كيف يُمكن إعادة استخدام قطرة ماء ١٩ مرة؟ مقال يكشف أسرار توليد الطاقة الكهرومائية

كيف يُمكن إعادة استخدام قطرة ماء ١٩ مرة؟ مقال يكشف أسرار توليد الطاقة الكهرومائية

لطالما كان توليد الطاقة الكهرومائية وسيلةً مهمةً لتوفير الكهرباء. يتدفق النهر آلاف الأميال، محملاً بطاقة هائلة. ويُطلق على عملية تحويل الطاقة المائية الطبيعية إلى كهرباء اسم توليد الطاقة الكهرومائية. وتُعد عملية توليد الطاقة الكهرومائية في الواقع عملية تحويل للطاقة.
1. ما هي محطة الطاقة التخزينية المضخية؟
تُعد محطات توليد الطاقة بالضخ والتخزين حاليًا أكثر طرق تخزين الطاقة عالية السعة نضجًا واستقرارًا من الناحية التكنولوجية. بإنشاء أو استخدام الخزانين الحاليين، يتم تكوين قطرة، ويُضخ فائض الكهرباء من نظام الطاقة خلال فترات الحمل المنخفض إلى أماكن مرتفعة للتخزين. أما خلال فترات الحمل الأقصى، فيتم توليد الكهرباء عن طريق إطلاق المياه، وهو ما يُعرف باسم "بنك الطاقة الفائق".
محطات الطاقة الكهرومائية هي منشآت تستخدم الطاقة الحركية لتدفق المياه لتوليد الكهرباء. تُبنى عادةً عند منحدرات الأنهار العالية، باستخدام سدود لاعتراض تدفق المياه وتشكيل خزانات، تُحوّل بدورها طاقة المياه إلى كهرباء عبر توربينات ومولدات مائية.
مع ذلك، فإن كفاءة توليد الطاقة في محطة طاقة كهرومائية واحدة ليست عالية، إذ تبقى كمية كبيرة من الطاقة الحركية غير مستغلة بعد تدفق المياه عبرها. إذا أمكن ربط عدة محطات طاقة كهرومائية على التوالي لتكوين نظام متتالي، فيمكن تنشيط قطرة ماء عدة مرات على ارتفاعات مختلفة، مما يُحسّن كفاءة توليد الطاقة.

ما هي فوائد محطات الطاقة الكهرومائية إلى جانب توليد الطاقة؟ في الواقع، لبناء محطات الطاقة الكهرومائية تأثيرٌ مهمٌّ أيضًا على التنمية الاقتصادية والاجتماعية المحلية.
من ناحية أخرى، يُمكن أن يُسهم بناء محطات الطاقة الكهرومائية في تعزيز البنية التحتية المحلية والتنمية الصناعية. يتطلب بناء محطات الطاقة الكهرومائية كوادر بشرية وموارد مادية واستثمارات مالية كبيرة، مما يُوفر فرص عمل محلية ويلبي احتياجات السوق، ويدفع عجلة تطوير السلاسل الصناعية ذات الصلة، ويزيد الإيرادات المالية المحلية. على سبيل المثال، يبلغ إجمالي استثمار مشروع محطة وودونغدي للطاقة الكهرومائية حوالي 120 مليار يوان، مما يُمكّن من جذب استثمارات إقليمية تتراوح بين 100 مليار و125 مليار يوان. خلال فترة البناء، سيبلغ متوسط ​​الزيادة السنوية في التوظيف حوالي 70 ألف شخص، مما يُشكل دافعًا جديدًا للنمو الاقتصادي المحلي.
من ناحية أخرى، يُمكن لبناء محطات الطاقة الكهرومائية أن يُحسّن البيئة البيئية المحلية ويرفع مستوى معيشة السكان. ولا يقتصر بناء محطات الطاقة الكهرومائية على الالتزام بالمعايير البيئية الصارمة فحسب، بل يشمل أيضًا إعادة تأهيل البيئة وحمايتها، وتربية الأسماك النادرة وإطلاقها، وتحسين المناظر الطبيعية للأنهار، وتعزيز التنوع البيولوجي. على سبيل المثال، منذ إنشاء محطة وودونغدي للطاقة الكهرومائية، تم إطلاق أكثر من 780,000 زريعة أسماك نادرة، مثل سمك البطن المشقوق، والسلحفاة البيضاء، وسمك اللوتش الطويل الرفيع، وسمك الشبوط القاروس. بالإضافة إلى ذلك، يتطلب بناء محطات الطاقة الكهرومائية أيضًا إعادة توطين المهاجرين، مما يوفر ظروفًا معيشية أفضل وفرصًا تنموية للسكان المحليين. على سبيل المثال، تقع محطة بايهيتان للطاقة الكهرومائية في محافظة كياوجيا، حيث تم توطين 48,563 شخصًا. وقد حوّلت محافظة كياوجيا منطقة إعادة التوطين إلى منطقة إعادة توطين حضرية حديثة، وحسّنت البنية التحتية ومرافق الخدمات العامة، وحسّنت جودة حياة المهاجرين وسعادتهم.
محطة الطاقة الكهرومائية ليست مجرد محطة طاقة، بل هي محطة مفيدة أيضًا. فهي لا توفر طاقة نظيفة للبلاد فحسب، بل تُسهم أيضًا في تحقيق تنمية خضراء للمنطقة. وهذا وضع مربح للجانبين يستحق تقديرنا وتعلمنا منه.

2. الأنواع الأساسية لتوليد الطاقة الكهرومائية
تشمل الطرق الشائعة الاستخدام في عملية الإسقاط المركز بناء السدود، أو تحويل المياه، أو مزيج من الاثنين.

بناء سد في جزء من النهر ذي منسوب كبير، وإنشاء خزان لتخزين المياه ورفع منسوبها، وتركيب توربين مائي خارج السد، حيث يتدفق الماء من الخزان عبر قناة نقل المياه (قناة التحويل) إلى التوربين المائي في الجزء السفلي من السد. يدفع الماء التوربين إلى الدوران وتشغيل المولد لتوليد الكهرباء، ثم يتدفق عبر قناة ذيل السد إلى مجرى النهر. هذه هي طريقة بناء سد وخزان لتوليد الطاقة.
نظراً للفرق الكبير في منسوب المياه بين سطح خزان المياه داخل السد وسطح مخرج التوربين الهيدروليكي خارجه، يُمكن استخدام كميات كبيرة من المياه في الخزان للعمل من خلال طاقة كامنة كبيرة، مما يُحقق معدل استغلال عالٍ للموارد المائية. تُسمى محطة الطاقة الكهرومائية المُنشأة باستخدام طريقة التناقص المُركز في بناء السدود بمحطة الطاقة الكهرومائية من نوع السد، وتتكون بشكل رئيسي من محطات الطاقة الكهرومائية من نوع السدود ومحطات الطاقة الكهرومائية من نوع قاع النهر.
إنشاء خزان لتخزين المياه ورفع منسوبها في الروافد العليا للنهر، وتركيب توربين مائي في الروافد السفلى، وتحويل المياه من الخزان العلوي إلى التوربين السفلي عبر قناة التحويل. يدفع تدفق المياه التوربين إلى الدوران وتشغيل المولد الكهربائي، ثم يمر عبر قناة الانحدار إلى الروافد السفلى للنهر. ستكون قناة التحويل أطول وتمر عبر الجبل، وهي وسيلة لتحويل المياه وتوليد الطاقة.
نظراً للفارق الكبير في منسوب المياه (H0) بين سطح الخزان العلوي وسطح مخرج التوربين السفلي، تعمل كميات كبيرة من المياه في الخزان من خلال طاقة كامنة كبيرة، مما يُحقق كفاءة عالية في استخدام موارد المياه. تُسمى محطات الطاقة الكهرومائية التي تستخدم طريقة تحويل ضغط الماء المركز بمحطات الطاقة الكهرومائية التحويلية، وتشمل بشكل رئيسي محطات الطاقة الكهرومائية التحويلية الضغطية ومحطات الطاقة الكهرومائية غير التحويلية الضغطية.

3. كيف نحقق "إعادة استخدام قطرة الماء 19 مرة"؟
من المفهوم أن محطة نانشان للطاقة الكهرومائية قد اكتملت رسميًا ودخلت حيز التشغيل في 30 أكتوبر 2019، وتقع عند تقاطع مقاطعة يانيوان ومقاطعة بوتو في محافظة ليانغشان يي ذاتية الحكم بمقاطعة سيتشوان. تبلغ الطاقة الإجمالية المركبة للمحطة 102000 ميجاوات، وهو مشروع طاقة كهرومائية يستخدم موارد المياه الطبيعية وطاقة الرياح والطاقة الشمسية بشكل شامل. والأمر الأكثر لفتًا للانتباه هو أن هذه المحطة لا تولد الكهرباء فحسب، بل تحقق أيضًا أقصى قدر من الكفاءة في استخدام موارد المياه من خلال الوسائل التكنولوجية. فهي تستخدم قطرة ماء واحدة 19 مرة بشكل متكرر، مما ينتج 34.1 مليار كيلووات ساعة إضافية من الكهرباء، مما يخلق معجزات متعددة في مجال توليد الطاقة الكهرومائية.
أولا، تعتمد محطة نانشان للطاقة الكهرومائية على تكنولوجيا توليد الطاقة الكهرومائية الهجينة الرائدة في العالم، والتي تستخدم بشكل شامل موارد المياه الطبيعية وطاقة الرياح والطاقة الشمسية، وتحقق التحسين المنهجي والتعاون من خلال الوسائل التكنولوجية، وبالتالي تحقيق التنمية المستدامة.
ثانيًا، تُقدّم محطة الطاقة الكهرومائية تقنيات متطورة، مثل تحليل البيانات الضخمة والذكاء الاصطناعي وإنترنت الأشياء، لإدارة جوانب مُختلفة بدقة، مثل مُعاملات الوحدة، ومستوى المياه، والضغط، وتدفق المياه، وذلك بهدف تحسين الكفاءة التشغيلية للمحطة. على سبيل المثال، من خلال إنشاء تقنية تتبع وتنظيم تلقائي لضغط الضغط الثابت، تُحسّن وحدة مُولّد التوربينات المائية استخدام موارد المياه إلى أقصى حد مع ضمان التشغيل الآمن، مُحققةً بذلك هدف تحسين وزيادة توليد الطاقة من خلال تحسين الضغط. في الوقت نفسه، عندما يكون مستوى مياه الخزان منخفضًا، تُنشئ محطات الطاقة الكهرومائية نظام إدارة ديناميكيًا للخزان لإبطاء معدل انخفاض منسوب المياه، وتحسين كفاءة إعادة التدوير، وزيادة قدرة توليد الطاقة بشكل فعال.
علاوة على ذلك، يُعد التصميم الممتاز لمحطة نانشان للطاقة الكهرومائية أمرًا بالغ الأهمية. فهي تعتمد على توربين مائي PM (توربين Pelton Michel)، والذي يتميز بإمكانية تعديل مساحة المقطع العرضي للفوهة ومعدل التدفق نحو التوربين عن طريق الدوران عند رش الماء على الدافع، وذلك لمواءمة اتجاه وسرعة رش الماء مع اتجاه وسرعة دوران الدافع، مما يزيد من كفاءة توليد الطاقة. بالإضافة إلى ذلك، تم اعتماد تقنيات متقدمة مثل تقنية رش الماء متعدد النقاط وإضافة أقسام دوارة، مما يُحسّن كفاءة توليد الطاقة بشكل كبير.
وأخيرًا، تعتمد محطة نانشان للطاقة الكهرومائية تقنية تخزين طاقة حصرية. وقد أُضيفت مجموعة من مرافق تصريف منسوب المياه في حالات الطوارئ إلى منطقة ترسيب المياه. ومن خلال خزان تخزين المياه، يمكن تقسيم موارد المياه إلى فترات زمنية مختلفة، مما يحقق وظائف متعددة مثل إنتاج المياه ونقل الطاقة، ويضمن الاستخدام الاقتصادي والآمن لموارد المياه.

بشكل عام، يعود نجاح محطة نانشان للطاقة الكهرومائية في تحقيق هدف "إعادة استخدام قطرة الماء 19 مرة" إلى عوامل متعددة، منها تكنولوجيا توليد الطاقة الكهرومائية الهجينة الرائدة عالميًا، وتطبيق أحدث التقنيات، وآليات الإدارة الفعّالة، والتصميم المتميز، وتكنولوجيا تخزين الطاقة الفريدة. وهذا لا يُسهم فقط في طرح أفكار ونماذج جديدة لتطوير صناعة الطاقة الكهرومائية، بل يُقدم أيضًا نماذج عملية وإلهامًا مُفيدًا للتنمية المستدامة لصناعة الطاقة في الصين.