استخدامات الطاقة المائية ” قديما وحديثا “
استخدامات الطاقة المائية قديما وحديثا
تتم توليد الطاقة الكهرومائية عن طريق تحويل الطاقة الحركية من الماء إلى طاقة كهربائية، وتم بناء بنى تحتية كهرومائية هائلة لاستخراج أقصى طاقة من هذا المورد المحلي الخالي من الانبعاثات المتجددة، وتعد الصين أكبر منتج للطاقة الكهرومائية، تليها كندا والبرازيل والولايات المتحدة، ومع ذلك، لا تزال معظم إمكانات الطاقة الكهرومائية قيد التطوير، ولا تزال الموارد المائية غير المستغلة وفيرة في أمريكا اللاتينية وأفريقيا الوسطى والهند والصين، ويمكن استخدام الطاقة المائية لأغراض مثل استخدامات طاقة المد والجزر
توليد الكهرباء
تعد الطاقة الكهرومائية أحد أهم مصادر الطاقة في العالم، وهي من بين أرخص مصادر الطاقة وغير ملوثة. على الرغم من أنها قد تتسبب في أضرار بيئية في البداية، إلا أنها تتمتع بتوافق مناخي أفضل من الأشكال الرئيسية الأخرى للطاقة مثل الطاقة النووية والفحم والغاز وغيرها. تعتمد العديد من البلدان في منطقة الشمال وأمريكا الجنوبية بشكل شبه كامل على الطاقة المائية لتلبية احتياجاتها من الطاقة. وبالنسبة لبعض البلدان مثل الصين والهند التي تحتاج إلى كميات هائلة من الطاقة، فإن الطاقة الكهرومائية هي الخيار الوحيد حاليا بين خيارات الطاقة التي لا تسبب احتباس الحرارة وتتمتع بقدرات كبيرة في البناء.
تخزين الطاقة
يعتبر التخزين الرئيسي الآخر ولكن غير معروف في العديد من الحالات للطاقة المائية هو تخزين الطاقة، وذلك باستخدام البنية التحتية الحالية للسدود، حيث تستخدم المنشآت الطاقة المائية لتخزين الطاقة عن طريق عملية تسمى “تخزين الطاقة المائية بالضخ.
يوجد حاليًا في العالم 90 جيجاوات من التخزين العالمي للطاقة المائية، ومع زيادة استخدام الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، ستزداد هذه السعة. ويتم استخدام التخزين المائي الرئيسي الذي يتم ضخه لتخزين طاقة الشبكة للغرض التالي:
- موازنة الحمل
- استيعاب مصادر الطاقة المتقطعة .
- تقليل الاستثمارات الرأسمالية يعني تكلفة تشغيل محطات الطاقة الحرارية والنووية العادية أقل بكثير من تشغيل محطات الدورة المركبة بالغاز الطبيعي التي تنتج الطاقة القصوى
الزراعة
في العصور القديمة، تم استخدام الطاقة المائية، مثل طاقة الرياح، للزراعة ومعالجة الحبوب، حيث تم تحويل الطاقة الحركية للمياه المتدفقة إلى طاقة ميكانيكية، ولكن هذا الاستخدام أصبح شبه منقرضًا، وكانت تستخدم أيضًا لتشغيل آلات نشر الأخشاب والحجر، ورفع المياه إلى قنوات الري.
الصناعة
سابقًا، تم استخدام الطاقة الكهرومائية في بعض التطبيقات الصناعية مثل تحريك المنفاخ في أفران الصهر الصغيرة واستخراج الخامات المعدنية بواسطة تقنية الصمت.
ما هي الطاقة المائية
الطاقة المائية ، والتي تسمى أيضًا الطاقة الكهرومائية ، هي شكل من أشكال الطاقة التي تسخر قوة الماء المتحرك – مثل تدفق المياه فوق شلال – لتوليد الكهرباء ، لقد استخدم الناس هذه القوة لآلاف السنين ، منذ أكثر من ألفي عام ، استخدم الناس في اليونان المياه المتدفقة لتحويل عجلة مطحنة القمح إلى دقيق.
تحتوي معظم محطات الطاقة الكهرومائية على خزان للمياه، وبوابة أو صمام للتحكم في كمية المياه المتدفقة من الخزان، ونقطة تصريف أو مكان ينتهي فيه الماء بعد التدفق إلى الأسفل، حيث يكتسب الماء طاقة محتملة قبل أن ينسكب فوق قمة السد أو يتدفق إلى الأسفل من التل. يتم تحويل الطاقة المحتملة إلى طاقة حركية مع تدفق المياه إلى الأسفل، ويمكن استخدام المياه لتدوير ريش التوربينات وتوليد الكهرباء، التي يتم توزيعها على عملاء محطة الطاقة.
الطاقة المائية هي إحدى أكبر مصادر الطاقة، إذ تشكل ما يقرب من 20% من الطلب العالمي على الكهرباء. وبالنسبة للدول ذات الموارد الجيدة، تعتبر الطاقة المائية النصف الأكبر من إجمالي مصادر الطاقة، وتعد الطاقة الكهرومائية واحدة من أرخص مصادر الطاقة غير الملوثة والناضجة والتي لا تسبب انبعاثات كربونية. وتم تطوير محطات الطاقة الكهرومائية لتحقيق إمكانيات كاملة تقريبا في البلدان المتقدمة، نظرا لخصائصها المتفوقة، ويتم بناء العديد منها بواسطة الدول النامية مثل الصين والهند.
مثل طاقة الرياح، يتم استخدام الطاقة الكهرومائية بشكل رئيسي لتوليد الكهرباء، وتمثل حوالي 20٪ من إجمالي إنتاج الكهرباء في العالم. وأصبح هذا الاستخدام أكثر أهمية نظرًا لوجود خيارات محدودة لتخزين الطاقة الرخيصة.
مميزات الطاقة المائية
تحمل الطاقة المائية العديد من الفوائد للمجتمعات الخاضعة لخدماتها، مثل استفادتها من مد وجزر البحر، وفيما يلي بعض الفوائد التي تميز الطاقة الكهرومائية عن الطرق الأخرى في توفير الطاقة
- إعادة الاستخدام
الطاقة الكهرومائية هي مصدر محلي للطاقة يسمح لكل دولة بإنتاج طاقتها الخاصة دون الاعتماد على مصادر الوقود الدولية. يتم الحصول على هذا المورد من مياه الأمطار، والأفضل من ذلك، يمكن إعادة استخدام المياه المستخدمة في العملية.
- مدة استخدام اطول
المرافق الكهرومائية لديها عمر مفيد طويل، وتعتمد الطاقة المولدة من خلال الطاقة الكهرومائية على دورة المياه التي تتحرك بفعل الشمس، مما يجعلها مصدرًا للطاقة المتجددة، وبالتالي مصدرًا أكثر موثوقية وبأسعار معقولة من الوقود الأحفوري الذي يتم استنفاده بسرعة.
- مصدر وقود مستدام
تساعد الطاقة الكهرومائية في تقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري، وتعد مصدرًا مستدامًا للوقود، وتنتج الطاقة الكهرومائية عددًا من الفوائد مثل التحكم في الفيضانات والري وتوفير إمدادات المياه.
- استخدام مرن
يمكن للموارد الكهرومائية تغطية أوقات الطلب الذروة عن طريق استخدام المياه في الخزانات بطريقة مرنة.
- سهل التحكم
تعتبر الخزانات مفيدة بشكل خاص للتحكم في تدفق الأنهار ومنع الفيضانات الخطيرة.
- التكاليف منخفضة
رغم أن إنشاء محطة لتوليد الطاقة الكهرومائية يتطلب استثمارات كبيرة لبناء السدود والخزانات والقنوات، إلا أن تكاليف التشغيل لهذه المحطات منخفضة.
- دعم
تُعَدُّ هذه المحطات المرنة مكملًا أساسيًا ومدعمًا لتقنيات توليد الطاقة المتجددة الأخرى مثل الطاقة الشمسية الكهروضوئية وطاقة الرياح التي تتقطع.
- مصدر نظيف
تستخدم الطاقة الكهرومائية مصدرًا نظيفًا للوقود، حيث يتم تغذيتها بالمياه، وبالتالي فإنها لا تلوث الهواء مثل محطات الطاقة التي تحرق الوقود الأحفوري، مثل الفحم أو الغاز الطبيعي.
يمكن لبعض محطات الطاقة الكهرومائية نقل الطاقة بسرعة من الطاقة الصفرية إلى الحد الأقصى للإنتاج، ونظرًا لأنه يمكن لمحطات الطاقة الكهرومائية توليد الطاقة للشبكة على الفور، فهي توفر طاقة احتياطية أساسية أثناء انقطاع التيار الكهربائي أو الانقطاعات الكبيرة.
كيف تعمل الطاقة الكهرومائية
كيفية توليد الكهرباء من الماء، حيث تقوم محطات الطاقة المائية بتحويل الفرق المحتمل للماء إلى كهرباء عن طريق نقلها بين نقطتين ذات مستويات أو ارتفاعات مختلفة.
يتم ضخ تدفق الماء عبر دائرة هيدروليكية تربط نقطتين على ارتفاعات مختلفة تسمى المسودة، وذلك لتحويل الطاقة الكامنة إلى طاقة حركية. يستخدم التوربين هذه الطاقة الحركية لتحويلها إلى طاقة ميكانيكية، والتي يحولها المولد بعد ذلك إلى كهرباء.
في النهاية، يتم توجيه تدفق المياه إلى التوربينات ويتم إعادة إطلاقه في النهر بدون سرعة تذكر، وبطاقة كامنة متفقة مع ارتفاع مخرج المياه.
نتيجة العملية عالية جدًا، تتراوح بين 90-95٪ من الطاقة المحتملة للمياه. يعود فقدان الطاقة إلى الضغط المنخفض في الدائرة الهيدروليكية، والاحتكاك في وحدة الطاقة الكهرومائية وفقدان المعدات الكهربائية.
تستخدم عملية التخزين المعاكس في محطات توليد الطاقة الكهرومائية، حيث تقوم بضخ الماء إلى خزان أو بحيرة لتخزين الطاقة الكامنة، وبالتالي تمكين المحطات من إعادة توليد الطاقة الكهربائية.
سلبيات الطاقة الكهرومائية
تعتبر الطاقة المائية الأهم والأكثر استخداما من بين مصادر الطاقة المتجددة. تمثل الطاقة الكهرومائية ما يقرب من 17% من إجمالي إنتاج الكهرباء. وتتضمن عيوبها عدم التحكم في الكمية المتاحة من الطاقة والآثار السلبية على البيئة
- تنتج الطاقة الكهرومائية الكهرباء بدون انبعاثات غازات الدفيئة. ومع ذلك، يمكن أن تسبب تهديدات بيئية واجتماعية، مثل تأثيرها على موائل الحياة البرية، وتلوث المياه، وتعثر هجرة الأسماك، وتقليل الفوائد الترفيهية للأنهار.
- الطاقة الكهرومائية تعد خالية من التلوث، ولكن لها تأثيرات بيئية، ومن الممكن أن تؤثر منشآت الطاقة الكهرومائية على استخدام الأراضي والمنازل والموائل الطبيعية في منطقة السد، حيث يمكن أن تغطي الخزانات منازل الناس، والمناطق الطبيعية المهمة، والأراضي الزراعية، والمواقع الأثرية.
- يتطلب بناء سد وخزان لدعم الطاقة الكهرومائية الكثير من المال والوقت والجهد، ولقد تم استخدام معظم الأساليب المناسبة لتحديد مواقع محطات الطاقة المائية بالفعل.
- يعتمد نظام الطاقة الكهرومائية على الهيدرولوجيا، وهي مرتبطة بمستويات هطول الأمطار التي تختلف من سنة إلى أخرى، مما يتسبب في عدم الاستقرار.
- – في بعض الحالات ، يمكن للطاقة الكهرومائية أن تؤثر على بيئة الحيوانات البرية ، وتتسبب في فقدان أو تغيير موائل الأسماك ، وتقييد حركتها بسبب محطات الطاقة الكهرومائية.
- في بعض الحالات، يمكن أن تؤدي الطاقة الكهرومائية إلى تغييرات في جودة مياه الخزان والتيار، حيث قد يؤدي تشغيل محطة الطاقة الكهرومائية إلى تغيير درجة حرارة الماء وتدفق النهر، مما قد يؤثر على النباتات والحيوانات المحلية في النهر وعلى اليابسة.