بخشی از مقاله
چکیده
انرژیهای تجدیدپذیر یکی از منابع اصلی تأمین کننده انرژی در قرن آینده خواهند بود و جایگزین مناسبی برای سوختهای فسیلی میباشند. در این بین، تلفیق انرژی الکتریسیته تولیدی از منابع انرژی تجدیدپذیر مانند آب، باد، خورشید و جزر و مد، موجب عبور از روشهای سنتی و حرکت به سوی تکنولوژیهای پیشرفته برای تولید انرژی الکتریسیته پاک و ارزان قیمت است. به عنوان مثال، نیروگاه برقآبی را میتوان با نیروگاه بادی تلفیق کرد که این عمل موجب افزایش ارزش مالی انرژی الکتریسیته تولید شده میگردد. این عمل همچنین انعطافپذیری بیشتر در بهره برداری منابع آب را باعث میگردد. همچنین نیروگاه برقآبی میتواند با سرعت بالا و در زمان کوتاهی به صورت متناوب عمل کند.
از سویی دیگر، نیروگاههای حرارتی - سوخت زغال سنگ، گاز و سایر سوختهای مایع - قبل از این که به راندمان بهینه تولید برسند نیازمند یک زمان تأخیری میباشند، 4 - ساعت برای نیروگاه گازی و 8 ساعت برای نیروگاه بخاری - . به طوری که انتشار آلایندههای خروجی از نیروگاه به کمترین حد خود برسد. در سیستمهای تلفیقی، نیروگاه برقآبی وظیفه تولید بار پیک و نیروگاه حرارتی نیز وظیفه تولید بار پایه را بر عهده دارد که این امر موجب افزایش راندمان تولید انرژی در نیروگاه حرارتی و کاهش میزان انتشار آلایندهها میگردد. در این مقاله، به بررسی چگونگی تلفیق سیستمهای برقآبی با سایر سیستمهای گستردهتر انرژی میپردازیم.
-1 مقدمه
سیستمهای تولید و انتقال انرژی همهساله برای اتصال به شبکههای توزیع برق در جهت تمرکز بر روی استفاده بیشتر از سیستمهای برقآبی و کاهش تولید انرژی الکتریسیته از سوختهای فسیلی، توسعه مییابند. ادغام انرژی الکتریسیته تولیدی از منابع انرژی تجدیدپذیر مانند آب، باد، خورشید و جزر و مد، نمایانگر ایجاد سیستمهای نوظهور برای تولید انرژی الکتریسیته میباشد. تنوع در انرژی الکتریسیته تولیدی توسط منابع انرژی های تجدیدپذیر به همراه اعمال تغییرات در بازار فروش برق و سیستمهای طراحی انرژی، ارتباط برای برقراری تعادل بین ذخیره و تقاضای انرژی، امری اجتنابناپذیر مینماید. ادغام کردن نیروگاههای برقآبی با دیگر سیستمهای تولید انرژی الکتریسیته، باید به صورت چشم اندازی از پتانسیل نهفته در این بخش در نظر گرفته شود که نشان دهنده امکان افزایش توان خروجی و هم سو شدن انرژی خروجی از تکنولوژیهای مختلف است.
- 2 کمک به کاهش آلایندههای تولیدی توسط نیروگاه حرارتی
نیروگاه برقآبی میتواند با سرعت بالا و در زمان کوتاهی به صورت متناوب وارد مدار گردد. از سویی دیگر، نیروگاههای حرارتی جهت رسیدن به راندمان بهینه تولید و انتشار آلایندههای خروجی از نیروگاه به کمترین حد خود، نیازمند یک زمان تأخیری در حدود 4 ساعت برای نیروگاه گازی و 8 ساعت برای نیروگاه بخاری میباشند. در سیستم های تلفیقی، نیروگاه برقآبی میتواند نقش تولید انرژی در هنگام بار پیک و نیروگاه حرارتی نیز وظیفه تولید بار پایه را بر عهده بگیرد که این امر باعث افزایش راندمان تولید انرژی در نیروگاه حرارتی و کاهش میزان انتشار آلایندهها میگردد .[1]
- 3 استفاده از نیروگاههای برقآبی محلی و منطقهای
انرژی آبی میتواند مشکلات مربوط به شبکههای توزیع برق منطقهای و کوچک را برطرف سازد. پروژههای آبی میتوانند علاوه بر ایفای وظیفه اصلی خود به عنوان منبعی برای تولید و توسعه انرژی مبدل شوند. به عنوان نمونه طرحهای آبی شامل تأمین و انتقال آب با هدف تأمین آب شرب، صنعت و کشاورزی در صورت امکان میتوانند با تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی، نقش مهمی را در روند تولید انرژی ایفا نمایند.
ساخت نیروگاه برق آبی و استفاده از انرژی ارزان آن در سطح کوچک میتواند به عنوان یک عامل انگیزشی در مناطق کوچک و دورافتاده مورد استفاده قرار گیرد. به عنوان مثال در مناطق روستایی به علت وجود مشکلات اقتصادی و عدم دسترسی به شبکه سراسری توزیع برق، احداث چنین سیستمی علاوه بر رفع مشکلات میتواند به لحاظ اقتصادی نیز مقرون به صرفه باشد. با توجه به میزان دسترسی به منابع آبی و میزان تقاضا برای الکتریسیته، شبکههای کوچک و منطقهای برای تولید و توزیع انرژی الکتریسیته با احداث نیروگاههای برقآبی کوچک میتوانند به توسعه منطقه و رفع مشکلات کمک نمایند .[2]
نیروگاههای برقآبی فرصت مناسبی را برای سرمایه گذاری سودآور و توسعه صنایع کوچک فراهم مینمایند. این نیروگاهها ممکن است به صورت محلی، منطقهای یا ملی احداث شوند. نیروگاههای برقآبی محلی که معمولا در مناطق پرت و دورافتاده ساخته میشوند، ممکن است با مشکلاتی مانند عدم وجود بودجه کافی برای احداث و دوره طولانی مدت بازپرداخت هزینه ها مواجه باشند؛ اما با این حال این دسته از نیروگاهها، موجب توسعه صنعت در مناطق پرت و دورافتاده، توسعه گردشگری، آبیاری باغات و اراضی کشاورزی، تهیه آب شرب و ... میشوند .[3]
- 4 برقرسانی به مناطق روستایی
امروزه، جمعیت زیادی از مردم سراسر جهان در مناطق روستایی سکونت داشته که به انرژی الکتریسیته دسترسی ندارند و جهت تأمین روشنایی و گرمایش محل سکونت خود از منابعی نظیر هیزم و نفت سفید استفاده میکنند که به علت متصاعد شدن دود سمی ناشی از سوختهای مورد استفاده، سلامتی این افراد همواره در معرض خطر قرار دارد. مشکلات پیش روی روستاییان در استفاده از منابع انرژی از دیرباز شناخته شدهاند. بدون استفاده از انرژی الکتریسیته، مردم از سیستمهای الکتریکی مانند لامپهای الکتریکی، کولر و خدماتی از قبیل سرگرمی، آموزش، سلامت و ... محروم هستند.[4]
دسترسی به سیستمهای انرژی ارزان و قابل اعتماد به کاهش نرخ بیسوادی، گرسنگی، بیماری، کوچ اجباری ساکنین روستاها به مناطق شهری و ... کمک کرده و تأثیر زیادی در رشد اقتصادی منطقه؛ بخصوص در کشورهای در حال توسعه دارند .[4] توسعه شبکههای توزیع برق در مناطق پرت و دور افتاده نسبتا گران قیمت بوده و همواره به عنوان یک چالش برای خدماتدهی در حوزه انرژی الکتریسیته مطرح میباشد. با این حال منابع انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی بادی، خورشیدی و نیروگاههای برقآبی کوچک میتوانند نقش بسیار مهمی در تأمین انرژی الکتریسیته ایدهآل برای مناطق روستایی را ایفا کنند .[5]
این درک عمومی، بویژه در کشورهای در حال توسعه وجود دارد که نیروگاههای برقآبی کوچک میتوانند نقش بسیار مهمی در توسعه و پیشرفت مناطق دور افتاده، بخصوص مناطق کوهستانی ایفا کنند. این نوع از نیروگاهها می توانند برای فعالیتهای صنعتی، کشاورزی و شرب، هم زمان انرژی مکانیکی و الکتریکی پاک و ارزان قیمت فراهم نمایند. در کشور چین، نیروگاههای برقآبی کوچک برای تولید برق در مناطق دور افتاده و صعب العبور به شدت مورد توجه قرار گرفتهاند، به طوری که هم اکنون بالغ بر 45000 نیروگاه برقآبی کوچک با ظرفیت تولید الکتریسیته 50000 مگاوات و تولید سالانه 150 میلیون کیلووات ساعت انرژی در این کشور احداث شدهاند که معادل یک سوم از کل ظرفیت تولید انرژی آبی در این کشور است.
تا سال 2007 میلادی، حدود 300 میلیون نفر از مردم چین از مزایای این نیروگاهها بهرهمند گردیدهاند .[6] نیروگاههای برقآبی کوچک به عنوان یکی از بهترین گزینهها جهت تولید برق در مناطق دورافتاده و روستایی مطرح هستند و منافع اقتصادی فراوانی به همراه دارند. سرمایه اقتصادی مورد نیاز برای احداث این نیروگاهها در مقایسه با نیروگاههای برقآبی بزرگ کمتر است. به علاوه نیروگاههای برقآبی کوچک دارای مزایای دیگری نیز میباشند که میتوان به موارد زیر اشاره نمود:
نیروگاههای برقآبی کوچک معمولا به صورت جریان - رودخانهای - 1ROR - احداث میشوند.
استفاده از مصالح و تجهیزات محلی جهت تولید انرژی در برخی از این نیروگاهها
استفاده به عنوان بخشی از تأسیسات زیربنایی سدها، کانالها، طرحهای آبیاری و ...
کاهش هزینه ساخت خطوط انتقال انرژی با احداث نیروگاه در مجاورت روستا
استفاده از پمپها، توربینها، موتورها و ژنراتورها در یک سیستم توربین - ژنراتور
استفاده از منابع قرضه محلی
به کارگیری نیروی انسانی بومی
توسعه نیروگاههای برقآبی در مناطق روستایی دارای ابعاد اجتماعی، اقتصادی و فنی خاص خود می باشد. مدیریت منطقهای، مالکیت و تقسیم سهام بین افراد بومی، انتقال تکنولوژی و ظرفیت ساخت، همگی مسائل مهمی هستند که برای موفقیت نیروگاه برقآبی کوچک در مناطق دورافتاده و روستایی باید در نظر گرفته شوند .[7]
- 5 پیک مصرف انرژی
میزان تقاضای مصرف انرژی الکتریسیته به صورت روزانه، هفتگی و ماهانه دارای نوسان میباشد. معمولا بیشترین مقدار تقاضای انرژی الکتریسیته در طول روزهای گرم تابستان و در زمانی رخ میدهد که هوا به سمت گرم شدن پیش میرود. در مناطق شمالی کره زمین، تقاضای مصرف الکتریسیته در روزهای سرد زمستان و در طول صبح و عصر به اوج خود میرسد. نیروگاههای حرارتی و هستهای برای تولید انرژی الکتریسیته در بازههای زمانی کوتاه مدت که افزایش تقاضا برای بار پیک وجود دارد، مناسب نیستند. تجهیزات موجود در این نیروگاهها و مدت زمان طولانی مورد نیاز برای تولید و بهره برداری از انرژی الکتریسیته، موجب شده است تا این نیروگاهها فقط برای تولید بار پایه مورد استفاده قرار گیرند.
از آنجا که ژنراتورهای برقآبی میتوانند به سرعت وارد مدار شده و شروع به کار کرده و به سرعت نیز متوقف شوند، لذا نسبت به سایر نیروگاهها با سرعت بیشتری بار پیک را تولید و عرضه میکنند .[1]
در نیروگاههای پمپ - ذخیرهای، آب در هنگام شب یا زمانی که تقاضا برای مصرف انرژی کم باشد، به داخل یک مخزن که بالاتر از نیروگاه قرار دارد پمپاژ شده و در آنجا ذخیره میشود و زمانی که در طول روز تقاضا برای انرژی افزایش مییابد، جریان آب به سمت توربین حرکت کرده و منجر به تولید انرژی الکتریسیته میگردد. این نیروگاهها در صورت ترکیب با سایر منابع تولید انرژی نظیر نیروگاههای حرارتی و بخاری، انعطافپذیری برای افزایش راندمان تولید انرژی الکتریسیته را به همراه خواهد داشت.
این روش باعث ایجاد ذخایر انرژی کارآمد و قابل اطمینان شده و میتواند موجب کاهش زمان قطعی برق شود که معمولا به علت وجود ایرادات جزیی یا کلی در اجزای نیروگاه اتفاق میافتد. در نیروگاههای پمپ - ذخیرهای، مخزن ذخیره آب مانند یک باتری عمل نموده؛ بدینترتیب که در زمان کاهش تقاضا برای الکتریسیته، انرژی را به صورت پتانسیل جریان آب در خود ذخیره میکند و در هنگام نیاز موجب تولید انرژی الکتریسیته میشود.
مهمترین ویژگی نیروگاههای پمپ - ذخیرهای این است که می توانند به سرعت شروع به کار کرده و انرژی خروجی را تعدیل نمایند. این نیروگاهها هنگامی که به صورت یک ساعته یا چند ساعته فعالیت کنند، با راندمان بالایی اقدام به تولید انرژی الکتریسیته مینمایند .[1] افزایش استفاده از سایر نیروگاههای تولید انرژی الکتریسیته در آینده ای نزدیک، به هیچ وجه موجب ناکارآمدی و غیرقابل استفاده شدن نیروگاههای برقآبی نمیشود. بالعکس، باعث افزایش اهمیت این نیروگاهها خواهد گردید.
