يطلق على عملية توليد الكهرباء من الماء اسم توليد الطاقة الكهرومائية، وتعتبر الطاقة الكهرومائية هي الطاقة التي يتم الحصول عليها من الماء.
محطات الطاقة الكهرومائية
تعتمد محطات الطاقة الكهرومائية على طاقة المياه لتوليد الكهرباء، حيث يقوم التوربين بتحويل الطاقة الحركية لمياه السقوط إلى طاقة ميكانيكية، ثم يحول المولد الطاقة الميكانيكية من التوربين إلى طاقة كهربائية. وتتم توليد الطاقة الكهربائية من المياه بالعديد من الطرق، بدءا من محطات التوليد الهيدروكهربائية التي تخدم عددا قليلا من المنازل، وصولا إلى السدود الضخمة مثل سد هوفر الذي يوفر الكهرباء لملايين الأشخاص.
متطلبات توليد الكهرباء من الماء
تتضمن معظم محطات الطاقة الكهرومائية التقليدية أربعة مكونات رئيسية :
السد : يقوم السد برفع مستوى مياه النهر لتكوين ماء ساقط، كما يتحكم في تدفق المياه، ويتم تخزين الطاقة في الخزان الذي يتم تكوينه.
التوربينات : تؤدي قوة سقوط الماء على ريش التوربين إلى دوران التوربين، وتشبه التوربينات المائية طاحونة الهواء باستثناء أن مصدر الطاقة هو الماء الساقط بدلا من الرياح. يقوم التوربين بتحويل الطاقة الحركية للماء المتساقط إلى طاقة ميكانيكية.
مولد كهرباء : تتصل التوربينات بمولدات الكهرباء في محطات الطاقة المائية عن طريق محاور ومهاوي وربما تروس، فعندما يدور التوربين، يدور المولد أيضا ويتحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية. وتستخدم هذه المولدات في محطات الطاقة المائية وغيرها من محطات الطاقة.
خطوط نقل : توصيل الكهرباء من محطة توليد الطاقة الكهرمائية إلى المنازل والمؤسسات التجارية.
كمية الكهرباء التي تنتجها محطات الطاقة الكهرومائية
تعتمد كمية الكهرباء التي تنتجها محطة الطاقة الكهرمائية على عاملين :
– كلما انخفض الماء كلما زادت قوته : عمومًا، تعتمد مسافة سقوط المياه على حجم السد، حيث ينخفض الماء كلما ارتفع السد، وتزداد قوة سقوط المياه كلما كانت المسافة التي تسقط فيها أكبر، ويقول العلماء أحيانًا إن قوة سقوط المياه مرتبطة مباشرة بالمسافة التي تسقط فيها.
– كمية المياه المتساقطة : زيادة كمية المياه التي تمر عبر التوربين تزيد من إنتاج الطاقة، وتعتمد كمية المياه المتاحة على كمية المياه التي تتدفق في النهر، حيث تحتوي الأنهار الكبيرة على كمية أكبر من المياه المتدفقة وتستطيع إنتاج كمية أكبر من الطاقة، وتكون الطاقة متناسبة مباشرة مع تدفق النهر، حيث يمكن لنهر يحتوي على نصف كمية المياه المتدفقة في نهر آخر أن ينتج نصف كمية الطاقة التي ينتجها النهر الآخر.
حساب الطاقة الكهربية التي ينتجها السد
وجد المهندسون أنه يمكن حساب قوة السد باستخدام الصيغة التالية:
القوة = (ارتفاع السد) × (تدفق النهر) × (الكفاءة) ÷ 11.8
يتم قياس الكهرباء بالوحدة الكيلوواط، والسد يتم قياس ارتفاعه بالقدم، ويتم قياس تدفق المياه في النهر بالقدم المكعب في الثانية، ويتم قياس كفاءة التوربينات والمولدات في تحويل طاقة السقوط إلى طاقة كهربائية، والرقم 11.8 يحول وحدات القدم والثانية إلى كيلوواط.