نیروی آبی که به عنوان نیروی برق آبی نیز شناخته می شود، نیرویی است که از انرژی آب در حال سقوط یا جریان سریع به دست می آید که ممکن است برای اهداف مفید مهار شود. نیروی آبی حاصل از بسیاری از آسیاب های آبی بارها به عنوان منبع انرژی تجدیدپذیر برای آبیاری و بهره برداری از دستگاه های مکانیکی مختلف مانند کارخانه های چوب بری استفاده شده است.
در قرن نوزدهم ، برق آبی به منبعی برای تولید برق تبدیل شد. Cragside در نورثامبرلند، انگلستان اولین خانه ای بود که در سال 1878 با برق آبی کار می کرد و اولین نیروگاه برق آبی تجاری در آبشار نیاگارا در سال 1879 ساخته شد. در سال 1881، لامپ های خیابانی در شهر آبشار نیاگارا با انرژی آبی کار می کردند.
اهداف یادگیری
تولید برق آبی
در تولید برق آبی، آب در ارتفاع بالاتری جمع‌آوری یا ذخیره می‌شود و از طریق لوله‌ها یا تونل‌های بزرگ‌تر به سمت پایین‌تر هدایت می‌شود. تفاوت در این دو ارتفاع به عنوان سر شناخته می شود. در انتهای مسیر عبور آن از لوله ها، ریزش آب باعث چرخش توربین ها می شود. توربین ها به نوبه خود ژنراتورهایی را هدایت می کنند که انرژی مکانیکی توربین ها را به الکتریسیته تبدیل می کنند. سپس از ترانسفورماتورها برای تبدیل ولتاژ متناوب مناسب برای ژنراتورها به ولتاژ بالاتر مناسب برای انتقال از راه دور استفاده می شود. ساختاری که توربین‌ها و ژنراتورها را در خود جای داده و لوله‌ها یا پنستوک‌ها در آن تغذیه می‌کنند، نیروگاه نامیده می‌شود.
محل
نیروگاه‌های برق آبی معمولاً در سدهایی قرار می‌گیرند که رودخانه‌ها را مسدود می‌کنند و در نتیجه سطح آب پشت سد را بالا می‌برند و تا آنجا که امکان‌پذیر است، ارتفاع ایجاد می‌کنند. توان بالقوه ای که می توان از حجم آب به دست آورد، با سر کار نسبت مستقیم دارد. برای تولید مقدار مساوی توان، نصب هد کار کم به حجم آب بیشتری نسبت به نصب هد کار بالا نیاز دارد.
ذخیره سازی نیروگاه های آبی
تقاضا برای برق در ساعات مختلف روز به طور قابل توجهی متفاوت است. به منظور یکنواخت کردن بار ژنراتورها، گهگاه ایستگاه‌های برق آبی با ذخیره‌سازی پمپ ساخته می‌شوند. در طول دوره‌های خارج از پیک، مقداری از نیروی اضافی موجود به ژنراتوری که به‌عنوان یک موتور کار می‌کند تامین می‌شود و توربین را برای پمپاژ آب به مخزن مرتفع هدایت می‌کند. سیستم‌های ذخیره‌سازی پمپی کارآمد هستند و راهی مقرون‌به‌صرفه برای برآورده کردن بارهای اوج هستند.
در برخی مناطق ساحلی، نیروگاه های برق آبی ساخته شده اند تا از افزایش و سقوط جزر و مد استفاده کنند. هنگامی که جزر و مد وارد می شود، آب در یک یا چند مخزن جمع می شود تا توربین های هیدرولیک و ژنراتورهای الکتریکی جفت شده آنها را به حرکت درآورد.
سقوط آب یکی از سه منبع اصلی انرژی است که برای تولید برق استفاده می شود، دو منبع دیگر سوخت های فسیلی و سوخت های هسته ای هستند. نیروی برق آبی نسبت به سایر منابع دارای مزایای خاصی است زیرا به دلیل ماهیت تکرارشونده چرخه هیدرولوژیکی به طور مداوم قابل تجدید است و آلودگی حرارتی ایجاد نمی کند.
برق آبی یک منبع انرژی ترجیحی در مناطقی با بارندگی شدید و مناطق تپه ای یا کوهستانی است که در مجاورت معقولی نزدیک به مراکز اصلی بار قرار دارند.
بسیاری از اثرات منفی زیست‌محیطی انرژی آبی از سدهای مرتبط ناشی می‌شود که می‌تواند مهاجرت ماهی‌های تخم‌ریزی مانند سالمون را مختل کند و با پر شدن مخازن، جوامع زیست‌محیطی و انسانی را برای همیشه جابجا کند.
مبدل برق ترمیونیک که ژنراتور ترمیونیک نیز نامیده می شود، وسیله ای است که گرما را مستقیماً به الکتریسیته با استفاده از گسیل ترمیونیک تبدیل می کند، نه اینکه ابتدا آن را به شکل دیگری از انرژی تغییر دهد.
یک مبدل توان ترمیونی دارای دو الکترود است، یکی از این الکترودها به دمای کافی بالا می رود تا تبدیل به یک تابشگر الکترون ترمیونی شود و الکترود دیگر که کلکتور نامیده می شود، چون الکترون های ساطع شده را دریافت می کند، در دمای بسیار پایین تری کار می کند. فضای بین الکترودها گاهی اوقات خلاء است اما معمولاً با فشار کم با گاز یا بخار پر می شود. مبدل های ترمیونیک دستگاه های حالت جامد بدون قطعات متحرک هستند و نسبت توان به وزن نسبتاً زیادی را نشان می دهند، آنها برای برخی از کاربردها در فضاپیماها مناسب هستند.
مبدل قدرت ترمیونیک را می توان به عنوان یک دیود الکترونیکی در نظر گرفت که گرما را از طریق انتشار ترمیونیک به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. همچنین می توان آن را از نظر ترمودینامیک به عنوان یک موتور حرارتی در نظر گرفت که از گاز غنی از الکترون به عنوان سیال کاری خود استفاده می کند.
انواع مبدل ترمیونیک
انواع اصلی مبدل های ترمیونیک عبارتند از:
مزایای نیروگاه های آبی
مزایای استفاده از برق آبی عبارتند از:
معایب نیروگاه های آبی
معایب برق آبی عبارتند از:
خلاصه
