اقرأ في هذا المقال
بشكل عام لطالما استغل البشر قوة المياه المتدفقة من البحار والأنهار لجعل الحياة على كوكب الأرض أكثر راحة، وقبل اختراع الكهرباء كانت شلالات الأنهار قد تُستخدم لتحريك التوربينات التي كانت تشغل العديد من المطاحن، والتي يمكنها طحن القمح إلى دقيق أسرع بكثير من أي يد بشرية، ولم تكن هذه الآلات فعالة فقط لدرجة أنها لا تزال تستخدم حتى اليوم، ولكنها أصبحت حقاً هي الأساس الميكانيكي للمولدات التي يمكن أن تولد الكهرباء من خلال حركة المياه المتساقطة.
ما هي الطاقة المائية؟
هي عبارة عن الطاقة المستمدة من حركة المياه، وهذه الحركة جزء من دورة المياه للأرض، وهي الدوران المستمر للمياه عبر الأرض والمحيطات والغلاف الجوي، وتعتمد كمية الطاقة التي يوفرها الماء المتحرك على حجم الحركة وسرعتها، ويعد الماء من أقدم مصادر الطاقة، حيث استخدمت الحضارات القديمة الطاقة المائية: للري وكآلية لطحن الحبوب، وفي العصر الحديث توفر الطاقة الكهرومائية حوالي 20٪ من الطاقة المتجددة في العالم.
كيف تعمل الطاقة المائية (الكهرومائية)؟
عادةً تحتوي معظم محطات الطاقة الكهرومائية على خزانات كبيرة للمياه وبوابات أو صمامات (للتحكم في كمية المياه المتدفقة من الخزانات) ومخرج أو مكان قد ينتهي فيه الماء بعد التدفق إلى أسفل، وهنا قد يكتسب الماء طاقة كامنة قبل أن ينسكب فوق قمة السد، ثم يتم تحويل هذه الطاقة الكامنة إلى طاقة حركية مع تدفق المياه إلى أسفل، ويمكن استخدام المياه لتدوير ريش التوربينات والتي بدورها تعمل على توليد الكهرباء، وعادةً ما يتم توزيعها على عملاء محطة توليد الكهرباء (الشبكة).
كيف يتم تجميع أو إنشاء الطاقة المائية؟
يبدأ إنشاء الطاقة الكهرومائية بتوربينات مائية، ويتكون هذا الجهاز من شفرات بزاوية ملفوفة حول عجلة، ويشبه تشغيله بتشغيل دولاب الموازنة مع دوران التوربين، حيث يتلامس مع الماء المتحرك، وعندما يتم وضع التوربين في مسار المياه المتساقطة فإن التوربين يحرك عموداً يعمل بدوره على تشغيل مولد كهربائي.
– فيما يلي بعض الطرق لتجميع أو إنشاء الطاقة المائية:
- الدواليب المائية: كانت تعتبر الدواليب المائية هي الشكل الأكثر شيوعاً للطاقة الكهرومائية منذ أكثر من حوالي 4000 عام، حيث كانت تعمل هذه الدواليب المائية على تحويل طاقة المياه المتدفقة إلى حركة دوارة، وأدت هذه الحركة بعد ذلك فعلاً إلى: تحريك الحجارة والعديد من الرافعات لطحن الحبوب والمعادن الخام وقطع الخشب، وقد تقع العجلة الموجودة في هذه الدواليب أيضاً بشكل أفقياً أو رأسياً في المياه المتدفقة مثل: نهر أو مجرى مائي، وأجبر تدفق المياه العجلة على التحرك عندما اصطدمت بالمجاديف المتصلة بالإطار الخارجي للعجلة، مما قد أدى إلى تجميع المياه.
- السدود: تحتجز السدود بشكل عام كميات كبيرة وهائلة من المياه التي تتدفق من الأنهار والتي قد تشكل خزاناً خلف جدار احتياطي، حيث يوجد في هذه السدود أنابيب وبوابات والعديد من الخزانات، وهنا يتدفق الماء من الخزان بضغط عالٍ إلى التوربين، ويعمل التوربين على توليد الكهرباء، وعلى سبيل المثال يعد سد الخوانق الثلاثة على نهر اليانغتسي في الصين هو أكبر منشأة كهرومائية في العالم.
- التوربينات المائية: إن التوربينات المائية هي عبارة عن التطور الذي جاء من خلال عجلات المياه القديمة، وهنا بدلاً من عملية الاصطدام بمجاديف ثابتة في العجلات فقد يعمل تدفق الماء الشديد على تنشيط دوار يمكن أن يحتوي على مئات الشفرات، ويعلق عمود الدوران روابط الدوار بمولد توربيني، وهو عبارة عن مغناطيس عملاق بداخله سلك ملفوف، ويتم توليد تيار كهربائي في التوربين مع دوران العمود، وعادةً قد يتم تجميع المياه من خلال هذه الطريقة عن طريق تحريك الشفرات للمياه إلى منطقة معينة.
- التخزين بالضخ: يمكن لمشغلي بعض محطات الطاقة الكهرومائية تخزين الطاقة خلال فترات انخفاض طلب العملاء على الطاقة (الكهرباء)، ومن ثم إطلاقها خلال فترات ذروة الطلب باستخدام طرق تخزين المضخات، وخلال فترات انخفاض الطلب هذه يتم ضخ المياه التي تتدفق من خلال التوربينات إلى خزان تخزين منفصل فوق التوربينات، كما يمكن أن تتدفق هذه المياه مرة أخرى أيضاً عبر التوربينات خلال فترات ذروة الطلب، ويوفر هذا النظام بداية سريعة لتوليد طاقة إضافية.
وأخيراً يمكننا أن نقول أن الطاقة الكهرومائية هي من أكثر مصادر الكهرباء المتجددة استخداماً، وتعد الصين أكبر منتج للطاقة الكهرومائية من بين كبار المنتجين الآخرين للطاقة الكهرومائية حول العالم مثل: الولايات المتحدة والبرازيل وكندا والهند وروسيا، وما يقرب من حوالي 71 في المائة من جميع الكهرباء المتجددة المولدة على الأرض تأتي من خلال الطاقة المائية هذه.
