نیروی آبی

می‌شود فقط با آب، برق کل شهرها را تأمین کرد؟

یک منبع تجدیدپذیر هست که از همه قدرتمندتر است و خیلی بیشتر از باد یا خورشید برق تولید می‌کند ^[1,2,3]. اسمش برق‌آبی است و از حرکت آب برای تولید مقدار عظیمی انرژی استفاده می‌کند.

حالا که گذار انرژی حسابی راه افتاده، برق‌آبی پتانسیل بزرگی دارد ^[3,4,5]. با سرعت گرفتن انرژی باد و خورشید، رسیدن به انتشار خالص صفر تا سال ۲۰۵۰ به شتابی مشابه در توسعه برق‌آبی نیاز دارد ^[5-9].

پس، تازه‌ترین پیشرفت‌ها در این فناوری چیستند، و چطور می‌شود قدرت واقعی‌اش را آزاد کرد؟

از آغاز تمدن، انسان‌ها فهمیده‌اند که آب یعنی قدرت. اگر ۲٬۰۰۰ سال به یونان باستان برگردی، می‌بینی که یونانی‌ها میان کوه‌های زیبا و دشت‌های آفتابی، از چرخ‌های آبی برای آسیاب کردن گندم و تبدیلش به آرد استفاده می‌کردند ^[10,11,12].

بعدتر، رومی‌ها این فرایند را صنعتی کردند و در Barbegal در جنوب فرانسه یک کارخانه تولیدی شگفت‌انگیز ساختند ^[13-18]. باستان‌شناس‌ها باور دارند که این مجموعه با ۱۶ آسیاب آبی، هر روز تا ۲۵ تن متریک ^[16,17] آرد تولید می‌کرد، آن‌قدر که همه ساکنان شهر نزدیک Arles را سیر کند ^[11,16,18].

در طول قرن‌ها، انسان‌ها همچنان راه‌های تازه‌ای برای مهار قدرت آب پیدا کردند. امروز، برق‌آبی حدود ۱۴٪ از تولید برق جهان را تأمین می‌کند ^[1,2] و درست بعد از زغال‌سنگ و گاز فسیلی قرار می‌گیرد.

اما چطور کار می‌کند؟ سه نوع اصلی نیروگاه برق‌آبی وجود دارد ^[19]:

نوع ۱: مخزن.

رایج‌ترین نوع، با ساختن یک سد بزرگ روی رودخانه، مخزنی ایجاد می‌کند که از بقیه رودخانه بالاتر است. هر وقت به انرژی نیاز باشد، آب مخزن بالایی رها می‌شود تا به سمت پایین‌دست جریان پیدا کند. به‌خاطر اختلاف ارتفاع، آب روان مجموعه‌ای از توربین‌ها را می‌چرخاند که در سطح پایین‌تر قرار دارند و به ژنراتورها وصل‌اند ^[19]. و تمام، ژنراتورها برق تولید می‌کنند.

اما ساختن مخزن پروژه بزرگی است که زمین را زیر آب می‌برد و جریان طبیعی رودخانه را قطع می‌کند ^[20]. ولی یک گزینه دیگر هم هست…

نوع ۲: جریان رودخانه.

این سیستم ساده که در سراسر دنیا زیاد استفاده می‌شود، می‌تواند با سد یا بدون سد کار کند. در اصل، وقتی رودخانه به‌طور طبیعی رو به پایین می‌رود، یک انحراف کوچک ایجاد می‌کنی - به این شکل، بخشی از آب رودخانه وارد یک کانال می‌شود. بعد آب کانال از یک لوله پایین می‌رود، توربین‌ها را می‌چرخاند و بنگ: برق! ^[19,20]

اما اصلاً بدون رودخانه‌ای در نزدیکی، برق‌آبی ممکن است؟ بله، ممکن است…

نوع ۳: ذخیره‌سازی تلمبه‌ای.

اینجا دو مخزن داریم، یکی در سطح پایین‌تر و یکی در سطح بالاتر. این سیستم را می‌شود با یک منبع انرژی تجدیدپذیر دیگر، مثل انرژی خورشیدی، ترکیب کرد.

در طول روز که خورشید می‌تابد، پنل‌های خورشیدی ممکن است برق بیشتری از نیاز تولید کنند. معمولاً این برق اضافه هدر می‌رود، اما اگر بتوانی آن را برای راه انداختن یک پمپ هدایت کنی، می‌توانی آب را به مخزن بالاتر پمپ کنی ^[19-23].

شب‌ها، وقتی خورشید نمی‌تابد و تقاضای برق معمولاً بیشتر است، می‌شود آب را از مخزن بالاتر رها کرد تا توربین‌ها را راه بیندازد و هر وقت لازم بود برق تولید کند.

مثل یک باتری آبی غول‌پیکر و قابل شارژ است. در واقع، این سیستم‌های برق‌آبی تلمبه‌ای بیش از ۹۰٪ از ذخیره‌سازی انرژی بلندمدت جهان را تشکیل می‌دهند ^[5,22].

سیستم‌های برق‌آبی لزوماً به ساخت‌وسازهای عظیم نیاز ندارند. می‌توانند خیلی کوچک‌تر باشند و حتی در حیاط خانه‌ات جا شوند. فقط به اختلاف ارتفاع و دسترسی به مقدار کافی آب در حال ریزش نیاز داری ^[24]. و گول اندازه‌اش را نخور! یک سیستم محلی کوچک می‌تواند برق کافی برای یک روستای کوچک فراهم کند ^[19,25,26].

پس آیا برق‌آبی می‌تواند کمک کند راه رسیدن به انتشار خالص صفر را پیش ببریم؟

متأسفانه، برق‌آبی همیشه هم بی‌دردسر نیست: با چند مانع روبه‌رو است ^[27,28].

مشکل اول اجتماعی است: این پروژه‌های ساخت‌وساز می‌توانند باعث جابه‌جایی جوامع شوند. در واقع، برای یک سد مخزنی بزرگ، شاید صدها هزار نفر مجبور شوند خانه‌هایشان را ترک کنند و جای دیگری بروند ^[29-32].

مشکل دوم زیست‌محیطی است: اگر درست برنامه‌ریزی نشوند، سدها می‌توانند آسیب بزرگی به محیط اطراف و حیات‌وحشی که در آن زندگی می‌کند بزنند ^[33-36].

اما با رویکرد درست و نوآوری، برق‌آبی می‌تواند نقشی حیاتی در کم کردن انتشار CO₂ داشته باشد ^[27,37]. راه‌حل‌هایی پیشنهاد شده‌اند: ^[38,39]

مثلاً مشورت با جوامع محلی به آن‌ها در تصمیم‌ها حق نظر می‌دهد تا مستقیم از پروژه سود ببرند ^[40,41].

ارزیابی‌های اثرات زیست‌محیطی، یا EIAها، هم باید اجرا شوند تا آسیب به محیط اطراف به حداقل برسد ^[42,43,44].

کارشناس‌ها همچنین تلاش می‌کنند فناوری بهتری بسازند، مثل مسیرهای عبور ماهی و توربین‌های ایمن برای ماهی‌ها ^[45,46,47].

به نظر می‌رسد دنیا برق‌آبی را فراموش کرده، اما مثل یک غول خفته است و بخش بزرگی از پتانسیل جهانی‌اش هنوز استفاده نشده. چه بهتر. برآورد می‌شود برای رسیدن به انتشار خالص صفر تا سال ۲۰۵۰، باید ظرفیت برق‌آبی جهان دو برابر شود ^[5,6].

با رشد باد و خورشید، گسترش ذخیره‌سازی انرژی برق‌آبی تلمبه‌ای هم برای پشتیبانی از این منابع انرژی ناپیوسته ضروری خواهد بود ^[5,22,23].

اگر مسئولانه برنامه‌ریزی شود، برق‌آبی می‌تواند گذار از سوخت‌های فسیلی را پیش ببرد چون قدرتمند، قابل‌اعتماد و در-دسترس است.