محطات الطاقة الكهرومائية هي منشآت تستفيد من تدفق المياه لتوليد الطاقة الكهربائية. وتقتصر هذه المصانع على خصوصيات وخصائص مناطقها، حيث أن تضاريس الأرض تهيئ كلاً من الأعمال المدنية واختيار الآلات. هناك مختلفة أنواع محطات الطاقة الكهرومائية حسب موقعها وقدرتها وطريقة توليد الطاقة. في هذه المقالة، سنستكشف بعمق أنواع محطات الطاقة الكهرومائية وكيفية عملها وما هي مميزاتها.
ما هي محطة الطاقة الكهرومائية؟
محطة الطاقة الكهرومائية هي منشأة مصممة لتوليد الكهرباء من المياه المخزنة في الخزان. تبدأ عملية التوليد عندما يمر الماء المنبعث من ارتفاع كبير عبر توربين يحول الطاقة الكامنة للمياه إلى طاقة ميكانيكية. يتم تحويل هذه الطاقة الميكانيكية لاحقًا إلى كهرباء باستخدام مولد كهربائي.
الغرض من نظام التجميع هو إنشاء منحدر يسمح باستخدام الطاقة الكامنة المتراكمة للمياه. عندما يمر الماء عبر التوربين، تتولد حركة دورانية تعمل على تشغيل المولد، وبالتالي إنتاج الكهرباء.
تتكون محطات الطاقة الكهرومائية من عدة مكونات أساسية:
- سد: وظيفتها هي الاحتفاظ بالمياه في الخزان. يتضمن فائضًا لإطلاق الماء الزائد دون ضرر.
- عنفة: يقومون بتحويل طاقة الماء إلى طاقة حركية.
- المولد: يحول الطاقة الحركية إلى كهرباء.
- خطوط الأنابيب: يوجهون تدفق المياه نحو النبات.
- الصمامات: إنهم يتحكمون في مرور المياه لتجنب الفيضانات.
علاوة على ذلك، في محطات الطاقة الكبيرة، هناك آليات تعرف باسم مدمرات الطاقة، وهي مسؤولة عن تبديد القوة الزائدة للمياه لتجنب الإضرار بالهيكل والتضاريس المحيطة.
أنواع المحطات الكهرومائية
يمكن تصنيف محطات الطاقة الكهرومائية حسب قوتها وموقع المرافق. اعتمادًا على كمية الطاقة التي يمكنها إنتاجها وقدرتها التخزينية، يمكننا الحديث عن الأنواع التالية من النباتات:
- محطات الطاقة الكهرومائية عالية الطاقة: بقدرة أكبر من 10 ميغاواط.
- محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة: وتنتج ما بين 1 ميغاواط إلى 10 ميغاواط.
- محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة: محطات توليد الكهرباء بقدرة أقل من 1 ميجاوات، تستخدم في المجتمعات الصغيرة أو للاستهلاك الذاتي.
هناك أيضًا تصنيفات أخرى لمحطات الطاقة الكهرومائية، تعتمد بشكل أساسي على موقعها وطريقة إدارتها لتدفق المياه. وتشمل هذه:
- التدفق المستمر: هذه النباتات ليس لديها القدرة على تخزين المياه. وهي تجري مباشرة قبالة مجرى النهر، مما يعني أنها أقل فعالية أثناء فترات الجفاف.
- الخزان أو التخزين: ويستخدمون السدود لتخزين كميات كبيرة من المياه، مما يسمح بالتحكم في تدفق المياه وتنظيم توليد الطاقة.
- عند سفح السد: وهي مبنية مباشرة على نهر أو بحيرة، حيث يعمل السد كخزان طبيعي.
- محطات الضخ أو العكسية: تقوم هذه النباتات بتخزين المياه في خزانات تقع على مستويات مختلفة. في أوقات انخفاض الطلب، يتم ضخ المياه إلى الخزان العلوي، وأثناء ذروة الطلب، يتم إطلاقها لتوليد طاقة إضافية.
تشغيل أنواع مختلفة من محطات الطاقة الكهرومائية
يختلف تشغيل محطات الطاقة الكهرومائية حسب نوعها، على الرغم من أنها جميعها تتبع مبدأ تسخير الطاقة الموجودة في المياه لتوليد الكهرباء.
- التدفق المستمر: وفي هذا النوع من المحطات، يتم تحويل جزء من مياه النهر من خلال مدخل إلى قناة أو أنبوب يوجهها إلى التوربينات. وبمجرد توليد الكهرباء، يتم إرجاع المياه إلى مجرى النهر.
- مركزي عند سفح السد: يستفيد هذا النوع من وجود خزان في نهر أو بحيرة. ويتم تنظيم المياه من خلال بوابات لتدوير التوربينات وتوليد الكهرباء.
محطات الطاقة الكهرومائية التي يتم ضخها
محطات الطاقة التي يتم ضخها هي نوع خاص من محطات الطاقة الكهرومائية. وهي تعمل مثل بطارية عملاقة، حيث تقوم بتخزين الطاقة عن طريق ضخ المياه من الخزان السفلي إلى الخزان العلوي خلال خارج ساعات الذروة ثم إطلاق تلك المياه لتوليد الكهرباء خلال ذروة الطلب.
يعمل هذا النظام على تحسين توليد الكهرباء ويجعل استخدام مصادر الطاقة الأخرى أكثر مرونة. بالإضافة إلى ذلك، تعتبر دورات الضخ والإطلاق بمثابة مساعدة حاسمة في تحقيق التوازن في شبكة الطاقة الكهربائية.
مزايا الطاقة الكهرومائية
الطاقة الكهرومائية هي مصدر طاقة متجدد ونظيف وفعال، ولها العديد من المزايا على مستوى الطاقة والبيئية والاقتصادية:
- المتجددة وغير الملوثة: وبما أنها تستخدم المياه، وهي مصدر طبيعي ومتجدد، فإنها لا تنبعث منها غازات دفيئة أو ملوثات أخرى.
- تكلفة تشغيل منخفضة: على الرغم من أن الاستثمار الأولي مرتفع، إلا أن تكاليف التشغيل والصيانة منخفضة، نظرًا لأن التوربينات والمعدات لها عمر إنتاجي طويل وتتطلب القليل من الإشراف.
- السيطرة على الموارد المائية: يمكن للسدود تنظيم تدفق الأنهار، والمساهمة في الحماية من الفيضانات، وإمدادات مياه الشرب، والري الزراعي.
- كفاءة الطاقة العالية: بالمقارنة مع التقنيات الأخرى، يعد تحويل الطاقة المائية فعالاً للغاية، مما يسمح بتوليد كميات كبيرة من الكهرباء بموارد قليلة.
وبصرف النظر عن هذه المزايا، توفر محطات الطاقة الكهرومائية أيضًا فوائد أخرى على المستوى المحلي، مثل إنشاء الطرق والمناطق الترفيهية التي تشجع السياحة، وفي بعض الحالات، تحسين الملاحة النهرية.
باختصار، تعد محطات الطاقة الكهرومائية خيارًا تنافسيًا للغاية في قطاع الطاقة المتجددة نظرًا لقدرتها على توليد الطاقة بتكلفة منخفضة، ومرونتها في تلبية الطلب وتأثيرها البيئي المنخفض نسبيًا إذا تمت إدارتها بشكل صحيح.