منابع انرژی آبی جهان و استفاده از آنها

2024 نویسنده: Angel Austin | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 05:24

منابع انرژی آبی دارای ارزش محدودی هستند، اگرچه آنها تجدیدپذیر در نظر گرفته می شوند. آنها ثروت ملی هستند، مانند نفت، گاز یا سایر مواد معدنی، و باید با دقت و سنجیده برخورد شود.

نیروی آب

حتی در زمان های قدیم، مردم متوجه می شدند که آب از بالا به پایین می تواند کارهای خاصی مانند چرخاندن چرخ را انجام دهد. از این خاصیت ریزش آب برای به حرکت درآوردن چرخ های آسیاب استفاده شد. بدین ترتیب اولین آسیاب های آبی ظاهر شدند که تقریباً به شکل اولیه خود تا به امروز باقی مانده اند. آسیاب آبی اولین نیروگاه برق آبی است.

تولید کارخانه‌ای که در قرن هفدهم آغاز شد، از چرخ‌های آب نیز استفاده می‌کرد و به عنوان مثال، در قرن هجدهم، قبلاً حدود سه هزار کارخانه از این دست در روسیه وجود داشت. مشخص است که قوی ترین تاسیسات چنین چرخ هایی در کارخانه کرنهولم (رودخانه نارووا) مورد استفاده قرار گرفت. چرخ های آب 9.5 متر قطر داشتند و تا 500 اسب بخار قدرت داشتند.

منابع انرژی آبی: تعریف، مزایا و معایب

در نوزدهمقرن پس از چرخ های آب، هیدروتوربین ها ظاهر شدند و پس از آنها - ماشین های الکتریکی. این امکان را فراهم کرد که انرژی حاصل از سقوط آب به انرژی الکتریکی تبدیل شود و سپس آن را در فاصله معینی منتقل کند. در روسیه تزاری، تا سال 1913، حدود 50000 واحد مجهز به توربین های آبی وجود داشت که برق تولید می کردند.

آن بخشی از انرژی رودخانه ها را که می توان به انرژی الکتریکی تبدیل کرد منابع برق آبی و دستگاهی که انرژی حاصل از سقوط آب را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند، نیروگاه برق آبی (HPP) نامیده می شود. دستگاه نیروگاه لزوماً شامل یک توربین هیدرولیک است که یک ژنراتور الکتریکی را به صورت چرخشی به حرکت در می آورد. برای به دست آوردن جریان آب در حال سقوط، ساخت نیروگاه مستلزم ساخت سدها و مخازن است.

مزایای استفاده از انرژی آبی:

• انرژی رودخانه قابل تجدید است.
• بدون آلودگی محیط زیست.
• به نظر می رسد برق ارزان است.
• شرایط آب و هوایی نزدیک مخزن در حال بهبود است.

معایب استفاده از انرژی آبی:

• آبگرفتن برخی از مناطق زمین برای ساختن یک مخزن.
• تغییر بسیاری از اکوسیستم ها در امتداد بستر رودخانه، کاهش جمعیت ماهی ها، ایجاد مزاحمت در مکان های لانه سازی پرندگان، آلودگی رودخانه ها.
• خطر ساخت و ساز در منطقه کوهستانی.

مفهوم پتانسیل انرژی آبی

برای ارزیابی منابع انرژی آبی یک رودخانه، کشور یا کل سیاره در جهانکنفرانس انرژی (MIREC) پتانسیل برق آبی را به عنوان مجموع ظرفیت های تمام بخش های قلمرو مورد بررسی که می تواند برای تولید برق مورد استفاده قرار گیرد، تعریف کرد. انواع مختلفی از پتانسیل انرژی آبی وجود دارد:

• پتانسیل ناخالص، که نشان دهنده منابع بالقوه انرژی آبی است.
• پتانسیل فنی بخشی از پتانسیل ناخالص است که می توان از نظر فنی استفاده کرد.
• پتانسیل اقتصادی بخشی از پتانسیل فنی است که استفاده از آن از نظر اقتصادی امکان پذیر است.

قدرت نظری مقداری جریان آب با فرمول

تعیین می شود.

N (kW)=9، 81QH،

جایی که Q نرخ جریان آب است (m³/sec)؛ H ارتفاع آبشار (m) است.

قوی ترین نیروگاه برق آبی جهان

در 14 دسامبر 1994، در چین، بر روی رودخانه یانگ تسه، ساخت بزرگترین نیروگاه برق آبی به نام سه دره آغاز شد. در سال 2006 ساخت سد به پایان رسید و اولین واحد برق آبی راه اندازی شد. این نیروگاه برق آبی قرار بود به نیروگاه برق آبی مرکزی چین تبدیل شود.

نمای سد این ایستگاه شبیه طراحی نیروگاه برق آبی کراسنویارسک است. ارتفاع سد 185 متر و طول آن 2.3 کیلومتر است. در مرکز سد یک سرریز وجود دارد که برای رهاسازی 116000 متر ³ آب در ثانیه طراحی شده است، یعنی از ارتفاع حدود 200 متری، بیش از 100 تن آب در آن می ریزد. یک ثانیه.

رود یانگ تسه که نیروگاه برق آبی Three Gorges بر روی آن ساخته شده است، یکی از بهترین هاست.رودخانه های قدرتمند جهان احداث نیروگاه برق آبی بر روی این رودخانه امکان استفاده از منابع طبیعی برق آبی منطقه را فراهم می کند. با شروع در تبت، در ارتفاع 5600 متری، رودخانه پتانسیل قابل توجهی از انرژی آبی را به دست می آورد. جذاب ترین مکان برای ساخت سد منطقه سه دره است، جایی که رودخانه از کوه به دشت می ریزد.

طراحی HPP

نیروگاه برق آبی Three Gorges دارای سه نیروگاه شامل 32 واحد برق آبی، هر یک با ظرفیت 700 مگاوات، و دو واحد برق آبی با ظرفیت 50 مگاوات است. ظرفیت کل نیروگاه 22.5 گیگاوات است.

در نتیجه ساخت سد، مخزنی به حجم 39 کیلومتر تشکیل شد³. ساخت این سد منجر به جابجایی ساکنان دو شهر با جمعیت 1.24 میلیون نفر به مکان جدید شد. علاوه بر این، 1300 شی باستان شناسی از منطقه سیل خارج شد. 11.25 میلیارد دلار برای تمام مقدمات ساخت این سد هزینه شده است. کل هزینه ساخت نیروگاه برق آبی Three Gorges 22.5 میلیارد دلار است.

ساخت این نیروگاه برق آبی به درستی امکان ناوبری را فراهم می کند، همچنین پس از ساخت مخزن، جریان کشتی های باری 5 برابر شد.

کشتی‌های مسافربری از بالابر کشتی عبور می‌کنند که به کشتی‌هایی با وزن بیش از ۳۰۰۰ تن اجازه عبور می‌دهد. دو خط قفل پنج مرحله ای برای عبور کشتی های باری ساخته شد. در این حالت وزن شناورها باید کمتر از 10000 تن باشد.

آبشار HPP Yangtze

منابع آب و انرژی آبی رودخانه یانگ تسه امکان ساخت و ساز بر روی این را فراهم می کند.این رودخانه بیش از یک نیروگاه برق آبی دارد که در چین ساخته شده است. در بالای نیروگاه برق آبی سه دره، یک آبشار کامل از نیروگاه های برق آبی ساخته شد. این قوی ترین آبشار نیروگاه های برق آبی با ظرفیت بیش از 80 گیگاوات است.

ساخت آبشار از مسدود شدن مخزن سه دره جلوگیری می کند، زیرا فرسایش بستر رودخانه در بالادست نیروگاه برق آبی را کاهش می دهد. پس از آن، لجن کمتری برای حمل در آب وجود دارد.

علاوه بر این، آبشار HPP به شما امکان می دهد جریان آب را به HPP Three Gorges تنظیم کنید و تولید برق یکنواختی را در آن بدست آورید.

Itaipu در رودخانه Parana

پارانا به معنای "رود نقره ای" است، این دومین رودخانه بزرگ در آمریکای جنوبی است و طول آن 4380 کیلومتر است. این رودخانه از زمین بسیار سخت می گذرد، بنابراین با غلبه بر آن، تندروها و آبشارهایی در مسیر خود ایجاد می کند. این شرایط نشان دهنده شرایط مساعد برای ساخت نیروگاه های برق آبی در اینجا است.

HPP Itaipu بر روی رودخانه Parana، در 20 کیلومتری شهر Foz do Iguacu در آمریکای جنوبی ساخته شد. از نظر قدرت، این نیروگاه برق آبی پس از نیروگاه سه دره دوم است. نیروگاه Itaipu که در مرز برزیل و پاراگوئه قرار دارد، برق کامل را به پاراگوئه و 20٪ به برزیل ارائه می دهد.

ساخت نیروگاه برق آبی در سال 1970 آغاز شد و در سال 2007 به پایان رسید. 10 ژنراتور 700 مگاواتی در سمت پاراگوئه و به همین تعداد در سمت برزیل نصب شده است. از آنجایی که در اطراف نیروگاه برق آبی یک جنگل گرمسیری وجود داشت که در معرض سیل قرار گرفت، حیوانات این مکان ها به مناطق دیگر منتقل شدند. طول این سد 7240 متر است.و ارتفاع 196 متر، هزینه ساخت 15.3 میلیارد دلار برآورد شده است. ظرفیت نیروگاه 14000 گیگاوات است.

منابع نیروگاه آبی روسیه

فدراسيون روسيه پتانسيل آب و انرژي زيادي دارد، اما منابع انرژي آبي اين كشور به شدت نابرابر در سرتاسر قلمرو آن توزيع شده است. 25٪ از این منابع در بخش اروپایی، 40٪ - در سیبری و 35٪ - در شرق دور واقع شده است. به گفته کارشناسان، در بخش اروپایی این ایالت، 46 درصد از پتانسیل انرژی آبی استفاده می شود و کل پتانسیل برق آبی ایالت 2500 میلیارد کیلووات ساعت تخمین زده می شود. این دومین نتیجه در جهان پس از چین است.

منابع انرژی آبی در سیبری

سیبری دارای ذخایر عظیمی از انرژی آبی است، سیبری شرقی به ویژه از نظر منابع انرژی آبی غنی است. رودخانه های لنا، آنگارا، ینیسی، اوب و ایرتیش در آنجا جریان دارند. پتانسیل آبی این منطقه 1000 میلیارد کیلووات ساعت برآورد شده است.

HPP Sayano-Shushenskaya به نام P. S. Neporozhny

ظرفیت این نیروگاه برق آبی 6400 مگاوات است. این نیروگاه قوی‌ترین نیروگاه برق آبی در فدراسیون روسیه است و در رتبه‌بندی جهانی در رتبه چهاردهم قرار دارد.

بخش ینی‌سی که کریدور سایان نام دارد، برای ساخت نیروگاه‌های برق آبی مناسب است. در اینجا رودخانه از میان کوه های سایان می گذرد و تندروهای زیادی را تشکیل می دهد. در این مکان بود که HPP Sayano-Shushenskaya و همچنین سایر HPP هایی که یک آبشار را تشکیل می دهند ساخته شد. سایانو-شوشنسکایا HPP بالاترین پله در این آبشار است.

ساخت و ساز از سال 1963 تا 2000 انجام شد. طراحی ایستگاهشامل سدی به ارتفاع 245 متر و طول 1075 متر، ساختمان نیروگاه، تابلو برق و سازه سرریز می باشد. 10 واحد هیدرولیک با ظرفیت هر کدام 640 مگاوات در ساختمان نیروگاه وجود دارد.

مخزن تشکیل شده پس از ساخت سد بیش از 30 کیلومتر حجم دارد³ و مساحت کل آن 621 کیلومتر^{2 است..}

HPP های بزرگ فدراسیون روسیه

منابع برق آبی سیبری در حال حاضر 20٪ استفاده می شود، اگرچه بسیاری از نیروگاه های برق آبی نسبتاً بزرگ در اینجا ساخته شده اند. بزرگترین آنها نیروگاه سایانو-شوشنسکایا است و پس از آن نیروگاه های برق آبی زیر قرار دارند:

• HPP کراسنویارسکایا با ظرفیت 6000 مگاوات (در ینیسه). این آسانسور کشتی دارد که تاکنون تنها در فدراسیون روسیه است.
• HPP براتسکایا با ظرفیت 4500 مگاوات (در آنگارا).
• HPP Ust-Ilimskaya با ظرفیت 3840 مگاوات (در آنگارا).

خاور دور کمترین پتانسیل توسعه یافته را دارد. به گفته کارشناسان، از پتانسیل آبی این منطقه 4 درصد استفاده شده است.

منابع انرژی آبی در اروپای غربی

در کشورهای اروپای غربی، پتانسیل برق آبی تقریباً به طور کامل استفاده می شود. اگر آن نیز بسیار بالا باشد، پس چنین کشورهایی به طور کامل برق خود را از نیروگاه های برق آبی تامین می کنند. اینها کشورهایی مانند نروژ، اتریش و سوئیس هستند. نروژ در تولید برق به ازای هر نفر در این کشور رتبه اول را در جهان دارد. در نروژ این رقم 24000 کیلووات ساعت در سال است و 99.6 درصد این انرژی توسط نیروگاه های برق آبی تولید می شود.

پتانسیل های برق آبیکشورهای مختلف اروپای غربی تفاوت قابل توجهی با یکدیگر دارند. این به دلیل شرایط مختلف زمین و تشکیل رواناب متفاوت است. 80 درصد کل پتانسیل انرژی آبی اروپا در کوه‌هایی با نرخ جریان بالا متمرکز است: بخش غربی اسکاندیناوی، آلپ، شبه جزیره بالکان و پیرنه. کل پتانسیل برق آبی اروپا 460 میلیارد کیلووات ساعت در سال است.

ذخایر سوخت در اروپا بسیار اندک است، بنابراین منابع انرژی رودخانه ها بسیار توسعه یافته است. به عنوان مثال، در سوئیس این منابع 91٪، در فرانسه - 92٪، در ایتالیا - 86٪، و در آلمان - 76٪ توسعه یافته اند.

آبشار HPP در رودخانه راین

آبشاری از نیروگاه های برق آبی بر روی این رودخانه ساخته شده است که شامل 27 نیروگاه برق آبی با ظرفیت کل حدود 3000 مگاوات است.

یکی از ایستگاه ها در سال 1914 ساخته شد. این HPP Laufenburg است. دو بار مورد بازسازی قرار گرفت و پس از آن ظرفیت آن 106 مگاوات است. علاوه بر این، این ایستگاه متعلق به بناهای معماری است و یک گنجینه ملی سوئیس است.

HPP Rheinfelden یک نیروگاه برق آبی مدرن است. راه اندازی آن در سال 2010 انجام شد و ظرفیت آن 100 مگاوات است. این طرح شامل 4 واحد هیدرولیک 25 مگاواتی است. این نیروگاه برق آبی به جای ایستگاه قدیمی ساخته شده در سال 1898 ساخته شد. ایستگاه قدیمی در حال حاضر در حال بازسازی است.

منابع انرژی آبی در آفریقا

منابع انرژی آبی آفریقا به دلیل رودخانه هایی است که در قلمرو آن جریان دارند: کنگو، نیل، لیمپوپو، نیجر و زامبزی.

رود کنگوپتانسیل آبی قابل توجهی دارد. بخشی از مسیر این رودخانه دارای آبشاری از آبشارهای معروف به اینگا رپیدز است. در اینجا، جریان آب از ارتفاع 100 متری با سرعت 26000 متر ³ در ثانیه فرود می آید. در این منطقه 2 نیروگاه برق آبی "اینگا-1" و "اینگا-2" ساخته شد.

دولت جمهوری دموکراتیک کنگو در سال 2002 پروژه ساخت مجتمع بزرگ اینگا را تصویب کرد که برای بازسازی نیروگاه های برق آبی اینگا-1 و اینگا-2 موجود و ساخت سوم - Inga-3. پس از اجرای این طرح ها، تصمیم گرفته شد تا بزرگترین مجموعه بولشایا اینگا در جهان ساخته شود.

این پروژه موضوع بحث در کنفرانس بین المللی انرژی بود. با در نظر گرفتن وضعیت منابع آب و انرژی آبی آفریقا، نمایندگان بازرگانان و دولت‌های آفریقای مرکزی و جنوبی که در کنفرانس حضور داشتند، این پروژه را تایید و پارامترهای آن را تعیین کردند: ظرفیت "بیگ اینگا" 40000 نفر تعیین شد. مگاوات، که بیش از قوی ترین نیروگاه برق آبی "سه دره" تقریبا 2 برابر است. راه اندازی HPP برای سال 2020 برنامه ریزی شده است و انتظار می رود هزینه ساخت 80 میلیارد دلار باشد.

هنگامی که این پروژه تکمیل شود، جمهوری دموکراتیک کنگو بزرگترین تامین کننده برق در جهان خواهد شد.

شبکه برق آفریقای شمالی

آفریقای شمالی در امتداد سواحل دریای مدیترانه و اقیانوس اطلس واقع شده است. این منطقه از آفریقا را مغرب یا غرب عربی می نامند.

منابع انرژی آبی در آفریقا به طور نابرابر توزیع شده است. در شمال این قاره گرمترین صحرای جهان - صحرا است. این قلمرو با کمبود آب مواجه است، بنابراین تامین آب این مناطق یک وظیفه اساسی است. راه حل آن ساختن مخازن است.

اولین مخازن در دهه 30 قرن گذشته در مغرب ظاهر شد، سپس بسیاری از آنها در دهه 60 ساخته شدند، اما به ویژه ساخت و ساز فشرده در قرن بیست و یکم آغاز شد.

منابع انرژی آبی آفریقای شمالی عمدتاً توسط رودخانه نیل تعیین می شود. این طولانی ترین رودخانه جهان است. در دهه 60 قرن گذشته سد اسوان بر روی این رودخانه ساخته شد که پس از ساخت آن مخزن عظیمی به طول حدود 500 کیلومتر و عرض حدود 9 کیلومتر تشکیل شد. پر کردن مخزن با آب طی 5 سال از سال 1970 تا 1975 انجام شد.

سد اسوان توسط مصر با همکاری اتحاد جماهیر شوروی ساخته شد. این یک پروژه بین المللی بود که در نتیجه آن می توان سالانه تا 10 میلیارد کیلووات ساعت برق تولید کرد، سطح آب رودخانه نیل را در هنگام سیلاب کنترل کرد و برای مدت طولانی در مخزن آب انباشته کرد. شبکه ای از کانال های آبیاری مزارع از مخزن جدا می شود و واحه ها در محل بیابان ظاهر می شوند و مناطق بیشتری برای کشاورزی مورد استفاده قرار می گیرند. منابع آب و انرژی آبی شمال آفریقا با حداکثر بهره وری استفاده می شود.

به اشتراک گذاشتن پتانسیل انرژی آبی جهان

• آسیا - 42%.
• Africa - 21%.
• آمریکای شمالی - 12%.
• آمریکای جنوبی - 13%.
• اروپا - 9%.
• استرالیا و اقیانوسیه – 3%

پتانسیل جهانی انرژی آبی ۱۰ تریلیون کیلووات ساعت برق تخمین زده می شود.

قرن بیستم را می توان قرن انرژی آبی نامید. قرن بیست و یکم اضافات خاص خود را در تاریخ این صنعت به ارمغان می آورد. توجه جهان به نیروگاه های ذخیره سازی پمپ شده (PSPP) و نیروگاه های جزر و مدی (TPPs) افزایش یافته است که از نیروی جزر و مد دریا برای تولید انرژی الکتریکی استفاده می کنند. توسعه نیروگاه های آبی ادامه دارد.