ما هي الطاقة الكهرومائية
لا تبدو آفاق الطاقة مشرقة مع مصادر الطاقة القائمة على الأحافير مثل الفحم والنفط والغاز الطبيعي. هذا الاحتمال الكئيب بالاقتران مع التزايد المستمر في عدد سكان العالم والتصنيع السريع لاقتصادات العالم الثالث يترك البشر في خطر شديد يتمثل في نقص الطاقة في المستقبل. إذا استمرت الأحداث الحالية بلا هوادة ، فلن تكون هناك قوة كافية لتلبية احتياجات البشرية اليومية. لقد تصرفت الحكومات بسرعة لتحييد هذا التهديد من خلال اقتراح حلول واسعة النطاق بما في ذلك تخصيص المزيد من الموارد في استكشاف المزيد من النفط ، والتوسع في الطاقة النووية ، وتعزيز البحث في التقنيات الموفرة للطاقة ، والاستثمار غير المسبوق في الطاقة المتجددة. يمكن تقسيم الأخيرة إلى مناطق مختلفة ، والتي تشمل طاقة الرياح والطاقة الشمسية والطاقة المائية. من بين الثلاثة ، تمثل الطاقة الكهرومائية أفضل احتمال لاعتمادها على نطاق واسع. يتضح هذا من خلال العديد من مصانع إنتاج الطاقة الكهرومائية العاملة.
الطاقة المائية هي الطاقة المتولدة عن طريق تسخير القوة الطبيعية للمياه (الطاقة الحركية). يتم تسخير الطاقة بواسطة أنظمة الطاقة الكهرومائية وتحويلها إلى كهرباء باستخدام التوربينات والمولدات. تصنف الطاقة الكهرومائية كمصدر متجدد للطاقة لأن إمدادات المياه تتجدد باستمرار بواسطة الشمس. هذا يعني أنه مورد لا ينتهي. كما أنها صديقة للبيئة لأنها لا تنبعث منها غازات الدفيئة في الغلاف الجوي التي تساهم بشكل كبير في التلوث والاحتباس الحراري. تفتخر الصين بأكبر منتج للطاقة الكهرومائية اليوم ، تليها كندا والبرازيل والولايات المتحدة بسبب وفرتها ، من المتوقع أن تكون الطاقة الكهرومائية مصدر الطاقة المهيمن في العالم لسنوات عديدة قادمة.
كيف تعمل محطات الطاقة الكهرومائية؟
لابد من وجود ثلاثة أشياء لإنتاج الطاقة الكهرومائية ؛ نقل المياه ، التوربينات ، والمولدات. تم تصميم محطات الطاقة الكهرومائية لتسخير الطاقة الحركية من نقل المياه. من الناحية المثالية ، فهي عبارة عن مصانع تقوم بتحويل طاقة الماء المتساقط إلى تدفق الإلكترونات ، والمعروف باسم الكهرباء. في معظم السيناريوهات ، يتم إنشاء سد عبر نهر لرفع مستوى المياه وتوفير السقوط اللازم لتطوير القوة الدافعة. ثم يتم توجيه المياه المتساقطة إلى عجلة التوربينات عند مستوى منخفض. يدير الماء المتدفق عجلة توربينية متصلة بمولد. يحتوي المولد على دوار يتم تشغيله بواسطة التوربين. ينتج دوران المولد الكهرباء.
يرتبط عمل المولد بالمبادئ التي كشف عنها فاراداي. يوضح اكتشافه أنه عندما يتم تحريك المغناطيس بعد موصل ، فإنه يؤدي إلى تدفق الإلكترونات. في المولد الكهرومائي واسع النطاق ، يتم إنشاء المغناطيسات الكهربائية عن طريق تدوير التيار المباشر عبر حلقات سلكية ملفوفة حول أكوام من تصفيح الفولاذ المغناطيسي المعروف باسم أعمدة المجال. يتم تثبيت أقطاب المجال على محيط الدوار. يتم توصيل الجزء المتحرك بعمود التوربين ويدور بسرعة محددة. عندما يدور الجزء المتحرك ، فإنه يحفز المغناطيسات الكهربائية (أقطاب المجال) لتتجاوز الموصلات المركبة في الجزء الثابت ، مما يتسبب في تدفق الإلكترونات (الكهرباء) ويحدث الجهد عند أطراف خرج المولد.
ثم يتم زيادة الكهرباء المنتجة في الجهد من خلال محولات محطة الطاقة الكهرومائية وإرسالها عبر خطوط النقل. يتم توجيه المياه المستخدمة التي أدت الغرض المقصود منها خارج محطة توليد الطاقة إلى التيار الرئيسي للنهر لمواصلة دورة توليد الطاقة.
أنواع محطات الطاقة الكهرومائية
توجد اليوم العديد من محطات الطاقة الكهرومائية. يعتمد تصنيفها على الحجم الصافي وتدفق المياه. تتوقف التصنيفات أيضًا على مدى توفر المساحة اللازمة لإنشاء محطة الطاقة ومقدار رأس المال الذي يتم ضخه في المشروع. ومع ذلك ، فإن الأنواع الثلاثة الرئيسية لمحطات الطاقة الكهرومائية تشمل مرفق الحجز ، وتحويل النهر ، ومحطة ضخ المياه للتخزين. دعونا نلقي نظرة شاملة عليهم:
1. مرفق الحجز
هذا هو النوع الأكثر شيوعًا لمحطات الطاقة الكهرومائية. مرفق الحجز هو ، في الأساس ، نظام كبير للطاقة الكهرومائية يستخدم السد لتخزين كميات هائلة من مياه النهر في خزان. يتم توجيه كومة المياه الخارجة من الخزان عبر توربين مما يجعلها تدور. يعمل التوربين الدوار على تنشيط مولد لتوليد الكهرباء. قد يتم إطلاق الماء لسببين رئيسيين ؛ لتتناسب مع احتياجات الكهرباء المتغيرة أو لضمان احتفاظ الخزان بمستوى ثابت من المياه.
2. تحويل مجرى النهر
يُعرف هذا النوع من محطات الطاقة الكهرومائية أحيانًا باسم جريان النهر. يظهر مصطلح جريان النهر في الذهن صور توربينات صغيرة تدور في نهر لإنتاج كهرباء منخفضة التأثير. ومع ذلك ، فإن مصطلح "تحويل النهر" يميل إلى تعريف هذه المشاريع بدقة أكبر. يتضمن التحويل إنتاج الكهرباء عن طريق تحويل جزء كبير (حوالي 90٪) من أي تدفق للنهر إلى خط أنابيب أو نفق لتحويل التوربينات قبل إعادة توجيه المياه إلى التيار الرئيسي للنهر. في هذا النموذج ، لا يتم تركيب التوربينات في النهر نفسه.
تختلف مشاريع تحويل مجرى النهر من حيث الحجم. ومع ذلك ، فإن كل مشروع يتطلب بنية تحتية كبيرة مثل:
سد لتطوير خزان صغير الحجم يسمى رأس البركة
نفق أو خط أنابيب ، يُشار إليه باسم penstock ، تم إنشاؤه بطول عدة كيلومترات لسحب المياه من البركة الأمامية إلى التوربينات.
مبنى محصن لتخزين المولدات
رافد ذيل من خلاله تخرج المياه المستعملة من محطة توليد الكهرباء
طرق وصول مشيدة بشكل جيد إلى محطة توليد الكهرباء والبركة الرئيسية
خطوط النقل التي تنشأ من محطة الطاقة إلى خط النقل المائي BC المجاور
في حالات قليلة ، محطة كهربائية فرعية
محطات توليد الطاقة الكهرومائية لتحويل الأنهار لها تأثير أقل على البيئة مقارنة بمشاريع الطاقة الكهرومائية التقليدية التي تتطلب سدودًا وخزانات ضخمة. ومع ذلك ، يمكن لمجموعة ضخمة من مشاريع تحويل الأنهار أن تؤثر بشكل كبير على البيئة.
3. ضخ الطاقة الكهرومائية التخزينية
يعمل هذا النوع من محطات الطاقة الكهرومائية كثيرًا مثل البطارية. يخزن الكهرباء التي تنتجها مصادر الطاقة الأخرى مثل الرياح والطاقة الشمسية والنووية لاستخدامها لاحقًا. تعمل هذه التقنية عن طريق ضخ المياه إلى خزان ذي مستوى أعلى من خزان منخفض المستوى. يحدث ضخ المياه إلى الخزان المرتفع عندما يكون الطلب على الكهرباء في أدنى مستوياته. عندما يرتفع الطلب على الكهرباء ، يُسمح للمياه بالتدفق مرة أخرى إلى الخزان السفلي لتدوير التوربينات وإنتاج الكهرباء.
الطاقة الكهرومائية البحرية
هذا نوع من أنظمة الطاقة الكهرومائية أقل استكشافًا ويستخدم طاقة الأمواج أو التيارات المدية لإنتاج الكهرباء. وتتميز بميزة كبيرة تتمثل في عدم تخصيص قطعة أرض لتركيبها.
يتم تصنيف محطات الطاقة الكهرومائية أيضًا من حيث الحجم بما في ذلك:
1. محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة
هذه هي أصغر محطة للطاقة الكهرومائية ولديها القدرة على إنتاج حوالي 100 كيلوواط من الطاقة. يمكنه توفير ما يكفي من الكهرباء لقرية أو منزل أو مزرعة أو مزرعة.
2. محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة
هذه هي مشاريع الطاقة الكهرومائية التي لديها القدرة على توليد 10 ميغا واط من الطاقة على الأكثر
3. محطات كبيرة لتوليد الطاقة الكهرومائية
هذه هي مشاريع الطاقة الكهرومائية التي لديها القدرة على إنتاج ما لا يقل عن 30 ميغاواط من الطاقة.
الطاقة الكهرومائية هي الطريقة الأكثر كفاءة وملاءمة لتوليد الكهرباء. تعتبر التوربينات المائية المعاصرة مبتكرة للغاية لدرجة أنها قادرة على تحويل أكثر من 90٪ من الطاقة المتاحة إلى كهرباء. هذا أفضل بكثير بالمقارنة مع أفضل منشأة للوقود الأحفوري ، والتي لا تتجاوز كفاءتها 50٪. تلعب الطاقة الكهرومائية دورًا مهمًا في مزيج الكهرباء في العصر الحديث ، حيث تُعزى إلى أكثر من 16٪ من توليد الكهرباء في جميع أنحاء العالم. على الرغم من أن مصادر الطاقة المتجددة الأخرى مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة الحرارية الأرضية تجمع بخارًا سريعًا ، فمن المتوقع أن تزود الطاقة الكهرومائية معظم اقتصادات العالم بالطاقة لسنوات عديدة قادمة.