الطاقة الكهرومائية هي تقنية طاقة متجددة تستخدم الطاقة الحركية للمياه لتوليد الكهرباء. إنها مصدر طاقة نظيفة يستخدم على نطاق واسع مع العديد من المزايا، مثل القدرة على التجديد، وانخفاض الانبعاثات، والاستقرار، وإمكانية التحكم. يعتمد مبدأ عمل الطاقة الكهرومائية على مفهوم بسيط: استخدام الطاقة الحركية لتدفق المياه لتشغيل التوربين، والذي بدوره يدير المولد لتوليد الكهرباء. خطوات توليد الطاقة الكهرومائية هي: تحويل المياه من خزان أو نهر، والذي يتطلب مصدر مياه، وعادة ما يكون خزانًا (خزانًا اصطناعيًا) أو نهرًا طبيعيًا، والذي يوفر الطاقة؛ توجيه تدفق المياه، حيث يتم توجيه تدفق المياه إلى شفرات التوربين من خلال قناة تحويل. يمكن لقناة التحويل التحكم في تدفق تدفق المياه لضبط سعة توليد الطاقة؛ يعمل التوربين، ويضرب تدفق المياه شفرات التوربين، مما يتسبب في دورانه. يشبه التوربين عجلة الرياح في توليد طاقة الرياح؛ يولد المولد الكهرباء، ويدور التوربين المولد الذي يولد الكهرباء من خلال مبدأ الحث الكهرومغناطيسي؛ ونقل الطاقة، يتم نقل الطاقة المولدة إلى شبكة الكهرباء وتوفيرها للمدن والصناعات والأسر. هناك أنواع عديدة من الطاقة الكهرومائية. وفقًا لمبادئ العمل المختلفة وسيناريوهات التطبيق، يمكن تقسيمها إلى توليد طاقة الأنهار وتوليد طاقة الخزانات وتوليد طاقة المد والجزر والمحيطات والطاقة الكهرومائية الصغيرة. تتمتع الطاقة الكهرومائية بمزايا متعددة، ولكن لها أيضًا بعض العيوب. تتمثل المزايا بشكل أساسي في: الطاقة الكهرومائية هي مصدر طاقة متجدد. تعتمد الطاقة الكهرومائية على دوران المياه، لذا فهي متجددة ولن تستنفد؛ إنها مصدر طاقة نظيف. لا تنتج الطاقة الكهرومائية غازات دفيئة وملوثات هواء، ولها تأثير ضئيل على البيئة؛ يمكن التحكم فيها. يمكن تعديل محطات الطاقة الكهرومائية وفقًا للطلب لتوفير طاقة حمل أساسية موثوقة. العيوب الرئيسية هي: قد تتسبب مشاريع الطاقة الكهرومائية واسعة النطاق في إتلاف النظام البيئي، بالإضافة إلى مشاكل اجتماعية مثل هجرة السكان ومصادرة الأراضي؛ إن الطاقة الكهرومائية محدودة بسبب توافر الموارد المائية، وقد يؤثر الجفاف أو انخفاض تدفق المياه على قدرة توليد الطاقة.
الطاقة الكهرومائية، كشكل متجدد من الطاقة، لها تاريخ طويل. توربينات المياه المبكرة وعجلات المياه: في وقت مبكر من القرن الثاني قبل الميلاد، بدأ الناس في استخدام توربينات المياه وعجلات المياه لتشغيل الآلات مثل المطاحن ومناشر الخشب. تستخدم هذه الآلات الطاقة الحركية لتدفق المياه للعمل. ظهور توليد الطاقة: في أواخر القرن التاسع عشر، بدأ الناس في استخدام محطات الطاقة الكهرومائية لتحويل طاقة المياه إلى كهرباء. تم بناء أول محطة طاقة كهرومائية تجارية في العالم في ولاية ويسكونسن بالولايات المتحدة الأمريكية عام 1882. بناء السدود والخزانات: في أوائل القرن العشرين، توسع نطاق الطاقة الكهرومائية بشكل كبير مع بناء السدود والخزانات. تشمل مشاريع السدود الشهيرة سد هوفر في الولايات المتحدة وسد الخوانق الثلاثة في الصين. التقدم التكنولوجي: بمرور الوقت، تم تحسين تكنولوجيا الطاقة الكهرومائية باستمرار، بما في ذلك إدخال التوربينات والمولدات الكهرومائية وأنظمة التحكم الذكية، مما أدى إلى تحسين كفاءة وموثوقية الطاقة الكهرومائية.
الطاقة الكهرومائية مصدر طاقة نظيف ومتجدد، وتغطي سلسلة صناعتها عدة حلقات رئيسية، من إدارة موارد المياه إلى نقل الطاقة. الحلقة الأولى في سلسلة صناعة الطاقة الكهرومائية هي إدارة موارد المياه، والتي تشمل جدولة تدفقات المياه وتخزينها وتوزيعها لضمان إمداد التوربينات بالمياه بشكل مستقر لتوليد الطاقة. تتطلب إدارة موارد المياه عادةً مراقبة معايير مثل هطول الأمطار وسرعة تدفق المياه ومستوى المياه لاتخاذ القرارات المناسبة. كما تركز الإدارة الحديثة لموارد المياه على الاستدامة لضمان الحفاظ على قدرة إنتاج الطاقة حتى في الظروف القاسية كالجفاف. تُعد السدود والخزانات المائية مرافق رئيسية في سلسلة صناعة الطاقة الكهرومائية، حيث تُستخدم عادةً لرفع مستويات المياه وتكوين ضغط مائي، مما يزيد من الطاقة الحركية لتدفق المياه. تُستخدم الخزانات لتخزين المياه لضمان توفير تدفق كافٍ من المياه خلال ذروة الطلب. يجب أن يُراعي تصميم وبناء السدود الظروف الجيولوجية وخصائص تدفق المياه والآثار البيئية لضمان السلامة والاستدامة. تُعتبر التوربينات المكونات الأساسية في سلسلة صناعة الطاقة الكهرومائية. عندما يتدفق الماء عبر ريش التوربين، تتحول طاقته الحركية إلى طاقة ميكانيكية، مما يُمكّنه من الدوران. يُمكن اختيار تصميم ونوع التوربين وفقًا لسرعة تدفق الماء ومعدل التدفق والارتفاع لتحقيق أعلى كفاءة للطاقة. عند دوران التوربين، يُشغّل المولد المتصل به لتوليد الكهرباء. يُعد المولد جهازًا رئيسيًا يُحوّل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية. بشكل عام، يقوم مبدأ تشغيل المولد على تحريض تيار كهربائي عبر مجال مغناطيسي دوار لتوليد تيار متردد. يجب تحديد تصميم المولد وسعته وفقًا للطلب على الطاقة وخصائص تدفق المياه. الطاقة التي يولدها المولد هي تيار متردد، وعادةً ما تحتاج إلى معالجتها عبر محطة فرعية. تشمل الوظائف الرئيسية لمحطة فرعية رفع الجهد (رفع الجهد لتقليل فقد الطاقة عند نقل الطاقة) وتحويل نوع التيار (تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر أو العكس) لتلبية متطلبات نظام نقل الطاقة. أما الحلقة الأخيرة فهي نقل الطاقة. تُنقل الطاقة المُولّدة من محطة الطاقة إلى مستخدميها في المناطق الحضرية والصناعية والريفية عبر خطوط النقل. ويجب تخطيط خطوط النقل وتصميمها وصيانتها لضمان نقل الطاقة بأمان وكفاءة إلى الوجهة. وفي بعض المناطق، قد يلزم أيضًا إعادة معالجة الطاقة عبر محطة فرعية لتلبية متطلبات الفولتية والترددات المختلفة.
وقت النشر: ١٢ نوفمبر ٢٠٢٤
