ما هي الطاقة الكهرومائية؟ وكيف يتم إنتاجها؟

الطاقة الكهرومائية هي طاقة كهربائية متجددة تنتج من تحويل الطاقة الكهرومائية إلى كهرباء. يتم تحويل الطاقة الحركية لتيار الماء ، الطبيعي أو الناتج عن الاختلاف في المستوى ، إلى طاقة ميكانيكية بواسطة توربين هيدروليكي ، ثم إلى طاقة كهربائية بواسطة مولد كهربائي متزامن.

في عام 2019 م ، بلغت القدرة المركبة لمحطات الطاقة الكهرومائية 1،308 جيجاوات ، وتنتج حوالي 4306 تيراواط ساعة سنويًا ، أو 70٪ من إنتاج العالم من الطاقة المتجددة و 15.6٪ من إنتاج الكهرباء في العالم.

مزايا وعيوب الطاقة الكهرومائية

ومن مميزاته:

  • طابعها المتجدد.
  • تكلفة تشغيل منخفضة.
  • تقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري.
  • تساهم السعة التخزينية لخزاناتها في تعويض التغيرات في الطلب.

ومن عيوبه:

لها آثار اجتماعية وبيئية ، خاصة في حالة السدود في المناطق غير الجبلية. نزوح السكان ، وربما إغراق الأراضي الصالحة للزراعة ، والتفتت والتعديل النظم البيئية انسداد الطمي المائي والبرية ... إلخ.

كبار منتجي الطاقة الكهرومائية:

في عام 2019 م ، كان المنتجون الرئيسيون هم الصين (30.2٪) وكندا (9.2٪) والبرازيل (9.0٪) والولايات المتحدة (6.4٪).

ما هي التكنولوجيا التي تنتجها الطاقة الكهرومائية؟

تنتج الطاقة الكهربائية عن طريق تحويل الطاقة الحركية للمياه إلى طاقة كهربائية بمساعدة التوربينات هيدروليكي مرتبط بمولد كهربائي. أما بالنسبة للسدود بالتراكم ، فإن كمية الطاقة المتاحة تعتمد على الاحتياطي المائي للسد وحجمه ومدخلاته الطبيعية وخسائره أثناء السقوط وارتفاعه. بالنسبة لسدود جريان الأنهار ، ترتبط كمية الطاقة المنتجة ارتباطًا مباشرًا بالتدفق (م 3 / ث ، م 3 / س ، م 3 / د ، م 3 / سنة).

هناك أربعة أنواع رئيسية من التوربينات:

يتم اختيار أنسب نوع من التوربينات عن طريق حساب السرعة المحددة المشار إليها باسم ns Pelton turbine ، وهي مناسبة للانخفاض العالي باستخدام عجلة دلو ، اخترعها ليستر ألان بيلتون في عام 1879 م. تم تصميمه لارتفاعات تزيد عن 200 متر ، وفي عام 1868 م قام فرانسيس بتركيب توربين لرؤوس متوسطة أو حتى عالية ، بدفع فردي أو مزدوج.

تم اختراع توربين كابلان في عام 1912 وهو مناسب تمامًا لمعدلات التدفق المنخفضة والعالية ، مع عجلة من نوع المروحة ، مثل القارب. طور فيكتور كابلان دافعًا يمكن توجيه شفراته وفقًا لمعدلات التدفق القابلة للاستخدام ، ويستخدم توربين البئر حركة الهواء الناتجة عن حركة الأمواج عبر أنبوب رأسي. هذا هو المبدأ الذي وضعه آلان ويلز.

تاريخ الطاقة الكهرمائية

  • استخدم البشر طواحين المياه ذات العجلات المجذافة لطحن القمح لأكثر من ألفي عام. واستفادت صناعة الساعات والورق في جبال الألب بشكل كبير من وفرة السيول التي نزلت في الوديان.
  • في القرن التاسع عشر ، تم استخدام عجلات المجذاف لتوليد الكهرباء ثم تم استبدالها بالتوربينات.
  • في عام 1869 م ، استخدمه المهندس أريستيد بيرجيس في سقوط مائتي متر في لانسي لتحويل آلات تمزيق الورق ، ومبشر الخشب لصنع لب الورق.
  • منذ القرن العشرين ، أدت التطورات التكنولوجية في الطاقة الكهرومائية السويسرية إلى تكهنات مكثفة في سوق الأسهم على شركات الطاقة الكهرومائية.
  • في عشرينيات القرن الماضي ، شهد توسعًا سريعًا في الكهرباء في فرنسا ، حيث زاد إنتاج الكهرباء من الطاقة الكهرومائية ثمانية أضعاف بفضل السدود الأولى.

محطات الطاقة الكهرومائية

هناك ثلاثة أشكال رئيسية لتوليد الطاقة الكهرومائية:

محطات توليد الطاقة الجاذبية:

سميت بهذا الاسم لأن الماء يتدفق إلى خزاناته أو أن مأخذه من الماء يأتي بشكل أساسي من التيارات الجاذبية ، مثل محطات الطاقة الجارية في نهر أو محطات الطاقة الكهرومائية في بحيرة.

محطات الطاقة الهيدروليكية الاحتياطية:

إنها محطات نقل الطاقة التي يتم ضخها أو محطات طاقة التخزين التي يتم ضخها ، حيث يضخ التوربينات العكسية المياه من حوض سفلي إلى حوض علوي. غالبًا ما يتضمن أيضًا جزء الجاذبية. النقل هو نقل مؤقت (ضخ أثناء الحوض حسب الطلب من الكهرباء التي تنتجها المعدات الأساسية وإنتاج الكهرباء بواسطة التوربينات خلال الذروة.

محطات طاقة المد والجزر:

إنها محطة طاقة كهرومائية تستخدم طاقة المد والجزر لتوليد الكهرباء. مثال على ذلك هو محطة توليد الكهرباء Rance Tidal ، التي تم تشغيلها في عام 1966 ، للتعويض عن انخفاض إنتاج الكهرباء في بريتاني. هي محطة تستخدم طاقة حركة البحار سواء كان ذلك هو تدفق المد والجزر أو التيارات البحرية الدائمة أو حركة الأمواج.

محطات نقل الطاقة الكهربائية

انتاج الطاقة الكهربائية

تحتوي محطات نقل الطاقة على حوضين ، حوض علوي وحوض توضع بينهما آلة كهرومائية عكسية: يمكن أن يعمل الجزء الهيدروليكي بالإضافة إلى مضخة مثل التوربينات والجزء الكهربائي بالإضافة إلى محرك أو مولد التيار المتردد (آلة متزامنة). في وضع التراكم ، تستخدم الآلة الطاقة المتوفرة على الشبكة لرفع المياه من الحوض السفلي إلى الحوض العلوي وفي وضع الإنتاج ، تقوم الآلة بتحويل طاقة الجاذبية المحتملة للماء إلى كهرباء.

تبلغ الكفاءة (النسبة بين الكهرباء المستهلكة والكهرباء المنتجة) حوالي 82٪. هذا النوع من المصانع له أهمية اقتصادية عندما تختلف تكاليف الإنتاج الحدية بشكل كبير خلال فترة زمنية معينة (يوم ، أسبوع ، موسم ، سنة .. إلخ). إنها تجعل من الممكن تخزين طاقة الجاذبية في الفترات التي تكون فيها هذه التكاليف منخفضة ، من أجل توفيرها في الفترات التي تكون فيها مرتفعة.

الماء هو مصدر الطاقة الكهرومائية القابلة للتخزين:

أي أنه يمكن تخزين إنتاج الكهرباء خلال ساعات الذروة لاستخدامها في أوقات الحاجة ، أي عندما يكون الطلب أكبر على شبكة توزيع الكهرباء العامة ، يمكن أيضًا تخزينها خلال عطلات نهاية الأسبوع لتغطيتها بالتوربينات خلال الأسبوع ، أو حتى يتم تخزينها في الربيع أثناء الذوبان لاستخدامها في الشتاء.

إنتاج الطاقة الكهرومائية محدود بسبب التدفق واحتياطيات المياه المتاحة. تعتمد هذه الاحتياطيات على المناخ ، وعلى الضخ الذي يتم عند مصدر الخزانات (على سبيل المثال للري) وعلى حجم خزانات المياه (السدود).

الطاقة الكهرومائية المركبة في العالم

بلغت قدرة الطاقة الكهرومائية المركبة في العالم 1308 جيجاواط في عام 2019 ، بزيادة قدرها 1.2٪ ، وقدر إنتاج الطاقة الكهرومائية بـ 4306 تيراواط ساعة ، بزيادة 2.5٪. وبلغت الإضافات الجديدة 15.6 جيجاوات في 2019 ، مقابل 21.8 جيجاوات في 2018. والدول التي قامت بتركيب أكبر السعات هي:

  • البرازيل: 4.92 جيجاواط من التركيبات الجديدة.

  • الصين: 4.17 جيجاوات ، لاوس: 1.89 جيجاوات ساعة ، تهيمن الصين إلى حد كبير على ترتيب الدول التي تبلغ طاقتها الإنتاجية 356.4 جيجاواط ، أو 27.2٪ من الإجمالي العالمي.

إجمالي محطات طاقة التخزين التي تم ضخها:

  • يوجد في الصين 158 جيجاوات.
  • في اليابان 27.6 جيجاوات.
  • في الولايات المتحدة 22.9 جيجاوات.

الطاقة المائية ومساهمتها في إنتاج الكهرباء

حصة الطاقة الكهرومائية في الإنتاج أقل من حصتها في القدرة المركبة ، حيث زادت بنسبة 15.9٪ من إنتاج الكهرباء في العالم في عام 2017 ، مقابل 20.9٪ في عام 1973 م ، لكنها تلعب دورًا مهمًا بشكل خاص في ضمان التوازن الفوري بين الإنتاج و استهلاك الكهرباء. بسبب مرونة الطاقة الكهرومائية ، يمكن ملؤها في بضع دقائق ، لأن كهرباء يصعب تخزينها بكميات كبيرة.

القدرة المركبة لمحطات الطاقة المخزنة:

بلغت السعة المركبة بالضخ 157.994 ميجاوات ، منها 30290 ميجاوات في الصين (19.2٪) ، 27637 ميجاوات في اليابان (17.5٪) و 22.855 ميجاوات في الولايات المتحدة (14.5٪). هذه البلدان الثلاثة تمثل 51.2٪ من الإجمالي العالمي.

أكبر منتجي الطاقة الكهرومائية:

كانت أكبر منتجي الطاقة الكهرومائية في عام 2017 الصين (28.3٪) وكندا (9.4٪) والبرازيل (8.8٪) والولايات المتحدة (7.7٪). لكن مكانة هذه الطاقة المتجددة في الإنتاج الوطني للكهرباء متغير للغاية ، حيث ظهرت خمس دول بحصة 95.7٪ في النرويج ، و 62.9٪ في البرازيل ، و 59.6٪ في كندا ، و 44.8٪ في فيتنام ، و 39.7٪ في السويد.

الطاقة المائية هي طاقة متجددة

الطاقة المائية هي طاقة متجددة ، على عكس النفط أو الغاز الطبيعي. تثير بعض الأبحاث الشكوك حول توازن غازات الاحتباس الحراري للأنظمة الكهرومائية.

النشاط البكتريولوجي في مياه السدود ، وخاصة في المناطق الاستوائية ، من شأنه أن يطلق كميات كبيرة من الميثانوفي مشاريع السدود ، غالبًا ما يكون إنتاج الطاقة الكهرومائية مكملًا وله أغراض أخرى مثل:

  • السيطرة على الفيضانات وعواقبها.
  • تحسين القدرة على التنقل في مجرى مائي.
  • توفير مياه القناة.
  • إنشاء احتياطيات مياه للري والسياحة.

منذ بناء سد الخوانق الثلاثة على نهر Yangzi في الصين في عام 2014 م ، كانت هذه الدولة رائدة في إنتاج الطاقة الكهرومائية وفي آسيا ، ولكن أيضًا في إفريقيا وأمريكا الجنوبية. الرهانات الاقتصادية لمثل هذا البناء ، وكذلك مكافحة الاحترار العالمي ، تجد نفسها تفوق المخاطر البيئية الأخرى.

آثار استخدام الطاقة الكهرومائية على البيئة والإنسانية

تختلف التأثيرات البيئية حسب نوع وحجم الهيكل الذي تم وضعه: فهي منخفضة عندما يتعلق الأمر باستغلال الشلالات الطبيعية وتيارات المحيطات والأمواج ، ولكنها خطيرة للغاية عندما يتعلق الأمر ببناء السدود وخزانات المياه الاصطناعية. كما يمكن أن تختفي الأراضي الزراعية والقرى (مما يؤدي إلى تهجير السكان) وكذلك تعطيل حركة الحيوانات ، وبشكل عام النظام البيئي المحيط بأكمله.

تتضمن بعض الأمثلة البارزة للتأثير البيئي الهام لإنتاج الطاقة الكهرومائية ما يلي:

  • في عام 1982 ، تم تدمير الشلالات السبعة ، الواقعة على الحدود بين البرازيل وباراغواي ، بواسطة سد إيتايبو ، الذي كان أكبر سد في العالم عند بدء تشغيله. حيث أنه في غضون أسبوعين من تخزين المياه الاصطناعية للسد ، ستغرق الشلالات. ثم فجرت الحكومة الفيدرالية البرازيلية الجبال التي بقيت فوق الماء ، ودمرت واحدة من أعظم عجائب الدنيا الطبيعية.
  • وكذلك تهجير الناس لبناء أكبر سد في الصين عند الخوانق الثلاثة ، وهي حالة من حالات الهجرة القسرية واسعة النطاق.
  • تعرض مشروع سد بيلو مونتي لانتقادات من الهنود الأمريكيين بما في ذلك الزعيم راوني ودعاة حماية البيئة لأن السد سيؤدي إلى إزالة الغابات من 500 كيلومتر مربع من غابات الأمازون.
  • في القرن العشرين ، وفقًا للجنة الدولية للسدود الكبيرة ، تم تهجير 40 إلى 80 مليون شخص من خلال بناء الخزانات. يستمر هذا العدد في النمو لأنه منذ عام 2000 م ، شهدت الطاقة الكهرومائية أكبر توسع في تاريخها (في حين يمكن أيضًا نزوح 300 مليون لاجئ بسبب ارتفاع مستويات سطح البحر في العقود القادمة ، وفقًا للتوقعات المحدثة في عام 2019).

توقعات هيئة الطاقة المائية الحكومية الدولية

تشير معظم توقعات الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ إلى أن الطاقة الكهرومائية ستصل من 1700 إلى 2400 جيجاوات بحلول عام 2050 بعد الميلاد ، أي الضعف خلال 30 عامًا ، مما يعني تصنيع 190 ألف كيلومتر إضافية من الممرات المائية (السدود مخطط لها في جميع المناطق الاستوائية الرئيسية الأنهار التي لا تزال حرة.

مرجع:

https://fr.wikipedia.org/wiki/٪C3٪89nergie_hydro٪C3٪A9lectrique

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى