انرژی آبی
زمانیکه در کوهها و تپّه ها باران می بارد ، آب حاصل از آن بصورت نهر و رودخانه جاری شده و به دریا می ریزد. از آب جاری و ریزشی می توان به نحو احسن استفاده نمود. همانطوریکه قبلاً گفته شد ، انرژی عبارت است از «توانایی انجام کار». بنابراین می توان از آب جاری ، که حاوی انرژی جنبشی است ، برای تولید برق استفاده کرد.
در گذشته برای خرد کردن گندم و ذرت در آسیابها، از آب جاری برای چرخاندن چرخهای چوبی آسیاب استفاده می کردند. این نوع آسیاب را آسیاب آبی یا آسیاب غلات می گفتند.
در سال 1086 ، کتاب چند جلدی Domesday نوشته شد. در این کتاب فهرست کلیه املاک ، خانه ها ، فروشگاهها و سایر موارد در انگلستان ارائه شده است. در این کتاب فهرست 5624 آسیاب آبی واقع در جنوب رودخانه ترنت (Trent) در انگلستان درج شده است. به عبارت دیگر به ازای هر 400 نفر یک آسیاب وجود داشت.
گردش چرخهای آسیاب آبی یا از طریق آبهای ریزشی (ریزش آب از بالا برروی چرخ) و یا آبهای جاری (رودخانه) صورت می گیرد (این نوع آسیابها در تصویر نشان داده شده اند). امروزه از آب جاری نیزمی توان برای تولید برق استفاده نمود. هیدرو به معنی آب است. بدین ترتیب هیدرو – الکتریک یعنی تولید برق از طریق انرژی آب .
استفاده از انرژی جنبشی آب جاری جهت تولید برق را نیروی هیدروالکتریک گویند. با ایجاد سد میتوان جریان رودخانه را متوقف نمود. همانطوریکه در تصویر مربوط به سد شاستا (Shasta) در شمال کالیفرنیا ملاحضه می فرمائید ، با ایجاد سد، مخزنی از آب تشکیل می شود. اما سدهای احداثی برروی رودخانه های بزرگتر باعث تشکیل مخزن نمی شود. جهت تولید برق در یک نیروگاه هیدروالکتریکی ، آب رودخانه به داخل آن هدایت می شود. در تصویر ، سد دالاس را مشاهده می کنید که برروی رودخانه کلمبیا، در طول مرز بین ایالت اورگون و واشنگتن ، احداث شده است.
نیروگاههای آبی بزرگترین تولید کنندگان برق در ایالات متحده هستند. این نیروگاهها 10 درصد از کل برق مصرفی این کشور را تأمین می کنند. ساخت نیروگاههای از این نوع در ایالتهای که دارای کوهستانهای مرتفع و رودخانه های زیادی هستند ، می تواند منجر به افزایش تولید برق شود. به عنوان مثال، در حدود 15 درصد از کل برق تولیدی ایالت کالیفرنیا از نیروگاههای هیدروالکتریک تأمین می شود. اما بیشترین تولید برق آبی مربوط به ایالت واشنگتن است. 3 سد از 6 سد اصلی که برروی رودخانه کلمبیا احداث شده اند عبارتند از گراند کولی (Grand coulee) ، چیف جوزف (Chief joseph) و جان دی (John Day) . حدود 87 درصد از کل برق تولیدی ایالت واشنگتن از نیروگاههای هیدروالکتریک تأمین می شود. مقداری از برق تولیدی این نیروگاهها به ایالتهای دیگر نیز ارسال می شود.
نحوه کار یک سد آبی
آب پشت سد بعداز عبور از یک مدخل وارد لوله ای بنام آبگیر (دریچه مخصوص تنظیم جریان آب) می شود. آب به تیغه های توربین فشار آورده و باعث حرکت آنها می گردد. توربین یک نیروگاه آبی مانند توربین یک نیروگاه معمولی عمل می کند، با فرق اینکه در اینجا از آب بجای بخار برای چرخاندن توربین استفاده می شود. گردش توربین باعث چرخش ژنراتور و درنتیجه تولید برق می گردد. سپس برق تولیدی از طریق خطوط انتقال به خانه ، مدرسه ، کارخانه و مراکز تجاری ارسال می شود.
امروزه نیروگاههای آبی در نواحی کوهستانی ایالتهای مختلف آمریکا ، که در آنجا دریاچه و
رودخانه های طویل وجود دارد ، ساخته می شوند.
نیروگاههای برق آبی، مزایا و معایب
امروزه نیروگاههای حرارتی و آبی بیشترین سهم را در تولید برق جهان دارند. هر چند مشکلات و محدودیت‌های تولید برق در نیروگاههای حرارتی (با سوخت فسیلی یا هسته‌ای) و به لحاظ مسائل تکنولوژیک، رعایت ضوابط و معیارهای زیست‌محیطی، محدودیت منابع و...، موجب شده است که در حال حاضر گرایش عمومی تولید برق در جهان، بیشتر متوجه احداث نیروگاههای برق آبی شود. این در حالی است که به دلیل بسیاری از مشکلات، احداث نیروگاههای حرارتی امروز از توجیه کافی برخوردار نیست و البته این نیروگاههای هسته‌ای هستند که می‌روند یکه‌تاز عرصه تولید برق در جهان شوند.
بر اساس اطلاعات موجود، در سال‌های 1985 تا 1996، رشد مصرف منابع انرژی در جهان برای انرژی هسته‌ای 56درصد، گاز طبیعی 4/26درصد، برق آبی 4/25درصد، نفت 1/15درصد و زغال سنگ 3/5درصد بوده است. هر چند تولید برق از طریق نیروگاههای هسته‌ای رویکردی ایده‌آل است اما در نهایت این نیروگاههای برق آبی هستند که به عنوان یکی از مهم‌ترین منابع تامین انرژی در جهان مورد توجه جدی قرار گرفته و برای آن سرمایه‌گذاری می‌شود.
تولید برق در نیروگاه های برق آبی از مزایایی برخوردار است که شاید بتوان گفت همین مزایا موجب شده است تا این روش تولید از مزیت نسبی برخوردار بوده و در جهان به ویژه در کشورهایی که از منابع آب نسبتا قابل توجهی برخوردارند مورد استقبال قرار گیرد. عمر مفید این نیروگاهها بیش از 50سال می‌باشد و تا 100سال هم می‌رسد و در مقایسه با عمر نیروگاههای بخاری (حدود 25 تا 30 سال) بسیار زیاد است.
از آنجا که برای تولید انرژی چرخشی توربین، نیازی به سوخت نیست بنابراین هزینه عملکرد نیروگاه بسیار کم است. به علاوه با توجه به عدم نیاز به سوخت، به مخزن‌های ذخیره سوخت هم نیازی نیست. این در حالی است که ضمن پایداری بالای این نیروگاهها هزینه نگهداری آنها نیز در مقایسه با نیروگاههای حرارتی پایین است. در عین حال که بازده نیروگاه در گذر زمان تغییر نمی‌کند. البته در کنار مزایای این دست از نیروگاهها نباید از معایب آنها چشم پوشید. به‌رغم آنکه هزینه نگهداری این نیروگاهها پایین است اما با توجه به اینکه برای نصب نیروگاههای برق آبی نیاز به احداث سد می‌باشد در نتیجه، هزینه ثابت این نیروگاهها بسیار زیاد است؛ زیرا برای ساختن سد، ابتدا باید مسیر آب منحرف شده، سپس سد مناسب ایجاد شود که هزینه عمرانی این سدها بسیار زیاد است. با توجه به اینکه تولید این نیروگاهها بستگی به میزان آب پشت سد دارد، در نتیجه در سال‌های کم‌آبی، تولید این نیروگاهها با مشکل همراه خواهد بود. به خصوص در کشور ما که در منطقه خشک واقع است و در عین حال منابع آب سد ها غالبا به صورت سیلابی تامین می‌شود و نه یخچالی، نیروگاههای برق آبی می‌توانند با مشکلات جدی در زمان‌های کمبود آب و خشکسالی مواجه باشند. از آنجا که مدت‌زمان ساخت سد و نیروگاههای آبی در مقایسه با دیگر نیروگاهها بسیار زیاد است برای برنامه‌ریزی‌های کوتاه‌مدت انرژی، مناسب نیست و می‌تواند به عنوان روشی که در برنامه‌ریزی‌های بلندمدت مفید فایده است، کاربری داشته باشد.