يتكون عالم الطاقات المتجددة من مصادر مختلفة، جميعها لها نفس الهدف: توليد طاقة نظيفة بدون انبعاثات غازات دفيئة، باستخدام موارد طبيعية لا تنضب. في هذه المقالة سوف نستكشف الطاقة الكهرومائية، أحد أكثر مصادر الطاقة المتجددة الموجودة كفاءة.
وسنشرح بالتفصيل ما هي الطاقة الكهرومائية، وكيفية عملها، وما هي أهم خصائصها، وما هي مميزاتها وعيوبها، وما هي أنواع المحطات الكهرومائية الموجودة.
ما هي الطاقة الكهرومائية
La الطاقة الكهرومائية هي الطاقة التي يتم الحصول عليها من الاستفادة من حركة الماء عن طريق السقوط من ارتفاع، مما يولد الكهرباء عن طريق تفعيل توربين. تستخدم هذه العملية الطاقة الكامنة للمياه في الخزان أو النهر، وتحولها أولاً إلى طاقة ميكانيكية من خلال توربين، ثم إلى طاقة كهربائية من خلال مولد.
لتسخير هذه الطاقة، عادة ما تكون هناك حاجة إلى بنية تحتية كبيرة، مثل السدود، لتخزين المياه ومن ثم إطلاقها من خلال الأعمدة إلى التوربينات. ومع ذلك، هناك أنواع مختلفة من النباتات تختلف باختلاف طريقة استخدامها.
يتم إنتاج الكهرباء المولدة من خلال الطاقة الكهرومائية بدون أي انبعاثات للغازات الملوثة، مما يجعلها خيارًا جذابًا للغاية لتقليل التأثير البيئي والتحرك نحو نظام طاقة أكثر استدامة. وعلاوة على ذلك، فإن الميزة الرئيسية هي أن هذه الطاقة قابل للتجديدلأن دورة الماء مستمرة .
أجزاء من محطة طاقة كهرومائية
الشرط الأساسي لكي تعمل محطة الطاقة الكهرومائية بشكل صحيح هو أن تكون منظمة بشكل جيد. وبالتالي فإن الأجزاء الرئيسية التي تشكل محطة الطاقة الكهرومائية هي:
- سد: هذا هو الهيكل الأساسي الذي يخزن الماء ويولد التدرج اللازم للحصول على الطاقة الكامنة. يمكن أن يكون السد مصنوعًا من الخرسانة أو الأرض، لكن وظيفته الأساسية هي احتواء المياه.
- مجاري: هؤلاء هم المسؤولون عن الافراج عن الماء وفي حالة وجود فائض يمنع الخزان من تجاوز سعته. عادة ما تكون موجودة في أعلى السد ومهمتها هي حماية البنية التحتية.
- كمية المياه: قنوات المياه إلى توربينات. بوابة تنظم كمية المياه التي تمر ومحمية بمرشحات لمنع دخول النفايات.
- محطة توليد الطاقة الكهربائية: هنا التوربينات والمولدات التي تحول الطاقة الميكانيكية للمياه إلى كهرباء. إنه قلب النبات.
- التوربينات الهيدروليكية: تحويل الطاقة الحركية للماء إلى طاقة دورانية. الأكثر شيوعاً هي بيلتون، فرانسيس وكابلان، كل واحد لمستويات مختلفة من التدفق والارتفاع.
- مولد كهربائي: إلى جانب التوربينات، يقوم المولد بتحويل دورانها إلى الطاقة الكهربائية.
- محول: زيادة التوتر الكهربائي تم إنشاؤها لتسهيل نقلها لمسافات طويلة.
- خطوط النقل: الكابلات التي تنقل الكهرباء إلى شبكات التوزيع.
أنواع المحطات الكهرومائية
تختلف طريقة تصميم محطة الطاقة الكهرومائية حسب البيئة وتدفق المياه المتاح واحتياجات الطاقة. وبهذه الطريقة نجد ثلاثة أنواع رئيسية من النباتات:
- النباتات المارة: ولا يحتوي هذا النوع من النباتات على خزان لتخزين المياه، بل يستخدمها مباشرة من تدفق النهر. عادة ما يكون لمحطات جريان النهر تأثير بيئي أقل وتعمل بشكل مستمر.
- محطات توليد الطاقة مع الخزان: في هذه، يتم تخزين المياه في إيداع كبير يتم التحكم فيها عن طريق السد ويتم إطلاقها بناءً على احتياجات الطاقة. وهي الأكثر شيوعًا وتسمح بالتحكم الفعال في الإمداد الكهربائي.
- محطات الضخ: هذه النباتات مفيدة بشكل خاص لإدارة فائض الطاقة، لأنها تسمح بذلك ضخ المياه إلى الخزان العلوي عندما يكون الطلب على الطاقة منخفضًا ويتم إطلاقه لتوليد الكهرباء عندما يكون الطلب مرتفعًا.
بالإضافة إلى هذه الأنواع الثلاثة الرئيسية، هناك أيضًا إمكانية التنفيذ محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة، وهي نسخ مصغرة من هذه البنى التحتية. وهي مصممة لتوفير الطاقة للمجتمعات الصغيرة المعزولة أو المناطق الريفية، حيث يكون الاتصال بالشبكة الكهربائية محدودًا.
مزايا الطاقة الكهرومائية
توفر الطاقة الكهرومائية سلسلة من المزايا التي تجعلها من أكثر مصادر الطاقة جاذبية من حيث الكفاءة والاستدامة:
- وهي متجددة: وطالما استمرت دورة المياه في العمل، فإن الطاقة الكهرومائية لن تنضب.
- لا تولد انبعاثات ملوثة: وهو من أنظف مصادر الطاقة، حيث أنه لا ينتج غازات دفيئة أو ملوثات أثناء تشغيله.
- أداء عالي: تتمكن المحطات الحديثة من تحويل ما يصل إلى 90% من الطاقة الكامنة للمياه إلى كهرباء، وهي أكثر كفاءة بكثير من أنواع الطاقة الأخرى.
- ينظم تدفق الأنهار: تساعد السدود في السيطرة على الفيضانات واستقرار تدفق المياه، وهو ما يمكن أن يكون مفيدًا في أوقات الفيضانات أو الجفاف.
- سعة التخزين: ويمكن أيضًا استخدام الخزانات لتخزين المياه لأغراض أخرى، مثل الري أو إمدادات مياه الشرب.
عيوب الطاقة الكهرومائية
ورغم أن لها مميزات متعددة، إلا أنه يجب أن تؤخذ عيوبها أيضًا بعين الاعتبار، خاصة فيما يتعلق بها الأثر البيئي:
- التغيرات في النظام البيئي: يمكن أن يؤدي بناء السدود إلى تعطيل الدورة الطبيعية للأنهار، مما يؤثر على الأنواع التي تعتمد عليها في التكاثر أو الغذاء.
- ارتفاع تكاليف البنية التحتية: الاستثمارات الأولية في بناء السدود ومحطات الطاقة الكهرومائية مرتفعة.
- الاعتماد على الظروف الجوية: وفي أوقات الجفاف أو قلة الأمطار، قد يتأثر توليد الكهرباء.
- نزوح السكان: إن بناء خزانات كبيرة يمكن أن يجبر المجتمعات المحلية على الانتقال.
وعلى الرغم من هذه العيوب، تظل الطاقة الكهرومائية خيارًا قابلاً للتطبيق في العديد من مناطق العالم، طالما تم تقليل هذه التأثيرات إلى الحد الأدنى.
الطاقة الكهرومائية في إسبانيا
في إسبانيا، تلعب الطاقة الكهرومائية دورًا أساسيًا في مصفوفة الطاقة. حاليا، البلاد لديها حوالي 800 محطات توليد الطاقة الكهرومائية بسعات مختلفة، من السدود الكبيرة إلى محطات الطاقة الصغيرة. يتم توليد ما يقرب من 50% من الطاقة الكهرومائية في إسبانيا من خلال أكبر 20 محطة، والعديد منها بقدرات أكبر من 200 ميجاوات.
كما أن محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة، تلك التي تولد أقل من 10 ميجاوات، تزدهر أيضًا بفضل التقدم التكنولوجي. تسمح هذه النباتات بتوليد الطاقة مناطق نائية دون الحاجة إلى بنية تحتية كبيرة. وبالإضافة إلى ذلك، تتيح التوربينات الصغيرة الجديدة إمكانية استخدام حتى التدفقات الصغيرة والأنهار الجبلية لتوليد الكهرباء.
وفي السنوات الأخيرة، اختارت إسبانيا تحديث منشآتها الكهرومائية، وزيادة كفاءتها إلى الحد الأقصى وتقليل تأثيرها على البيئة. ويجري تطوير تقنيات تسمح بمرونة أكبر في تشغيل المحطات، مما يحسن القدرة على الاستجابة للتغيرات في الطلب على الطاقة.
ومع تزايد الطلب على الطاقة المتجددة، ستستمر الطاقة الكهرومائية في لعب دور رئيسي في مزيج الطاقة الإسباني.
بشكل عام، أثبتت الطاقة الكهرومائية أنها واحدة من المصادر الأكثر موثوقية وكفاءة لإنتاج الكهرباء على نطاق واسع. ومع التقدم التكنولوجي المستمر، من المرجح أن يكتسب دورها أهمية أكبر في السنوات المقبلة، لا سيما في المناطق التي تتوافر فيها الموارد المائية.