نیروگاه آبی چیست؟

پس از بررسی نیروگاه های متنوع نظیر؛ سیکل ترکیبی، هسته ای، بادی و انبساطی حال نوبت به نیروگاه آبی رسیده است که در این پست قرار هست به بررسی دقیق و جامع آن بپردازیم، پس با ما همراه باشید تا با هم ببینیم نیروگاه آبی چیست و چگونه کار می کند و در این زمینه از ابتدایی ترین مسائل شروع خواهیم کرد و در نهایت در اوج مطالب تخصصی بررسی را به اتمام برسانیم.

پس کمردبندهاتون رو محکم ببندید! و مثل همیشه آماده باشید برای دیدن ویدیوی ویژه، که توسط تیم PowerEn ترجمه و زیرنویس شده تا شما با یک گرافیک جذاب و کوتاه با نحوه عملکرد نیروگاه آبی آشنا شوید

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.

به منظور توليد برق ، از حجم عظيمي از آب در جايي كه آب هاي جاري از سطوح بالاتر به سطوح پايين تر ، از ميان يك توربين عبور مي كنند ، استفاده مي شود .آب ناشي از بارندگي در درياچه هاي پشت سد ، در ارتفاعات بلند ، جمع آوري مي شوند . پس از توليد ، آب به درون رودخانه كشيده شده و به آرامي حركت مي كند تا بالاخره به دريا برسد . چرخ هاي آبي آنها بسيار سنگين و كند بوده و بازدهي ناچيزي داشتند . توربين هاي هيدروليكي در  آغاز قرن 19 گسترش يافتند .

آب مورد استفاده در يك فصل ، توسط طبيعت در فصل بعدي دوباره وارد چرخه مي شود .آب خودش تا محل نيروگاه مي آيد يعني هيچ عمليات بهره برداري و جابجايي سوخت (بنزين يا گاز) را شامل نمي شود. مي توان آن را براي استفاده هايي نظير نوشيدن يا آبياري ، دوباره هدايت كرد .نيروگاه هاي آبي راندمان بسيار بالايي (در حدود 80%) دارد كه بسيار بالاتر از نيروگاه هاي حرارتي است.

نيروگاه هاي آبي عمر بسيار طولاني (در حدود 50 سال) دارند كه قابل مقايسه با نيروگاه هاي حرارتي است .

حفاظت از آنها در مقايسه با نيروگاه هاي حرارتي آسان و بسيار كم خرج است . Start و Shutdown نيروگاه هاي آبي سريع است. هزينه توليد برق بسيار كم است . (تنها هزينه عملكرد و حفاظت هزينه بر است .)درصد خاموشي هاي ناشي از نيروگاه هاي آبي بسيار كم بوده و بنابراين قابليت اطمينان بالايي دارند .سيل توسط ذخيره سازي درياچه اي كه پشت سد در نظر گرفته شده ، كنترل مي شود .تغيير پذيري بالا در ساخت و كنترل و … نيز ممكن است.

بخش های اصلي نيروگاه برق ـ آبي

تجهيزات نيروگاه

جرثقيلها

دريچه هاي انسداد لوله مكش

مشخصات شيرهاي ورودي

توربين ها

سيستم گاورنر

ژنراتور

يكسو كننده

تجهيزات ميدان

شينه هاي حفاظ دار

كليدها

تجهيزات برقگير

ترانس ها

سيستم كنترل نيروگاه

سيستم جريان مستقيم (DC) و تغذيه غير قابل قطع (UPS) نيروگاه

سيستم جريان متناوب (AC) نيروگاه

ترانسفورماتور اصلي

انتخاب مکان مناسب براي نيروگاه آبي

1. در دسترس بودن آب

2. ذخيره سازي آب

3. ميزان بالا بودن آب

4. مسافت از محل توليد توان تا مراكز استفاده بار

5. عملكرد سايت

فاكتورهاي محيطي ـ اجتماعي (در محل زندگي انسان هاي آن منطقه كمترين تاثير را داشته باشد، زير آب نرفتن زمين هاي حاصلخيز، زلزله خيز نبودن محيط و …)

و اما انواع طبقه بندی در نیروگاه آبی

طبقه بندي نيروگاه هاي آبي براساس خصوصيات هيدروليكي 

نيروگاه هاي آبي قراردادي

نيروگاه هاي Pumped storage

نيروگاه هاي Tidal power(كِشنده توان)

نيروگاه هاي Depression power

طبقه بندي نيروگاه هاي آبي براساس عملكرد (Base or Peak)

:peak load plant معمولا هنگام صحبت در مورد توان هيدروليكي عملكرد peak load كامل مناسب است ، همچنين قابليت پرداختن به اين موضوع كه خودش starting سريع دارد و دارای سهولت نسبي در بالا بردن باراست .

: Base load plant توليد پيوسته توان وجود دارد.

طبقه بندي نيروگاه هاي آبي بر اساس گنجايش نيروگاه

روش های ديگر طبقه بندي نيروگاه هاي آبي

طبقه بندي بر اساس Storage (ذخيره سازي) و poundage

طبقه بندي بر اساس موقعيت و توپوگرافي

طبقه بندي بر اساس خصوصيات ساختاري

طبقه بندي هيدروتوربين ها(توربین های مختص نیروگاه آبی)

نوع impulse (ضربه اي): در يك شكل فوران مانند ، فشار ، تمام انرژي را به انرژي جنبشي تبديل مي كند . فوران از رشته فرورفتگي هاي پروانه توربين به كار برده شده در پيرامون چرخ وارد مي شوند . علت تاثير ، گردانه توربين آبي است كه چرخانده مي شود .

 نوع reaction (واكنشي): بر اساس بازگشت واكنش كار مي كند . آب در فشار بالا و حجم پائين به توربين وارد شده ، قسمتي از چنين فشار انرژي به انرژي جنبشي تبديل و سپس آب به گردانه توربين آبي وارد و انرژي فشار متعاقبا به انرژي جنبشي تبديل مي شود . آب جريان يافته در ميان گردانه ي توربين ، يك واكنش را بر روي پره گردانه به وجود آورده و گردانه را مي چرخاند .

امروزه ، مقدار واحدهاي آبي توليد شده بيش از MW250 است كه با افزايش اين مقدار برخي نقص ها ظاهر مي شوند :

كاهش گرما افزايش يافته و ظرفيت سرماي بيشتري بايد تامين شود .

ارتعاشات به طور مشابه افزايش يافته و ساختارهاي ايمني بايد خيلي نيرومندتر شوند .

تحمل رانش بايد مخصوصا براي وظايف سنگين طراحي شده باشد و بايد راندمان بالاي سرد شدن فراهم شود .

ماشين ها براي خروجي مشابه ، كوچكتر شده اند ،گنجايش ذخيره انرژي كمتر ي موجود است كه جوابگوي نوسانات بار است .

توربين

توربين يك سيستم مكانيكي است كه انرژي پتانسيل آب را به انرژي مانيكي تبديل مي كند. مقدار انرژي توليد شده به پارامترهايي از قبيل هد، دبي و مقدار تلفات نشتي بستگي دارد.

توربينهاي آبي، معمولا” به 3 دسته كلي پلتون، فرانسيس و كاپلان تقسيم مي‌گردند كه در هر نيروگاه متناسب با هد و دبي آب، توربين متناسب با آن، انتخاب مي‌گردد.در بسياري از نيروگاههاي بزرگ و متوسط ايران از توربين نوع فرانسيس  عمودي استفاده شده است.

بطور مثال، توربين‎هاي نيروگاه كارون يك،دز،كارون 3 و كرخه،از نوع فرانسيس، عكس‎العملي و با محور عمودي مي‎باشند كه كاملاً در آب  غوطه‎ور هستند. آب باعث ايجاد كوپل چرخشي در توربين مي‎شود.

هر توربين شامل اجزاء زير است : محفظه حلزونـي(Spiral Case) ، حلقه ثابت(Stay ring) ، پره‎هاي تنظيم‎كننده جريان آب(Wicket gate) ، رانر (Runner)و درافت تيوب(Draft tube).

آب وارد محفظه حلزوني شده و پس از عبور از پره‎هاي ثابت و پره‎هاي ويكت گيت، با برخورد به  رانر، آن را به چرخش درآورده و سپس از طريق درافت تيوب و تونل پاياب (Tail race)خارج مي‎شود. بمنظور جدا كردن درافت تيوب از آب پاياب، در مواقع لازم (براي تخليه آب درافت تيوب)،در بعضي از طرحها، از استاپ لاگ (دريچه) (Stop-Log) در انتهاي درفت تيوپ استفاده مي‌شود. دبي آب توربين توسط باز و بسته شدن پره‎هاي ويكت گيت‎ كنترل مي‎شود. گاورنر(Governor) از اين طريق(با تغيير باز شدگي دريچه‌هاي ويكت گيت)، قدرت خروجي و سرعت توربيـن را كنترل مي‎كند. در بالا دست محفظه حلزوني، شيرپروانه‎اي(Butterfly Valve) قرار دارد كه در مواقع عادي و اضطـراري براي توقـف جريان آب از آن استفاده مي‎گردد.بايد توجه كرد كه شيرپروانه‌اي براي كنترل دبي آب استفاده نمي‌شود و همواره يا كاملا” باز است و يا كاملا” بسته.

بطور مثال نيروگاه كارون يك، داراي چهار واحد با محور عمودي است. هر دو توربين داراي يك ورودي و پنستاك هستند كه هر پنستاك به دو قسمت تقسيم شـده و هر قسمت آن به يك محفظه حلزوني متصل شده است. با هد خالص 160.4 m و دبي 171 m3/sce ، قدرت واحد ، حدود 254 MW و راندمان آن حدود 94.5% مي‌باشد.

مقدمه اي بر كنترل دور توربين آبي

تنظيم كننده ها به منظور تنظيم سرعت وخروجي توربين ژنراتور طراحي مي گردنند اين كار را با تنظيم نمودن دريچه هاي حلقه اي و تنظيم جريان اب از توربين انجام مي دهند تنظيم كننده توربين كاپلان زاويه تيغه توربين را براي بيشترين ضريب راندمان تنظيم مي كند تنظيم كننده واحد هاي بزرگ داراي عناصر حساس به توان و سرعت هستند تنظيم كننده هاي تغيرات بار را احساس كرده و به منظور حفظ توازن دريجه  سد را حركت مي دهنداگر توربين ژنراتور كوچك در مقايسه با نيروگاه كوجك باشند با تغيير موقعيت دريجه و پره ها ي توربين مي توان كنترل هاي لازم را انجام داد .

اگر بار سيستم افزايش يابد ديگر ژنراتور قادر به تامين بار با جريان ورودي نخواهد بود سرعت سنج ژنراتور كه بر روي محور ان نصب شده پيغامي به سنسور سرعت توربين مبني بر اينكه سرعت چرخش كم است  مي فرستد  با در يافت اين پيغام سيستم به منظور افزايش سرعت  جريان ورودي به توربين را به صورت خودكار افزايش خواهد داد  با دريجه باز تر اب بيشتري به توربين خواهد رسيد و ارد مي شود و انژي بيشتري توليد خواهد شود زماني كه بار كاهش پيدا مي كند فرايند منجر به بسته شدن دريچه حلقه خواهد شد بدين ترتيب جريان ورودي كاهش مي يابد .

اكثر ژنراتور ها به شبكه سراسري متصل هستند و چون تنظيم كننده ان ها به تغييرات بار حساس است بايد بين تمام ژنراتور ها انطباق زماني وجود داشته باشد  تا اصلاح بار به يك ژنراتور فشار وارد نكند  و تمام ژنراتور ها در اصلاح بار نقش داشته باشند اين عمل را كنترل اتوماتيك ژنراتور يا AGC  مي نامند در سيستم هاي مجزا تنظيم كننده ها به تنهاي تقييرات بار را انجام مي دهند در شبكه هاي بزرگ دامنه نواسانات خيلي زياد است ومعمولا حساسيت تنظيم كننده هاي ميكانيكي خيلي پايين در اين حالت كنترل تنظيم كننده ها روي اصلاح بار خيلي پايين مي باشد در اين حالت تجهيزات كنترل اتوماتيك كه سيستم را پيوسته پالايش مي كنند  بكار گرفته مي شونداين وسايل بايد يك سيستم پايدار ايجاد كنند.

گاورنرهای توربینهای ﺁبی

در نیروگاههای ﺁبی ،ﺁب در  مخازنی ﭙشت سدها ذخیره می گرددواین مخزن نسبت به سطح توربین دارای اختلاف ارتفاعی است که به عنوان هد شناخته میشود. ﺁبی که از داخل این هد فرو می ریزد،انرژی حرکتی به خود می گیردوﺴﭙس به تیغه های توربین برخورد می کند.

در ادامه بخوانید  آموزش ساخت نیروگاه بخار در خانه

سه نوع عمده از این تاسیسات

هد یا مخزن بلند:این ناحیه ذخیره یا مخزن معمولا در ارتفاع بیش از 400 متر ﭙر می شود.

-دهانه یا حوضچه متوسط:مخزن در ارتفاع 200 تا400 متر ﭙر می شود.

-جریان رودخانه – مخزن: در ارتفاع کمتر از 2 متر ﭙر می شود و دارای دهانه 3 تا 15 متری است.

تجهيزات مكانيكي نيروگاه

برای طراحی قسمتهای مختلف برقی و کنترلی یک نیروگاه آبی، لازم است تا با تجهیزات مکانیکی نیروگاه نیز آشنا باشیم و دید صحیحی نسبت به عملکرد آنها داشته باشیم. برای این کار در ادامه قسمتهای مختلف تجهیزات مکانیکی نیروگاه را فقط معرفی می کنیم.

1.محفظه حلزوني(Spiral Case)

حلزوني محفظه اي است اطراف توربين كه از ورق فولادي جوش داده شده ساخته مي شود. محفظه حلزوني به رينگ ثابت جوش داده مي شود.

2. هد كاور (درپوش توربين)(Head Cover)

هـد كاور يك قطعه فلـزي است كه اجزايي مثل پره‎هاي تنظيـم‎كننده، ياتاقان هـادي، اتصالات سروموتور و بعضـي ازلوله‎هـا و تجهيـزات به آن متصل شـده‎اند. آبهـاي ناشي از نشتي، توسط سيستم تخليه كه شامل يك پمپ و يـك اژكتور است تخليه مي‎شوند.

3.پره هاي تنظيم كننده (پره‌های هادي)(Wicket Gate)

از اين پره‎ها ، براي كنترل دبي آب  توربين استفــاده مي‌شود. جنس آنها از فـولاد زنگ نـزن است.

4.سروموتور(Servomotor)

دو عـدد سـروموتور براي باز و بسته كردن پره‎هـاي هادي به طور همزمان پيش‎بيني می‌شود. آنها اين توانايي را دارند كه تحت هر شـرايطي گشتاور پيچشي لازم بــراي باز/بسته شدن پره‎هاي هادي را فراهم نمايند.

5.مكانيزم عمل كننده(Operating Mechanism)

مكانيزم عمل‎كننده يك حلقه فولادي است كه در بالاي هد كاور قرار دارد و به دو سـروموتور و پره‎هاي تنظيم‎كننده متصل شده است. حركت سروموتورها از طريـق اين مكانيزم به پره‎هاي تنظيم‎كننده منتقل مـي‎شود

6.پوشش محفظه توربين(Pit Liner)

محفظه بتوني توربين مجهز به يك لايه پوششي پولادي است كه براي استحكام اتصال آن، از مهار فولادي در بتون استفاده شده است. رينگ ثابت جزئي از توربين است كه نيروي توربيـن و ژنـراتور را به پايه بتوني منتقل مي‎كند و از ورق جوش‎كاري شده ساخته مي‎شــود كه شامل رينگهاي بالا و پائين است كه بين آنها پره‎هـاي ثابت قرار دارند. اين پـره‎ها جهت هدايت آب بداخل رانر (از طريق پره‎هاي تنظيم‎كننده) پيش‎بيني می‌شوند.

تشریح عمومی گاورنر

گاورنر همانطور که گفته شد یک سیستم کنترلی فیدبک است که برای کنترل دور توربین و در نتیجه تثبیت فرکانس قدرت ژنراتور به کار می رود.از جنبه تکامل تدریجی ،گاورنرها ی سرعت را به چهار گروه میتوان تقسیم کرد:

گاورنرهیدرو مکانیکی

گاورنر الکترومکانیکی

گاورنر الکترو هیدرولیک

 گاورنر دیجیتال الکتروهیدرولیک

تشریح عمومی گاورنرالکترومکانیکی

سیگنال مرجع ،سرعت سنکرون توربین ( ژنراتور)است که فرکانس  HZ50 دارد. سیگنال واقعی ورودی ،دور لحظه ای توربین می باشد و سیگنال خروجی ،جابجایی ﭙیستون سرو موتورهاست که ﭙرده های  هادی را چنین تنظیم می کنند که قدرت خروجی توربین با قدرت مورد نیاز ژنراتور مساوی و در نتیجه سرعت سنکرون ژنراتور حفظ شود.

    شکل زیر اجزای اساسی یک گاورنر الکترو مکانیکی را نشان می دهد. در اینجا،گویهای گریز از مرکز با یک موتور الکتریکی به چرخش در می ﺁیند. جریان موتور از دستگاه دیگری،معروف به PMG یا ژنراتور مغناطیس دایم ،گرفته می شود . PMGروی ژنراتور نیروگاه نصب می شود.

تغییری در سرعت سنکرون ژنراتور ،موقعیت گویهای گریز از مرکز را تغییر داده و باعث تغییر مکان شیر کنترل میگردد تا روغن تحت فشار به سرو موتور اصلی منتقل گرددوموقعیت جدیدی به گشودگی ﭙره های هادی بدهد. این حرکت ﭙره ها از طریق یک مکانیسم فیدبک به شیر کنترل منتقل میشود تا شیر را به موقعیت خنثی بر گرداند.

برای ﭙایدار سازی حرکت سروموتورها از اجزای میرا کننده،در مسیر فیدبک استفاده میشود. اگر این اجزای میرا کننده در مسیر فیدبک وجود نمی داشتند ،کل مجموعه گاورنر در حالت نوسانی قرار می گرفت .به این مفهوم که سروموتورهای پره ها پیوسته در حالت جلو- عقب رفتن می بودند.در مدلهای قدیمی گاورنر یعنی نوع هیدرومکانیکی،سرعت دوران وزنه ها از خود محور توربین گرفته می شد.در کنترولر جدیدتری نسبت به نوع PMG کنترولر سرعت از نوع SSG یا مولد سیگنال سرعت می باشدکه الکترونیکی است.

SSG وPMG هر دو بر روی ژنراتور نصب می شوندودر نتیجه سرعت دورانی لحظه ای ژنراتور را ﭙیوسته دریافت می کنند.در گاورنرهای جدیدتر ،کنترولر یک کاﻤﭙﻳوتر کوچک و یا  PLCمی باشد. این گاورنر از نوع دیجیتالی است،یعنی سیگنال سرعت واقعی و مرجع به طور دیجیتالی به ﺁن خورانده می شود ویک ﭙردازشگر،عمل محاسبه و تولید سیگنال نهایی کنترل را به عهده دارد.اشاره می شود ،گاورنر نیروگاه سد کرج از نوع الکترومکانیکی

PMG است. (تاسیس 1340) گاورنر نیروگاه موجود کارون از نوع الکترونیکی SSG است.(تاسیس 1365) وجدیدترین سیستم گاورنر نیروگاه کشور ،گاورنر دیجیتال الکترو هیدرولیک نیروگاه توسعه کارون می باشد.

گاورنر الکتروهیدرولیک

جدیدترین نوع گاورنرهای سرعت از نوع دیجیتال هیدرولیک می باشند.

این گاورنر از سه قسمت مهم وکلی زیر تشکیل شده است:

قسمت الکتریکی

قسمت الکتروهیدرولیک

-قسمت تقویت هیدرولیک

شکل زیر این قسمتها را نشان میدهد:

قسمت الکتریکی،کار کنترلی را به عهده دارد که یک ریز پردازشگر می باشد .علایم ورودی به آن ،سیگنال سرعت لحظه ای توربین و سیگنال موقعیت ﭙره های هادی است.کنترولر دیجیتال با دریافت این علایم و بر اساس مقدار سرعت مرجع(سرعت سنکرون) وﭙارامترهای کنترلی دیگر،یک سیگنال الکتریکی صادر می کند که به قسمت الکتروهیدرولیک می رود.

در قسمت الکتروهیدرولیک،سیگنال الکتریکی دریافتی که در حوزهmA 20-4 است به یک شیر الکتریکی تغذیه می شود.این وسیله به تقویت کننده کویل متحرک یا M.C. A معروف است که براساس جریان الکتریکی دریافتی ،یک سیگنال هیدرولیک صادر می کند وبه این ترتیب نوعی عمل تبدیلی الکتروهیدرولیک انجام می شود.در قسمت تقویت هیدرولیکی ،سیگنال هیدرولیکی دریافتی باعث جابجایی میل ﭙیستون یک شیر بزرگ به نام شیر کنترل می شود .

این شیر،جریان روغن فشرده را به دو سروموتور می دهد. در نتیجه ﭙیستون ومیل ﭙیستون سرو موتورها جابجا شده ،که چون از راه یک حلقه به ﭙره های هادی متصلند،این ﭙره ها را به حرکت در می آورند. به زبان ساده تر ،سیگنال هیدرولیکی دریافتی از قسمت الکتروهیدرولیک،از نظر هیدرولیک تقویت می گرددتا بتواند ﭙره های هادی را جابجا کند.جابجایی میل ﭙیستون سروموتورها از راه یک ترانس دیوسر به سیگنال الکتریکی تبدیل شده وبه کنترولر خورانده می شودتا به این ترتیب حلقه کنترلی گاورنر بسته شود.

قسمت الكترونيكي گاورنر

يك كنترل‎كننده الكترونيكي حلقه بسته (close loop) ، مجهز به PLC ، به‌صورت كاملا” دوتايي (Full redundant)، كنترل سيستم را بر عهده مي‌گيرد.سيگنال‎هاي ورودي اين كنترل‎كننده معمولا” عبارتند از:

سيگنال آنالوگ سرعت توربين، از خروجي سنسورهاي سرعت توربين (mA20-4)

سيگنال آنالوگ نشان‎دهنده موقعيت ويكت گيت‌هاي توربين(mA20-4)

 سيگنال آنالوگ نشان‎دهنده توان خروجي ژنراتور (mA20-4)

قسمت هاي مختلف سيستم GOVERNOR DESK

محرك هاي الكترو هيدروليك

شير خاموش و روشن سريع

شير كنترل اصلي

محدود كننده بار  هيدرو ليكي –ميكانيكي

فيدبك ميكانيكي

اهرم هاي كنترل فيلتر روغن

سنسور ها و سويچ ها وسايل اندازه گيري سرعت چرخشي

قسمت هيدروليكي گاورنر

واحد تأمين فشار روغن: از اين واحد به منظور تأمين فشار روغـن براي عملكرد سروموتورهاي توربين و نهايتا” باز و بسته شدن ويكت گيت‌هاي توربين استفاده مي‎شود.

سيستم روغـن گـاورنر شامل مخــزن روغن، تانك فشار روغن/هوا(Air Oil Vessel) ، دو دستگاه پمـپ روغـــن گـــاورنر، شيرهاي سولونوئيدي، شير هيدروليكي، سيستم خنك‎كن روغن (شامل دو دستگاه پمپ، كولر و فيلتر دوتايي مربوطه)، تجهيزات كنترل و اندازه‎گيري، لوله‎كشي و غيره مي‎باشد. برق سيستم كنترل گاورنر از دو فيدر مجزا،از سيستم DC نيروگاه تأمين مي‎شود.

انواع انباره ها

انباره ديفراگمي

انباره بادكنكي

انباره پيستوني

وظايف انباره ها

ذخيره سازي انرژي

ميرا كردن ارتعاشات

تعديل نوسانات جريان

جبران كاهش مقدار روغن

تأمين انرژي براي شرايط اضطراري

سرو موتور اصلي

سيلندرها_ پيستون _ رينگ ها

سروموتور(Servomotor)

دو عدد سـروموتور براي باز و بسته كردن پره‎هاي هادي به طـور همزمان پيــش‎بيني می‌شود. آنها اين توانايي را دارند كه تحت هر شرايطي گشتاور پيچشي لازم بـراي باز/بسته شدن پره‎هاي هادي را فراهم نمايند.

کنترل دور توربین فرانسیس

توربینهای ﺁبی مورد استفاده در ایران از نوع فرانسیس هستند. قدرت خروجی این توربینها را می توان با کنترل دبی جریان ﺁب ورودی به توربین  کنترل کرد. در توربین فرانسیس،برای کنترل دبی جریان از ﭙرده های متحرک معروف به ﭙره های هادی استفاده می شود. تعداد این ﭙره ها تابع سرعت ویژه توربین است که بر مبنای ملاحظات ارتعاشات مکانیکی و هیدرودینامیکی توربین انتخاب می شود. ﭙره های هادی هر کدام حول یک محور قایم میتوانند بچرخندومرکز دوران تک تک ﭙره ها روی یک دایره فرضی قرار دارد .حرکت ﭙره ها همزمان انجام میشود. ﭙره های هادی توسط بازوهایی به یک حلقه بزرگ  متصل هستند. این حلقه خود به میل ﭙیستونهای سروموتوروصل شده است. میزان جابجایی میل ﭙیستونها سروموتورها توسط گاورنر کنترل می گردد.

توضیحی درباره گشتاور و سرعت توربین آبی

قدرت خروجی توربین آبی که از راه محور به ژنراتور منتقل می شود ،تابعی از سرعت توربین و میزان گشودگی ﭙره های هادی است.این تابع را میتوان برای تغییرات آرام ﭙره ها(مشخصه های استاتیک) بدست آورد. اما اگر تغییرات سرعت ویا تنظیم ﭙره ها سریع باشد ،روندهای گذرائی روی می دهد که باید از روی مشخصه های دینامیک بدست آیند.اختلاف بین مشخصه های دینامیک واستاتیک در وهله اول به این واقعیت مربوط است که جابجائی سریع ﭙره ها ی توربین فرانسیس منجر به تولید امواج فشاری معروف به ضربه قوچ می شود.

 بنابه این دلیل تغییرات گشتاور و قدرت تولیدی توربین از تغییرات سریع زاویه ﭙره های هادی تبعیت نمی کند وبه واسطه حظور جریان آب ،رفتارهای دیگری از توربین وژنراتور سر می زند که در حالت آرام تنظیم ﭙره های  هادی دیده نمی شود . به دلایل فوق،برای مطالعه عملکرد گذرای توربین ،لازم است که رفتار آبراهه توربین ،رفتار الکتریکی ژنراتور و اینرسی توربین وژنراتور بررسی شوند.به علاوه اگر ژنراتور به شبکه بزرگی متصل باشد،رفتار شبکه نیز بر روی عملکرد توربین اثر می گذارد .

با بسته شدن سریع پره های هادی بجای کاهش قدرت توربین نوعی افزایش دیده می شود .بعد از گذشت مدتی، قدرت توربین افت کرده و از تنظیم جدید پره های هادی تبعیت می کند. همچنین دیده می شود تغییر قدرت الکتریکی ژنراتور نسبت به تغییر قدرت توربین ،تاخیر زمانی دارد . این رفتار به هنگام تغییر سریع گشتاور روی می دهد،چون افزایش قدرت توربین نه تنها صرف افزایش قدرت الکتریکی ژنراتور ،بلکه باعث شتاب دادن به روتور آن نیز می شود.

وظیفه گاورنر حس سرعت توربین وتنظیم پره های هادی مطابق با تغییرات سرعت است تا اینکه شرط برابری گشتاور توربین و ژنراتور دوباره برقرار شود.گاورنر نیروگاه هیدرولیک به دو صورت می تواند عمل کند :

مجزا از شبکه

موازی با شبکه

در حالت مجزا از شبکه ،برای حفظ فرکانس سنکرون ژنراتور، لازم است که دور سنکرون توربین حفظ شود. بنابراین سروموتور گاورنر با توجه به نوسان بار تحمیلی به ژنراتور پیوسته پره های هادی را تنظیم می کند تاهمواره گشتاورتوربین با گشتاور ژنراتوربرابر باشد.وقتی که ژنراتور موازی با شبکه کار می کند ونقش کنترولر فرکانس را به عهده ندارد ،سرعت آن می تواند به اندازه چند درصد (%5-2) در پاسخ به افزایش بارشبکه افت کند.با توجه به طرزکار ژنراتور (مجزا یا موازی با شبکه)،سیستم گاورنر سه وظیفه کاری دارد :

گاورنر سرعت

گاورنر قدرت

گاورنر سرعت – قدرت

گاورنر سرعت برای واحدی است که باید در پاسخ به نوسانات بار ،همواره دور سنکرون خود را حفظ کند.این واحد می تواند مجزا کار کند ویا نقش کنترولر فرکانس را به عهده داشته باشد.در حالت دوم، گاورنر واحدی را کنترل می کند که به ازای افزایش بار ،دچار افت سرعت شده ولی گاورنر با تنظیم پره های هادی ،قدرت خروجی توربین را مطابق نیاز ژنراتور تنظیم می کند تا دوباره سرعت سنکرون ژنراتور حفظ شود. افت سرعت این واحد مخالف صفر است ودر نتیجه کمی دیرتر به تغییر بار پاسخ می دهد .تفاوت گاورنر سرعت وقدرت در این است که اولی سریعترین پاسخ را به تغییر بار شبکه می دهد.به زبان دیگر گاورنر سرعت سریعترین گاورنر موجود در شبکه است.

همچنین گاورنر را طوری می توان تنظیم کرد که هر دو وظیفه کنترل قدرت و سرعت را انجام دهد.

در ایران نقش کنترل فرکانس شبکه به عهده یکی از واحدهای نیروگاه سد دز است. نیروگاه دز دارای هشت واحد به قدرت نامی

 MV65 و قدرت مجموع MW520 می باشد. در یکی از این واحدها،افت دایم سرعت گاورنر صفر تنظیم شده است .این واحد،حساسترین واحد تولید قدرت در ایران نسبت به نوسانات بار شبکه است .

اگر به هنگام کارکرد عادی شبکه ،ناگهان باری به شبکه تحمیل شود که باعث افت سرعت شبکه گردد،کنترولر فرکانس دز(یکی از واحدها ) این اضافه بار را متقبل می شود . درفاصله ای که این واحد زیر بار می رود ،اپراتورهای نیروگاه موظفند ،در صورت پذیرش نیروگاه واحدهای دیگری را زیر بار برده تا واحد کنترولر فرکانس از زیر این بار تحمیلی آزاد شود. در واقع واحد کنترل فرکانس ،واحدی است که تقریبا به طور پیوسته در حالت بی بار کار می کند و به همین دلیل به واحد flat  معروف است .در صورتی که حین کنترل فرکانس هیچ واحدی نتواند پذیرای نوسانات بار شود ،مسئولان مرکز کنترل نیروگاههای ایران ،برای حفظ فرکانس شبکه ،قدرت مصرفی بعضی مناطق را قطع می کنند .شبکه الکتریکی کشور پیوسته در حال گسترش وسنگین شدن است ،به همین دلیل جهت کنترل فرکانس به واحدهای قدرتمندی نیاز است تا جوابگوی نوسانات بزرگ بار در شبکه باشند.

میزان سرعت

با تنظیم این پارامتر روی تابلوی کنترل گاورنر ،می توان میزان انحراف را از سرعت سنکرون به صورت دستی کنترل کرد.این تنظیم معمولا در محدوده %15-10 سرعت سنکرون می باشد و بار گذاری روی ژنراتور را کنترل می کند. مثلا اگر میزان سرعت یک ،منفی بوده و زیر فرکانس شبکه  باشد ،به واحد دستور داده می شود تا با رسیدن به یک سرعت خاص (که طبق میزان سرعت تنظیم می شود )بار دفع کند. وبرعکس اگر میزان سرعت، بالای فرکانس خط باشد ،به ژنراتور اجازه داده می شود

    بار جذب کند.تنظیم میزان سرعت مثبت برای واحدی که افت سرعت دارد  باعث افزایش فرکانس قدرت ژنراتور خواهد شد.

حدود پره های هادی

کنترل حدود جابجائی پره های هادی برای این است که از طریق دستی بتوان حداکثر گشودگی مجاز پره ها را تثبیت کرد . وقتی که میزان گشودگی پره های هادی در یک مقدار بینابینی بود و میزان سرعت مقدار مثبتی داشته باشد ،گشودگی پره ها در این مقدارتعیین شده ،حفظ می شود .به این ترتیب گفته می شود که توربین در حالت بار مسدود کار می کند .میزان گشودگی پره های هادی توربین فرانسیس که با α یا λنشان داده می شود . روی منحنی عملکرد توربین مشخص می شود. در عمل این میزان گشودگی در یک محدوده است .مثلا برای نیروگاه سد دز، پره های هادی بین %80-30 اجازه باز وبسته شدن دارند. در مقادیر کوچکتر αنسبت به حداقل  گشودگی مجاز ،به دلیل پدیده کاویتاسیون پره ها دچار خورده گی می شود . در عمل برای جلوگیری از این پدیده ،هوای فشرده به آب ورودی به توربین تزریق می شود. به همین دلیل ،میزان جابجائی پره های هادی و حداقل وحداکثر آن به صورت اطلاعاتی در کنترولر گاورنر ثبت می شود.

افت دائمی سرعت

اگر برای کنترل دور سیستمی (تثبیت فرکانس شبکه الکتریکی)

چند گاورنر بطور همزمان در حال کار باشند ،امکان ندارد سرعت همگی آنها یکی باشد .یعنی گاورنری که سرعت بیشتری دارد، سعی می کند سیستم را به سرعت خود نزدیک کند.به این ترتیب،این گاورنر بار جذب می کند تا یا به هدف خود برسد و یا اینکه به حد اکثر گشودگی پره های هادی α0=100% برسد (حالت پره های کاملا باز).

گاورنر اگر بتواند فرکانس سیستم را به بالابکشد،گاورنر دیگر سرعت زیادی را حس می کند و برای نزدیک کردن سرعت گاورنر سریعتر ،بار را دفع می کند .

نتیجه این که یک واحد سرعت می گیرد و به خاطر دفع بار باعث کند شدن سرعت واحد دیگر می گردد. عمل گاورنرها معکوس یکدیگر می شود. برای جلوگیری از بروز این وضعیت، گاورنرها دارای نوعی مشخصه هستند که به افت دائم سرعت معروف است واثر آن این است که به  موازات افزایش گشودگی پره های هادی و یا جذب بار ،از میزان حساسیت گاورنر به تغییرات سرعت می کاهد.

نیروگاه برق آبی در جهان

مزایا نیروگاه آبی:

ملاحظات اقتصادی

بیشترین مزیت استفاده از نیروگاه‌ها آبی عدم نیاز به استفاده از سوخت‌ها و در نتیجه حذف هزینه‌های مربوط به تامین سوخت است. درواقع هزینه انرژی الکتریکی تولیدی در یک نیروگاه آبی تقریباً از تغییرات قیمت سوخت‌های فسیلی نظیر نفت، گاز طبیعی و زغال سنگ مصون است. همچنین عمر متوسط نیروگاه‌های آبی در مقایسه با نیروگاه‌های گرمایی بیشتر است، به طوری که عمر برخی از نیروگاه‌های آبی که هم‌اکنون در حال استفاده هستند به ۵۰ تا ۱۰۰ سال پیش بازمی‌گردد. هزینه کار این نیروگاه‌ها در حالی که به صورت خودکار کار کنند کم است و بجز در موارد اضطراری به پرسنل زیادی در نیروگاه نیاز نخواهد بود.

در موقعیت‌هایی که استفاده از سد چندین هدف را پوشش می‌دهد، ساخت یک نیروگاه آبی هزینه نسبتاً کمی را به هزینه‌های ساخت سد اضافه می‌کند. ایجاد یک نیروگاه هیمچنین می‌تواند هزینه‌های مربوط به ساخت سد را جبران کند. برای مثال درآمد ناشی از فروش انرژی الکتریکی در سد «Three Gorges» که بزرگ‌ترین سد جهان است با فروش انرژی الکتریکی تولیدی در سد در طول ۵ تا ۷ سال جبران شده‌است.

انتشار گازهای گلخانه‌ای

در صورتی که سوختی در نیروگاه سوخته نشود، دی اکسید کربن (که یک گاز کلخانه‌ای است) نیز در نیروگاه تولید نخواهد شد. البته در مراحل احداث نیروگاه مقدار ناچیزی گاز دی‌اکسید کربن تولید می‌شود که در مقابل میزان دی‌اکسید کربن تولیدی در نیروگاه‌های گرمایی که از سوخت‌های فسیلی برای تولید انرژی گرمایی استفاده می‌کنند بسیار ناچیزاست. البته در این نیروگاه‌ها بر اثر اجتماع آب پشت سد گازهایی متصاعد می‌شود که در پایین به آنها اشاره شده‌است.

آب ذخیره شده در پشت یک سد در واقع می‌تواند بخشی از امکانات مربوط به ورزش‌های آبی باشد و به این ترتیب می‌تواند به جاذبه‌ای برای گردشگران تبدیل شود. در برخی از کشورها از این آب برای پرورش موجودات آبزی مانند ماهی‌ها استفاده می‌شود به این ترتیب که در برخی سدها محیط‌های خاصی برای پرورش موجودات آبزی اختصاص یافته که همیشه از نظر داشتن آب پشتیبانی می‌شوند.

معایب نیروگاه آبی:

آسیب به محیط زیست

پروژه‌های احداث سد معمولاً با تغییرات زیادی در اکوسیستم منطقه احداث سد همراه هستند. برای مثال تحقیقات نشان می‌دهد که سدهای ساخته شده در کرانه‌های اقیانوس اطلس و اقیانوس آرام در آمریکای شمالی از میزان ماهی‌های قزل‌آلای رودخانه‌ها به شدت کاسته‌است و این به دلیل جلوگیری سد از رسیدن ماهی‌ها به بالای رودخانه برای تخم‌گذاری است و این درحالی است که برای عبور این ماهی‌ها به بالای رودخانه محل‌های خاصی در سد در نظرگرفته شده‌است. همچنین ماهی‌های کوچک در طول مهاجرت از رودخانه به دریا در بین توربین‌ها آسیب می‌بینند که برای رفع این عیب نیز در قسمتی از سال ماهی‌ها را با قایق‌های کوچک به پایین رودخانه می‌برند. با تمام فعالیت‌هایی که برای ایجاد محیط مناسب برای ماهی‌ها انجام می‌شود بازهم با ساخت سد از میزان ماهی‌ها کاسته می‌شود. در کشورهایی مانند ایالات متحده بستن مسیر مهاجرت ماهی‌ها و دیگر موجودات آبزری به وسیله سد ممنوع است و حتماً باید برای عبور آنها تمهیداتی اندیشیده شود. به این ترتیب در برخی موارد سدها می‌توانند واقعاً برای ماهی‌ها آسیب رسان باشند که نمونه‌ای از آنها سد مارموت (Marmot Dam) در ایالات متحده‌است که عملیات حذف آن در ۲۰ اکتبر ۲۰۰۷ به پایان رسید. پس از تخریب این سد رودخانه برای اولین بار پس از۱۰۰ سال جریان آزاد خود را آغاز کرد. عملیات حذف این سد بزرگ‌ترین عملیات حذف سد در ایالات متحده بود.

ایجاد سدها معمولاً باعث به وجود آمدن تغییراتی در قسمت‌های پایینی رودخانه می‌شوند. آب خروجی از توربین‌ها معمولاً حامل مقدار کمتری از رسوبات است و این خود باعث پاک شدن بستر رودخانه و از بین رفتن حاشیه‌های رودخانه می‌شود. به دلیل اینکه توربین‌ها معمولاً به نوبت کار می‌کنند نوساناتی در جریان آب خروجی ایجاد می‌شود که شدت فرسایش بستر رودخانه را افزایش می‌دهد. همچنین ظرفیت اکسیژن حل شده در آب به دلیل کار توربین‌ها کاهش می‌یابد چراکه آب خروجی توربین‌ها معمولاً گرمتر از آب ورودی آنهاست که این خود می‌تواند جان برخی گونه‌های حساس را به خطر بیندازد. برخی دیگر از سدها برای افزایش ارتفاع فشار مسیر رودخانه را منحرف کرده و باعث عبور آب از مناطق پر شیب‌تر می‌شوند و به این ترتیب مسیر قبلی رودخانه را خشک می‌کنند. برای مثال در رودخانه‌های تپاکو (Tekapo) و پوکاکی (Pukaki) از این روش استفاده شده‌است که نه تنها موجب به خطر افتادن برخی گونه‌های موجودات آبزی شده بلکه پرندگان مهاجر منطقه را نیز به شدت در خطر قرار داده‌است.سدهای بسیار بسیار بزرگ مانند سد اسوان (در مصر) و سد سه‌دره (در چین) تغییرات زیادی را در بالا و پایین رودخانه به وجود می‌آورند.

انتشار گازهای گلخانه‌ای

آب جمع شده در پشت سد در مناطق گرمسیری می‌تواند مقدار قابل توجهی از گاز متان و گاز کربنیک را تولید کند. این گازها در اثر پوسیدگی قسمت‌های مختلف گیاهان و زباله‌هایی به وجود می‌آیند که از بالای رودخانه آمده‌اند و به وسیله باکتری‌های ناهوازی تجزیه می‌شوند. بیشتر گاز تولیدی در اثر پوسیدگی را گاز متان تشکیل می‌دهد که از نظر آثار گلخانه‌ای از دی‌اکسیدکربن خطرناک‌تر است. براساس گزارش کمیسیون جهانی سدها، در سدهایی که منبع آنها نسبت به برق تولیدی آنها کوچک است (کمتر از ۱۰۰ وات به ازای هر مترمربع از آب) و درخت‌های اطراف مسیر رودخانه پاکسازی نشده‌اند، میزان گاز گلخانه‌ای تولیدی از یک نیروگاه گرمایی با سوخت نفت بیشتر است.

جابجایی جمعیت

از دیگر معایب ساخت سدها، جابجایی جمعیت ساکن در مناطق زیر آب رفته توسط آب پشت سد است. این مناطق ممکن است شامل مناطقی باشد که از نظر فرهنگی یا اعتقادی دارای ارزش بالایی هستند و بدین ترتیب دلبستگی زیادی بین مردم ساکن با منطقه و آن منطقه خاص وجود دارد و به این ترتیب با بالا آمدن آب این مکان‌های تاریخی یا فرهنگی از بین خواهند رفت. از جمله سدهایی که در مراحل ساخت با این قبیل مشکلات روبه‌رو شدند می‌توان به سد سه‌مره یا سد کلاید اشاره کرد.

در پایان نیز می توانید ویدیویی دیگر در مورد نیروگاه آبی مشاهده نمایید – البته این ویدیو ترجمه نشده است

پاورپوینت نیروگاه آبی نیز پیوست گردید

     دانلود پاورپوینت | با حجم 2 مگابایت

     دانلود ویدیو نیروگاه آبی چگونه کار می کند – زیرنویس فارسی HD | با حجم 14 مگابایت

     دانلود ویدیو نیروگاه برق آبی چگونه کار می کند – انگلیسی HD | با حجم 9 مگابایت

     پسورد : www.poweren.ir

راستي! براي دريافت مطالب جديد در کانال تلگرام PowerEn عضو شويد.