مقدمه :
دستاوردهای پروژه ملی کارون 3
با توجه به محدودیت های توپو گرافیک و تکنیکی سهم تولید انرژی بوسیله نیروی آب در جریان هم اکنون حدود 25% است. این میزان در کشور ما حدود 5% است اما با توجه به پتانسیل طبیعی و دانش و تجربه سالیان اخیر امکان توسعه آن تا 40% نیز وجود دارد.
نیروگاه 2000MW مگاواتی کارون 3 نقش عمده ای را در این زمینه بر عهده دارد. این نیروگاه علاوه بر تامین 4172 میلیون کیلو وات ساعت انرژی سالیانه در زمان اوج مصرف برق بار پیک شبکه را تامین می‌کند، متوازن کننده توان راکتیو جهت بهبود ضریب توان انرژی الکتریکی شبکه سراسری برق کشور است و وظیفه کنترل فرکانس برق سراسری را بر عهده دارد که از لحاظ این موارد در بین نیروگاههای موجود در کشور منحصر به فرد است. با توجه به اهمیت پروژه ملی سد و نیروگاه کارون 3 ضمن در اختیار قرار گرفتن دانش روز دنیا و استفاده از تجربیات شرکت های معتبر بین المللی از تمام پتانسیل داخلی جهت برنامه ریزی و کنترل و مدیریت پروژه استفاده شده است.
تاریخچه طراحی و ساخت نیروگاه آبی کارون 3
سد و نیروگاه کارون 3 در استان خوزستان بر روی رودخانه کارون و در فاصلهkm 140هوایی شمال شرق اهواز واقع شده است. نوع سد کارون 3 بتنی نازک دو قوسی است. طول تاج سد 462 متر و ارتفاع آن از پی 205 متر است. آغاز فعالیت های ساختمانی اصلی کارون3 در سال1377 بوده و نصب تجهیزات نیروگاهی این پروژه از اسفند ماه 1377 آغاز شده است، احداث این سد باعث بوجود آمدن دریاچه ای به وسعت48Km.m و حجمی در حدود3 میلیارد می شود.
هدف اصلی این پروژه تولید انرژی الکتریکی با استفاده از نیروی آب است، با توجه به شرایط توپوگرافی منطقه، نیروگاه کارون 3 زیرزمینی طراحی شده و در تکیه گاه راست و حدود m400 پائین تر از محور سد ، در دل صخره های سخت زاگرس واقع شده است.
دو پارامتر اصلی در شناخت و طراحی یک نیروگاه آبی متوسط حجم عبوری آب رودخانه و اختلاف ارتفاع آب بین دریاچه سد و پایاب نیروگاه است. پس از محاسبات صورت گرفته و با توجه به اهداف سد و نیروگاه کارون 3 نهایتا ظرفیت کل 2040 مگاوات با 8 واحد 255 مگاواتی بهترین گزینه ممکن تشخیص داده شد.
در پروژه سد و نیروگاه کارون 3 اختلاف ارتفاع خالص بین مخزن سد با پایاب حدود 161متر وdb عبوری آب از هر واحد است. آبگیر نیروگاه که در سمت راست بدنه سد واقع شده اولین سازه ایست که وظیفه کنترل و هدایت آب را در مسیر نیروگاه بر عهده دارد، این سازه به تونل آبگیر با قطر12.6 متر متصل است. یکی از این تونل‌ها جهت طرح توسعه نیروگاه در آینده پیش بینی شده و هم اکنون در طول200 متری مسدود است. هر یک از دو تونل بتنی آبگیر در یک دو راهی به یا بی‌فورکیشن به دو تونل آب‌بر با فطر9.5 متر تبدیل می‌شود. در مسیر این دو تونل آب بعد از عبور از موقعیت دریچه های‌اضطراری وارد شفت‌های عمودی می شود. در انتهای شفت‌های عمودی 4 تونل آب بر هریک با رسیدن به یک دو راهی دیگر تبدیل به دو تونل با پوشش فلری بنام پنستاک با قطر 5 متر می شود. و آب پس از طی مسیری نزدیک به 600 متر به اولین تجهیزات اصلی نیروگاه یعنی شیرهای ورودی می‌رسد. آب پس از گذشتن از شیرهای ورودی به توربین می‌رسد و با به چرخش در آوردن توربین باعث به حرکت در آوردن بخش متحرک ژنراتور می‌شود. آبی که از میان پره‌های توربین گذر کرده بوسیله لوله مکش یا درافت تیوب از توربین خارج شده از طریق تونل‌های پایاب به رودخانه هدایت می‌شود .
فصل اول
آب به عنوان منبعی جهت تولید انرژی الکتریکی
ادامه زندگی برای بشر امروزه بدون انرژی الکتریکی ناممکن است صنایع سنگین و سبک تجهیزات کشاورزی بیمارستان ها و سیستم های امدادی خطوط نقل و انتقال هوایی، زمینی و دریایی، رسانه‌های جمعی و شبکه‌های ارتباطی و حتی روزمره‌ترین و ضروری‌ترین وسایل خانگی و زندگی شهری بدون الکتریسیته کارایی خود را از دست می دهند. در مقابل دسترسی مطمئن و همیشگی به برق، رشد اقتصادی، توسعه صنعتی و رفاه عمومی را امکان پذیر می‌سازد و این نکته در مورد کشور رو به رشدی چون ایران اهمیتی مضاعف می‌یابد.
1-1: چگونه می توان انرژی الکتریکی را تولید کرد؟
امروزه روشهای مصنوعی برای تولید الکتریسیته وجود دارد. در فرایند تولید انرژی الکتریکی یکی از فرم‌های مختلف انرژی به انرژی الکتریکی تبدیل می شود، این فرایند تبدیل انرژی در نیروگاه انجام می‌شود. از انواع انرژی که می‌توان با تبدیل آنها انرژی الکتریکی را تولید نمود، می‌توان به انرژی آب ، باد، شیمیایی، فسیلی، اتمی و... اشاره کرد.
بسته به انرژی که برای تولید انرژی الکتریکی استفاده می‌شود، نیروگاهها به اشکال زیر دسته بندی می شوند:
1-1-1-نیروگاه آبی:
در این نوع نیروگاه انرژی پتانسیل آب پشت سد به انرژی جنبشی و سپس به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود. این نیروگاهها دارای راندمان بالا بیش از 85%می باشند.
نیروگاه های آبی را بسته به ارتفاع آبی که جهت چرخش توربین مورد استفاده قرار می‌گیرد به سه دسته زیر تقسیم می‌کنند :
الف- نیروگاه آبی با فشار کم : در این نیروگاه ارتفاع آب هنگام ریزش 25 تا 30 متر است .
ب- نیروگاه آبی با فشار متوسط: در این نیروگاه ارتفاع آب هنگام ریزش 30 تا 100متر است .
ج- نیروگاه آبی با فشار زیاد: در این نیروگاه ارتفاع آب هنگام ریزش 100 تا 400 متر است .
1-1-2- نیروگاه های حرارتی
نیروگاه هایی هستند که با سوخت فسیلی کار می‌کنند که به سه دسته زیر تقسیم می شوند:
الف- نیروگاه بخار : در این نیروگاه توسط سوخت فسیلی آب به بخار با درجه حرارت بالا حدود 560 درجه سانتیگراد تبدیل شده و توسط آن توربین ژنراتور به چرخش در می‌آید. این نیروگاهها دارای راندمان 30 تا 40 درصدی می‌باشند .
ب- نیروگاه گازی : در این نیروگاه توسط سوخت فسیلی هوا را به عنوان گاز گرم کرده و به توربین ژنراتور اعمال می‌شود. نیروگاههای گازی در اندازه‌های کوچک 50 تا 300 مگاوات ساخته می‌شوند و بیشتر به صورت نیروگاه پشتیبان مورد استفاده قرار می گیرند. این نیروگاهها دارای راندمان 20 تا 30 درصدی می‌باشد .
ج- نیروگاه سیکل ترکیبی: این نوع نیروگاه ترکیبی از دو نیروگاه بخار و گازی می باشد. گاز خروجی توربین نیروگاه گازی که دارای دمای بالا حدود 500 درجه سانتیگراد می‌باشد جهت گرم کردن آب یا بخار آب در نیروگاه بخار استفاده می شود.
1-1-3-نیروگاه هسته ای
در این نیروگاه ها از انرژی نهفته در هسته اتم برای تولید انرژی الکتریکی استفاده می‌شود. اگر هسته اتم شکسته شود جرم اتصالی به انرژی‌ای مطابق انرژی انیشتین تبدیل می‌شود (E=MC2) این کار در راکتور اتمی انجام می‌شود .
1-1-4-نیروگاه بادی
1-1-5-ژنراتور خورشیدی
1-1-6-ژنراتور ترموکوپل
1-1-7-ژنراتور جزر و مد
. . .
1-2-دلایل استفاده از نیروگاه آبی
اما طبیعی است اگر همه ی نگاهها به سوی استحصال این انرژی از طریق اقتصادی تر معطوف گردد در این عرصه یکی از مهمترین روشهای تولید انرژی الکتریکی از نیروی آب یا هیدر‌والکتریک است . در این شیوه با تبدیل انرژی پتانسیل آب به انرژی جنبشی و سپس تبدیل آن به انرژی مکانیکی و با استفاده از تجهیزات هیدرو الکتریکی و الکترو مکانیکی انرژی الکتریکی بدست می آید. به نیروگاه‌هایی که به این روش تولید الکتریسیته می‌کنند، نیروگاه آبی می‌گویند .
در این روش علاوه بر مزایایی چون عدم آلودگی محیط زیست و برگشت پذیر بودن انرژی مورد نیاز نیروگاههای آبی نسبت به سایر اشکال نیروگاهی بهره دهی بسیار بالاتری دارد و الا رقم مدت اجرا و راه اندازی زیاد و سرمایه گذاری اولیه بالا با توجه به دامنه توان مناسب عمر مفید و هزینه نگهداری پایین بسیار اقتصادی‌تر است .
در نیروگاه های آبی دستیابی به حجم مخزن مطمئن آب و ارتفاع مناسب آن شرطی لازم است و این شرط احداث یک سد بر روی جریان رودخانه را ضروری می نماید به همین جهت از دیرباز رودخانه‌های ایران با هدف احداث سد و توسعه نیروگاههای آبی مخزنی مورد مطالعه قرار گرفته اند.