ما هي الطاقة الكهرومائية

الطاقة الكهرومائية (Hydroelectric energy) هي شكل من أشكال الطاقة التي تسخر قوة الماء المتحرك ( مثل تدفق المياه فوق شلال) لتوليد الكهرباء.
لقد استخدم الانسان هذه القوة لآلاف السنين. فمنذ أكثر من ألفي عام ، استخدم الانسان في اليونان المياه المتدفقة لتحريك عجلة مطحنة القمح لتحويله إلى دقيق.

تعتبر الطاقة المائية من أكثر الطاقات المتجددة استخداما في توليد الطاقة الكهربائية وتمثل 15% من الطاقة الكهربائية المنتجة في العالم. كما يمكننا أن نعتبرها من أقل الطاقات تكلفة و أكثرها نقاوة رغم ما تسببه السدود المستخدمة لتجميع المياه من أضرار بيئية متعددة مثل الفيضانات أو إغراق مساحات شاسعة من الأراضي الزراعية. حيث أثبتت بعض الدراسات الحديثة هذه التأثيرات وجعلت هذه الطاقة محل جدل.

كيف تعمل الطاقة الكهرومائية؟

تحول المحطات الكهرومائية الطاقة الحركية الناتجة عن تدفق الماء إلى طاقة كهربائية، وذلك باستغلال مصبات الشلالات أو بناء السدود لتخزين مياه الأنهار. تتدفق المياه عبر الأنفاق المخصصة لها داخل السد مرورا بتوربينات الماء ذات المحور الأفقي أو العمودي. فتحول التوربينات الطاقة الحركية للماء إلى قدرة ميكانيكية على شكل حركة دائرية. تنقل هذه القدرة إلى المولدات عبر المحاور المشتركة مع التوربينات فتحولها بدورها إلى قدرة كهربائية.

تحتوي معظم محطات الطاقة الكهرومائية على خزان للمياه ، وبوابة أو صمام للتحكم في كمية المياه المتدفقة من الخزان ، ومخرج أو مكان ينتهي فيه الماء بعد التدفق إلى أسفل. يكتسب الماء طاقة كامنة قبل أن ينسكب فوق قمة السد أو يتدفق إلى أسفل التل. يتم تحويل الطاقة الكامنة إلى طاقة حركية مع تدفق المياه إلى أسفل. يمكن استخدام المياه لتدوير ريش التوربينات لتوليد الكهرباء ، والتي يتم توزيعها على عملاء محطة الطاقة.

تعتمد كمية الطاقة الكهربائية المنتجة في المحطات الكهرومائية على عاملين أساسيين هما: ارتفاع مستوى المياه في السد مقارنة مع مستوى التوربينات وكذلك كمية الماء المتدفق في الثانية.

القدرة الكهربائية ( kW )= 5.9 x F x H
حيث
F نسبة تدفق الماء بالمتر المكعب في الثانية.

H ارتفاع مستوى الماء بالمتر.

أنوع التوربينات في محطات الطاقة المائية

تستخدم أنواع كثيرة من التوربينات المائية. أبرزها:

توربين الشعاع الحر أو توربين بلوتن
التوربين اللولبي أو توربين فرانسيس
التوربين المروحي او توربين كابلن

توربين بلوتن

يتكون هذا التوربين من عجلة دوارة مع ريش (زعانف) تدفع بشعاع الماء الخارج من المنفث. الريش مؤلفة من نصفين كل منهما بشكل الملعقة وهي تستقبل الطاقة المائية وتنتج عزم دوران ثم تدفع ماء التصريف جانبا .

مبدا عمل توربين بلتون

لضبط تيار الماء تدخل في المنفث إبرة الى المدى المطلوب. من خلال ذلك تضبط كمية الماء لمواءمة عزم الدوران المناسب والذي يعتمد على الطاقة الكهربائية المسحوبة.

بناء على كمية الماء المتوفرة يمكن للعجلة أن تدار بعدة منافث موزعة على المحيط. قبل أن يلامس الماء الريش تكون الطاقة الوضعية قد حولت بالكامل إلى طاقة حركية .

لا يتغير الضغط الاستاتي بعد الخروج من المنفث. توربينات بلتون هي توربينات ذات ضغط ثابت.

توربينات فرانسيس

يتدفق الماء أولا في المدخل اللولبي ثم في جهاز توجيه ذو ريش توجيه ومن ثم يتدفق في عجلة التوربين. إذن يتدفق الماء جانبيا على المحيط حيث يغير اتجاهه ويغادر التوربين ف اتجاه محور الدوران .

مبدا عمل توربين فرانسيس

يتم ضبط التوربين من خلال ريش التوجيه وبما أنه على ريش التوجيه لا يحول إلا جزء من طاقة الماء الوضعية إلى طاقة حركية فان الماء يصل بضغط زائد الى العجلة. وهذا الضغط الزائد يؤثر على محيط العجلة بكامله وبصورة مستمرة. ويساهم في تحويل الطاقة.
وتوربينات فرانسيس هي توربينات ضغط زائد.

توربينات كابلن

تستخدم توربين كابلن لارتفاعات سقوط صغيره، وهو يستطيع معالجة أحجام تدفق متراوحة بشدة. ومن حيث المبدأ. هذا التوربين له نفس أجزاء التركيب التي في توربين فرانسيس، ولكن بدلا من عجلة الدوران توجد مروحة بنصال قابلة للضبط.

يمكن ضبط حجم التدفق بضبط حلقة ريش التوجيه والريش المروحية. لذلك يمكن تكييف التوربين لتغيرات كبيرة في شروط التشغيل. وتبعا للانحدار. وتبنى توربينات كابلن عمودية. أو مائلة، أو أفقية تقريبا.

ما هي أكبر محطة للطاقة الكهرومائية في العالم؟

يعد سد الممرات الثلاثة في الصين ، الذي يعيق نهر اليانغتسي ، أكبر سد لتوليد الطاقة الكهرومائية في العالم من حيث إنتاج الكهرباء. يبلغ طول السد 2335 مترًا (7660 قدمًا) وارتفاعه 185 مترًا (607 قدمًا) ، ويحتوي على مولدات تكفي لإنتاج 22500 ميجاوات من الطاقة.

المصادر

Hydroelectric Energy
كتاب التوليد ومحطات التحويل الرئيسية (المقرر علي تخصص قوي كهربائية بالمملكة العربية السعودية).

إلكترون باشا

ما هي الطاقة الكهرومائية