در این مقاله مهمترین مولفه های نیروگاه های برق آبی و نحوه کار آنها برای تبدیل انرژی از آب به انرژی الکتریکی تشریح می گردد. مهمترین قسمت نیروگاه برق آبی، سد است که به عنوان مخزن آب عمل می کند.
جریان آب در رودخانه از انرژی جنبشی و انرژی بالقوه (پتانسیل ) تشکیل شده است. در نیروگاه های برق آبی، انرژی بالقوه آب برای تولید برق استفاده می شود. چند مولفه مهم از نیروگاه برق آبی وجود دارد که ما در این مقاله مختصر و آموزنده خواهیم دید.
۱) سد
سد مهمترین جزء نیروگاه برق آبی است. سد بر روی یک رودخانه بزرگ ساخته شده است که آب فراوان زیادی در طول سال دارد. این باید در یک مکان ساخته شود که ارتفاع رودخانه به اندازه کافی بلند باشد تا حداکثر توان پتانسیل ممکن را از آب دریافت کند.
۲) مخزن آب
مخزن آب در پشت سد می باشد که در آن آب ذخیره شده است. آب در مخزن بالاتر از بقیه ساختار سد قرار دارد. ارتفاع آب در مخزن، میزان انرژی پتانسیل آب را تعیین می کند. ارتفاع بالاتر آب، انرژی پتانسیل آن نیز بیشتر خواهد بود. هم چنین، موقعیت بالای آب در مخزن باعث می شود تا بدون نیاز به کار خاصی به سمت پایین حرکت کند.
ارتفاع آب در مخزن بالاتر از ارتفاع طبیعی آب در رودخانه است، بنابراین تعادل تغییر می کند.هم چنین به افزایش انرژی پتانسیل آب کمک می کند که در نهایت باعث تولید برق بیشتری در واحد تولید انرژی می شود.
۳) ورودی یا دروازه کنترل
این دروازه ساخته شده در داخل سد می باشد. آب از مخزن آزاد شده و از طریق این دروازه ها کنترل می شود. اینها دروازه ورودی نامیده می شود زیرا آب از طریق این دروازه وارد واحد تولید نیرو می شود. هنگامی که دروازه های کنترل باز می شوند، آب به علت گرانش از طریق آبگیر به سمت توربین ها جریان می یابد. جریان آب در دروازه دارای پتانسیل و همچنین انرژی جنبشی است.
۴) دریچه مخصوص تنظیم جریان اب یا آب گیر ( The Penstock )
آب گیر لوله بلند یا شفتی است که جریان آب از مخزن را به سمت واحد تولید برق، شامل توربین ها و ژنراتور می شود، هدایت می کند. آب در آب گیر (The Penstock ) دارای انرژی جنبشی به دلیل حرکت و انرژی پتانسیل به دلیل ارتفاع است. مقدار کل انرژی تولید شده در نیروگاه برق آبی، بستگی به ارتفاع مخزن آب و مقدار آب در جریان در آب گیر (The Penstock ) دارد. مقدار جریان آب از طریق آب گیر (The Penstock ) توسط دروازه ها، کنترل می شود.
۵) توربین های آب
جریان آب از آب گیر اجازه ورود به واحد تولید برق، که توربین و ژنراتور را در آن قرار دارند، می دهد. وقتی آب بر روی پره های توربین سقوط می کند، انرژی جنبشی و پتانسیل آب به حرکت چرخشی پره توربین تبدیل می شود. پره های چرخشی باعث می شود که شفت توربین نیز بچرخد. شفت توربین داخل ژنراتور محصور شده است. در اکثر نیروگاه های برق آبی، بیش از یک واحد تولید برق وجود دارد. تفاوت زیادی در ارتفاع بین سطح توربین و سطح آب در مخزن وجود دارد.
تفاوت زیادی در ارتفاع بین سطح توربین و سطح آب در مخزن وجود دارد. این تفاوت ارتفاع، همچنین به عنوان سر آب شناخته می شود، میزان کل انرژی را که می تواند در نیروگاه برق آبی تولید شود، تعیین می کند. انواع توربین های آب مانند توربین کاپلان ( Kaplan turbine)، توربین فرانسیس (Francis turbine)، چرخ های Pelton و غیره وجود دارد. نوع توربین مورد استفاده در نیروگاه برق آبی، به ارتفاع مخزن، مقدار آب و ظرفیت تولید برق بستگی دارد.
۶) ژنراتورها
این در ژنراتور است که برق تولید می شود. شفت توربین آب در ژنراتور چرخانده می شود که جریان متناوب در سیم پیچ (coils ) ژنراتور تولید می کند. این چرخش محور درون ژنراتور است که میدان مغناطیسی تولید می کند که به وسیله القای الکترومغناطیسی به برق تبدیل می شود. از این رو چرخش محور توربین برای تولید برق بسیار مهم است و این به وسیله انرژی جنبشی و پتانسیل آب به دست می آید. بنابراین در نیروگاه های برق آبی، انرژی پتانسیل به برق تبدیل می شود.
