توليد الطاقة الكهرومائية: تشغيل الطاقة الكهرومائية النهرية بعبارات بسيطة
توليد الطاقة الكهرومائية - الطاقة الكهرومائية في مجرى النهر (ROR) ، والمعروفة أحيانا باسم الطاقة الكهرومائية في مجرى النهر ، هي نوع من مرافق الطاقة الكهرومائية التي يوجد فيها تخزين قليل أو معدوم للمياه. قد لا تحتوي محطات توليد الطاقة التي تعمل على النهر على أي تخزين للمياه أو لديها القليل جدا من المياه ، وفي هذه الحالة يشار إلى خزان التخزين باسم البركة. بدون بركة ، ستكون المحطة عرضة لتدفقات الأنهار الموسمية ، مما يجعلها مصدرا للطاقة غير موثوق به. تستخدم الخزانات ، التي تنظم المياه للسيطرة على الفيضانات ، وتوليد الكهرباء القابلة للإرسال ، وتوفير المياه العذبة للزراعة ، في المياه التقليدية.
مفهوم الطاقة الكهرومائية في مجرى النهر
مع النجاح الواسع النطاق للطاقة الكهرومائية الكبيرة كأكبر مصدر للطاقة المتجددة في العالم ، من الطبيعي أن تسعى البلدان إلى تطوير الطاقة الكهرومائية الصغيرة ، أو الجريان النهري ، أيضا. إن بناء السدود المائية الكبيرة مكلف ، وتتطلب المرافق الجديدة مشاورات طويلة وتخطيطا وتقييمات بيئية وأطرا زمنية للبناء. وقد برزت المياه الصغيرة نتيجة لهذه الاعتبارات. الطاقة المائية الصغيرة مثيرة للاهتمام بسبب انخفاض عواقبها البيئية ، وإمكانية انخفاض تكاليف التطوير ، ووفرة المواقع المحتملة. إنها تقنية قديمة مع العديد من التطورات الحديثة.
عندما يتعلق الأمر بالمياه الصغيرة ، يخلط الجمهور أحيانا بين الحد من المشاكل البيئية والاجتماعية والقضاء عليها. من الأهمية بمكان أن نتذكر أنه على الرغم من أن الطاقة المائية الصغيرة لها تأثير أقل على النظم الإيكولوجية المائية والسكان المحليين ، مثل جميع أنواع الطاقة ، إلا أنها لا تستطيع القضاء تماما على الضغط على صحة النبات والحيوان والإنسان. وعلاوة على ذلك، فإن الأثر السلبي والتراكمي لشبكات الأنهار المتعددة التي تعمل داخل نفس الشبكة النهرية قد يسبب المزيد من المشاكل، والدراسة في هذا المجال غير كافية إلى حد كبير.
وعلى الرغم من أن الطاقة المائية الصغيرة ليست قادرة على المنافسة من حيث التكلفة مع الطاقة المائية الكبيرة، إلا أنها يمكن أن تنتج تكاليف أقل لكل كيلوواط ساعة من بعض المصادر البديلة، مثل الديزل والكهرباء. وجدت شركة المياه الصغيرة مكانا لها في بعض الدول، مثل كندا، في استبدال مولدات الديزل الملوثة في المستوطنات المعزولة، وغالبا ما تكون من الأمم الأولى. ومع ذلك، ونظرا لأن خطر تغيير النظم الإيكولوجية للأنهار يرتبط ارتباطا وثيقا باستقرار سبل العيش التقليدية، يجب أن يتم هذا التطور بحذر. وفي العديد من المناطق، ترتبط الشواغل الاجتماعية والبيئية ارتباطا لا ينفصم.
وقد أعيقت المياه الصغيرة بسبب العمليات الطويلة والتي غالبا ما تسمح بذلك، فضلا عن المخاوف الناجمة عن القضايا الاجتماعية والبيئية التي لم تتم تلبيتها. إذا أصبح البحث والتطوير (R & D) أولوية أعلى ، فمن المرجح أن تؤسس الطاقة المائية الصغيرة وجودا أكبر في السنوات التالية. ولكي يترسخ التوسع فعليا، لا بد من إدخال تحسينات على الكفاءة العامة للتكنولوجيا، فضلا عن وضعها البيئي.
مبدأ العمل الخاص بالطاقة الكهرومائية في مجرى النهر
يجب النظر في سمتين رئيسيتين لتوليد الطاقة الكهرومائية في النهر:
إن سعة تخزين المياه لمرافق الطاقة الجارية في النهر محدودة.
فهي تولد كهرباء أقل بكثير من السدود الكهرومائية لأنها لا تستطيع الاحتفاظ بالمياه.
يتم تحويل المياه الجارية من نهر متدفق وتوجيهها إلى أسفل قناة ، أو البنستوك ، التي تتدفق إلى منزل توليد في تشغيل نظام النهر. قوة تحريك الماء تحول التوربينات ، التي تدفع المولد. يتم إرجاع المياه إلى النهر الرئيسي ، على مسافة قصيرة في اتجاه مجرى النهر. تختلف أنظمة تشغيل النهر عن أنظمة الطاقة الكهرومائية الكبيرة في هذا الصدد لأنها لا تسد النهر لبناء خزان للمياه. تستخدم معظم أنظمة الجريان النهري سدا صغيرا ، أو غريبا ، لضمان وصول المياه الكافية إلى البنستوك ، بالإضافة إلى خزان صغير يعرف باسم البركة ، لتخزين كميات صغيرة من المياه للاستخدام الفوري. ومع ذلك ، لا يمكنهم تخزين كميات كبيرة من المياه لاستخدامها لاحقا.
عدم وجود خزان كبير له نتيجتان رئيسيتان. الأول هو أنه إذا انخفضت مستويات مياه النهر أو عندما تنخفض بسبب الجفاف أو استخراج المياه ، فإن "الوقود" لتشغيل نظام النهر يتضاءل أو لا يتوفر تماما. لا توجد طاقة مخزنة بدون سد للاحتفاظ بالمياه. وهذا يشير إلى أن عامل القدرة لمشاريع الجريان النهري يتراوح بين 40٪ و 80٪.
نظرا لعدم وجود خزان ، فإن قدرة محطة الجريان النهري محدودة ، وهي عملية فقط على الأنهار ذات معدلات التدفق العالية على مدار السنة. والآثار الثانية المترتبة على ذلك هي أن عدم وجود خزان كبير يقلل من العبء البيئي لمحطات الجريان النهري.
إن تشكيل خزان في المشاريع المائية الكبيرة يفيض التضاريس الجافة سابقا ، مما يؤثر على السكان المحليين وكذلك الحياة النباتية والحيوانية. فالسلمون، على سبيل المثال، يمكن أن يصاب بصدمة نفسية وتعوق مسارات هجرته، في حين أن المياه الراكدة في الخزان يمكن أن تؤدي إلى تدهور نوعية المياه بشكل عام. ولا يتم تجنب هذه العواقب تماما في نظم الجريان النهري، ولكنها تنخفض إلى مستوى كثيرا ما يعتبر محتملا.
يجب أن يكون هناك عنصران جغرافيان أساسيان حتى يكون نظام الجريان النهري ممكنا في مكان معين. الأول هو أنه يجب أن يكون هناك معدل تدفق كبير ، والذي قد يأتي من المطر أو ذوبان الثلوج. بالإضافة إلى ذلك ، يجب إمالة النهر بما يكفي لزيادة سرعة الماء بشكل كبير. ونتيجة لذلك ، تعمل أنظمة الجريان النهري بشكل أفضل في المسطحات المائية بمعدل تدفق ثابت. لنفترض أنها بنيت في المناطق التي يكون فيها معدل التدفق منخفضا نسبيا لفترة من الوقت قبل أن يزداد بسرعة. في هذه الحالة ، سيكون هناك حجم كبير من المياه "المهدرة" خلال فترات ذروة التدفق حيث تتدفق المياه الزائدة عبر الانسكابات. نظرا لأن هذه الأنظمة مصممة للتعامل مع أقل معدل تدفق ، فلن تتمكن من التعامل مع معدلات تدفق أعلى بكثير.
يتم توجيه المياه الجارية من النهر إلى أسفل قناة أو البنستوك في نظام الجريان النهري. قد يكون هناك بعض التغيير في الارتفاع في هذه المرحلة (بسبب سد صغير أو البيئة الطبيعية) ، وبالتالي فإن "المياه المتساقطة" قد لا تزال تلعب دورا. يتم إرسال المياه المحولة إلى محطة لتوليد الكهرباء لتوليد الكهرباء. تعمل المياه الجارية في هذا المنزل على تشغيل التوربينات التي تدفع المولد وتخلق الكهرباء. يتم إرجاع المياه إلى النهر في اتجاه مجرى النهر بعد استهلاكها.
على الرغم من أن أنظمة الجريان النهري تعتمد في الغالب على معدلات تدفق النهر لتوليد الطاقة وليس لديها كمية كبيرة من تخزين المياه ، إلا أن بعض الأنظمة تستخدم سدا صغيرا أو سدا صغيرا لضمان دخول كمية كافية من المياه إلى النظام. في بعض الأحيان يتم استخدام البركة (كمية صغيرة من المياه المحفوظة أسفل السد) ، مما يجعلها أكثر موثوقية لأنها تعوض عن أي اختلافات في تدفق المياه. هذه المياه ليست مثل الخزان من حيث أنها تخزن فقط ما يكفي "للاستخدام في نفس اليوم" ، وليس للاستخدام في المستقبل.
مقارنة بتوليد الطاقة الكهرومائية التقليدية
هناك العديد من المزايا لاستخدام المياه الجارية في النهر بدلا من المياه التقليدية القائمة على السدود. بادئ ذي بدء ، السدود المائية التقليدية مكلفة وتستغرق وقتا طويلا لبنائها. من ناحية أخرى ، فإن أنظمة تشغيل النهر أقل تكلفة في البناء ويمكن إكمالها في وقت أقل. وعلاوة على ذلك، تم إنشاء العديد من مواقع الطاقة الكهرومائية الجذابة الحالية في مواقع مختلفة تستخدم فيها الطاقة الكهرومائية الكبيرة بانتظام. نظرا لأن البركة أقل بكثير من البحيرات المستخدمة في المياه التقليدية ، فإن أنظمة الجريان النهري تتجنب بعض المشكلات البيئية المرتبطة بالفيضانات.
على الرغم من أن الجريان المائي للنهر له العديد من المزايا ، إلا أن إنتاجه أقل بكثير من إنتاج الطاقة المائية واسعة النطاق. وعلى الرغم من ارتفاع الاستثمار الأولي، فإن توليد الطاقة الكهرومائية القائم على السدود غالبا ما يكون بتكلفة أقل لكل كيلوواط ساعة. نتيجة لعدم وجود سد وخزان رئيسيين ، سيكون توليد الكهرباء في محطة توليد الكهرباء أقل موثوقية. هناك المزيد من المياه المحدودة لتشغيل النظام الكهرومائي إذا انخفضت مستويات المياه في المنبع ، ربما بسبب الظروف الجافة.
القضايا البيئية
نظرا لأن الأنظمة الكهرومائية التي تعمل في النهر لا تحتوي على خزان ، فإنها تسبب اضطرابا أقل بكثير في النظام البيئي من السدود الكهرومائية. تثبت الدراسات أن تشغيل مولدات الأنهار يضر بمجموعات الأسماك في الأنهار التي توجد فيها.