نیروگاه برق آبی چیست و فواید و مضرات زیست محیطی آن

نیروگاه برق آبی تاسیساتی است که از طریق آب ذخیره شده در پشت سدها انرژی الکتریکی تولید می کند که به آن انرژی برق آبی نیز گفته می شود. این نیروگاه با مهارقدرت آب در حین حرکت – مانند آبی که از بالای یک آبشار عبور می کند – برق تولید می کند. مردم هزاران سال است از این نیرو استفاده می کنند. مثلا بیش از دو هزار سال پیش ، مردم یونان با استفاده از آب رودخانه ها با چرخ آسیاب گندم خود را به آرد تبدیل می کردند.

در سال ۲۰۱۵ ، نیروگاه برق آبی ۱۶.۶٪ از کل برق جهان و ۷۰٪ از کل برق تجدید پذیر را تولید کرده است و انتظار می رود برای ۲۵ سال آینده هر سال حدود ۳.۱٪ افزایش یابد.

در حال حاضر نیروگاه برق آبی در ۱۵۰ کشور جهان کار می کنند و در منطقه آسیا و اقیانوسیه ۳۳ درصد نیروی برق آبی جهان در سال ۲۰۱۳  تولید شده است. چین با تولید ۹۲۰ TWh در سال ۲۰۱۳ بزرگترین تولید کننده انرژی برق آبی است  که ۱۶.۹٪ از مصرف برق داخلی کشور را تامین می کند. در ادامه مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک توضیحات بیشتری در این رابطه ارائه می گردد لطفا همراه ما باشید.

حقایقی در رابطه با نیروگاه برق آبی

هزینه تولید برق آبی نسبتاً کم است و آن را به یک منبع رقابتی از برق تجدیدپذیر تبدیل می کند. نیروگاه های آبی برخلاف نیروگاه های زغال سنگ یا گاز ، هیچ آبی مصرف نمی کند. هزینه معمول تولید برق از یک نیروگاه آبی بزرگتر از ۱۰ مگاوات ۳ تا ۵ سنت ایالات متحده در هر کیلووات ساعت است. با داشتن یک سد و مخزن ، نیروگاه برق آبی یک منبع انعطاف پذیر برای تولید برق است ، زیرا مقدار انرژی تولید شده توسط ایستگاه می تواند خیلی سریع (در عرض چند ثانیه) بالا یا پایین شود تا با تغییر تقاضای انرژی سازگار شود.

پس از احداث مجتمع برق آبی ، این پروژه هیچ زباله مستقیمی تولید نمی کند و به طور کلی دارای خروجی گازهای گلخانه ای بسیار کمتری نسبت به نیروگاه های فتوولتائیک و مسلماً نیروگاه های دارای انرژی سوخت فسیلی است. با این حال ، هنگامی که در جنگل های بارانی پست ساخته می شود ، جایی که طغیان برای بخشی از جنگل لازم است می توانند مقدار قابل توجهی گازهای گلخانه ای منتشر کند.

احداث یک مجموعه برق آبی می تواند تأثیرات قابل توجهی در محیط زیست ایجاد کند ، عمدتا باعث از دست دادن زمین های قابل کشت و جابجایی جمعیت می شود.  آنها همچنین زیست محیط  طبیعی رودخانه درگیر را مختل می کنند و روی زیستگاه ها ، اکوسیستم ها ، الگوهای لجن زدگی و فرسایش تأثیر می گذارند. در حالی که سدها می توانند خطرات ناشی از طغیان را بهبود بخشند ، اما در عین حال خطر خرابی سد را نیز شامل می شوند که می تواند فاجعه بار باشد.

نیروگاه برق آبی چگونه کار می کند؟

اکثر نیروگاه های برق آبی دارای یک مخزن آب ، یک دریچه یا شیر برای کنترل میزان جریان آب از مخزن و یک خروجی یا مکانی هستند که پس از جاری شدن آب به سمت پایین به پایان می رسد. آب دقیقاً قبل از ریختن از بالای سد یا سرازیر شدن از تپه ، انرژی بالقوه ای به دست می آورد. انرژی پتانسیل با سرازیر شدن آب به انرژی جنبشی تبدیل می شود. از آب می توان برای چرخش پره های توربین برای تولید برق استفاده کرد که بین مشترکان نیروگاه توزیع می شود.

میزان الکتریسیته قابل تولید به مقدار آب و میزان حرکت آب در سیستم بستگی دارد. برق می تواند از طریق خطوط انتقال طولانی به خانه ها ، کارخانه ها و مشاغل مختلف منتقل شود. انواع دیگر نیروگاه های برق آبی از جریان مسیلی بدون سد استفاده می کنند.

انواع نیروگاه برق آبی

سه نوع مختلف نیروگاه برق آبی وجود دارد که متداول ترین آنها تأسیسات توقیفی است. در تاسیسات توقیفی از سدی برای کنترل جریان آب ذخیره شده در استخر یا مخزن استفاده می شود. در صورت نیاز به انرژی بیشتر ، آب از سد آزاد می شود. با آزاد شدن آب ، جاذبه زمین آب را به سمت توربین می کشد. همانطور که پره های توربین می چرخند آنها یک ژنراتور را تغذیه می کنند.

نوع دیگر نیروگاه های برق آبی ، امکانات انحرافی است. این نوع از تاسیسات  بی نظیر است زیرا از سد استفاده نمی کند. در عوض ، از یک کانال استفاده می کند تا آب رودخانه جاری را به سمت توربین های تولید کننده انرژی هدایت کند.

نوع سوم تاسیسات ، مرکز ذخیره – پمپاژ نامیده می شود. این نیروگاه انرژی تولید شده از انرژی خورشیدی ، بادی و هسته ای را جمع آوری کرده و برای استفاده در آینده ذخیره می کند. این نیروگاه با پمپاژ آب از قسمت بالای استخر در ارتفاع کمتر انرژی را ذخیره می کند. وقتی تقاضای زیادی برای برق وجود دارد ، آب واقع در استخر بالاتر آزاد می شود. وقتی این آب به سمت مخزن پایین می رود ، توربینی را برای تولید برق بیشتر می چرخاند و برق تولید می شود.

بزرگترین نیروگاه برق آبی در جهان

سد سه گورخ در چین ، که رودخانه یانگ تسه را مهار می کند ، از نظر تولید برق ، بزرگترین سد برق آبی در جهان است. این سد ۲۳۳۵ متر (۷،۶۶۰ فوت) طول و ۱۸۵ متر (۶۰۷ فوت) طول دارد و ژنراتورهای کافی برای تولید ۲۲۵۰۰ مگاوات نیرو در آن نصب شده است.

انرژی برق آبی متداول ترین منبع تجدید پذیر برق است. چین بزرگترین تولید کننده برق آبی است. دیگر تولید کنندگان برتر برق آبی در سراسر جهان عبارتند از ایالات متحده ، برزیل ، کانادا ، هند و روسیه. تقریباً ۷۱ درصد از کل برق تجدیدپذیر تولید شده در زمین از طریق نیروگاه های برق آبی تأمین می شود.

مزایای استفاده از انرژی برق آبی

انرژی برق آبی یکی از ارزان ترین و قدیمی ترین روش های تولید نیرو است که آن را به یک منبع رقابتی انرژی تجدیدپذیر تبدیل می کند برق آبی دارای مزایا و معایب مختلفی است . با افزایش روزافزون تقاضا برای انرژی تجدیدپذیر جهت تأمین انرژی کره زمین ، ما به بررسی نکات مثبت و منفی انرژی برق آبی می پردازیم. تکنولوژی برق آبی به طور کلی در چهار دسته طبقه بندی می شوند: متعارف (سدها) ، ذخیره پمپاژ ، آب رودخانه و دریا (جزر و مد).

تجدید پذیر است

انرژی برق آبی تجدید پذیر در نظر گرفته می شود زیرا از آب موجود در روی زمین برای تولید برق استفاده می کند. به دلیل وجود چرخه طبیعی آب ، آب دوباره به زمین بر می گردد و هرگز کمبود آب نخواهد داشت. مقدار برق آبی تولید شده می تواند در نتیجه خشکسالی و پایین آمدن سطح آب متفاوت باشد اما فصلی است.

تمیز و ایمن است

برخلاف سوخت های فسیلی ، زیست توده و انرژی هسته ای ، انرژی برق آبی یک منبع جایگزین تمیز و سبز انرژی است. از آنجا که سدهای آبی از سوخت استفاده نمی کنند ، هیچ گاز گلخانه ای یا سمی در محیط آزاد نمی کنند. در نتیجه ، تولید انرژی برق آبی در برنامه های انرژی پاک بسیاری از کشورها در دستور کار قرار دارد.

 قابل انعطاف است

نیروگاه های برق آبی یک منبع انعطاف پذیر برق است زیرا نیروگاه های آبی می توانند به سرعت بالا و پایین شوند تا نیازهای متغیر انرژی را برآورده کنند. علاوه بر این ، در مقایسه با توربین های گازی یا نیروگاه های بخار ، زمان راه اندازی توربین های آبی بسیار کمتر است. واحدهای برق آبی همچنین به عنوان پشتیبان برای ژنراتورهای غیر برق آبی تولید می شوند.

منبع انرژی مقرون به صرفه

علیرغم هزینه های گران ساخت اولیه ، نیروگاه برق آبی یک منبع انرژی قابل رقابت از نظرهزینه است. نیروگاه های برق آبی دارای هزینه پایین نگهداری و بهره برداری هستند و از آنجا که قطعات کمی دارند به حداقل جایگزینی نیاز دارند.

همچنین ، سدها به طور معمول برای استفاده طولانی مدت طراحی می شوند و بنابراین قادر به تولید انرژی برق آبی تا متوسط ​​عمر ۵۰ تا ۱۰۰ سال هستند.

مناسب برای کاربردهای صنعتی

در حالی که اکثر نیروگاه های برق آبی به شبکه های برق عمومی تأمین می شوند ، برخی از آنها برای خدمت به بنگاه های اقتصادی خاص ساخته می شوند. نیروگاه های برق آبی اختصاصی غالباً برای تأمین مقادیر زیاد برق نیروگاه های الکترولیتی آلومینیوم ساخته می شوند.

استفاده های دیگر

مخازن ایجاد شده توسط پروژه های برق آبی غالباً در نوع خود به جاذبه های گردشگری تبدیل می شوند. از دریاچه ای که در پشت سد تشکیل می شود می توان برای اهداف تفریحی مانند ورزش های آبی و فعالیت های اوقات فراغت مانند ماهیگیری و قایقرانی استفاده کرد و همچنین از آب دریاچه می توان برای اهداف آبیاری و پرورش آبزیان استفاده کرد. نیروگاه های بزرگ برق آبی می توانند سیل ها را کنترل کنند زیرا می توانند مقادیر زیادی آب را ذخیره کنند.

جنبه های منفی نیروگاه های برق آبی

هزینه های بالای سرمایه اولیه

به دلیل چالش های لجستیکی هزینه  ساخت نیروگاه های برق آبی و سدها بدون توجه به نوع سازه می توانند بسیار باورنکردنی باشند. علاوه بر این ، اتمام پروژه ها مدت زیادی طول می کشد و برای بازیابی پول هزینه شده در ساخت و ساز نیز باید مدت زمان طولانی کار کند.

خطر شکست سد

از آنجا که سدها حجم زیادی از آب را مهار می کنند ، ساخت و ساز غیر استاندارد ، بلایای طبیعی یا خرابکاری و هجوم شدید آب می تواند برای شهرک ها و زیرساخت های پایین دست فاجعه بار باشد. این شکست ها نه تنها بر تأمین نیرو تأثیر می گذارد بلکه بر گیاهان ، جانوران و سایر اشکال زندگی نیز تأثیر می گذارد.

انتشار متان

مخازن و نیروگاه های برق آبی اغلب به عنوان محیط زیست در نظر گرفته می شوند اما سدهای برق آبی بیش از آنچه تخمین زده می شود به گرم شدن کره زمین کمک می کنند. محققان دریافتند که مواد گیاهی در مناطق سیل زده در محیط بی هوازی شروع به پوسیدگی و تجزیه می کنند. این امر منجر به آزاد شدن مقادیر قابل توجهی دی اکسید کربن و متان می شود که منجر به افزایش سطح آلودگی می شود.

افزایش احتمال خشکسالی

یکی از اصلی ترین نکات منفی در راه اندازی نیروگاه های برق آبی ، وقوع خشکسالی های محلی است. هزینه کلی انرژی بسته به میزان دسترسی به آب محاسبه می شود و خشکسالی می تواند به طور بالقوه بر این مسئله تأثیر بگذارد.

آسیب به اکوسیستم ها

مخازن بزرگ مرتبط با نیروگاه های برق آبی سنتی باعث غوطه ور شدن مناطق گسترده ای در بالادست سدها می شوند که گاهی اوقات جنگل های دره دشت و رودخانه ، تالاب و مراتع را از بین می برند. نیروگاه های برق آبی همچنین می توانند به اکوسیستم های آبی اطراف هم در بالادست و هم در پایین دست سایت نیروگاه آسیب برساند.

از آنجا که دریچه های توربین اغلب به طور متناوب باز می شوند ، قطع جریان طبیعی آب می تواند تأثیر زیادی بر اکوسیستم رودخانه و محیط زیست داشته باشد. ماهی های رودخانه و ماهی های پشت سد می توانند تحت تأثیر تخلیه آب از سد قرار بگیرند. حیواناتی مانند پرندگان ماهی خوار و سایر پرندگان آبزی و برخی از گونه های گیاهی که در زیستگاه های باتلاقی رشد می کنند به دلیل ساخت نیروگاه برق آبی  این زیستگاه ها را از دست می دهند.

جابجایی افراد محلی به دلیل خطر سیل

جمعیت های محلی که در پایین دست سد زندگی می کنند ، به دلیل وجود جریان های احتمالی آب شدید که ممکن است از سدها آزاد شود ، می توانند در برابر سیل آسیب پذیر شوند. در نتیجه ، مردم برای تسهیل ساخت سدهای مورد نیاز برای تولید برق آبی مجبور به جابجایی می شوند. کمیسیون جهانی سدها در سال ۲۰۰۰ تخمین زد که ساخت سدها ۴۰-۸۰ میلیون نفر را در سراسر جهان آواره كرده است.