مقاله نیروگاه های آبی تلمبه ذخیره ای (Pumped Storage Reservoirs)
پیش گفتار نیروگاه های آبی برای تولید برق از نیروی جاذبه ی زمین و نیروی خورشید به کار می روند. آب در اثر گرمای محیط که عمده ترین علت آن خورشید است بخار می شود و در اتمسفر صعود می کند. سپس به صورت باران و برف فرو ریخته می شود. آبی که روی ارتفاعات ریخته و به صورت نهر های کوچک و پس از آن رود های بزرگ تر جاری می شود و آن گاه پس از طی نمودن مقداری از مسیر انرژی پتانسیل گرانشی آن به انرژی جنبشی تبدیل می شود. در نیروگاه های آبی یا حالت بالا به صورت طبیعی وجود دارد یا اینکه با ایجاد سد و تجمع آب و افزایش ارتفاع آن پشت سد حالت بالا را ایجاد می کنیم نیاز برای انرژی برق در روز تغییر می کند، برای مثال وقتی یک برنامه ی تلویزیونی معروف به پایان می رسد نیاز به برق شدیداً تغییر می کند. نیاز به انرژی در هفته ها و فصل ها نیز متغیر است. همین طور در روز های تعطیل و روز های کاری مصرف و تولید انرژی نسبت هم نوسانات زیادی دارند. مشکل این است که عمده ی توان مصرفی توسط نیروگاه های با سوخت فسیلی تولید می شود که نیم ساعت یا بیشتر طول می کشد که به حداکثر ظرفیت خود برسند. این زمان در مورد نیروگاه های هسته ای 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 نیروگاه های دیگر به سطح دلخواه تولید انرژی برسند.
نیروگاه های آبی تلمبه ذخیره ای نیرو گاه آبی تلمبه ذخیره ای اصطلاحاً به یک سیستم برای تولید الکتریسیته از انرژی آب گفته می شود، که در آن الکتریسیته مورد نیاز در ساعات اوج مصرف از آبی که قبلاً در ساعات کمی مصرف به مخزنی در ارتفاع بالاتر تلمبه شده است تولید می شود. برای ذخیره ی الکتریسیته روش پیش گفته یک روش غیر مستقیم است زیرا روشی که مستقیم و بهینه باشد تا کنون یافت نشده است. منظور از روش مستقیم روشی است که مستقیماً برق را ذخیره کند.
دو نوع متفاوت از نیروگاه های تلمبه ذخیره می تواند وجود داشته باشد. یکی آن نوع از نیروگاه که منحصراً برای ذخیره سازی انرژی به کار می رود و دیگری که در کنار این وظیفه خود نیز مولد انرژی است. یعنی یک نیروگاه آبی است که در کنار تولید انرژی از آب رود خانه یا سد وظیفه ی ذخیره و آزاد سازی آن را بر عهده دارد. در نیروگاه های آبی تلمبه ذخیره ای می توان انرژی را برای روزها )صبح ها و شب ها(، هفته ها) روزهای عادی و آخر هفته ها( و حتی فصل ها ذخیره کرد. این ذخیره سازی در روش آمریکایی به این صورت است که در زمان مازاد انرژی الکتریکی، توربین ها به صورت بر عکس و به عنوان پمپ عمل می کنند و آب را به مخزن ارتفاع بالاتر انتقال می دهند. برای این منظور توربین های فرانسیس معمولاً بهتر هستند. ایستگاه کار در شرایط خوب در زیر زمین قرار می گیرد و در شرایطی که این امر ممکن نباشد روی مخزن پایینی مستقر می شود. بعضاً از معادن رها شده به عنوان مخزن پایینی استفاده می شود. با در نظر گرفتن تلفات از تبخیر آب، و تلفات اصطکاکی و تلفات تبدیل انرژی بازده این فرآیند بین 70 تا 85 درصد است. علی رغم برخی ادعاها این روش پر بازده ترین روش ها با ملاحظه ی هزینه ی آن است. اما باید در باره ی هزینه سرمایه و انتخاب مناسب ترین جغرافیا دقت نمود. چگالی انرژی در حامل آب کم است یعنی برای مثال هر 1000کیلوگرم آب با اختلاف ارتفاع بین دو منبع بالایی و پایینی در حدود صد متر تنها حدود0.22 کیلو وات ساعت انرژی را ذخیره می کند. پس همان طور که گفته شد لازم است مخازن بالایی و پایینی حتی الامکان بزرگ و فاصله ی آن ها از یکدیگر زیاد باشد .
کاربرد این سیستم برای گرفتن نوسانات برق در شبکه اقتصادی است. زیرا به نیروگاه های گرمایی برای مثال نیروگاه های ذغالی یا هسته ای فرصت می دهد تا در نقطه ی بهینه کار کنند. اما در نهایت باید توجه کرد که هزینه ی تمام شده ی این نیروگاه ها بالا است نیروگاه های آبی تلمبه ذخیره ای با ویژگی های زمان طولانی ساخت و هزینه ی بالا شناخته می شوند در کنار مدیریت انرژی، نیروگاه های آبی وظیفه ی کنترل بسامد شبکه را نیز بر عهده دارند و می توانند نقش تولید کننده ی رزرو را داشته باشند. نیروگاه های گرمایی کم تر می توانند پاسخ گوی بالا رفتن ناگهانی نیاز برای الکتریسیته باشند و این معمولاً منجر به ناپایداری در جریان و ولتاژ می شود. نیروگاه های آبی تلمبه ذخیره ای مثل دیگر انواع نیروگاه های آبی می توانند در چند ثانیه به تغییر بار پاسخ دهند. تصویر 2 نیروگاهی را نشان می دهد که می تواند با 4 توربین خود در عرض 60 ثانیه از افزایش تقاضا برای انرژی 360 مگاوات انرژی تولید کند. برای بر آورد اندازه ی سد می شود آن را با ابعاد خودرویی که در تصویر دیده می شود قیاس کرد.
جدیدترین فن آوری ها در مهندسی ابعاد بزرگ، ماشین هایی را با سرعت متغیر ساخته اند که در هنگام عمل به صورت ژنراتور با بسامد برابر با بسامد شبکه عمل می کنند (سنکرون) و در هنگام عمل به صورت موتور مستقل از سرعت شبکه هستند(آسنکرون) کاربری جدیدی از نیروگاه های آبی تلمبه ذخیره ای یکنواخت کردن خروجی منابع انرژی قطع و وصل شونده و شدیداً نوسانی است. ممکن است در زمان هایی بهای برق صفر یا منفی شود؛ وقتی که تولید از مصرف بسیار بیشتر باشد. نیروگاه آبی تلمبه ذخیره ای چنین زمانی کمک کننده است. هر چند چنین کاربردی امروز بیشتر معطوف نیروگاه های بادی است اما افزایش تولید انرژی از باد و همچنین رونق روز افزون تولید برق فتوولتاییک بر اهمیت به کار گیری ذخیره سازی تلمبه ای می افزاید .
سابقه و گستردگی استفاده
تا کنون حدود 150 نیروگاه آبی تلمبه ذخیره ای در سراسر دنیا ساخته شده است و از این میان جمهوری اسلامی ایران صاحب یک نیروگاه آبی نیمه تمام در سیاه بیشه است. نیروگاه تلمبه ذخیره ای سیاه بیشه در سال 1996 م. پایه گذاری شده است اولین بار نیروگاه آبی تلمبه ذخیره ای در سال 1890 م. در ایتالیا و سوئیس ساخته شد و در سال 1930 م. توربین های هیدرو الکتریک برگشت پذیر ساخته شدند در سال 2000 م. در آمریکا 19.5 گبگاوات ظرفیت ذخیره سازی وجود داشت که حدود 2.2 درصد ظرفیت پایه تولید برق این کشور بود. همچنین 5.5 گیگاوات ساعت انرژی در تلفات چنین نیروگاه هایی به هدر رفته است. در سال 1999 م. در اتحادیه ی اروپا 32 گیگاوات ظرفیت ذخیره سازی موجود بود که غیر از 188 گیگاوات انرژی برق آبی این اتحادیه بود و 5.5 درصد کل ظرفیت الکتریسیته ی آن به شمار می رفت. امروزه ماشین ها با سرعت متغیر قابل تنظیم به کار گرفته می شوند تا بازدهی افزایش پیدا کند. امروزه برابر حدود 3 درصد کل انرژی جهان ذخیره ی انرژی به صورت تلمبه ذخیره ای وجود دارد. رایج ترین سیستمذخیره ی انرژی در شبکه های قدرت سیستم ذخیره ی تلمبه ذخیره ای است.
فکرهای جدید استفاده از مخزن های زیر زمینی به عنوان مخزن پایینی بررسی شده است. معادن نمک می توانند برای این منظور خوب باشند هر چند حل نا خواسته نمک در آب می تواند مشکل زا باشد اما در صورتی که بتوان این مشکل را بر طرف کرد، تعداد سایت های تلمبه ذخیره ای به طرز چشم گیری قابل افزایش است. از آنجاییکه چگالی آب نمک غلیظ تا حدود 20 درصد از آب معمولی بیشتر است، این امر بازده مجموعه های تلمبه ذخیره ای را بالا می برد . مفهوم جدیدی که در مجموعه های تلمبه ذخیره ای می تواند مفید باشد به کار گیری توربین های بادی برای چرخاندن مستقیم پمپ های آب است، این روش هم بهینه تر است و هم نوسانات انرژی گرفته شده از باد را نرم می کند .
مزایای استفاده ازنیروگاههای آبی تلمبه ذخیرهای
:: عدم آلودگی و پس ماند :: تاثیر کم بر چشم انداز :: ایجاد فضا برای تفریح و ماهی گیری و ورزش های آبی (به صورت فصلی برای نیروگاه هایی که به صورت فصلی کار میکنند)
معایب استفادهازنیروگاههای آبی تلمبه ذخیرهای
:: گران بودن :: یک بار که از آن استفاده شود، نمی شود دوباره از آن استفاده کرد مگر آب را دوباره تلمبه کرده باشید. البته صنعت در پیش بینی اینکه چه زمانی نیاز به انرژی یکباره صعود خواهد کرد توانا است، در نتیجه برنامه ریزی خوب می تواند به خوبی بر این معضل فائق آید.
برخیم لاحظات زیست محیطی هرچه سرزمینی که مخازن یک نیروگاه اشغال می کنند کوچک تر باشد اثرات منفی آن بر محیط زیست کمتر است. ضمناً وجود مخازن بزرگ این مزیت را دارد که در فصول کم بارانی موجب تقویت جریان در رودخانه ها می شود. چنین چیزی به نحو مؤثری محیط زیست را برای ماهیان و حیات زیر آب ارتقاء میبخشد. در برخی نیروگاه های تلمبه ذخیره ای، در هر بهار برای حفاظت از ماهیان،یک تور حایل نصب می شود تا ماهیان را از مکش آب نیروگاه دور نگه دارد. این تور در پائیز برداشته می شود تا از آسیب یخ زدگی احتمالی جلوگیری به عمل آید.
نیروگاه سیاه بیشه ساخت اولین نیروگاه آبی تلمبه ذخیره ای ایران در سال1371 در سیاه بیشه آغاز شد. ساخت این نیروگاه اهداف زیر را دنبال می کرد: ::ایجاد تعادل در شبکه مصرفی کشور در ساعت های پربار و کم بار مصرف ::تولید انرژی برق آبی با ظرفیت 1040 مگاوات در ساعت های پر بار مصرف و مصرف انرژی الکتریکی با ظرفیت 960 مگاوات در ساعت های کم بار مصرف ::کاهش هزینه های استهلاک نیروگاه های حرارتی
ساخت گاه طرح سد و نیروگاه تلمبه ذخیره ای سیاه بیشه واقع در 125 کیلومتری شمال تهران، 10 کیلومتری شمال تونل کندوان و در مجاورت روستای سیاه بیشه قرار گرفته است و لذا طرح، به همین نام خوانده می شود. پیش بینی می شود که این طرح ملی در اواخر سال 1389 به بهره برداری برسد.
پاسخ با نقل قول
