نیروگاههای آبی برای تولید برق از نیروی جاذبهٔ زمین و نیروی خورشید استفاده میکنند. آب در اثر گرمای محیط که عمدهترین علت آن خورشید است بخار میشود و در اتمسفر صعود میکند. سپس بهصورت باران و برف فروریخته میشود. آب روی ارتفاعات ریخته و بهصورت نهرهای کوچک و پس از آن رودهای بزرگتر جاری میشود و آنگاه پس از طی نمودن مقداری از مسیر، انرژی پتانسیل گرانشی آن به انرژی جنبشی تبدیل میشود.در نیروگاههای آبی یا حالت بالا بهصورت طبیعی وجود دارد یا اینکه با ایجاد سد و تجمع آب و افزایش ارتفاع آن پشت سد حالت بالا را ایجاد میکنیم.
البته نیاز برای انرژی برق در طول روز تغییر میکند، برای مثال وقتی یک برنامهٔ تلویزیونی معروف به پایان میرسد نیاز به برق شدیداً تغییر میکند. نیاز به انرژی در هفتهها و فصلها نیز متغیر است. همینطور در روزهای تعطیل و روزهای کاری مصرف و تولید انرژی نسبت هم نوسانات زیادی دارند.
چالش اینجاست که عمدهٔ توان مصرفی توسط نیروگاههای با سوخت فسیلی تامین میشود که نیم ساعت یا بیشتر طول میکشد که به حداکثر ظرفیت خود برسند. این زمان در مورد نیروگاههای هستهای بیشتر هم هست. ما به چیزی نیاز داریم که بتواند فوراً از صفر به حداکثر ظرفیت تولید انرژی برسد، و بتواند حدود نیم ساعت کار کند تا نیروگاههای دیگر به سطح دلخواه تولید انرژی برسند.
بهمنظور تولید برق، از حجم عظیمی از آب در جایی که آبهای جاری از سطوح بالاتر به سطوح پایینتر، از میان یک توربین عبور میکنند، استفاده میشود. آب ناشی از بارندگی در دریاچههای پشت سد و در ارتفاعات بلند جمعآوری میشوند. پس از تولید، آب به درون رودخانه کشیده شده و بهآرامی حرکت میکند تا بالاخره به دریا برسد.آب مورداستفاده در یکفصل، توسط طبیعت در فصل بعدی دوباره وارد چرخه میشود. آب خودش تا محل نیروگاه میآید یعنی هیچ عملیات بهرهبرداری و جابهجایی (سوخت بنزین یا گاز) را شامل نمیشود و میتوان آن را برای استفادههایی نظیر نوشیدن یا آبیاری، دوباره هدایت کرد. نیروگاههای آبی راندمان بسیار بالایی (در حدود ۸۰%) دارند که بسیار بالاتر از نیروگاههای حرارتی است.
حفاظت از آنها در مقایسه با نیروگاههای حرارتی آسان و بسیار کمخرجتر است. Start و Shutdown نیروگاههای آبی سریع است. هزینه تولید برق بسیار کم است. (تنها هزینه عملکرد و حفاظت هزینه بر است) درصد خاموشیهای ناشی از نیروگاههای آبی بسیار کم بوده و بنابراین قابلیت اطمینان بالایی دارند. سیل توسط ذخیرهسازی دریاچهای که پشت سد در نظر گرفته شده، کنترل میشود. در این نیروگاه تغییرپذیری بالا در ساخت، کنترل و… نیز ممکن است.
بخشهای اصلی نیروگاه برق ـ آبی
تجهیزات نیروگاه
- جرثقیلها
- دریچههای انسداد لوله مکش
- مشخصات شیرهای ورودی
- توربینها
- سیستم گاورنر
- ژنراتور
- یکسوکننده
- تجهیزات میدان
- شینههای حفاظدار
- کلیدها
- تجهیزات برقگیر
- ترانسها
- سیستم کنترل نیروگاه
- سیستم جریان مستقیم (DC) و تغذیه غیر قابل قطع (UPS) نیروگاه
- سیستم جریان متناوب (AC) نیروگاه
طبقهبندی نیروگاههای آبی بر اساس خصوصیات هیدرولیكی
- نیروگاههای آبی قراردادی
- نیروگاههای Pumped storage
- نیروگاههای Tidal power كشنده توان
- نیروگاههای Depression power
طبقهبندی نیروگاههای آبی بر اساس عملكرد
peak load plant: اگر نیروگاه آبی در این دسته قرار گیرد بدین معنا میباشد که میتواند در کمترین زمان ممکن استارت شده و به شبکه برگردد. هدف از ساخت این نیروگاهها صرفاً پیک سایی میباشد.
base load plant: این نیروگاه برخلاف نیروگاه بالایی نهتنها در زمانهای اوج بار بلکه میتواند بهصورت عادی نیز در مدار قرار گیرد و پاسخگوی نیاز شبکه باشد.
طبقهبندی هیدروتوربینها (توربینهای مختص نیروگاه آبی)
impulse (ضربهای): شکل فوران مانند، فشار، تمام انرژی را به انرژی جنبشی تبدیل میکند. فوران از رشته فرورفتگیهای پروانه توربین به کار برده شده در پیرامون چرخ وارد میشوند. علت تاثیر، گردانه توربین آبی است که چرخانده میشود.
reaction (واکنشی): بر اساس بازگشت واکنش کار میکند. آب در فشار بالا و حجم پائین به توربین وارد شده، قسمتی از این فشار به انرژی جنبشی تبدیل و سپس آب به گردانه توربین آبی وارد و انرژی فشار متعاقباً به انرژی جنبشی تبدیل میشود. آب جریان یافته در میان گردونهٔ توربین، یک واکنش را بر روی پره گردانه به وجود آورده و گردانه را میچرخاند.