محطات الطاقة الكهرومائية

ما هي محطات الطاقة الكهرومائية؟

هي عبارة عن الأنظمة التي تولد الكهرباء وفقًا لقانون الحفاظ على الطاقة وقانون الجاذبية، وهي تتكون أساسًا من خزان مياه وتوربينات ومحرك كهربائي أو مولد ودوارات وثابتة وأنابيب توجيه، تتبع آلية محطات الطاقة الكهرومائية تحويل الطاقة الحركية للمياه المتدفقة إلى طاقة ميكانيكية للريش (الشفرات) عندما تصطدم المياه بها بقوة.
يتم نقل حركة الشفرات إلى المولد الذي يقوم ببناء مجال كهربائي قوي وبالتالي إنتاج الكهرباء عن طريق تدفق الإلكترونات، ثم يتم نقل هذه الكهرباء إلى المستهلكين عبر السفن الموجهة، تعتمد كمية الكهرباء المنتجة على الاختلاف في ارتفاعات الماء المسماة “الرأس” وحجم المياه المتدفقة.
يمكن تعريف محطات الطاقة الكهرومائية أيضاً بأنها: هي منشأة تسمح بالاستفادة من تحريك كتل المياه المتدفقة في الأنهار لتحويلها إلى كهرباء، اعتمادًا على الطاقة المركبة يمكن أن تكون محطات الطاقة الكهرومائية محطات طاقة هيدروليكية كبيرة الطاقة (أكثر من 10 ميجاوات من الطاقة الكهربائية).
لطالما اعتبر أن الكهرباء ذات الأصل الهيدروليكي هي طاقة بديلة نظيفة، ومع ذلك هناك بعض الآثار البيئية بسبب إنشاء محطات الطاقة الكهرومائية وبنيتها التحتية، حيث أن بناء السدود عن طريق إنشاء الخزانات يتسبب في تأثير بيئي يمتد من الحدود العليا للخزان إلى الساحل. 
محطات الطاقة الكهرومائية لتحويل الأنهار لها تأثير أقل على البيئة مقارنة بالمشاريع الكهرومائية التقليدية التي تتطلب سدودًا وخزانات ضخمة، ومع ذلك يمكن لمجموعة ضخمة من مشاريع تحويل الأنهار أن تؤثر بشكل كبير على البيئة.

كيف تعمل محطات الطاقة الكهرومائية؟

لابد من وجود ثلاثة أشياء لإنتاج الطاقة الكهرومائية مثل: نقل المياه والتوربينات 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 بإسم 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 ومن ثم يدير الماء المتدفق عجلة توربينية متصلة بمولد، حيث يحتوي المولد على دوار يتم تشغيله بواسطة التوربين، ينتج دوران المولد الكهرباء.
يرتبط عمل المولد بالمبادئ التي كشف عنها فاراداي، حيث يوضح اكتشافه أنه عندما يتم تحريك المغناطيس عبر 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 بإسم أعمدة المجال.
يتم تثبيت أقطاب المجال على محيط الدوار ويتم توصيل الدوار 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.
يتم بعد ذلك زيادة الكهرباء المنتجة في الجهد من خلال محولات محطة الطاقة الكهرومائية وإرسالها عبر خطوط النقل، بعد أن أدت المياه المستخدمة الغرض المقصود منها يتم توجيهها من محطة توليد الطاقة إلى التيار الرئيسي للنهر لمواصلة دورة توليد الطاقة.

ما هي أنواع محطات الطاقة الكهرومائية؟

هناك أنواع عديدة من محطات الطاقة الكهرومائية، حيث يعتمد اختيارهم على حجم المياه المتاحة وتدفق المياه ويعتمد ذلك أيضًا على المنطقة المتاحة لنا والأموال التي نريد إنفاقها، فيما يلي بعض أنواع الطاقة الكهرومائية:

• الطاقة الكهرومائية للتخزين بالضخ: يعمل هذا النظام بالفعل على الطلب على الكهرباء، حيث تستخدم ارتفاعات مختلفة بين خزانين لضخ المياه حسب المتطلبات، عندما تكون الحاجة إلى الكهرباء أقل تضخ الزيادة في طاقة التوليد الماء إلى حوض أعلى قليلاً، في حالة زيادة الطلب على الطاقة تقوم التوربينات بإطلاق المياه العائدة إلى خزان منخفض من خلاله، يعد التخزين بالضخ من أهم أشكال طاقة التخزين تجاريًا كما أنه يعزز عامل القدرة اليومية للنظام.
  
• تحويل مجرى النهر: يُعرف هذا النوع من محطات الطاقة الكهرومائية أحيانًا بإسم جريان النهر، يظهر مصطلح جريان النهر في الذهن صور توربينات صغيرة تدور في نهر لإنتاج كهرباء منخفضة التأثير، ومع ذلك فإن مصطلح تحويل الأنهار 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.
  
• تايد باور للطاقة الكهرومائية: يمكن استخدام موجات المد والجزر التي تنتج في المحيطات والتي ترتفع وتنخفض بسبب انجذاب القمر إلى الأرض لتوليد الكهرباء، يمكن التنبؤ بهذه الأنظمة كما نعلم عندما يرفع القمر المد والجزر حتى يمكن بناء النظام وفقًا لذلك، وإذا تم بناء مثل هذا النظام فسيكون له مزايا مثل التوليد القابل للتوزيع مما يعني أنه يمكن إيقاف توليد الكهرباء على أساس المتطلبات، يتم استخدام دواليب الماء بدلاً من السد الذي يحول الطاقة الحركية بدلاً من الأنظمة المحتملة الأقل شيوعًا.
  
• الطاقة الكهرومائية تحت الأرض: يعمل هذا النظام على أساس اختلاف الارتفاع الطبيعي الكبير الذي يمكن إنشاؤه عن طريق استخدام ممرين مائيين، يمكن أن يكونا شلالًا أو بحيرة جبلية، تم بناء النفق تحت الأرض لتدفق المياه من الحوض الأعلى إلى موقع التوليد وسباق الذيل الأفقي الذي ينقل المياه إلى الحوض السفلي.
  
• نظام (Micro Hydro): هذا النظام يأتي أساسًا في نوعين اعتمادًا على الرأس وهو اختلاف الارتفاع ويمثل الضغط  والأنواع منخفضة الرأس وعالية الرأس، يعد التدفق السريع الحركة مثالاً على نظام منخفض الرأس والشلال لنظام الرأس المرتفع، هذه الأنظمة كبيرة جدًا وقوية.
  
• الطاقة الكهرومائية البحرية: هذا نوع من أنظمة الطاقة الكهرومائية أقل استكشافًا والذي يستخدم طاقة الأمواج أو التيارات المدية لإنتاج الكهرباء وتتميز بميزة كبيرة في عدم تخصيص قطعة أرض لتركيبها، يتم تصنيف محطات الطاقة الكهرومائية أيضًا من حيث الحجم بما في ذلك:
  1. محطات الطاقة المائية الصغيرة: هذه هي أصغر محطة للطاقة الكهرومائية ولديها القدرة على إنتاج حوالي 100 كيلوواط من الطاقة لا سيما أنها قادرة على توفير ما يكفي من الكهرباء لقرية أو منزل أو مزرعة.
  2. محطات الطاقة الكهرومائية المتوسطة: هذه هي مشاريع الطاقة الكهرومائية التي لديها القدرة على توليد 10 ميغا واط من الطاقة بحد أقصى.
  3. محطات طاقة مائية كبيرة: هذه هي مشاريع الطاقة الكهرومائية التي لديها القدرة على إنتاج ما لا يقل عن 30 ميغاواط من الطاقة.
  

الطاقة الكهرومائية:

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 وهذا أفضل بكثير بالمقارنة مع أفضل منشأة للوقود الأحفوري والتي تبلغ كفاءتها 50٪ فقط.
 تلعب الطاقة الكهرومائية دورًا مهمًا في مزيج الكهرباء 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 تعمل الطاقة الكهرومائية على تشغيل معظم اقتصادات العالم لسنوات عديدة قادمة.