الكشف عن مزايا توربينات فرانسيس في توليد الطاقة الحديثة

في ظل التطور المستمر لقطاع الطاقة، أصبح السعي نحو تقنيات توليد طاقة فعّالة أكثر أهمية من أي وقت مضى. ومع مواجهة العالم لتحديين رئيسيين، هما تلبية الطلب المتزايد على الطاقة وخفض انبعاثات الكربون، برزت مصادر الطاقة المتجددة في صدارة المشهد. ومن بينها، تبرز الطاقة الكهرومائية كخيار موثوق ومستدام، إذ تُوفر جزءًا كبيرًا من كهرباء العالم.
توربين فرانسيس، وهو مكون أساسي في محطات الطاقة الكهرومائية، يلعب دورًا محوريًا في ثورة الطاقة النظيفة هذه. اخترعه جيمس ب. فرانسيس عام ١٨٤٩، وأصبح هذا النوع من التوربينات منذ ذلك الحين من أكثر التوربينات استخدامًا في العالم. ولا شك أن أهميته في مجال الطاقة الكهرومائية لا تُضاهى، إذ إنه قادر على تحويل طاقة المياه المتدفقة بكفاءة إلى طاقة ميكانيكية، والتي تُحوّل بدورها إلى طاقة كهربائية بواسطة مولد. وبفضل تطبيقاته الواسعة، بدءًا من مشاريع الطاقة الكهرومائية الريفية الصغيرة ووصولًا إلى محطات الطاقة التجارية الكبيرة، أثبت توربين فرانسيس أنه حل متعدد الاستخدامات وموثوق لتسخير طاقة المياه.
كفاءة عالية في تحويل الطاقة
تشتهر توربينات فرانسيس بكفاءتها العالية في تحويل طاقة المياه المتدفقة إلى طاقة ميكانيكية، والتي تُحوّل بدورها إلى طاقة كهربائية بواسطة مولد. ويعود هذا الأداء عالي الكفاءة إلى تصميمها الفريد ومبادئ تشغيلها.
1. استخدام الطاقة الحركية والطاقة الكامنة
تم تصميم توربينات فرانسيس للاستفادة الكاملة من كل من الطاقة الحركية والطاقة الكامنة للمياه. عندما يدخل الماء إلى التوربين، فإنه يمر أولاً عبر الغلاف الحلزوني، الذي يوزع الماء بالتساوي حول المجرى. يتم تشكيل شفرات المجرى بعناية لضمان أن يكون لتدفق الماء تفاعل سلس وفعال معها. عندما يتحرك الماء من القطر الخارجي للمجرى نحو المركز (في نمط تدفق شعاعي - محوري)، يتم تحويل الطاقة الكامنة للمياه بسبب رأسه (فرق الارتفاع بين مصدر المياه والتوربين) تدريجيًا إلى طاقة حركية. ثم تنتقل هذه الطاقة الحركية إلى المجرى، مما يتسبب في دورانه. يتيح مسار التدفق المصمم جيدًا وشكل شفرات المجرى للتوربين استخراج كمية كبيرة من الطاقة من الماء، مما يحقق تحويل طاقة عالي الكفاءة.
2. المقارنة مع أنواع التوربينات الأخرى
وبالمقارنة مع أنواع أخرى من توربينات المياه، مثل توربين بيلتون وتوربين كابلان، فإن توربين فرانسيس يتمتع بمزايا واضحة من حيث الكفاءة ضمن نطاق معين من ظروف التشغيل.
توربين بيلتون: توربين بيلتون مناسب بشكل أساسي للتطبيقات عالية الضغط. يعمل باستخدام الطاقة الحركية لنفاثة ماء عالية السرعة لضرب الدلاء على المجرى. في حين أنه يتمتع بكفاء عالية في حالات الضغط العالي، إلا أنه ليس بنفس كفاءة توربين فرانسيس في تطبيقات الضغط المتوسط. يمكن لتوربين فرانسيس، بفضل قدرته على استخدام كل من الطاقة الحركية والطاقة الكامنة وخصائص التدفق الأكثر ملاءمة لمصادر المياه متوسطة الضغط، تحقيق كفاءة أعلى في هذا النطاق. على سبيل المثال، في محطة طاقة ذات مصدر مياه متوسط ​​الضغط (مثلاً، 50 - 200 متر)، يمكن لتوربين فرانسيس تحويل طاقة الماء إلى طاقة ميكانيكية بكفاءة تبلغ حوالي 90٪ أو حتى أعلى في بعض الحالات المصممة جيدًا، بينما قد يكون لتوربين بيلتون الذي يعمل في ظل نفس ظروف الضغط كفاءة أقل نسبيًا.
توربين كابلان: صُمم توربين كابلان لتطبيقات الضغط المنخفض والتدفق العالي. على الرغم من كفاءته العالية في ظروف الضغط المنخفض، إلا أنه يتفوق عليه من حيث الكفاءة عند زيادة الضغط إلى نطاق الضغط المتوسط. شفرات توربين كابلان قابلة للتعديل لتحسين الأداء في ظروف الضغط المنخفض والتدفق العالي، إلا أن تصميمه لا يُحسّن كفاءة تحويل الطاقة في ظروف الضغط المتوسط ​​مقارنةً بتوربين فرانسيس. في محطة توليد طاقة يتراوح ارتفاعها بين 30 و50 مترًا، قد يكون توربين كابلان الخيار الأمثل من حيث الكفاءة، ولكن مع تجاوز ارتفاعه 50 مترًا، يبدأ توربين فرانسيس في إظهار تفوقه في كفاءة تحويل الطاقة.
باختصار، يسمح تصميم توربين فرانسيس باستغلال أكثر كفاءة لطاقة المياه عبر مجموعة واسعة من تطبيقات متوسطة الضغط، مما يجعله الخيار المفضل في العديد من مشاريع الطاقة الكهرومائية في جميع أنحاء العالم.
القدرة على التكيف مع ظروف المياه المختلفة
من أبرز مميزات توربين فرانسيس قدرته العالية على التكيف مع مجموعة واسعة من ظروف المياه، مما يجعله خيارًا متعدد الاستخدامات لمشاريع الطاقة الكهرومائية حول العالم. تُعد هذه القدرة على التكيف بالغة الأهمية نظرًا لاختلاف موارد المياه اختلافًا كبيرًا من حيث الارتفاع (المسافة الرأسية التي يسقط فيها الماء) ومعدل التدفق في مختلف المواقع الجغرافية.
1. القدرة على التكيف مع معدل الرأس والتدفق
نطاق الضغط: تعمل توربينات فرانسيس بكفاءة عبر نطاق ضغط واسع نسبيًا. تُستخدم عادةً في التطبيقات متوسطة الضغط، وعادةً ما يتراوح ارتفاعها بين 20 و300 متر. ومع ذلك، مع إجراء تعديلات مناسبة على التصميم، يمكن استخدامها في تطبيقات ذات ضغط منخفض أو أعلى. على سبيل المثال، في سيناريو ضغط منخفض، لنقل بين 20 و50 مترًا، يمكن تصميم توربين فرانسيس بأشكال شفرات دوارة محددة وهندسة مرور تدفق لتحسين استخلاص الطاقة. صُممت شفرات الدوار لضمان أن تدفق المياه، الذي يتميز بسرعة منخفضة نسبيًا بسبب الضغط المنخفض، لا يزال قادرًا على نقل طاقته بفعالية إلى الدوار. مع زيادة الضغط، يمكن تعديل التصميم للتعامل مع تدفق المياه عالي السرعة. في التطبيقات عالية الضغط التي تقترب من 300 متر، صُممت مكونات التوربين لتحمل ضغط المياه العالي وتحويل كمية كبيرة من الطاقة الكامنة إلى طاقة ميكانيكية بكفاءة.
تقلب معدل التدفق: يمكن لتوربين فرانسيس أيضًا التعامل مع معدلات تدفق مختلفة. ويمكنه العمل بشكل جيد في ظروف التدفق الثابت والمتغير. في بعض محطات الطاقة الكهرومائية، قد يختلف معدل تدفق المياه موسميًا بسبب عوامل مثل أنماط هطول الأمطار أو ذوبان الجليد. يسمح تصميم توربين فرانسيس له بالحفاظ على كفاءة عالية نسبيًا حتى مع تغير معدل التدفق. على سبيل المثال، عندما يكون معدل التدفق مرتفعًا، يمكن للتوربين التكيف مع زيادة حجم المياه من خلال توجيه المياه بكفاءة عبر مكوناته. تم تصميم الغلاف الحلزوني وريش التوجيه لتوزيع المياه بالتساوي حول المجرى، مما يضمن تفاعل شفرات المجرى بفعالية مع الماء، بغض النظر عن معدل التدفق. عندما ينخفض ​​معدل التدفق، يظل التوربين قادرًا على العمل بثبات، على الرغم من أن خرج الطاقة سينخفض ​​بشكل طبيعي بما يتناسب مع انخفاض تدفق المياه.
2. أمثلة تطبيقية في بيئات جغرافية مختلفة
المناطق الجبلية: في المناطق الجبلية، مثل جبال الهيمالايا في آسيا أو جبال الأنديز في أمريكا الجنوبية، توجد العديد من مشاريع الطاقة الكهرومائية التي تستخدم توربينات فرانسيس. غالبًا ما تحتوي هذه المناطق على مصادر مياه عالية الارتفاع بسبب التضاريس شديدة الانحدار. على سبيل المثال، يحتوي سد نوريك في طاجيكستان، الواقع في جبال بامير، على مصدر مياه عالي الارتفاع. صُممت توربينات فرانسيس المثبتة في محطة نوريك للطاقة الكهرومائية للتعامل مع فرق الارتفاع الكبير (يبلغ ارتفاع السد أكثر من 300 متر). تعمل التوربينات بكفاءة على تحويل الطاقة الكامنة العالية للمياه إلى طاقة كهربائية، مما يساهم بشكل كبير في إمدادات الطاقة في البلاد. توفر التغيرات الحادة في الارتفاع في الجبال الارتفاع اللازم لتوربينات فرانسيس للعمل بكفاءة عالية، كما أن قدرتها على التكيف مع ظروف الارتفاع العالي تجعلها الخيار الأمثل لمثل هذه المشاريع.
السهول النهرية: في السهول النهرية، حيث يكون ارتفاع السد منخفضًا نسبيًا، ولكن معدل التدفق قد يكون كبيرًا، تُستخدم توربينات فرانسيس على نطاق واسع. سد الخوانق الثلاثة في الصين مثالٌ بارز. يقع السد على نهر اليانغتسي، ويبلغ ارتفاعه ما يناسب توربينات فرانسيس. تحتاج توربينات محطة الخوانق الثلاثة للطاقة الكهرومائية إلى التعامل مع معدل تدفق كبير للمياه من نهر اليانغتسي. صُممت توربينات فرانسيس لتحويل طاقة تدفق المياه الكبير ذي الارتفاع المنخفض نسبيًا إلى طاقة كهربائية بكفاءة. تتيح قدرة توربينات فرانسيس على التكيف مع معدلات التدفق المختلفة لها تحقيق أقصى استفادة من موارد مياه النهر، وتوليد كميات هائلة من الكهرباء لتلبية احتياجات جزء كبير من الصين من الطاقة.
بيئات الجزر: غالبًا ما تتميز الجزر بخصائص فريدة فيما يتعلق بمواردها المائية. على سبيل المثال، في بعض جزر المحيط الهادئ، حيث توجد أنهار صغيرة إلى متوسطة الحجم ذات معدلات تدفق متغيرة تبعًا لفصول الأمطار والجفاف، تُستخدم توربينات فرانسيس في محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة. تتميز هذه التوربينات بقدرتها على التكيف مع الظروف المائية المتغيرة، مما يوفر مصدرًا موثوقًا للكهرباء للمجتمعات المحلية. في موسم الأمطار، عندما يكون معدل التدفق مرتفعًا، تعمل التوربينات بطاقة أعلى، وفي موسم الجفاف، تظل قادرة على العمل بتدفق مياه منخفض، وإن كان بمستوى طاقة أقل، مما يضمن استمرارية إمدادات الطاقة.
الموثوقية والتشغيل على المدى الطويل
تتمتع توربينات فرانسيس بتقدير كبير لموثوقيتها وقدراتها التشغيلية على المدى الطويل، وهو أمر بالغ الأهمية لمرافق توليد الطاقة التي تحتاج إلى الحفاظ على إمدادات طاقة مستقرة لفترات طويلة.
1. تصميم هيكلي قوي
يتميز توربين فرانسيس بهيكل متين ومصمم هندسيًا بدقة. عادةً ما يُصنع الجزء الدوار، وهو الجزء المركزي الدوار للتوربين، من مواد عالية القوة مثل الفولاذ المقاوم للصدأ أو سبائك خاصة. تُختار هذه المواد لخصائصها الميكانيكية الممتازة، بما في ذلك قوة الشد العالية، ومقاومة التآكل، ومقاومة التعب. على سبيل المثال، في توربينات فرانسيس كبيرة الحجم المستخدمة في محطات الطاقة الكهرومائية الرئيسية، صُممت شفرات الجزء الدوار لتحمل تدفق المياه عالي الضغط والإجهادات الميكانيكية الناتجة أثناء الدوران. وقد تم تحسين تصميم الجزء الدوار لضمان توزيع متساوٍ للإجهاد، مما يقلل من خطر نقاط تركيز الإجهاد التي قد تؤدي إلى تشققات أو أعطال هيكلية.
صُمم الغلاف الحلزوني، الذي يوجه الماء إلى المجرى، مع مراعاة المتانة. وعادةً ما يكون مصنوعًا من صفائح فولاذية سميكة الجدران تتحمل تدفق الماء عالي الضغط الداخل إلى التوربين. صُمم الوصل بين الغلاف الحلزوني والمكونات الأخرى، مثل ريش الدعم وريش التوجيه، ليكون متينًا وموثوقًا، مما يضمن تشغيل الهيكل بأكمله بسلاسة في مختلف ظروف التشغيل.
2. متطلبات صيانة منخفضة
من أهم مزايا توربين فرانسيس انخفاض متطلبات صيانته نسبيًا. بفضل تصميمه البسيط والفعال، يحتوي على أجزاء متحركة أقل مقارنةً ببعض أنواع التوربينات الأخرى، مما يقلل من احتمالية تعطل مكوناته. على سبيل المثال، تتميز ريش التوجيه، التي تتحكم في تدفق المياه إلى المجرى، بنظام ربط ميكانيكي بسيط. يسهل الوصول إلى هذا النظام للفحص والصيانة. تشمل مهام الصيانة الدورية بشكل رئيسي تشحيم الأجزاء المتحركة، وفحص الأختام لمنع تسرب المياه، ومراقبة الحالة الميكانيكية العامة للتوربين.
تُسهم المواد المستخدمة في بناء التوربين في انخفاض احتياجاته من الصيانة. فالمواد المقاومة للتآكل المستخدمة في المجرى والمكونات الأخرى المعرضة للماء تُقلل من الحاجة إلى الاستبدال المتكرر بسبب التآكل. إضافةً إلى ذلك، تُجهّز توربينات فرانسيس الحديثة بأنظمة مراقبة متطورة. تُمكّن هذه الأنظمة من مراقبة مُعاملات مثل الاهتزاز ودرجة الحرارة والضغط باستمرار. ومن خلال تحليل هذه البيانات، يُمكن للمُشغّلين اكتشاف المشاكل المُحتملة مُسبقًا وإجراء الصيانة الوقائية، مما يُقلل من الحاجة إلى عمليات إيقاف تشغيل غير مُتوقعة لإجراء إصلاحات رئيسية.
3. عمر خدمة طويل
تتميز توربينات فرانسيس بعمر خدمة طويل، يمتد غالبًا لعدة عقود. في العديد من محطات الطاقة الكهرومائية حول العالم، لا تزال توربينات فرانسيس، التي تم تركيبها قبل عدة عقود، تعمل بكفاءة عالية وتُنتج الكهرباء. على سبيل المثال، تعمل بعض توربينات فرانسيس التي تم تركيبها مبكرًا في الولايات المتحدة وأوروبا منذ أكثر من 50 عامًا. مع الصيانة الدورية والتحديثات الدورية، يمكن لهذه التوربينات الاستمرار في العمل بكفاءة.
إن العمر التشغيلي الطويل لتوربين فرانسيس لا يعود بالنفع على قطاع توليد الطاقة من حيث فعالية التكلفة فحسب، بل أيضًا على استقرار إمدادات الطاقة بشكل عام. فالتوربين طويل العمر يُمكّن محطات الطاقة من تجنب التكاليف الباهظة والانقطاعات المرتبطة بالاستبدال المتكرر للتوربينات. كما يُسهم في استمرارية الطاقة الكهرومائية كمصدر طاقة موثوق ومستدام على المدى الطويل، مما يضمن توليد كهرباء نظيفة باستمرار لسنوات عديدة.
فعالية التكلفة على المدى الطويل
عند النظر في فعالية التكلفة لتقنيات توليد الطاقة، فإن توربينات فرانسيس تثبت أنها خيار مفضل في التشغيل الطويل الأمد لمحطات الطاقة الكهرومائية.
1. الاستثمار الأولي وتكلفة التشغيل على المدى الطويل
الاستثمار الأولي: على الرغم من أن الاستثمار الأولي في مشروع طاقة كهرومائية قائم على توربينات فرانسيس قد يكون مرتفعًا نسبيًا، إلا أنه من المهم مراعاة المنظور طويل الأجل. تُعد التكاليف المرتبطة بشراء وتركيب وإعداد توربين فرانسيس الأولي، بما في ذلك المجرى والغلاف الحلزوني ومكونات أخرى، بالإضافة إلى بناء البنية التحتية لمحطة الطاقة، كبيرة. ومع ذلك، فإن هذه النفقات الأولية تُعوّضها الفوائد طويلة الأجل. على سبيل المثال، في محطة طاقة كهرومائية متوسطة الحجم بسعة تتراوح بين 50 و100 ميجاوات، قد يصل الاستثمار الأولي لمجموعة من توربينات فرانسيس والمعدات ذات الصلة إلى عشرات الملايين من الدولارات. ولكن بالمقارنة مع بعض تقنيات توليد الطاقة الأخرى، مثل بناء محطة طاقة جديدة تعمل بالفحم والتي تتطلب استثمارًا مستمرًا في شراء الفحم ومعدات حماية بيئية معقدة لتلبية معايير الانبعاثات، فإن هيكل التكلفة طويل الأجل لمشروع طاقة كهرومائية قائم على توربينات فرانسيس أكثر استقرارًا.
تكلفة التشغيل على المدى الطويل: تكلفة تشغيل توربين فرانسيس منخفضة نسبيًا. بمجرد تثبيت التوربين وتشغيل محطة الطاقة، فإن التكاليف الرئيسية المستمرة تتعلق بالموظفين للمراقبة والصيانة، وتكلفة استبدال بعض المكونات الثانوية بمرور الوقت. يعني التشغيل عالي الكفاءة لتوربين فرانسيس أنه يمكنه توليد كمية كبيرة من الكهرباء بكمية صغيرة نسبيًا من مدخلات المياه. وهذا يقلل من التكلفة لكل وحدة كهرباء مولدة. في المقابل، فإن محطات الطاقة الحرارية، مثل محطات الطاقة التي تعمل بالفحم أو الغاز، لديها تكاليف وقود كبيرة تزداد بمرور الوقت بسبب عوامل مثل ارتفاع أسعار الوقود وتقلبات سوق الطاقة العالمية. على سبيل المثال، قد تشهد محطة الطاقة التي تعمل بالفحم زيادة في تكاليف الوقود بنسبة معينة كل عام حيث تخضع أسعار الفحم لديناميكيات العرض والطلب وتكاليف التعدين وتكاليف النقل. في محطة الطاقة الكهرومائية التي تعمل بالتوربينات، تكون تكلفة المياه، التي تشكل "الوقود" للتوربين، مجانية إلى حد كبير، باستثناء أي تكاليف مرتبطة بإدارة موارد المياه ورسوم حقوق المياه المحتملة، والتي عادة ما تكون أقل بكثير من تكاليف الوقود في محطات الطاقة الحرارية.
2. خفض تكاليف توليد الطاقة الإجمالية من خلال التشغيل عالي الكفاءة والصيانة المنخفضة
تشغيل عالي الكفاءة: تساهم قدرة توربين فرانسيس عالية الكفاءة على تحويل الطاقة بشكل مباشر في خفض التكلفة. يمكن للتوربين الأكثر كفاءة توليد المزيد من الكهرباء من نفس الكمية من موارد المياه. على سبيل المثال، إذا كانت كفاءة توربين فرانسيس 90٪ في تحويل طاقة المياه إلى طاقة ميكانيكية (والتي يتم تحويلها بعد ذلك إلى طاقة كهربائية)، مقارنة بتوربين أقل كفاءة بكفاءة 80٪، لتدفق مياه معين ورأس، فإن توربين فرانسيس ذو الكفاءة 90٪ سينتج كهرباء أكثر بنسبة 12.5٪. تعني زيادة إنتاج الطاقة هذه أن التكاليف الثابتة المرتبطة بتشغيل محطة الطاقة، مثل تكلفة البنية التحتية والإدارة والموظفين، موزعة على كمية أكبر من إنتاج الكهرباء. ونتيجة لذلك، يتم تقليل التكلفة لكل وحدة كهرباء (التكلفة المستوية للكهرباء، LCOE).
صيانة منخفضة: تلعب طبيعة صيانة توربين فرانسيس المنخفضة دورًا حاسمًا في فعالية التكلفة. فمع قلة الأجزاء المتحركة واستخدام مواد متينة، يكون تكرار الصيانة الرئيسية واستبدال المكونات منخفضًا. كما أن مهام الصيانة الدورية، مثل التزييت والفحص، غير مكلفة نسبيًا. في المقابل، قد تتطلب بعض أنواع التوربينات أو معدات توليد الطاقة الأخرى صيانة أكثر تكرارًا وتكلفة. على سبيل المثال، على الرغم من أن توربينات الرياح مصدر طاقة متجددة، إلا أن مكوناتها، مثل علبة التروس، معرضة للتآكل والتلف، وقد تتطلب إصلاحات أو استبدالات باهظة الثمن كل بضع سنوات. في محطة الطاقة الكهرومائية التي تعتمد على توربين فرانسيس، فإن الفترات الطويلة بين أنشطة الصيانة الرئيسية تعني أن التكلفة الإجمالية للصيانة على مدى عمر التوربين أقل بكثير. هذا، بالإضافة إلى عمره التشغيلي الطويل، يقلل بشكل أكبر من التكلفة الإجمالية لتوليد الكهرباء بمرور الوقت، مما يجعل توربين فرانسيس خيارًا فعالًا من حيث التكلفة لتوليد الطاقة على المدى الطويل.

الصديقة للبيئة
يوفر توليد الطاقة الكهرومائية المعتمد على توربينات فرانسيس مزايا بيئية كبيرة مقارنة بالعديد من طرق توليد الطاقة الأخرى، مما يجعله عنصراً حاسماً في التحول نحو مستقبل طاقة أكثر استدامة.
1. تقليل انبعاثات الكربون
من أبرز الفوائد البيئية لتوربينات فرانسيس انخفاض بصمتها الكربونية. فعلى عكس محطات توليد الطاقة المعتمدة على الوقود الأحفوري، مثل محطات توليد الطاقة التي تعمل بالفحم والغاز، لا تحرق محطات الطاقة الكهرومائية التي تستخدم توربينات فرانسيس الوقود الأحفوري أثناء التشغيل. تُعد محطات توليد الطاقة التي تعمل بالفحم مصدرًا رئيسيًا لانبعاثات ثاني أكسيد الكربون (CO2)، حيث تُصدر محطة توليد طاقة كبيرة تعمل بالفحم ملايين الأطنان من ثاني أكسيد الكربون سنويًا. على سبيل المثال، قد تُصدر محطة توليد طاقة تعمل بالفحم بقدرة 500 ميجاوات حوالي 3 ملايين طن من ثاني أكسيد الكربون سنويًا. وبالمقارنة، لا تُصدر محطة طاقة كهرومائية ذات قدرة مماثلة ومجهزة بتوربينات فرانسيس أي انبعاثات مباشرة تقريبًا من ثاني أكسيد الكربون أثناء التشغيل. وتلعب هذه الخاصية الخالية من الانبعاثات لمحطات توليد الطاقة الكهرومائية التي تعمل بتوربينات فرانسيس دورًا حيويًا في الجهود العالمية للحد من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري والتخفيف من آثار تغير المناخ. ومن خلال استبدال توليد الطاقة المعتمد على الوقود الأحفوري بالطاقة الكهرومائية، يُمكن للدول أن تُساهم بشكل كبير في تحقيق أهدافها المتعلقة بخفض انبعاثات الكربون. على سبيل المثال، فإن البلدان مثل النرويج، التي تعتمد بشكل كبير على الطاقة الكهرومائية (حيث يتم استخدام توربينات فرانسيس على نطاق واسع)، لديها انبعاثات كربونية منخفضة نسبيا للفرد مقارنة بالبلدان التي تعتمد بشكل أكبر على مصادر الطاقة القائمة على الوقود الأحفوري.
2. انخفاض انبعاثات الملوثات الجوية
بالإضافة إلى انبعاثات الكربون، تُطلق محطات الطاقة التي تعمل بالوقود الأحفوري أيضًا مجموعة متنوعة من ملوثات الهواء، مثل ثاني أكسيد الكبريت (SO2) وأكاسيد النيتروجين (NOx) والجسيمات العالقة. لهذه الملوثات آثار سلبية بالغة على جودة الهواء وصحة الإنسان. يمكن أن يُسبب ثاني أكسيد الكبريت (SO2) أمطارًا حمضية، مما يُلحق الضرر بالغابات والبحيرات والمباني. ويُساهم ثاني أكسيد النيتروجين (NOx) في تكوين الضباب الدخاني ويُسبب مشاكل تنفسية. ترتبط الجسيمات العالقة، وخاصةً الجسيمات الدقيقة (PM2.5)، بمجموعة من المشاكل الصحية، بما في ذلك أمراض القلب والرئة.
من ناحية أخرى، لا تُصدر محطات الطاقة الكهرومائية التي تعمل بتوربينات فرانسيس هذه الملوثات الهوائية الضارة أثناء التشغيل. هذا يعني أن المناطق التي بها محطات طاقة كهرومائية تتمتع بهواء أنظف، مما يُحسّن الصحة العامة. في المناطق التي حلت فيها الطاقة الكهرومائية محل جزء كبير من توليد الطاقة المعتمد على الوقود الأحفوري، شهدت جودة الهواء تحسنًا ملحوظًا. على سبيل المثال، في بعض مناطق الصين التي طُوّرت فيها مشاريع طاقة كهرومائية واسعة النطاق باستخدام توربينات فرانسيس، انخفضت مستويات ثاني أكسيد الكبريت (SO_2) وأكسيد النيتروجين (NO_x) والجسيمات الدقيقة في الهواء، مما أدى إلى انخفاض حالات الإصابة بأمراض الجهاز التنفسي والقلب والأوعية الدموية بين السكان المحليين.
3. تأثير ضئيل على النظام البيئي
عندما يتم تصميمها وإدارتها بشكل صحيح، يمكن لمحطات الطاقة الكهرومائية المعتمدة على توربينات فرانسيس أن يكون لها تأثير صغير نسبيًا على النظام البيئي المحيط بها مقارنة ببعض مشاريع تطوير الطاقة الأخرى.
ممر الأسماك: صُممت العديد من محطات الطاقة الكهرومائية الحديثة المزودة بتوربينات فرانسيس مزودة بمرافق لممرات الأسماك. تُبنى هذه المرافق، مثل سلالم ومصاعد الأسماك، لمساعدة الأسماك على الهجرة عكس التيار ومع التيار. على سبيل المثال، في نهر كولومبيا بأمريكا الشمالية، رُكّبت في محطات الطاقة الكهرومائية أنظمة متطورة لممرات الأسماك. تسمح هذه الأنظمة لأسماك السلمون وأنواع الأسماك المهاجرة الأخرى بتجاوز السدود والتوربينات، مما يُمكّنها من الوصول إلى مناطق تكاثرها. يُراعي تصميم مرافق ممرات الأسماك هذه سلوك أنواع الأسماك المختلفة وقدراتها على السباحة، مما يضمن أقصى قدر من بقاء الأسماك المهاجرة.
الحفاظ على جودة المياه: لا يُسبب تشغيل توربينات فرانسيس عادةً تغييرات كبيرة في جودة المياه. بخلاف بعض الأنشطة الصناعية أو أنواع معينة من توليد الطاقة التي قد تُلوث مصادر المياه، تحافظ محطات الطاقة الكهرومائية التي تستخدم توربينات فرانسيس عمومًا على الجودة الطبيعية للمياه. لا يتغير الماء الذي يمر عبر التوربينات كيميائيًا، وعادةً ما تكون تغيرات درجة حرارته ضئيلة. يُعد هذا الأمر مهمًا للحفاظ على صحة النظم البيئية المائية، حيث أن العديد من الكائنات المائية حساسة لتغيرات جودة المياه ودرجة حرارتها. في الأنهار التي توجد بها محطات الطاقة الكهرومائية التي تستخدم توربينات فرانسيس، تظل جودة المياه مناسبة لمجموعة متنوعة من الكائنات المائية، بما في ذلك الأسماك واللافقاريات والنباتات.