كيف يمكن إعادة استخدام قطرة ماء 19 مرة؟ مقال يكشف أسرار توليد الطاقة الكهرومائية
لطالما شكل توليد الطاقة الكهرومائية وسيلةً مهمةً لتوفير الكهرباء. يمتد النهر لآلاف الأميال، حاملاً معه طاقةً هائلة. يُطلق على استغلال طاقة المياه الطبيعية وتحويلها إلى كهرباء اسم توليد الطاقة الكهرومائية. وتُعدّ عملية توليد الطاقة الكهرومائية في جوهرها عملية تحويل للطاقة.
1- ما هي محطة الطاقة الكهرومائية المخزنة بالضخ؟
تُعدّ محطات تخزين الطاقة بالضخ حاليًا الطريقة الأكثر نضجًا واستقرارًا لتخزين الطاقة ذات السعة العالية. فمن خلال إنشاء خزانين أو استخدام الخزانات الموجودة، تتشكل طبقة من الماء، ويتم ضخ فائض الكهرباء من شبكة الطاقة خلال فترات انخفاض الأحمال إلى أماكن مرتفعة لتخزينها. أما خلال فترات ذروة الأحمال، فيتم توليد الكهرباء عن طريق إطلاق الماء، فيما يُعرف بـ"بنك الطاقة الفائق".
محطات الطاقة الكهرومائية هي منشآت تستخدم الطاقة الحركية لتدفق المياه لتوليد الكهرباء. وعادة ما تُبنى هذه المحطات عند الشلالات العالية في الأنهار، باستخدام السدود لاعتراض تدفق المياه وتشكيل خزانات، والتي بدورها تحول طاقة المياه إلى كهرباء من خلال التوربينات المائية والمولدات.
مع ذلك، فإن كفاءة توليد الطاقة في محطة كهرومائية واحدة ليست عالية، لأنه بعد مرور الماء عبر المحطة، تبقى كمية كبيرة من الطاقة الحركية غير مستغلة. أما إذا تم ربط عدة محطات كهرومائية على التوالي لتشكيل نظام متتالي، فيمكن تنشيط قطرة الماء عدة مرات على ارتفاعات مختلفة، مما يحسن كفاءة توليد الطاقة.
ما هي فوائد محطات الطاقة الكهرومائية إلى جانب توليد الطاقة؟ في الواقع، فإن بناء محطات الطاقة الكهرومائية له تأثير مهم على التنمية الاقتصادية والاجتماعية المحلية.
من جهة، يُمكن أن يُساهم إنشاء محطات الطاقة الكهرومائية في دفع عجلة بناء البنية التحتية المحلية والتنمية الصناعية. ويتطلب هذا الإنشاء استثمارات ضخمة من حيث القوى العاملة والموارد المادية والمالية، مما يُوفر فرص عمل محلية ويُحفز الطلب في السوق، ويُعزز تطوير سلاسل التوريد الصناعية ذات الصلة، ويزيد من الإيرادات المالية المحلية. فعلى سبيل المثال، يبلغ إجمالي الاستثمار في مشروع محطة وودونغده الكهرومائية حوالي 120 مليار يوان، وهو ما يُمكن أن يُحفز استثمارات إقليمية ذات صلة تتراوح بين 100 و125 مليار يوان. وخلال فترة الإنشاء، يُتوقع أن يبلغ متوسط الزيادة السنوية في فرص العمل حوالي 70 ألف شخص، مما يُشكل قوة دافعة جديدة للنمو الاقتصادي المحلي.
من جهة أخرى، يُمكن أن يُساهم إنشاء محطات الطاقة الكهرومائية في تحسين البيئة المحلية ورفاهية السكان. ولا يقتصر إنشاء هذه المحطات على الالتزام بمعايير بيئية صارمة فحسب، بل يشمل أيضاً ترميم وحماية النظم البيئية، وتربية وإطلاق الأسماك النادرة، وتحسين المناظر الطبيعية للأنهار، وتعزيز التنوع البيولوجي. فعلى سبيل المثال، منذ إنشاء محطة وودونغده الكهرومائية، تم إطلاق أكثر من 780 ألف سمكة صغيرة نادرة، مثل سمكة البطن المشقوقة، والسلحفاة البيضاء، وسمك اللوتش الطويل النحيل، وسمك الكارب القاروص. إضافةً إلى ذلك، يتطلب إنشاء محطات الطاقة الكهرومائية نقل وإعادة توطين المهاجرين، مما يوفر ظروفاً معيشية أفضل وفرصاً تنموية للسكان المحليين. فعلى سبيل المثال، تقع محطة بايهيتان الكهرومائية في مقاطعة تشياوجيا، والتي شملت نقل وإعادة توطين 48563 شخصاً. وقد حوّلت مقاطعة تشياوجيا منطقة إعادة التوطين إلى منطقة حضرية حديثة، وحسّنت البنية التحتية ومرافق الخدمات العامة، ورفعت مستوى معيشة وسعادة السكان المهاجرين.
محطة الطاقة الكهرومائية ليست مجرد محطة توليد طاقة، بل هي مشروعٌ مُفيدٌ أيضاً. فهي لا تُوفر الطاقة النظيفة للبلاد فحسب، بل تُساهم أيضاً في التنمية المستدامة للمنطقة المحلية. وهذا وضعٌ مُربحٌ للجميع، يستحق تقديرنا وفهمنا.
2- الأنواع الأساسية لتوليد الطاقة الكهرومائية
تشمل الطرق الشائعة الاستخدام للتساقط المركز بناء السدود، أو تحويل المياه، أو مزيج من الاثنين.
يُبنى سد في جزء من النهر ذي انحدار حاد، ويُنشأ خزان لتخزين المياه ورفع منسوبها، ثم تُركّب توربينة مائية خارج السد. تتدفق المياه من الخزان عبر قناة نقل المياه (قناة التحويل) إلى التوربينة المائية في الجزء السفلي من السد. تُدير المياه التوربينة، فتُشغّل بدورها المولد لتوليد الكهرباء، ثم تتدفق عبر قناة التصريف إلى مجرى النهر. هذه هي طريقة بناء سد وخزان لتوليد الطاقة.
نظراً لاختلاف مستوى المياه الكبير بين سطح خزان المياه داخل السد وسطح مخرج التوربين المائي خارجه، يمكن استغلال كمية كبيرة من المياه في الخزان لتوليد طاقة كامنة هائلة، مما يحقق معدل استغلال عالٍ للموارد المائية. تُسمى محطة توليد الطاقة الكهرومائية المُنشأة باستخدام طريقة السقوط المركز في بناء السدود بمحطة توليد الطاقة الكهرومائية السدية، وتتكون أساساً من نوعين: محطات توليد الطاقة الكهرومائية السدية ومحطات توليد الطاقة الكهرومائية النهرية.
إنشاء خزان لتخزين المياه ورفع منسوبها في أعالي النهر، وتركيب توربين مائي في أسفله، وتحويل المياه من الخزان العلوي إلى التوربين السفلي عبر قناة تحويل. يدفع تدفق المياه التوربين للدوران، ومن ثمّ يُشغّل المولد لتوليد الكهرباء، ثمّ تمر المياه عبر قناة التصريف إلى أسفل النهر. ستكون قناة التحويل أطول وتمر عبر الجبل، ما يُعدّ وسيلةً لتحويل المياه وتوليد الطاقة.
نظراً لفرق مستوى الماء الكبير (H0) بين سطح الخزان العلوي وسطح مخرج التوربين السفلي، فإن كمية كبيرة من الماء في الخزان تعمل بطاقة كامنة هائلة، مما يحقق كفاءة عالية في استغلال موارد المياه. تُسمى محطات الطاقة الكهرومائية التي تستخدم طريقة تحويل ضغط الماء المركز بمحطات الطاقة الكهرومائية التحويلية، وتشمل بشكل رئيسي محطات الطاقة الكهرومائية التحويلية بالضغط ومحطات الطاقة الكهرومائية غير التحويلية بالضغط.
3- كيف يمكن تحقيق "إعادة استخدام قطرة الماء 19 مرة"؟
من المعلوم أن محطة نانشان الكهرومائية قد اكتمل بناؤها رسميًا ودخلت حيز التشغيل في 30 أكتوبر 2019، وتقع عند ملتقى مقاطعتي يانيوان وبوتو في محافظة ليانغشان يي ذاتية الحكم، بمقاطعة سيتشوان. تبلغ القدرة الإجمالية المركبة للمحطة 102000 ميغاواط، وهي مشروع كهرومائي يستغل موارد المياه الطبيعية وطاقة الرياح والطاقة الشمسية بشكل شامل. والأمر اللافت للنظر هو أن هذه المحطة لا تكتفي بتوليد الكهرباء فحسب، بل تحقق أيضًا أعلى كفاءة ممكنة في استخدام موارد المياه من خلال تقنيات متطورة. فهي تعيد استخدام قطرة الماء 19 مرة، مما ينتج عنه 34.1 مليار كيلوواط ساعة إضافية من الكهرباء، محققةً بذلك إنجازًا بارزًا في مجال توليد الطاقة الكهرومائية.
أولاً، تعتمد محطة نانشان للطاقة الكهرومائية تقنية توليد الطاقة الكهرومائية الهجينة الرائدة في العالم، والتي تستخدم بشكل شامل موارد المياه الطبيعية وطاقة الرياح والطاقة الشمسية، وتحقق التحسين والتعاون المنهجي من خلال الوسائل التكنولوجية، وبالتالي تحقق التنمية المستدامة.
ثانيًا، تستخدم محطة الطاقة الكهرومائية تقنيات متطورة، مثل تحليل البيانات الضخمة والذكاء الاصطناعي وإنترنت الأشياء، لإدارة جوانب متعددة بدقة، كمعايير الوحدة ومستوى المياه والضغط وتدفق المياه، بهدف تحسين كفاءة تشغيل المحطة. فعلى سبيل المثال، من خلال تطبيق تقنية التتبع والتنظيم التلقائي لضغط الماء، تُحسّن وحدة التوربينات المائية استغلال موارد المياه مع ضمان التشغيل الآمن، محققةً بذلك هدف زيادة توليد الطاقة عبر تحسين الضغط. وفي الوقت نفسه، عند انخفاض مستوى المياه في الخزان، تُفعّل محطات الطاقة الكهرومائية نظام إدارة ديناميكيًا للخزان لإبطاء معدل انخفاض مستوى المياه، وتحسين كفاءة إعادة التدوير، وزيادة قدرة توليد الطاقة بشكل فعال.
إضافةً إلى ذلك، يُعدّ التصميم المتميز لمحطة نانشان الكهرومائية عاملاً أساسياً. فهي تعتمد على توربين مائي من نوع بيلتون ميشيل، والذي يتميز بإمكانية تعديل مساحة المقطع العرضي للفوهة ومعدل تدفق الماء نحو المروحة عن طريق الدوران، وذلك عند رش الماء عليها، ما يسمح بمطابقة اتجاه وسرعة رش الماء مع اتجاه وسرعة دوران المروحة، وبالتالي تحقيق أقصى كفاءة في توليد الطاقة. كما تمّ اعتماد تقنيات متطورة، مثل تقنية رش الماء متعدد النقاط وإضافة أقسام دوارة، ما ساهم بشكل كبير في تحسين كفاءة توليد الطاقة.
وأخيرًا، تعتمد محطة نانشان للطاقة الكهرومائية تقنية تخزين طاقة حصرية. وقد أُضيفت مجموعة من مرافق تصريف المياه الطارئة في منطقة تخزين 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 الأمثل والآمن لموارد المياه.
بشكل عام، يعود نجاح محطة نانشان للطاقة الكهرومائية في تحقيق هدف "إعادة استخدام كل قطرة ماء 19 مرة" إلى عوامل متعددة، من بينها تقنية توليد الطاقة الكهرومائية الهجينة الرائدة عالميًا، وتطبيق أحدث التقنيات، وآليات الإدارة الفعّالة، والتصميم المتميز، وتقنية تخزين الطاقة الفريدة. ولا يقتصر هذا النجاح على تقديم أفكار ونماذج جديدة لتطوير قطاع الطاقة الكهرومائية فحسب، بل يوفر أيضًا نماذج عملية وإلهامًا للتنمية المستدامة لقطاع الطاقة في الصين.
تاريخ النشر: 14 أغسطس 2023
