آب همیشه از نقطۀ بالاتر به نقطۀ پایینتر سرازیر میشود. این حرکت آب میتواند به عنوان یک منبع انرژی، مورد استفاده قرار گیرد. این منبع انرژی ممکن است جریان آرام یک رودخانه یا ریزش آب از یک ارتفاع زیاد مانند آبشار یا سدّ باشد.
حرکت بیپایان امواج دریا و جذر و مدّ آن نیز میتواند مورد استفاده قرار گرفته و انرژی تولید کند. برخلاف بسیاری دیگر از منابع، انرژی آب تمام شدنی نیست و آبهای جاری روی زمین همیشه به عنوان یک منبع ارزان و ثابت وجود خواهند داشت.
نیروی هیدروالکتریک
الکتریسیته زمانی ایجاد میشود که آب، ماشینی بهنام «توربین» را که به یک دینام وصل است، بگرداند. توربینها همان چرخهای آبی اولیه هستند که تغییر شکل یافته و کارآمدتر شدهاند. آنها طوری طراحی شدهاند که تا آن جا که ممکن است، انرژی حرکت آب را جذب کنند. نیروگاههای هیدروالکتریکی اغلب در مناطق کوهستانی و جاهایی که دارای بارندگی زیاد است، ساخته میشوند. یک دریاچه یا منبع بزرگی از آب در بالای نیروگاه، آب کافی برای این منظور را تأمین میکند. مقدار نیرویی که ایجاد میشود، بستگی به ارتفاع ریزش آب دارد. دریاچۀ یک سدّ اغلب به اندازۀ یک دریاچۀ طبیعی است. آب از ذخیرۀ پشت سدّ و از طریق لولههای فولادی محکم یا تونلها، به طرف توربینها سرازیر میشود.
بعضی از نیروگاههای آبی در مسیر رودخانهها قرار دارد و در داخل سدّهای مخصوص یا در پایین آنها ساخته میشود.
نیروی جذر و مدّ
جذر و مدّ یکی دیگر از منابع آبی است که میتواند تولید نیرو کند. در دهانۀ رودخانهای که به دریا نزدیک است و در جایی که ارتفاع بینجذر و مد آب زیاد است، سدّ میسازند. در هنگام مدّ، آب از داخل تونلها جریان مییابد و توربینها را میگرداند و الکتریسیته تولید میشود.
👇 سدّ «هووِر» بر روی رودخانۀ کلرادوی آمریکا، بیش از 220 متر ارتفاع و379 متر طول دارد. ذخیرۀ آب پشت سدّ که به دریاچۀ «مید» معروف است 185 کیلومتر (115 مایل) طول و 180 متر عمق دارد. در پایین سدّ، یک نیروگاه آبی است که قسمت اعظم برق ایالتهای آریزونا، نوادا و جنوب کالیفرنیا را تأمین میکند.
متأسفانه مدّ، هر روز در ساعتی متفاوت با روز پیش، ایجاد میشود؛ لذا تولید برق در زمانی که بیشتر مورد نیاز است، مشکل میباشد. دانشمندان در جستجوی راههایی برای استفاده از حرکات بالا و پایین رفتن امواج دریا، بهعنوان منبعی قابل اعتماد و ارزان برای تولید برق هستند.
نظری به گذشته
اولین چرخهای آبی، حدود یک قرن قبل از میلاد، بهوسیلۀ یونانیها اختراع شد و یونانیها آنها را بهطور افقی در جریان آب قرار میدادند. رومیها از چرخهای آبیای که بهطور عمودی قرار داشتند، برای تأمین نیرو جهت آسیاب کردن غلات، استفاده میکردند. معمولاً دو نوع چرخ عمودی وجود داشت، یک نوع چرخهایی بود که وقتی آب از بالا روی آن میریخت، حرکت میکرد. در مقابل، چرخهایی بود که از زیر آنها را حرکت میداد. این نوع چرخها در جریانهای سریع آب قرار داده میشدند و میچرخیدند. در خلال سالهای انقلاب صنعتی اروپا، چرخهایبزرگ آبی، نیروی کارخانهها را تأمین میکردند.سّد مانعی است که در عرض رودخانه یا مَصّبِ رودخانهها ساخته میشود و برای جلوگیری از سیل و تولید برق از نیروی آب جلوگیری میکند و آب در پشت آن به صورت دریاچه جمع میشود. سدهای جدید به دو دستۀ کلی تقسیم میگردند. یکی سدهای خاکی و دیگری سدهای ساختمانی. سدهای ساختمانی معمولاً از بُتن ساخته میشود.
👇این یک چرخ آبی در نزدیکی «مورکیا» واقع در جنوب شرقی اسپانیاست. چرخهای آبی یکی از قدیمیترین روشهای استفاده از نیروی آب میباشد. عقیده بر این است که این چرخها یکصد سال قبل از میلاد ایجاد شدهاند.
سیستم مخزنهای پمپی
یکی دیگر از کاربردهای آب برای تولید برق، روش پمپ کردن مخازن است. نیروی الکتریسیته به خودی ِخود نمیتواند در مقادیر بسیار زیاد، ذخیره شود و باید به مقدار مورد نیاز تولید گردد. در سیستم مخازن پمپی، بین دو مخزن با ارتفاع متفاوت، لولههایی کار گذاشته میشود. وقتی آب از سطح بالاتر به طرف سطح پایینتر جاری میگردد، از درونتوربین میگذرد و برق تولید میکند. و زمانیکه تقاضا برای برق کم است، مثلا شبها، قیمت آن نیز کمتر میشود. بنابراین به جای توربین، موتور پمپ بهکار میافتد و بهوسیلۀ نیروی برق ارزان، آب را از مخزن پایین به مخزن بالایی پمپ میکند. سپس در روز بعد و هنگامی که تقاضا برای برق بیشتر است، مجدداً از آب مخزن بالایی برای تولید برق استفاده میشود.
👇این نمایی از یک سیستم مخزن پمپی است. در شب که نیروی برق، زیاد مورد نیاز نیست، آب بهوسیلۀ پمپ به مخزن بالایی فرستاده میشود و در روز، آب دوباره به طرف پایین جریان یافته؛ برق تولید میکند.
👇 این سدِّ وزنی یکی از انواع سدهای ساختمانی است. قسمت پایۀ سدّ که فشار آب در آن قسمت از همه جا بیشتر است، از بتن ساخته میشود.
بخشی از کتاب دانشنامه آکسفورد، علم و تکنولوژی از انتشارات پیام بهاران
صفحه 68-69