انرژی برق‌آبی بزرگ ترین منبع تجدیدپذیر تولید برق است و در حال حاضر حدود ۲۰ درصد از کل برق جهان از طریق این انرژی تأمین می‌شود. ظرفیت ایجاد شده انرژی برق‌آبی در جهان از ۶۹۵٫۸ گیگاوات در سال ۲۰۰۱ به ۸۸۸٫۸ گیگاوات در سال ۲۰۰۹ افزایش یافته است. این میزان افزایش نشان می‌دهد که نرخ رشد ترکیبی سالانه انرژی برق‌آبی در بین این سال‌ها به میزان ۱٫۳ درصد بوده است. از آنجا که نیروی برق‌آبی به بلوغ فناوری در حوزه انرژی رسیده است در حال حاضر ما شاهد سرعت رشدی آرام‌تر نسبت به سالهای گذشته در این صنعت هستیم.
تاریخچه استفاده از انرژی آب
بشر از صدها سال پیش تا به امروز از نیروی آب استفاده می‌کرده است. در طول تاریخ علم و تکنولوژی، توان آب به طور شگفت انگیزی همواره مورد استفاده بوده است. در قرون وسطی و تا قرن ۱۹ این انرژی اصلی‌ترین منبع تولید توان برای آسیاب‌های گندم بوده است. در قرن ۱۹، چرخهای آبی جای خود را به موتورهای بخار دادند. اما توان آب امروزه هنوز نقش مهمی در تولید الکتریسیته در اکثر کشورها ایفا می کند.
می توان به طور خلاصه تاریخچه انرژی آبی را این گونه بیان کرد:
۲۰۰۰ سال پیش: استفاده یونانی‌ها از چرخهای آبی به منظور تبدیل گندم به آرد
از سال ۱۸۰۰: دانشمندان انگلیسی، ویلیام نیکلسون و آنتونی کارلیسل، دریافتند که با اعمال جریان برق به آب، هیدروژن و اکسیژن تولید می‌شود که این کار بعدها به عنوان الکترولیز شناخته شد.
سال ۱۸۸۲: اولین نیروگاه آبی در آمریکا شروع به کار کرد و انرژی برق حاصل از آن برای روشنایی خیابان‌های شهر کوچکی کافی بود.
امروزه: حدود ۲۰% از الکتریسیته دنیا از طریق توان آبی تولید می شود و حدود ۱۵۰ کشور پتانسیل استفاده از آن را دارا هستند.
انرژی برق‌آبی یا هیدروالکتریک چیست؟
انرژی آب، انرژی‌ای است که از نیروی آبهای جاری به دست می‌آید. از آنجایی که بخش زیادی از انرژی حاصل از نیروی آب برای تولید الکتریسیته مصرف می‌شود، به نیروی برق – آبی ( هیدروالکتریک ) نیز معروف است. هیدرو به معنی آب است، بدین ترتیب هیدروالکتریک یعنی تولید برق از طریق انرژی آب. آب منبعی تجدید پذیر برای تامین انرژی است و در طبیعت چرخهای مستمر را طی می‌کند. در این چرخه آب بر اثر تابش خورشید تبخیر شده و سپس بر اثر تقطیر به شکل بارش به رودخانه ها و دریا ها باز می‌گردد. استفاده از نیروی آبهای جاری که یکی از قدیمی‌ترین سرچشمه‌های انرژی تجدیدپذیر است، از گذشته‌های بسیار دور و در گستره‌ی زیادی، کاربرد داشته است و نیروگاه‌های برق آبی بیش از صد سال پیش به کار افتاده‌اند. مقدار برق به دست آمده به مقدار و ارتفاعی که آب سقوط می‌کند تا به توربین برسد، بستگی دارد. برای این منظور اقدام به ساختن سدهای مخزنی می‌کنند تا آب ذخیره شده در پشت آن برای تولید برق و کشاورزی و احیاناً آب شهری استفاده شود.
با این‌که سوختهای فسیلی تسلط گسترده‌ای بر تولیدات برق سراسر جهان داشته‌اند اما حدود ۶۰ کشور جهان بیش از نیمی از نیازهای برق خود را با استفاده از نیروی برق‌آبی برآورده می‌کنند. این فناوری به دلایل زیادی از محبوب‌ترین منابع تجدیدپذیر تولید برق به شمار می‌آید. از این دلایل می‌توان به قدرت این صنعت به مدیریت آنی تقاضای (در حال نوسان) برق، مدیریت آب و کنترل سیلاب‌ها اشاره کرد.
در کشورهای آسیایی و آفریقایی ظرفیت انرژی هیدروالکتریک از همه جا بیشتر است، ولی متاسفانه کمتر از جاهای دیگر مورد بهره‌برداری قرار گرفته است به طور کلی کشورهای صنعتی جهان حدود ۲ درصد و کشورهای درحال توسعه حدود یک درصد از برق آبی جهان را تولید می‌کنند. با این همه تا کنون تنها از ۱۸ درصد پتانسیل قابل بهره‌برداری برق آبی جهان استفاده شده است.
پیش‌بینی می‌شود در دو دهه اول قرن بیست و یکم میزان رشد تولید الکتریسیته از منابع آبی ۲۵ درصد در سال باشد. با این وصف انرژی برق‌آبی همچنان بزرگ ترین منبع انرژی تجدیدپذیر باقی خواهد ماند و تنها عوامل اقتصادی و زیست محیطی می‌توانند پتانسیل واقعی این منبع را محدود کنند.
مزایای انرژی آبی
معایب و مشکلات انرژی آبی
انرژی آبی در ایران
استفاده از این انرژی همواره مورد توجه بشر بوده است در ایران قدیم نیز از انرژی آب برای آرد کردن غلات بهره‌گیری می‌شده است. صنعت برق آبی به معنی تولید نیرو در همه‌ی مناطق ایران است و بزرگ ترین منبع الکتریسیته تجدیدپذیر و پاک است. انرژی برق آبی۹۸٫۸ درصد از تولید ملی برق تجدید پذیر و ۱۳٫۸ درصد از مجموع الکتریسیته تولیدی در ایران را تشکیل می‌دهد. بخش عمده‌ای از توسعه آینده صنعت برق آبی بر امکانات و زیر ساخت‌های موجود و در حال استفاده، متمرکز خواهد بود که فرصت‌هایی را به منظور افزایش تولید انرژی تجدیدپذیر، بدون ساخت سدهای بزرگ و جدید فراهم می‌کند.
نمودار شماره ۱ – برگرفته از ترازنامه انرژی سال ۱۳۸۹ – معاونت امور برق و انرژی – دفتربرنامه‌ریزی کلان برق و انرژی
برطبق مطالعات اخیر معاونت امور برق و انرژی-دفتر برنامه‌ریزی کلان برق و انرژی، برق‌آبی کمترین هزینه متعادل‌سازی برق (LCOE) را در تمام منابع انرژی تجدیدپذیر و سوختهای فسیلی اصلی و همچنین هزینه‌هایی حتی کمتر از گزینه‌های بهره‌وری انرژی، ارائه می‌دهد.
سهم خاورمیانه و جهان از انرژی آبی
انرژی الکتریکی تولید شده به روش هیدروالکتریک در منطقه خاورمیانه تنها ۶/۰ درصد از مصرف انرژی تولید شده به روش هیدروالکتریک در جهان است.
مصرف انرژی تولیدشده به روش هیدروالکتریک در جهان (تبدیل براساس معادل حرارتی یک بشکه نفت خام و با فرض ٣٨درصد راندمان تبدیل در یک نیروگاه حرارتی مدرن) از سال ٢٠٠۴ تا پایان ٢٠١۴ از ۲/۶۳۵ میلیون تن معادل نفت خام در سال به ٨٧٩ میلیون تن افزایش یافته و دارای رشد ٣٨.۴ درصدی است.
مجموع انرژی مصرفی تولیدشده در جهان از محل سوختهای فسیلی شامل نفت و گاز و ذغال سنگ و همچنین انرژی هسته‌ای و هیدروالکتریک و انرژی های تجدیدپذیر و زیستی از سال ٢٠٠۴ تا پایان ٢٠١۴ از ۵/۱۰۵۵۶ میلیون تن معادل نفت خام در سال به ١٢٩٢٨.۴ میلیون تن در روز افزایش یافته است.
براین اساس، ملاحظه می‌شود سهم مصرف انرژی تولید شده به روش هیدروالکتریک از مجموع کل انرژی مصرفی تولید شده از منابع مختلف در جهان، از سال ٢٠٠۴ تا پایان ٢٠١۴ از ۶/۰ درصد به ۶/۸ درصد افزایش یافته است.
در طی دوره ده ساله ٢٠٠۴ تا پایان ٢٠١۴ مصرف انرژی تولید شده به روش هیدروالکتریک در منطقه آمریکای شمالی از ۶/۱۴۳ میلیون تن معادل نفت خام به ١۵٣.۵ میلیون تن رسیده است.
باوجود این افزایش، سهم این منطقه به دلیل رشد بیشتر تولید انرژی الکتریکی از طریق هیدروالکتریک در مجموع کشورهای آسیا و اقیانوسیه، در مجموع مصرف انرژی تولید شده به روش هیدروالکتریک در مناطق مختلف جهان از ۶/۲۲ درصد به ۵/۱۷ درصد کاهش نشان می‌دهد.
در همین دوره، مصرف انرژی تولید شده به روش هیدروالکتریک در منطقه آمریکای جنوبی و مرکزی نیز از ۸/۱۳۳ میلیون تن معادل نفت خام به ۴/۱۵۵ میلیون تن معادل نفت خام افزایش پیدا کرده است.
سهم این منطقه همانند منطقه آمریکای شمالی باوجود افزایش تولید انرژی الکتریکی از محل هیدروالکتریک از ۱/۲۱ درصد به ۷/۱۷ درصد از مجموع مصرف انرژی تولیدشده به روش هیدروالکتریک در مناطق مختلف جهان کاهش یافته است.
در ده سال گذشته، مصرف انرژی تولیدشده به روش هیدروالکتریک در منطقه اروپا و آسیا نیز باوجود افزایش از ۹/۱۷۹ میلیون تن معادل نفت خام به ۷/۱۹۵ میلیون تن با کاهش سهم در مجموع انرژی مصرفی تولید شده از محل هیدروالکتریک در جهان روبرو بوده است. سهم این منطقه از ۳/۲۸ درصد به ۳/۲۲ درصد از مجموع مصرف انرژی تولید شده به روش هیدروالکتریک در جهان کاهش نشان می‌دهد.
ادامه بررسی آمارهای منتشره نشان می‌دهد، مصرف انرژی تولید شده به روش هیدروالکتریک در منطقه خاورمیانه در دوره ده ساله مورد بررسی، به دلیل خشکی و دمای بالا و محدودیتهای آبی و منابع غنی نفت و گاز و امکان استفاده از انرژیهای خورشیدی و بادی و نیز بارشهای اندک و مسائل زیست محیطی با تغییرات اندکی روبرو بوده و همچنان سهم ناچیز خود را حفظ کرده است.
مصرف انرژی الکتریکی تولیدشده به روش هیدروالکتریک در منطقه خاورمیانه از سال ٢٠٠۴ تا پایان ٢٠١۴ از ۴ میلیون تن معادل نفت خام به ۲/۵ میلیون تن معادل نفت خام ( حدود ۶/۰ درصد از مصرف انرژی تولید شده به روش هیدروالکتریک در جهان) افزایش یافته است.
در منطقه آفریقا نیز همانند خاورمیانه و با شرایط آب و هوایی تقریبا مشابه، در ده سال گذشته، مصرف انرژی تولیدشده به روش هیدروالکتریک تنها از ۸/۱۹ میلیون بشکه معادل نفت خام به ۵/۲۷ میلیون تن ( حدود ۱/۳ درصد از مصرف انرژی تولید شده به روش هیدروالکتریک در جهان) افزایش نشان می‌دهد.
افزایش اندک مصرف انرژی تولیدی به روش هیدروالکتریک یا آبی در مناطق مختلف جهان در سالهای گذشته در حالی است که در مجموع کشورهای آسیا و اقیانوسیه مصرف انرژی تولید شده به روش هیدروالکتریک از سال ٢٠٠۴ تا پایان ٢٠١۴ از ۲/۱۵۴ میلیون تن معادل نفت خام به ۶/۳۴۱ میلیون تن افزایش نشان می‌دهد و سهم این منطقه با رشدی چشم افزا از ۳/۲۴ درصد به ۹/۳۸ درصد از مجموع مصرف انرژی تولید شده به روش هیدروالکتریک در جهان افزایش نشان می‌دهد.
چنان که ملاحظه می‌شود، آمارهای منتشره حاکی از این است که تنها منطقه آسیا و اقیانوسیه است که بیشترین تغییرات مثبت را در طی ده سال گذشته در افزایش سهم از مصرف انرژی تولید شده با روش هیدروالکتریک دارا بوده است.
در دیگر مناطق جهان استفاده از انرژی هیدروالکتریک به دلایلی مانند احتمال ایجاد چالش های زیست محیطی، احتمال ایجاد تغییرات در اقلیم سرزمینی، احتمال ایجاد اختلال در زیست بوم ها (مانند آنچه در دریاچه ارومیه و دیگر دریاچه های ایران رخ داد)، امکان استفاده از انرژی بادی و خورشیدی که از تخریب های زیست محیطی و زیست بومی کمتر برخوردار است، کمبود آب و وجود اقلیم های خشک و کم بارش که باید با حساسیت بالا آب های زیر سطحی در این مناطق مدیریت شود، مسائل مالی و یا ترکیبی از این موارد از رشدی درخور برخوردار نبوده است.
در این میان منطقه خاورمیانه و آفریقا از جمله مناطقی هستند که مدیریت آب باید با بالاترین درجه حساسیت در آن مورد بررسی قرار گرفته و بدون برنامه‌ریزی نسبت به احداث سد و یا حفر چاه های عمیق اقدام نشود.