معرفة قليلة عن الطاقة الكهرومائية

في الأنهار الطبيعية، يتدفق الماء من المنبع إلى المصب مختلطًا بالرواسب، وغالبًا ما يغسل قاع النهر ومنحدرات ضفافه، مما يدل على وجود قدر معين من الطاقة الكامنة في الماء. في الظروف الطبيعية، تُستخدم هذه الطاقة الكامنة في التنظيف ودفع الرواسب والتغلب على مقاومة الاحتكاك. إذا شيّدنا بعض المباني وركّبنا بعض المعدات اللازمة لجعل تدفق المياه مستمرًا عبر توربين مائي، فسيتم تشغيل التوربين المائي بواسطة تيار الماء، مثل طاحونة هوائية، والتي يمكنها الدوران باستمرار، وستتحول طاقة الماء إلى طاقة ميكانيكية. عندما يدفع التوربين المائي المولد للدوران معًا، يمكنه توليد الكهرباء، وتتحول طاقة الماء إلى طاقة كهربائية. هذا هو المبدأ الأساسي لتوليد الطاقة الكهرومائية. تُعد التوربينات المائية والمولدات أبسط المعدات لتوليد الطاقة الكهرومائية. دعوني أقدم لكم مقدمة موجزة عن المعرفة القليلة حول توليد الطاقة الكهرومائية.

1. الطاقة الكهرومائية وطاقة تدفق المياه

عند تصميم محطة طاقة كهرومائية، لتحديد حجمها، من الضروري معرفة قدرتها على توليد الطاقة. ووفقًا للمبادئ الأساسية لتوليد الطاقة الكهرومائية، يتضح أن قدرة محطة الطاقة على توليد الطاقة تتحدد بمقدار الشغل الذي يمكن أن يبذله التيار. نُطلق على إجمالي الشغل الذي يمكن أن يبذله الماء في فترة زمنية معينة اسم "طاقة الماء"، بينما يُطلق على الشغل الذي يمكن أن يبذله في وحدة زمنية (ثانية) اسم "طاقة التيار". ومن البديهي أنه كلما زادت قدرة تدفق الماء، زادت قدرة محطة الطاقة على توليد الطاقة. لذلك، لمعرفة قدرة محطة الطاقة على توليد الطاقة، يجب أولًا حساب قدرة تدفق الماء. يمكن حساب قوة جريان الماء في النهر بهذه الطريقة، بافتراض أن انخفاض سطح الماء في جزء معين من النهر يساوي H (متر)، وحجم الماء المار عبر المقطع العرضي للنهر بوحدة الزمن (ثانية) يساوي Q (متر مكعب/ثانية)، فإن قوة جريان المقطع تساوي حاصل ضرب وزن الماء في القطرة. ومن الواضح أنه كلما زاد انخفاض الماء، زاد التدفق، وبالتالي زادت قوة جريان الماء.
2. إنتاج محطات الطاقة الكهرومائية

تحت ضغط وتدفق معينين، يُطلق على الكهرباء التي يمكن أن تولدها محطة الطاقة الكهرومائية اسم "مخرجات الطاقة الكهرومائية". ومن الواضح أن طاقة الخرج تعتمد على قوة تدفق المياه عبر التوربين. في عملية تحويل طاقة المياه إلى طاقة كهربائية، يجب أن يتغلب الماء على مقاومة مجاري الأنهار أو المباني على طول الطريق من المنبع إلى المصب. كما يجب على توربينات المياه والمولدات ومعدات النقل التغلب على العديد من المقاومات أثناء العمل. للتغلب على المقاومة، يجب بذل عمل، وسيتم استهلاك طاقة تدفق المياه، وهو أمر لا مفر منه. لذلك، فإن طاقة تدفق المياه التي يمكن استخدامها لتوليد الكهرباء أقل من القيمة التي تم الحصول عليها بواسطة الصيغة، أي أن خرج محطة الطاقة الكهرومائية يجب أن يكون مساويًا لقوة تدفق المياه مضروبة في عامل أقل من 1. ويُسمى هذا المعامل أيضًا كفاءة محطة الطاقة الكهرومائية.
ترتبط القيمة المحددة لكفاءة محطة الطاقة الكهرومائية بكمية فقدان الطاقة التي تحدث عند تدفق المياه عبر المبنى والتوربين المائي ومعدات النقل والمولد وما إلى ذلك. كلما زاد الفقد، انخفضت الكفاءة. في محطة طاقة كهرومائية صغيرة، يمثل مجموع هذه الخسائر حوالي 25-40٪ من طاقة تدفق المياه. أي أن تدفق المياه الذي يمكنه توليد 100 كيلوواط من الكهرباء يدخل محطة الطاقة الكهرومائية، ويمكن للمولد توليد 60 إلى 75 كيلوواط فقط من الكهرباء، وبالتالي فإن كفاءة محطة الطاقة الكهرومائية تعادل 60-75٪.

يتضح من المقدمة السابقة أنه عند ثبات معدل تدفق محطة الطاقة واختلاف مستوى المياه، يعتمد إنتاج الطاقة على كفاءتها. وقد أثبتت التجربة أنه بالإضافة إلى أداء التوربينات الهيدروليكية والمولدات ومعدات النقل، فإن عوامل أخرى تؤثر على كفاءة محطات الطاقة الكهرومائية، مثل جودة البناء وتركيب المعدات، وجودة التشغيل والإدارة، ومدى صحة تصميم المحطة، كلها عوامل تؤثر على كفاءتها. وبالطبع، بعض هذه العوامل المؤثرة رئيسي وبعضها ثانوي، وفي ظل ظروف معينة، يتداخل العاملان الرئيسي والثانوي.
ومع ذلك، وبغض النظر عن طبيعة العامل، فإن العامل الحاسم هو أن الإنسان ليس مجرد كائن، وأن الآلات يتحكم بها الإنسان، وأن التكنولوجيا تحكمها الأفكار. لذلك، عند تصميم وبناء واختيار معدات محطات الطاقة الكهرومائية، من الضروري مراعاة الدور الذاتي للإنسان، والسعي لتحقيق التميز التكنولوجي لتقليل فاقد الطاقة الناتج عن تدفق المياه قدر الإمكان. وينطبق هذا بشكل خاص على بعض محطات الطاقة الكهرومائية حيث يكون انخفاض مستوى الماء نفسه منخفضًا نسبيًا. وفي الوقت نفسه، من الضروري تعزيز تشغيل وإدارة محطات الطاقة الكهرومائية بشكل فعال، وذلك لتحسين كفاءتها، والاستفادة الكاملة من موارد المياه، وتمكين محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة من لعب دور أكبر.