انرژی آبی (به انگلیسی: Hydropower) یا انرژی هیدرولیک یک قدرت است که انرژی یا نیرویی است که از حرکت آبی بدست می‌آید که ممکن است برای اهداف مفید مهار شود. انرژی آب مانند انرژی خورشید از منابع طبیعی انرژی می‌باشد این انرژی به دلیل حرکت و سرعت آن می‌باشد که با ایجاد سد در مقابل رودخانه‌ها می‌توان انرژی جنبشی را به انرژی پتانسیل ذخیره کرد حتی آبشارها نیز به خاطر ارتفاع زیادی که از سطح زمین دارند و به خاطر وزش باد دارای منبع عظیمی از انرژی آب می‌باشند. نیروهای گرانشی مابین ماه و خورشید و زمین سبب بالا و پایین رفتن منظم آب اقیانوس‌ها در سراسر جهان گردیده که نتیجه آن امواج جزر و مدی می‌باشد. ماه نیرویی بیش از دو برابر نیرویی که خورشید بر امواج جزر و مد وارد می‌نماید اعمال می‌کند در نتیجه جزر و مد به وضوح تابعی است از گردش ماه به دور زمین ایجاد موج در روز و سیکل جزر در سطح هر جزئی از اقیانوس وجود دارد با وجود کم بودن دامنه ارتفاع موج جزر و مد در اقیانوس‌های آزاد به علت آشفتگی بالا دارای جابه جایی نسبتاً قابل توجهی می‌باشند.

پیش از در دسترس بودن توان الکتریکی تجاری انرژی آبی بیشتر برای آبیاری و بکار انداختن دستگاه‌های مختلف مانند آسیاب‌ها دستگاه‌های پارچه دستگاه‌های اره‌کشی گنتری کرین‌های اسکله و آسانسورهای خانگی مورد استفاده قرار می‌گرفت. دیگر کاربری این انرژی در دستگاه ترومپ برای فشرده کردن هوا با استفاده از ریختن آب است، که با این کار می‌شود انرژی آب را به مسافت‌های دورتر برای استفاده در دستگاه‌های دیگر انتقال داد. در گذشته برای خرد کردن گندم و ذرت در آسیاب‌ها از آب جاری برای چرخاندن چرخهای چوبی آسیاب استفاده می‌کردند این نوع آسیاب را آسیاب آبی یا آسیاب غلات می‌گفتند. در سال ۱۰۸۶ کتاب چند جلدی Domesday نوشته شد در این کتاب فهرست کلیه املاک خانه‌ها فروشگاه‌ها و سایر موارد در انگلستان ارائه شده‌است. در این کتاب فهرست ۵۶۲۴ آسیاب آبی واقع در جنوب رودخانه ترنت (Trent) در انگلستان درج شده‌است. به عبارت دیگر به ازای هر ۴۰۰ نفر یک آسیاب وجود داشت. گردش چرخ‌های آسیاب آبی یا از طریق آب‌های ریزشی (ریزش آب از بالا بر روی چرخ) یا آب‌های جاری (رودخانه) صورت می‌گیرد. امروزه از آب جاری نیز می‌توان برای تولید برق استفاده نمود. هیدرو به معنی آب است. بدین ترتیب هیدروالکتریک یعنی تولید برق از طریق انرژی آب.

برق تولید شده با استفاده از انرژی جنبشی آب جاری را نیروی هیدروالکتریک گویند. با ایجاد سد می‌توان جریان رودخانه را متوقف نمود. با ایجاد سد مخزنی از آب تشکیل می‌شود. اما سدهای احداثی بر روی رودخانه‌های بزرگتر باعث تشکیل مخزن نمی‌شود. جهت تولید برق در یک نیروگاه هیدروالکتریکی آب رودخانه به داخل آن هدایت می‌شود. نیروگاه‌های آبی بزرگترین تولیدکنندگان برق نیروگاه برق‌آبی میکرو در ایالات متحده هستند این نیروگاه‌ها ۱۰ درصد از کل برق مصرفی این کشور را تأمین می‌کنند. ساخت نیروگاه‌های از این نوع در ایالت‌های که دارای کوهستان‌های مرتفع و رودخانه‌های زیادی هستند می‌تواند منجر به افزایش تولید برق شود. به عنوان مثال در حدود ۱۵ درصد از کل برق تولیدی ایالت کالیفرنیا از نیروگاه‌های هیدروالکتریک تأمین می‌شود. اما بیشترین تولید برق آبی مربوط به ایالت واشینگتن است. ۳ سد از ۶ سد اصلی که بر روی رودخانه کلمبیا احداث شده‌اند عبارتند از گراند کولی (Grand coulee) چیف جوزف (Chief joseph) و جان دی (John Day) حدود ۸۷ درصد از کل برق تولیدی ایالت واشینگتن از نیروگاه‌های هیدروالکتریک تأمین می‌شود. مقداری از برق تولیدی این نیروگاه‌ها به ایالت‌های دیگر نیز ارسال می‌شود. انسان‌ها سال‌ها پیش از میلاد مسیح نیز از جزر و مد و جریانات موج آب بهره می‌گرفتند. برای مثال از نوسانات دوره‌ای موج به خوبی آگاه بودند و می‌دانستند چه زمانی و کجا با جریانات آبی قوی مواجه خواهند شد. تأسیسات و بناهای کوچک هیدرودینامیکی متعددی نظیر سیستم‌های پمپاژ آب و آسیاب‌های بادی از قرون وسطی در سرتاسر جهان به جا مانده‌است. برخی از این ابزار و وسایل هنوز و در دوران اخیر نیز استفاده می‌شدند. برای مثال چرخ آبی بزرگ برای پمپاژ آب در هامبورگ آلمان تاقرن نوزدهم همچنان مورد استفاده بود. شهر لندن از چرخ آبی بزرگی استفاده می‌کرد که در سال ۱۵۸۰ میلادی بر روی پل لندن تعبیه شده بود و بمدت ۲۵۰ سال آب سالم برای شهر فراهم می‌نمود. لیکن با پیشرفت صنعتی بشر و جامعه، برق‌رسانی و الکتریکی کردن تمام جنبه‌های تمدن مدرن به توسعه مبدل‌های گوناگون جهت انتقال منابع انرژی پتانسیل به انرژی الکتریکی منجر شد. در این راستا مطالعات جدی به منظور طراحی نیروگاه‌های موجی در مقیاس صنعتی برای استفاده و بهره‌گیری از انرژی موج در قرن بیستم با رشد سریع دانش الکتریک در صنعت آغاز گردید.

مکانیزم انرژی آب

این نیروگاه‌ها از انرژی نهفته شده در جزر و مد استفاده می‌کنند این انرژی عبارت است از انرژی پتانسیل (انرژی نهان یا ساکن) حاصل از جابجایی عمودی توده آب ساکن یا انرژی جنبشی وابسته به شدت جریان (انرژی جریان جزر و مدی) که به هر دلیل پدیده جزر و مد که خود ناشی از نیروهای گرانشی (جاذبه) ماه و خورشید می‌باشند، به وجود می‌آید. در بعضی از انواع این نیروگاه‌ها از جریان آب هم در جزر و هم در مد استفاده می‌نمایند. در این نیرگاه‌ها، آب از بالا وارد شده و باعث جدایی دو صفحه گشته و نیروی حاصل از آن فنر پیچشی را تحت فشار قرار می‌دهد و با فروکش کردن آب و خالی شدن محفظه و برگشتن فنر به حالت اولیه باعث چرخش توربین می‌شود. نیروگاه‌های موجی می‌توانند در دو حالت تک منظوره و دو منظوره طراحی و ساخته شوند. دو منظوره بدان معناست که توربین در هر دو حالتی که آب جریان دارد کار کند. زمانی که آب بالا می‌آید و همچنین طی زمانی که آب فروکش کرده و به اقیانوس بازمی‌گردد؛ ولی در سیستم تک منظوره توربین فقط در زمان سیکل فروکش کار می‌کند. این نوع دریچه‌های آب در زمان موج بازمی‌مانند و اجازه می‌دهند که آب فضای آبگیر را پر نماید. سپس دریچه‌ها بسته می‌شوند. ارتفاع و هد آب افزایش می‌یابد و توربین‌ها روشن می‌شوند و آب در دوره فروکش از آبگیر به درون اقیانوس بازمی‌گردد. مزایای روش توربین دومنظوره این است که به‌طور دقیق مدلی از پدیده طبیعی موج است و کمترین میزان تأثیر در محیط را دارد و از قضا در بعضی از انواع خود بازده بسیار بالایی هم دارد. اما این روش به لوازم پیچیده و توربین‌های دوجهته بازگردنده گران‌قیمت و تجهیزات الکتریکی نیاز دارد. از سوی دیگر روش تک منظوره بسیار ساده‌تر است و به توربین‌های چندان گران‌قیمتی نیاز ندارد. از جمله جنبه‌های منفی روش تک منظوره می‌توان به زیان بیشتر آن برای محیط اشاره نمود. از آنجایی که ارتفاع هد بیشتری برای آب ایجاد می‌نماید که سبب انباشته شدن رسوبات و ته‌نشینی‌ها در آبگیر می‌شود. سوای این‌ها هر دو روش در عمل به کار گرفته می‌شود. برای مثال نیروگاه‌های موجی لارانس و کیسلایا گوبا از نوع توربین‌های دو منظوره هستند درحالی که نیروگاه موجی آناپولیس از نوع تک منظوره است. یکی از پارامترهای اصولی و مرسوم نیروگاه‌های آبی توان خروجی آن می‌باشد. مکانیزم تولید برق از امواج دریا انرژی موجی یک انرژی پاک پایان ناپذیر است. این ویژگی‌های برجسته انرژی موجی را در آینده‌ای نزدیک به منبعی مهم و در عین حال جهانی جهت تولید انرژی تبدیل خواهد نمود. برای دستیابی به این هدف صنعت تولید انرژی موجی جزر و مدی باید در جهت بازدهی بالاتر و هزینه‌های کمتر و اجماع جهانی برای گسترش آن گام بردارد. بلندترین امواج در جهان به ندرت بتواند با ارتفاع و هد آب که در نیروگاه‌های رایج بر رودخانه‌ها که بالغ بر ده‌ها و صدها متر می‌شود مقایسه شود. ارتفاع و هد کم نیروگاه‌های موجی مشکلات فنی نسبی را برای طراحان ایجاد می‌نماید. اساسی‌ترین مشکل پیشروی طراحان، کارایی پایین اغلب ژنراتور هیدرولیکی به کار گرفته شده روی سدها با چنین ارتفاع و هد آب کمی می‌باشد و در سوی دیگر ژنراتورهای طراحی شده برای این سیستم بسیار گران و پیچیده هستند.

نیروگاه آبی

نیروگاه آبی نیروگاهی است که از انرژی آب در حال ریزش یا سرعتی حاصل می شود ، که ممکن است برای اهداف مفید مورد استفاده قرار گیرد. از زمان های بسیار قدیم، از نیروگاه های آبی از انواع مختلف به عنوان منبع انرژی تجدید پذیر برای آبیاری و بهره برداری از دستگاه های مختلف مکانیکی مانند ماسه سنگ، کارخانه اره، نساجی، کارخانه های سنگ معدن استفاده می شده است. یک ترومپ، که هوای فشرده شده را از آب در حال ریزش ایجاد می کند، گاهی اوقات برای به کار بردن ماشین آلات دیگر از راه دور استفاده می شود. در اواخر قرن 19، نیروگاه برق منبع تولید برق شد. Cragside در Northumberland اولین خانه ای بود که در سال 1878 توسط نیروگاه برق تأسیس شد و نخستین نیروگاه تجاری برق آبی در آبشارهای نیاگارا در سال 1879 ساخته شد. از اوایل قرن بیستم، این اصطلاح تقریباً به طور انحصاری در رابطه با توسعه مدرن قدرت آبی مورد استفاده قرار گرفته است. موسسات بین المللی مانند بانک جهانی، انرژی آبی را وسیله ای برای توسعه اقتصادی بدون افزودن مقادیر قابل توجهی کربن به جو می دانند،  اما سدها می توانند تأثیرات منفی و اجتماعی منفی داشته باشند.

انرژي موج

نيروی گرانش مابين ماه و خورشيد و زمين موجب بالا و پايين رفتن منظم آب اقيانوس‌ در سرتاسر دنیا كه امواج جزر و مدي و ماه نيروي بيش تر از دو برابر نيروي كه خورشيد بر موج جزر و مد وارد ‌نمايد اعمال كند، در نتيجه جزر و مد به واضح تابع و از گردش ماه به دور زمين. ايجاد موج در روز و سيكل جزر در سطح هر قسمت از اقيانوس وجود دارد. با وجود كم بودن دامنه ارتفاع موج جزر و مد در اقيانوس‌ آزاد، به  دلیل آشفته بالا، داراي جابه جايي نسبت قابل توجه باشد.

کارکرد نیروگاهی انرژی باد:

اين نيروگاه‌ از انرژي پنهان شده در جزر و مد  مصرف ‌كند، اين انرژي  از انرژي ساكن حاصل شده از جابه جا عمود توده آب ساكن و يا انرژي جنبش وابست به شدت جريان انرژي جريان جزر و مد  به هر  جهت پديده جزر و مد كه خود ناشي از نيرو گرانش جذب ماه و خورشيد ‌باشد، به وجود ‌آيد. در برخی از نواع اين نيروگاه‌ از جريان آب هم در جزر و هم در مد مصرف ‌نمايد، آب از بالا وارد شده و باعث جدا دو صفحه گشت و نيروي حاصل  فنر پيچ را تحت فشار قرار ‌دهد و با فروكش  آب و خالي شد محفظه و برگشت فنر به حالت اول باعث چرخش توربين شود. نيروگاه‌ موج مي‌توان در 2 حالت یک منظور و دو منظوره طرح و ساخت شود. دو منظوره به آن معنا كه توربين در هر دو حالت كه آب جريان دارد كار كند. هنگام كه آب بالا ‌آيد و طي زمان كه آب فروكش كرده و به اقيانوس باز ‌گردد. و در سيستم تك منظوره توربين  در زمان سيكل فروكش كار كند. اين شکل دريچه‌ آب در زمان موج باز ‌ماند و اجازه ‌دهد كه آب فضا آب گير را پر کند. بعد دريچه بسته شود. ارتفاع و هد آب بالا ‌يابد و توربين‌ روشن ‌شود و آب در دوره فروكش ا آب گير به درون اقيانوس باز ‌بگردد. مزیت راه توربين دومنظور به شکل دقيق مدل از پديده طبيعي موج و كم ميزان ﺗﺄثير در محيط را دارد و  در برخی از شکل خود بازده  زیاد بالا هم دارد. ولی اين راه به لوازم پيچيد و توربين‌ دوطرف بازگردد گران ‌ و تجهيز الكتريك نياز دارد.  راه تك منظور ساده و به توربين‌ چندان گران قيمت نياز نبوده و جنبه‌ منفي راه تك منظور مي توان به زيان بيش تر آن براي محيط اشاره کرد. از آن جا كه ارتفاع  بيش تر براي آب ايجاد شود كه  انباشت شدن رسوب و ته نشين در آب گير ‌شود. جدای اين هر دو راه در کار به كار گرفت. 

روش توليد برق از موج دريا چگونه است؟

محاسن و معایب آن:

انرژي موج يك انرژي پاك پايان ناپذير و اين ويژگي‌ مهم انرژي موج را در آينده‌ نزديك به منبع مهم و در  دنیا برای توليد انرژي تبديل می کند. براي دست یابی به اين هدف  در توليد انرژي موج جزر و مد برای بازده بالا و هزينه‌ كم و  جمع دنیا براي گسترش آن کرد. بلند تر امواج در دنیا  کم  با ارتفاع و هد آب كه در نيروگاه  بر رودخانه  كه بر ده‌ و صد متر ‌شود مقايسه باشد. ارتفاع  كم نيروگاه‌ موج  فني نسبت را براي طرح ايجاد ‌کرد. مشكل پيشرو طراحان، كارايي پايين بیش تر ژنراتور هيدروليك به كار گرفته شده روي سد با چنين ارتفاع و هد آب كم و ژنراتور طرح شده براي اين سيستم زیاد گران و پيچيده هست.

بررسی اقتصاد آن:

انرژي جزر و مد براي قرن‌ از نقطه نظر زماني و دامنه و گستره  مصرف ساير انرژي‌ پيشي گيرد. هر چند كه مشكل  ‌ براي گردآوري ابن منبع انرژي در قياس با انرژي خورشيد و انرژي باد در مناطق رسم شده‌ و  ﺗﺄسيسات مرسوم و رايج نيروگاه‌ تركيب موج كه با سد عظيم در اقيانوس‌ آزاد ‌باشد به دشواري مي‌تواند از نظر صرف اقتصاد با آن نيروگاه‌ سوخت فسيل و حرارت در اصل توليد انرژي الكتريكي در جهان و با زغال سنگ و سوخت ارزان، فراوان كار كند رقابتی باشد.

آمار دنیا:

4 نيروگاه موج در صنعت در دنیا وجود دارد كه همه جنگ جهان دوم ساخته شد و كه نيروگاه موج لارانس فرانسه (1976) نيروگاه موج كيس لايا گوبا  روسيه (1968) آناپوليس كانادا (1984) و دست آخر جيانگ زي يا در چين (1985)

محيط زيست:

همه نيروگاه‌ موج و جزر ومدي موجود با طرح ساخته شده‌ و بر اساس راه‌اندازي ايستگاه‌ توليد توان با در نظر داشتن مولف اصل طراح با ايجاد سد بر رودخانه‌ بنا گرديده‌ و اين راه رايج توجيه زیاد ضعيف اكولوژيك و زيست محيط داشته و ايجاد سد به شکل مهاجرت ماهي‌ را با مشكل مواجه كرد و جمعيت آن را خراب محيط زيست را با ايجاد سيلاب و باتلاق در سرزمين‌ مجاور تخريب ‌كند. ايجاد سيلاب موضوع مختص به نيروگاه‌  توان موج نبود چون سطح آب در آب گير نمي ‌توان زیاد از حد  طبيعي آب باشد.

کاربرد انرژی آب

انسانها سالها پيش از ميلاد مسيح نيز از جزر و مد و جريانات موج آب بهره مي‌گرفتند. براي مثال از نوسانات دوره اي موج به خوبي آگاه بودند و مي‌دانستند چه زماني و كجا با جريانات آبي قوي مواجه خواهند شد. ﺗﺄسيسات و بناهاي كوچك هيدروديناميكي متعددي نظير سيستم‌هاي پمپاژ آب و آسياب‌هاي بادي از قرون وسطي در سرتاسر جهان به جا مانده است. برخي از اين ابزار و وسايل هنوز و در دوران اخير نيز استفاده مي‌شدند. براي مثال چرخ آبي بزرگ براي پمپاژ آب در هامبورگ آلمان تا قرن نوزدهم همچنان مورد استفاده بود. شهر لندن از چرخ آبي بزرگي استفاده مي‌كرد كه در سال 1580 ميلادي بر روي پل لندن تعبيه شده بود و بمدت 250 سال آب سالم براي شهر فراهم مي‌نمود. ليكن با پيشرفت صنعتي بشر و جامعه، برق رساني و الكتريكي كردن تمام جنبه‌هاي تمدن مدرن به توسعه مبدل‌هاي گوناگون جهت انتقال منابع انرژي پتانسيل به انرژي الكتريكي منجر شد. در اين راستا مطالعات جدي به منظور طراحي نيروگاه‌هاي موجي در مقياس صنعتي براي استفاده و بهره گيري از انرژي موج در قرن بيستم با رشد سريع دانش الكتريك در صنعت آغاز گرديد. نيروهاي گرانشي مابين ماه و خورشيد و زمين سبب بالا و پايين رفتن منظم آب اقيانوس‌ها در سراسر جهان گرديده كه نتيجه آن امواج جزر و مدي مي باشد. ماه نيرويي بيش از دو برابر نيرويي كه خورشيد بر امواج جزر و مد وارد مي‌نمايد اعمال مي‌كند، در نتيجه جزر و مد به وضوح تابعي است از گردش ماه به دور زمين. ايجاد موج در روز و سيكل جزر در سطح هر جزئي از اقيانوس وجود دارد. با وجود كم بودن دامنه ارتفاع موج جزر و مد در اقيانوس‌هاي آزاد، به علت آشفتگي بالا، داراي جابه جايي نسبتا قابل توجهي مي‌باشند.

انرژی آب :

زمین را آب فرا گرفته، آب اقیانوس ها و رودها دائماً در جریان است. امواج جریان های دریایی، جزر و مدها رودهای خروشان و آبشارها همگی انرژی جنبشی یا حركتی فراوانی دارند. این انرژی منبعی مناسب برای تولید الكتریسیته است. هر چه بیشتر بتوانیم از انرژی آب استفاده كنیم نیازمان به منابع موجود انرژی نظیر سوخت های فسیلی كاهش می یابد. جریان آب یكی از قدیمی ترین منابع انرژی است چرخ آبی احتمالاً حدود صد سال قبل از میلاد مسیح و در یونان مورد استفاده قرار گرفت، در قرون وسطی در سراسر اروپا و آسیا از چرخ های آبی برای آسیاب غلات، به كار انداختن دَم و پتك آهنگری ها و آبیاری مزارع استفاده می شد. آسیاب های جزر و مدی كه در دهانه رودها یا خلیج های باریك ساخته می شدند نیز موارد استفاده مشابهی داشتند. چرخ های آبی منبع انرژی اصلی انقلاب صنعتی بود و ماشین آلات اولین كارخانه ها را به حركت درمی آورد. این كارخانه ها را عمدتاً درحاشیه رودها می ساختند زیرا، آب به عنوان یك منبع انرژی همیشه در دسترس بود. سرانجام با اختراع موتور بخار كه می توانست ماشین آلات بزرگتری را به حركت درآورد، این چرخ ها كنار گذاشته شدند و اكنون انرژی آبی كه آن ها را می چرخاند به هدر می رود.

نیروی حاصل ار آب در حال حرکت

انرژی آبی، از انرژی های تجدید پذیر می باشد، همان طور که می دانید انرژی آب از قدیمی ترین منابع تجدیدپذیر می باشد و هزاران سال پیش برای چرخاندن چرخ پره های آسیاب ها استفاده می شد. از آنجا كه منبع نیروی آبی، آب است، دستگاه های نیروی هیدرولیكی می‌بایستی نزدیك به آب واقع شوند. بنابراین تنها زمانی می‌توان به طور گسترده از انرژی برق آبی استفاده كرد كه تكنولوژی انتقال برق در مسیرهای طولانی پیشرفت كند. همان طور که می دانید انرژی مکانیکی را می توان از هدایت آب در چاه ها و کانال کشی آب جاری به دست آورد. از نقاط قله و چاه امواج آب می توان میزان انرژی آب را تعیین کرد. آب جاری سد در یك رودخانه بزرگ در جریان خود انرژی بسیار زیادی را داراست. این امر برای آب های سریع ریزشی مانند آبشارها نیز وجود دارد. در همین رابطه، آب در یك لوله جریان پیدا می‌كند و سپس با فشار خود تیغه‌های یك توربین برق را چرخانده تا آن هم یك مولد را چرخانده و برق تولید شود. در سیستم آب جاری، نیروی آب جاری فشار لازم  را به وجود می‌آورد درحالی كه در سیستم ذخیره، آب در مخازنی كه به وسیله سرها به وجود آمده‌اند جمع شده و سپس هنگامی كه تقاضای برق افزایش یافت، آزاد می‌گردد.