دورة الطاقة لتوليد الطاقة الكهرومائية

الطاقة الكهرومائية تقنية علمية تدرس الجوانب التقنية والاقتصادية، مثل الإنشاءات الهندسية وإدارة الإنتاج. طاقة المياه المستخدمة في توليد الطاقة الكهرومائية هي في الأساس الطاقة الكامنة المخزنة في الماء. لتحويل الطاقة الكهرومائية إلى كهرباء، يلزم بناء أنواع مختلفة من محطات الطاقة الكهرومائية.

١. مقدمة أساسية: استخدام الطاقة الكهرومائية في الأنهار والبحيرات وغيرها. تقع هذه الأنهار على ارتفاعات عالية، وتمتلك طاقة كامنة، تتدفق نحو الارتفاعات المنخفضة، فتحول هذه الطاقة الكامنة إلى طاقة حركية لتوربين مائي، تُستخدم بدورها كقوة لتشغيل مولد لتوليد الطاقة الكهربائية. باستخدام الطاقة الهيدروليكية (بضغط الماء) لتشغيل دوران الآلات الهيدروليكية (التوربين المائي)، يتم تحويل طاقة الماء إلى طاقة ميكانيكية. عند توصيل نوع آخر من الآلات (المولدات) بتوربين مائي، يمكن لهذه الآلات توليد الكهرباء أثناء دوران التوربين، ثم تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية. بمعنى آخر، الطاقة الكهرومائية هي عملية تحويل طاقة الماء الكامنة إلى طاقة ميكانيكية، ثم إلى طاقة كهربائية. نظراً لانخفاض جهد إمداد الطاقة الناتج عن محطات الطاقة الكهرومائية، يتطلب نقلها إلى المستخدمين البعيدين تعزيزه عبر المحولات، ثم نقله إلى محطات فرعية في المناطق التي يتركز فيها المستخدمون عبر خطوط النقل الجوي، وأخيراً خفضه إلى جهد مناسب للمستخدمين المنزليين ومعدات المصانع الكهربائية، ثم نقله إلى مختلف المصانع والمنازل عبر خطوط التوزيع. 2. يتمثل المبدأ الأساسي لتوليد الطاقة الكهرومائية في استخدام انخفاض منسوب المياه للتعاون مع مولد كهرومائي لتوليد الطاقة، أي تحويل الطاقة الكامنة للماء إلى طاقة ميكانيكية للتوربين الهيدروليكي، ثم استخدام هذه الطاقة الميكانيكية لتشغيل المولد للحصول على الطاقة الكهربائية. وقد استغل العلماء بفعالية الظروف الطبيعية، مثل هندسة التدفق والفيزياء الميكانيكية، من خلال استغلال انخفاض منسوب المياه. وقد تم اختيار هذه الظروف بعناية لتحقيق أعلى إنتاج للطاقة، مما يتيح للناس استخدام كهرباء رخيصة وخالية من التلوث. من ناحية أخرى، تمتص مستويات المياه المنخفضة ضوء الشمس وتدور على سطح الأرض، مما يُعيد مصادر المياه المرتفعة إلى حالتها الطبيعية.

حتى الآن، يتراوح حجم الطاقة الكهرومائية من عدة عشرات من الواط المستخدمة في المناطق الريفية في العالم الثالث إلى عدة ملايين من الواط المستخدمة لتزويد الطاقة في المدن الكبيرة. 3. يتم تصنيف الأنواع الرئيسية حسب التساقط المركز، بما في ذلك محطات الطاقة الكهرومائية من نوع السدود، ومحطات الطاقة الكهرومائية من نوع التحويل، ومحطات الطاقة الكهرومائية الهجينة، ومحطات الطاقة المدية، ومحطات الطاقة التخزينية بالضخ. بناءً على درجة تنظيم الجريان السطحي، سواء كانت هناك محطات طاقة كهرومائية منظمة أم لا. وفقًا لطبيعة مصدر المياه، يشار إليه عمومًا باسم محطة الطاقة الكهرومائية التقليدية، والتي تستخدم الأنهار الطبيعية والبحيرات ومصادر المياه الأخرى لتوليد الكهرباء. يمكن تقسيم محطات الطاقة الكهرومائية إلى محطات طاقة كهرومائية ذات رأس مرتفع (أكثر من 70 مترًا) ومتوسطة الرأس (15-70 مترًا) ومنخفضة الرأس (أقل من 15 مترًا) بناءً على رأس استخدامها. وفقًا للسعة المركبة لمحطات الطاقة الكهرومائية، يمكن تقسيمها إلى محطات طاقة كهرومائية كبيرة ومتوسطة وصغيرة. بشكل عام، تُسمى محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة التي تقل قدرتها المركبة عن 5000 كيلووات بمحطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة، وتُسمى تلك التي تتراوح قدرتها المركبة بين 5000 و100000 كيلووات بمحطات الطاقة الكهرومائية المتوسطة، وتُسمى تلك التي تزيد قدرتها المركبة عن 100000 كيلووات بمحطات الطاقة الكهرومائية الكبيرة أو محطات الطاقة الكهرومائية العملاقة. 4. تُعتبر الطاقة الكهرومائية المميزة مصدرًا للطاقة النظيفة المتجددة التي لا تنضب. ومع ذلك، من أجل الاستفادة الفعالة من طاقة المياه الطبيعية، من الضروري إنشاء هياكل هيدروليكية يدويًا يمكنها تركيز انخفاض تدفق المياه وتنظيم التدفق، مثل السدود وأنابيب التحويل والقنوات. لذلك، فإن استثمار المشروع كبير ودورة البناء طويلة. ومع ذلك، يتميز توليد الطاقة الكهرومائية بالكفاءة العالية وتكلفة توليد الطاقة المنخفضة وسرعة بدء تشغيل الوحدة وسهولة التعديل. نظرًا لاستخدام تدفق المياه الطبيعية، فإنه يتأثر بشكل كبير بالظروف الطبيعية. غالبًا ما تُعدّ الطاقة الكهرومائية عنصرًا أساسيًا في الاستخدام الشامل للموارد المائية، حيث تُشكّل نظامًا شاملًا لاستخدامها يشمل النقل البحري، وتربية الأحياء المائية، والري، والسيطرة على الفيضانات، والسياحة، وغيرها. وتُعدّ الطاقة الكهرومائية مصدرًا للطاقة المتجددة ذي تأثير بيئي ضئيل. فبالإضافة إلى توفير الكهرباء بتكلفة منخفضة، تتمتع أيضًا بالمزايا التالية: السيطرة على الفيضانات، وتوفير مياه الري، وتحسين الملاحة النهرية، وتحسين النقل، وإمدادات الطاقة، والاقتصاد في المنطقة، وخاصةً تطوير السياحة وتربية الأحياء المائية.