انرژی برق آبی، انرژی موجود در آب جاری است

تاریخ استفاده انسان از نیروی آب جاری در جوی‌ها و رودخانه‌ها به سالیان قبل باز می‌گردد. انرژی برق آبی یکی از نخستین منابع انرژی برای تولید الکتریسیته بود و تا سال ۲۰۱۹، انرژی برق آبی بزرگترین منبع تولید سالیانه کل الکتریسیته تجدیدپذیر بسیاری از کشورها بوده است.

در سال ۲۰۲۰، هیدروالکتریسیته در حدود ۷.۳٪ تولید الکتریسیته‌ی صنعتی و ۳۷٪ تولید الکتریسیته‌ی تجدیدپذیر صنعتی را شامل می‌شد. سهم هیدروالکتریسیته از تولید الکتریسیته‌ی کل در طول سالیان کاهش داشته است، که مهمترین علت این امر، افزایش تولید انرژی از منابع دیگر است.

انرژی برق آبی به چرخه‌ی آب وابسته است

داشتن درک صحیح از چرخه‌ی آب در درک بهتر انرژی برق آبی اهمیت به سزایی دارد. چرخه‌ی آب سه مرحله دارد:

انرژی خورشیدی، آب را در سطح رودخانه‌ها، دریاچه‌ها و اقیانوس‌ها گرم نموده که در نتیجه سبب تبخیر آب می‌گردد.

بخار آب تبدیل به ابر شده و به صورت باران و برف می بارد.

آب باران و برف در جوی‌ها و رودخانه‌ها جمع‌آوری شده، دوباره تبخیر می‌شوند و چرخه دوباره آغاز می‌شود.

مقدار بارندگی که به رودخانه‌ها و جوی‌ها در یک منطقه جغرافیایی سرازیر می‌شود، مقدار آب در دسترس برای تولید انرژی برق آبی را مشخص می‌نماید. تغییرات فصلی در بارندگی و تغییرات طولانی مدت در الگوی بارش، مانند خشکسالی، تاثیرات چشمگیری بر روی دسترسی تولید انرژی برق آبی خواهد گذاشت.

انرژی برق آبی از آب در حال حرکت تولید می‌شود

از آنجایی که منبع انرژی برق آبی، آب است، نیروگاه‌های انرژی هیدروالکتریک اغلب در نزدیکی یک منبع آب ساخته می‌شوند. حجم جریان آب و تغییر در ارتفاع از سطح – که اصطلاحا به آن «Head» گفته می‌شود- یا ریزش باران از یک نقطه به نقطه‌ی دیگر، مقدار انرژی در دسترس در آب جاری را تعیین می‌نماید. به طور کلی، هرچه جریان آب بیشتر و head بلندتر باشد، نیروگاه انرژی برق آبی الکتریسیته‌ی بیشتری تولید خواهد نمود.

آب در نیروگاه انرژی برق آبی از درون یک لوله یا دریچه می‌گذرد و سپس به آن فشار آورده و تیغه‌های توربین را به حرکت در می‌آورد و ژنراتور را برای تولید الکتریسیته به کار می‌اندازد.

تاسیسات رایج انرژی برق آبی شامل موارد زیر می‌شوند:

سیستم‌های جریان رودخانه، که نیروی جریان رودخانه به توربین فشار وارد می‌آورد. ممکن است در این تاسیسات یک سد تعبیه شده باشد تا جریان آب را به توربین‌های هیدرولیکی منحرف کنند.

سیستم‌های ذخیره‌سازی، محلی که آب به وسیله یک سد که بر روی جوی یا رودخانه قرار گرفته، در درون مخازنی انباشته شود و از طریق توربین‌های هیدرولیکی و به منظور تولید الکتریسیته آزاد شود. بیشتر تاسیسات انرژی برق آبی جهان دارای سد و مخازن ذخیره‌سازی هستند.

تاسیسات انرژی برق آبی مخزن تلمبه‌ای نوعی سیستم ذخیره‌سازی هیدروالکتریکی هستند که آب از منبع آب به مخزن ذخیره‌سازی در بالاترین ارتفاع از سطح پمپاژ می‌شود و از بالاترین مخزن برای تامین برق توربین‌های هیدرولیکی که در زیر مخزن بالایی واقع شده‌اند، آزاد می‌شود. الکتریسیته‌ی لازم برای این پمپاژ ممکن است از طریق توربین‌های هیدرولیکی و یا دیگر انواع نیروگاه‌های ‌توان از جمله نیروگاه‌های سوخت فسیلی یا هسته ای تامین شود.

هنگامی که تقاضای الکتریسیته و هزینه‌ی تولید پایین می‌رود، اغلب آب را به مخزن پمپاژ می‌کنند و زمان اوج نیاز به الکتریسیته و هنگامی که هزینه‌های تولید آن بسیار زیاد است، آب ذخیره شده را به منظور تولید الکتریسیته آزاد می‌کنند. سیستم‌های هیدروالکتریک مخزن تلمبه‌ای عموما برای پمپاژ آب به مخزن ذخیره‌سازی بالایی نسبت به مقدار تولید با آب ذخیره شده، از الکتریسیته بیشتری استفاده می‌کنند. به همین منظور تاسیسات مخزن تلمبه‌ای تعادل تولید منفی الکتریسیته خالص دارند.