام شود، تعیین می‌شود، دشوار نیست.کل کاری را که آب می تواند در یک بازه زمانی معین انجام دهد انرژی آب و کاری که در واحد زمان (ثانیه) انجام شود توان جاری می نامیم.بدیهی است که هر چه قدرت جریان آب بیشتر باشد، ظرفیت تولید برق نیروگاه نیز بیشتر می شود.بنابراین برای دانستن ظرفیت تولید برق نیروگاه ابتدا باید توان جریان آب را محاسبه کنیم.توان جریان آب در رودخانه را می توان به این صورت محاسبه کرد، با این فرض که افت سطح آب در قسمت خاصی از رودخانه H (متر) باشد و حجم آب عبوری از سطح مقطع رودخانه به صورت واحد. زمان (ثانیه) Q (متر مکعب در ثانیه) است، سپس جریان قدرت مقطع برابر است با حاصل ضرب وزن آب و قطره.بدیهی است که هر چه افت آب بیشتر باشد، جریان بیشتر و قدرت جریان آب بیشتر می شود.
2. خروجی نیروگاه های برق آبی

تحت یک هد و جریان معین، برقی که یک نیروگاه برق آبی می تواند تولید کند، خروجی برق آبی نامیده می شود.بدیهی است که توان خروجی به قدرت جریان آب از طریق توربین بستگی دارد.در فرآیند تبدیل انرژی آب به انرژی الکتریکی، آب باید بر مقاومت بستر رودخانه ها یا ساختمان ها در طول مسیر از بالادست به پایین دست غلبه کند.توربین های آبی، ژنراتورها و تجهیزات انتقال نیز باید در حین کار بر بسیاری از مقاومت ها غلبه کنند.برای غلبه بر مقاومت باید کار کرد و نیروی جریان آب مصرف می شود که اجتناب ناپذیر است.بنابراین، توان جریان آبی که می توان برای تولید برق استفاده کرد، کمتر از مقدار به دست آمده با فرمول است، یعنی خروجی نیروگاه برق آبی باید برابر با توان جریان آب ضرب در ضریب کمتر از 1 باشد. به این ضریب راندمان نیروگاه برق آبی نیز می گویند.
مقدار مشخص راندمان یک نیروگاه برق آبی به مقدار اتلاف انرژی مربوط می شود که در هنگام عبور آب از ساختمان و توربین آب، تجهیزات انتقال، ژنراتور و غیره اتفاق می افتد، هر چه تلفات بیشتر باشد، راندمان کمتر می شود.در یک نیروگاه برق آبی کوچک، مجموع این تلفات حدود 25 تا 40 درصد از قدرت جریان آب را تشکیل می دهد.یعنی جریان آبی که می تواند 100 کیلووات برق تولید کند وارد نیروگاه برق آبی می شود و ژنراتور فقط می تواند 60 تا 75 کیلووات برق تولید کند، بنابراین راندمان نیروگاه برق آبی معادل 60 تا 75 درصد است.

از مقدمه قبلی می توان دریافت که وقتی دبی نیروگاه و اختلاف سطح آب ثابت باشد، توان خروجی نیروگاه به راندمان بستگی دارد.عمل ثابت کرده است که علاوه بر عملکرد توربین‌های هیدرولیک، ژنراتورها و تجهیزات انتقال، عوامل دیگری نیز بر کارایی نیروگاه‌های آبی تأثیر می‌گذارند، مانند کیفیت ساخت ساختمان و نصب تجهیزات، کیفیت بهره‌برداری و مدیریت و اینکه آیا طراحی نیروگاه برق آبی درست است، همه عواملی هستند که بر راندمان نیروگاه آبی تاثیر می گذارند.البته برخی از این عوامل تأثیرگذار اولیه و برخی ثانویه هستند و در شرایطی عوامل اولیه و ثانویه نیز به یکدیگر تبدیل خواهند شد.
با این حال، مهم نیست که چه عاملی باشد، عامل تعیین کننده این است که مردم اشیا نیستند، ماشین ها توسط انسان کنترل می شوند و تکنولوژی توسط فکر اداره می شود.بنابراین، در طراحی، ساخت و انتخاب تجهیزات نیروگاه‌های برق آبی، باید نقش ذهنی انسان را کاملاً بازی کرد و برای تعالی فناوری تلاش کرد تا اتلاف انرژی جریان آب را تا حد امکان به حداقل برساند.این برای برخی از نیروگاه های آبی است که افت آب خود نسبتاً کم است.از اهمیت ویژه ای برخوردار است.در عین حال، تقویت موثر بهره برداری و مدیریت نیروگاه های برق آبی، به منظور بهبود کارایی نیروگاه ها، استفاده کامل از منابع آبی و توانمندسازی نیروگاه های برق آبی کوچک برای ایفای نقش بیشتر ضروری است.