نیروگاه تلمبه ذخیره ای

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز: نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای (pump storage hydroelectricity) یا پمپاژی نوع خاصی از نیرو گاه آبی می‌باشد که در آن، آب پمپاژ شده برای تامین منبع انرژی نسبت به آب جریان طبیعی رودخانه نقش بیشتری را ایفا می‌کند.

دیدگاه اصلی در طرح این پروژه‌ها عبارت است از: ذخیره انرژی تولید شده توسط انواع نیروگاه‌ها و استفاده از این انرژی در پیک مصرف برق.

در واقع ذخیره برق کار بسیار پر هزینه ایست و همچنین روش‌های متداولی برای این کار وجود ندارد. علاوه بر این موضوع میزان مصرف برق در ساعات مختلف شبانه روز متفاوت است و نیروگاه‌ها که تن‌ها توان تولید ظرفیت مشخصی را دارند مجبور می‌شوند تا به اندازه پیک مصرف برق، برق تولید کنند. اما با استفاده از نیروگاه‌های تلمبه ذخیره‌ای به نحوی می‌توان برق را ذخیره کرد.

پس وظیفه این نیروگاه تبدیل انرژی حرارتی نسبتا کم هزینه‌ی خارج از پیک مصرف برق، از نیروگاه‌های هسته‌ای، حرارتی و زغال سنگی به برق گران قیمت در شرایط پیک می‌باشد. این کار در یک نیرو گاه تلمبه ذخیره‌ای با استفاده از انرژی حرارتی در شرایط غیر پیک برای پمپاژ آب از یک مخزن پایین‌تر به یک مخزن بالا‌تر صورت می‌گیرد. اغلب پروژه‌های تلمبه ذخیره‌ای بر اساس چرخه روزانه یا هفتگی کار می‌کنند. ž نیرو گاه تلمبه ذخیره‌ای برای ذخیره انرژی بر اساس فصول می‌توانند مورد استفاده قرار بگیرند.

تاریخچه

اولین بار از سیستم تلمبه ذخیره‌ای در دهه ۱۸۹۰ در ایتالیا و سوئیس استفاده شد.
در دهه ۱۹۳۰ توربین برق آبی قابل برگشت ساخته و در دسترس قرار گرفت. این توربین‌ها می‌توانستند به صورت توربین- ژنراتور و در جهت عکس به صورت پمپ‌های مجهز به موتور الکتریکی عمل کنند. آخرین توربین‌ها در مقیاس بزرگ، فن آوری مهندسی توربین‌های دارای سرعت متغیر هستند که از راندمان بالاتری برخوردار هستند. این توربین‌ها همزمان با فرکانس شبکه، برق تولید می‌کنند و مستقل از فرکانس شبکه به صورت موتور پمپ عمل می‌کنند.

در سال ۲۰۰۰، ایالات متحده آمریکا دارای ظرفیت تلمبه ذخیره‌ای به میزان ۵ / ۱۹ گیگاوات بود که ۵ / ۲ درصد ظرفیت تولید بار پایه این کشور را به عهده داشت.

در سال ۱۹۹۹، اروپا از مجموع ۱۸۸ گیگاوات نیروی برق آبی ۳۲ گیگاوات ظرفیت تلمبه ذخیره‌ای داشت که نشان دهنده ۵ / ۵ درصد مجموع ظرفیت برق در اروپا است.

**مزایا و معایب استفاده از نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای

مزایا و معایب استفاده از نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای به شرح زیر می‌باشد:

مزایا:

۱. عدم ایجاد آلودگی

۲. ایجاد فضای تفریحی در برخی فصول.

۳. آسیب کم بر چشم انداز طبیعت

**معایب:

۱. پر هزینه بودن طرح

۲. پس از اتمام آب مخزن دیگر قابل استفاده نیست مگرآنکه آب را از مخزن پایین دست به بالا دست پمپاژ کنیم. (در واقع یکبار مصرف است)

-انواع پروژه‌های تلمبه ذخیره‌ای

پروژه‌های تلمبه ذخیره‌ای دو نوع هستند:

۱. پروژه‌های ذخیره‌ای به طور کامل تلمبه‌ای (یا بدون جریان رود خانه) که آب مورد نیاز برای تامین انرژی در آن‌ها به طور کلی به وسیله تلمبه خانه به درون مخزن فوقانی، تحت عنوان منبع انرژی پمپاژ می‌شود.

۲. پروژه‌های تلمبه ذخیره‌ای مرکب که برای تولید انرژی از ترکیب آب پمپاژی وجریان طبیعی رودخانه استفاده می‌نمایند، که به آن پمپ جبرانی نیز گفته می‌شود.


žپروژه نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای بدون جریان رودخانه:

žاین نوع نیروگاه معمولا شامل یک مخزن تحتانی روی رودخانه یا سایر پیکره‌های آبی می‌باشد که منبع آب را تشکیل می‌دهد ونیز احداث یک مخزن فوقانی مستقر در مجاور مخزن تحتانی است. مخزن فوقانی در بعضی از پروژه‌ها در بالای کوه که جریان ورودی موضعی آن کم است و یا وجود ندارد ساخته می‌شود. ž

žاولین پروژه ذخیره تلمبه‌ای یا پمپاژی درایالات متحده درسال ۱۹۲۹ روی رودخانه راکی ساخته شده است. این پروژه به منظور پمپاژ آب در میان یک دریاچه مصنوعی دست ساز در دوره‌های جریان کم برای تولید نیرو در پایین دست رودخانه هوساتونیک احداث گردیده است.


-خصوصیات ساختگاه مطلوب

 

ساختگاه مطلوب (desirable site) در نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای باید شرایط زیر را دارا باشد:

۱. شرایط زمین باید برای آب بندی مخازن مناسب باشد.

۲. تاجایی که امکان دارد باید مقدار بار زیاد باشد.

۳. تاجایی که امکان دارد باید طول مجرای آب کوتاه باشد.

۴. ساختگاه مخازن باید دارای حداقل عملیات حفاری وحجم خاکریزی باشد.

۵. در صورت امکان برای مخزن تحتانی از مخزن موجود استفاده شود.

۶. هر دو مخزن باید دارای خصوصیات افت مناسب باشند.

۷. ساختگاه باید برای نصب تاسیسات نیروی بزرگ žمناسب باشد.

ž ۸. ساختگاه باید در فاصله مقولی نزدیک به مراکز بار قرار داشته باشد.

۹. باید منبع یا منابع انرژی پمپاژ نسبتا ارزان، دردسترس باشد.

 

 مخازن فوقانی و تحتانی

-مخازن فوقانی (upper reservoirs):

žمخازن فوقانی معمولا با احداث یک سد در عرض دره طبیعی و یا یک خاکریز مسدود در اطراف یک سطح پهن وصاف که معمولا در بالای یک تپه ساخته می‌شود، ایجاد می‌گردد. ساختگاه‌ها برای به حداقل رسانی هزینه باید در جایی انتخاب گردند که کمترین عملیات حفاری وحجم خاکریزی را داشته باشند، به خصوص ساختگاهی که دارای فرو رفتگی طبیعی باشند.

-مخازن تحتانی (lower reservoirs):

ž در استفاده از مخازن موجود به عنوان مخازن تحتانی غالبا می‌توان هزینه‌های پروژه را کاهش داد، ولی درهر حال باید این اطمینان حاصل گردد که ذخیره کافی برای مقابله با نوسانات ناشی از بهره برداری پروژه ذخیره تلمبه‌ای علاوه بر نوسانات مربوط به بهره برداری از مخزن موجود، تامین شده باشد.




اولین نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای در ایران

پروژه نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای سیاه بیشه که اولین سد و نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای کشور می‌باشد در ۱۲۳ کیلومتری تهران، پنج کیلومتری شمال تونل کندوان و در مجاورت روستای سیاه بیشه واقع می‌باشد. این طرح یکی از پیچیده‌ترین پروژه‌های برق آبی کشور بوده و نقش تعیین کننده‌ای در شبکه برق کشور دارد.

درسال ۱۳۴۹ فاز مطالعاتی پروژه توسط یک شرکت بلژیکی انجام شد و پس از پیروزی انقلاب فاز اول و دوم پروژه اجرا شد و طی سالهای ۱۳۷۱ - ۱۳۶۴ تونل‌های انحرافی احداث گردید. در سال ۱۳۷۹ بازنگری فنی و اقتصادی طرح انجام شد و با پیگیری هایی که صورت گرفت و پس از انجام مطالعات تکمیلی و تهیه اسناد مناقصه در طی سالهای ۸۰ و ۸۱ عملیات اجرایی پروژه در سال ۱۳۸۲ رسما آغاز گردید.

اهداف طرح:

۱. اهداف اصلی

- ایجاد تعادل در شبکه برق مصرفی کشور در ساعات پربار و کم بار مصرف

- تولید انرژی برق آبی با ظرفیت ۱۰۴۰ مگاوات در ساعات پر بار مصرف

- مصرف انرژی الکتریکی با ظرفیت ۹۶۰ مگاوات در ساعات کم بار مصرف

۲. اهداف فرعی

- کاهش هزینه‌های استهلاک و نیروگاههای حرارتی به میزان سالانه ۱۹ میلیون دلار

- ایجاد محیطی تفریحی و توریستی برای گردشگران

- ایجاد اشتغالزایی در منطقه

 

 

تجهیزات نیروگاهی

4 توربین فرانسیس با محور عمودی	نوع توربین
511.3m	هد خالص حداکثر توربین ها
460.6m	هد خالص حداقل توربین ها

 

دومین نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای در ایران

نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای ایلام دومین نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای کشور است که در استان ایلام در حال اجرا می‌باشد. در زمانی که نیاز به برق کم باشد، با استفاده از برق اضافی موجود در کشور، آب به مخزنی که در ارتفاع بالاتر است پمپاژ می‌شود، اما وقتی که در ساعات پر مصرف تقاضای برق زیاد است آب از ارتفاع بالا ر‌ها شده و از طریق توربین، برق تولید می‌شود و آب در مخزن پایین دست ذخیره می‌شود.

نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای ایلام با استفاده از ۳ / ۴ میلیون متر مکعب آب که از مخزن سد سیمره به مخزنی در ارتفاع ۴۱۱ متر پمپاژ و در ساعات پیک بار جهت تولید انرژی مجدداً به مخزن سیمره بر می‌گردد، ظرفیت تولید یک هزار مگاوات انرژی برق آبی را دارد.

مخزن سد سیمره که هم اکنون در حال احداث است مخزن پایین دست این طرح را تشکیل می‌دهد و با احداث سدی خاکی به ارتفاع ۷۵ متر مخزن بالا دست نیز ساخته می‌شود. طرح تلمبه ذخیره‌ای ایلام با ظرفیت یک هزار مگاوات (چهار واحد ۲۵۰ مگاواتی) طراحی شده و با توجه به اعلام نیاز شرکت توانیر در مرحله اول ۵۰۰ مگاوات آن اجرا می‌شود. مدیرعامل شرکت توسعه منابع آب و نیروی ایران حجم مخزن بالایی نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای ایلام را حدود ۵ / ۵ میلیون متر مکعب اعلام کرد که به وسـیله دو رشـته تونل به قطر هر یک ۵ / ۶ متر به دریاچه سد سیمره متصل می‌شود.

 

 

منبع: scipost.ir