موارد الطاقة الكهرومائية لها قيمة محدودة ، على الرغم من أنها تعتبر متجددة. إنها ثروة وطنية ، مثل النفط والغاز أو غيرهما من المعادن ، وتحتاج إلى التعامل معها بحذر ومدروس.
قوة الماء
حتى في العصور القديمة ، لاحظ الناس أن الماء المتساقط من أعلى إلى أسفل يمكن أن يقوم بعمل معين ، مثل تدوير عجلة. بدأ استخدام خاصية سقوط الماء هذه لتحريك عجلات الطاحونة. وهكذا ظهرت أولى طواحين المياه التي نجت حتى يومنا هذا تقريبًا في شكلها الأصلي. طاحونة المياه هي أول محطة للطاقة الكهرومائية.
إنتاج المصنع ، الذي نشأ في القرن السابع عشر ، استخدم أيضًا عجلات مائية ، وفي القرن الثامن عشر ، على سبيل المثال ، كان هناك بالفعل حوالي ثلاثة آلاف مصنع من هذا القبيل في روسيا. من المعروف أنه تم استخدام أقوى تركيبات هذه العجلات في مصنع Krenholm (نهر Narova). دواليب المياه قطرها 9.5 متر وتطورت حتى 500 حصان
موارد الطاقة الكهرومائية: التعريف والمزايا والعيوب
في التاسع عشربعد قرن من الزمان ، ظهرت التوربينات المائية ، وبعدها - الآلات الكهربائية. هذا جعل من الممكن تحويل طاقة الماء المتساقط إلى طاقة كهربائية ، ثم نقلها على مسافة معينة. في روسيا القيصرية ، بحلول عام 1913 ، كان هناك حوالي 50000 وحدة مجهزة بالتوربينات المائية التي تولد الكهرباء.
هذا الجزء من طاقة الأنهار الذي يمكن تحويله إلى طاقة كهربائية يسمى موارد الطاقة الكهرومائية ، والجهاز الذي يحول طاقة المياه المتساقطة إلى طاقة كهربائية يسمى محطة الطاقة الكهرومائية (HPP). يشتمل جهاز محطة الطاقة بالضرورة على توربين هيدروليكي ، والذي يحرك مولدًا كهربائيًا أثناء الدوران. للحصول على تدفق المياه المتساقطة ، يتضمن بناء محطة توليد الكهرباء بناء السدود والخزانات.
فوائد استخدام الطاقة الكهرومائية:
- طاقة النهر متجددة
- لا تلوث بيئي.
- اتضح كهرباء رخيصة
- الظروف المناخية بالقرب من الخزان تتحسن
عيوب استخدام الطاقة الكهرومائية:
- إغراق بعض الأراضي لبناء خزان
- تغيير العديد من النظم البيئية على طول مجرى النهر ، وتقليل أعداد الأسماك ، وإزعاج مواقع تعشيش الطيور ، وتلويث الأنهار.
- خطر البناء في المنطقة الجبلية
مفهوم إمكانات الطاقة الكهرومائية
لتقييم موارد الطاقة الكهرومائية لنهر أو بلد أو كوكب الأرض بأكملهحدد مؤتمر الطاقة (MIREC) إمكانات الطاقة الكهرومائية على أنها مجموع قدرات جميع أقسام الإقليم قيد الدراسة والتي يمكن استخدامها لتوليد الكهرباء. هناك عدة أنواع من إمكانات الطاقة الكهرومائية:
- إجمالي الإمكانات ، والذي يمثل موارد الطاقة الكهرومائية المحتملة.
- الإمكانات التقنية هي ذلك الجزء من الإمكانات الإجمالية التي يمكن استخدامها تقنيًا.
- الإمكانات الاقتصادية هي ذلك الجزء من الإمكانات التقنية ، والذي يعد استخدامه مجديًا اقتصاديًا.
يتم تحديد القوة النظرية لبعض تيار الماء بواسطة الصيغة
N (كيلوواط)=9، 81QH،
حيث Q هو معدل تدفق المياه (م3/ ثانية) ؛ H هو ارتفاع سقوط الماء (م)
أقوى محطة للطاقة الكهرومائية في العالم
في 14 ديسمبر 1994 ، في الصين ، على نهر اليانغتسي ، بدأ بناء أكبر محطة لتوليد الطاقة الكهرومائية ، تسمى المضائق الثلاثة. في عام 2006 ، تم الانتهاء من بناء السد ، وتم إطلاق أول وحدة كهرومائية. كان من المقرر أن تصبح محطة الطاقة الكهرومائية هذه المحطة المركزية لتوليد الطاقة الكهرومائية في الصين.
منظر السد لهذه المحطة يشبه تصميم محطة الطاقة الكهرومائية في كراسنويارسك. يبلغ ارتفاع السد 185 متراً ، ويبلغ طوله 2.3 كيلومترات. يوجد في وسط السد مجرى تصريف مصمم لإطلاق 116000 متر مربع3من المياه في الثانية ، أي من ارتفاع حوالي 200 متر ، يسقط أكثر من 100 طن من المياه في ثانية واحدة.
نهر اليانغتسي ، الذي تم بناء محطة الطاقة الكهرومائية الثلاثة عليه ، هو واحد من أكثرأنهار قوية في العالم. يتيح بناء محطة الطاقة الكهرومائية على هذا النهر استخدام موارد الطاقة الكهرومائية الطبيعية في المنطقة. بدءًا من التبت ، على ارتفاع 5600 مترًا ، يكتسب النهر إمكانات كبيرة للطاقة الكهرومائية. واتضح أن المكان الأكثر جاذبية لبناء السد هو منطقة الخوانق الثلاثة ، حيث يندفع النهر من الجبال إلى السهل.
تصميم HPP
يوجد في محطة الخوانق الثلاثة للطاقة الكهرومائية ثلاث وحدات طاقة تحتوي على 32 وحدة كهرومائية ، كل منها بسعة 700 ميغاواط ، ووحدتين لتوليد الطاقة الكهرومائية بقدرة 50 ميغاواط. القدرة الإجمالية لل HPP 22.5 جيجاواط.
نتيجة لبناء السد تم تكوين خزان بحجم 39 كم3. نتج عن بناء السد نقل سكان مدينتين يبلغ عدد سكانهما 1.24 مليون نسمة إلى مكان جديد. بالإضافة إلى ذلك ، تمت إزالة 1300 قطعة أثرية من منطقة الفيضان. 11.25 مليار دولار تم إنفاقها على كافة الأعمال التحضيرية لبناء السد. التكلفة الإجمالية لبناء محطة الطاقة الكهرومائية الثلاثة الخوانق 22.5 مليار دولار.
بناء هذه المحطة الكهرومائية يوفر بشكل صحيح للملاحة ، علاوة على ذلك ، بعد بناء الخزان ، زاد تدفق سفن الشحن 5 مرات.
سفن الركاب تمر برافعة السفينة ، مما يسمح للسفن التي لا يزيد وزنها عن 3000 طن بالمرور. تم بناء سطرين من الأقفال ذات الخمس مراحل لمرور سفن الشحن. في هذه الحالة يجب أن يكون وزن السفن أقل من 10000 طن.
تتالي اليانغتسى HPP
موارد المياه والطاقة الكهرومائية لنهر اليانغتسي تجعل من الممكن البناء على هذايحتوي النهر على أكثر من محطة لتوليد الطاقة الكهرومائية ، والتي تم إجراؤها في الصين. فوق محطة الطاقة الكهرومائية الثلاثة الخوانق ، تم بناء سلسلة كاملة من محطات الطاقة الكهرومائية. هذا هو أقوى سلسلة من محطات الطاقة الكهرومائية بسعة تزيد عن 80 جيجاوات.
يتجنب بناء الشلال انسداد خزان الخوانق الثلاثة ، لأنه يقلل من التآكل في قاع النهر في أعلى محطة الطاقة الكهرومائية. بعد ذلك ، تقل الحمأة التي يمكن حملها في الماء.
بالإضافة إلى ذلك ، يتيح لك تسلسل HPP تنظيم تدفق المياه إلى Three Gorges HPP والحصول على توليد طاقة موحد فيه.
Itaipu على نهر بارانا
بارانا تعني "النهر الفضي" ، وهو ثاني أكبر نهر في أمريكا الجنوبية ويبلغ طوله 4380 كم. يتدفق هذا النهر عبر أرض صلبة جدًا ، وبالتالي ، يتغلب عليها ، ويخلق منحدرات وشلالات في طريقه. يشير هذا الظرف إلى الظروف المواتية لبناء محطات الطاقة الكهرومائية هنا.
تم بناء Itaipu HPP على نهر Parana ، على بعد 20 كم من مدينة Foz do Iguacu في أمريكا الجنوبية. من حيث الطاقة ، فإن محطة الطاقة الكهرومائية هذه تأتي في المرتبة الثانية بعد Three Gorges HPP. تقع محطة Itaipu HPP على حدود البرازيل وباراغواي ، وتوفر الكهرباء الكاملة لباراغواي و 20٪ للبرازيل.
بدأ بناء محطة الطاقة الكهرومائية عام 1970 وانتهى عام 2007. تم تركيب عشرة مولدات بقدرة 700 ميغاواط في جانب باراغواي ونفس العدد في الجانب البرازيلي. نظرًا لوجود غابة استوائية حول محطة الطاقة الكهرومائية ، والتي كانت عرضة للفيضانات ، تم نقل الحيوانات من هذه الأماكن إلى مناطق أخرى. - يبلغ طول السد 7240 متراً ،والارتفاع 196 م وتقدر تكلفة البناء بنحو 15.3 مليار دولار. قدرة HPP 14000 جيجاواط.
موارد الطاقة الكهرمائية الروسية
يمتلك الاتحاد الروسي إمكانات كبيرة في مجال المياه والطاقة ، لكن موارد الطاقة الكهرومائية في البلاد موزعة بشكل غير متساوٍ للغاية عبر أراضيها. 25٪ من هذه الموارد موجودة في الجزء الأوروبي ، و 40٪ - في سيبيريا و 35٪ - في الشرق الأقصى. في الجزء الأوروبي من الولاية ، وفقًا للخبراء ، تُستخدم إمكانات الطاقة الكهرومائية بنسبة 46 ٪ ، وتقدر إمكانات الطاقة الكهرومائية الكاملة للدولة بنحو 2500 مليار كيلووات ساعة. هذه هي النتيجة الثانية في العالم بعد الصين.
مصادر الطاقة الكهرومائية في سيبيريا
تمتلك سيبيريا احتياطيات ضخمة من الطاقة الكهرومائية ، وشرق سيبيريا غنية بشكل خاص بموارد الطاقة الكهرومائية. تتدفق هناك أنهار لينا وأنجارا وينيسي وأوب وإرتيش. تقدر الإمكانات المائية لهذه المنطقة بـ 1000 مليار كيلو وات ساعة.
تم تسمية HPP
Sayano-Shushenskaya على اسم P. S. Neporozhny
تبلغ قدرة محطة الطاقة الكهرومائية 6400 ميجاوات. هذه هي أقوى محطة للطاقة الكهرومائية في الاتحاد الروسي ، وتحتل المرتبة 14 في الترتيب العالمي.
قسم ينيسي ، الذي يسمى ممر سايان ، مناسب لبناء محطات الطاقة الكهرومائية. هنا يمر النهر عبر جبال سايان ، ويشكل العديد من المنحدرات. في هذا المكان تم بناء Sayano-Shushenskaya HPP ، بالإضافة إلى HPPs الأخرى التي تشكل سلسلة. تعتبر Sayano-Shushenskaya HPP هي أعلى خطوة في هذه السلسلة.
تم تنفيذ البناء من عام 1963 إلى عام 2000. تصميم المحطةيتكون من سد يبلغ ارتفاعه 245 مترًا وطوله 1075 مترًا ، ومبنى لمحطة توليد الكهرباء ، ومجموعة مفاتيح ، وهيكل للمجرى. يوجد 10 وحدات هيدروليكية بقدرة 640 ميغاواط لكل منها بمبنى HPP.
حجم الخزان المتكون بعد بناء السد يزيد عن 30 كم3، وتبلغ مساحته الإجمالية 621 كم2.
HPPs كبيرة من الاتحاد الروسي
تُستخدم موارد الطاقة الكهرومائية في سيبيريا حاليًا بنسبة 20٪ ، على الرغم من بناء العديد من محطات الطاقة الكهرومائية الكبيرة نسبيًا هنا. أكبرها هو Sayano-Shushenskaya HPP ، تليها محطات الطاقة الكهرومائية التالية:
- Krasnoyarskaya HPP بسعة 6000 ميجاوات (على Yenisei). بها مصعد سفينة ، الوحيد في روسيا حتى الآن.
- Bratskaya HPP بسعة 4500 ميغاواط (في Angara).
- Ust-Ilimskaya HPP بسعة 3840 ميغاواط (في Angara).
لدى الشرق الأقصى الإمكانات الأقل تطوراً. وفقًا للخبراء ، يتم استخدام الإمكانات المائية لهذه المنطقة بنسبة 4 ٪.
مصادر الطاقة الكهرومائية في أوروبا الغربية
في دول أوروبا الغربية ، يتم استخدام إمكانات الطاقة الكهرومائية بالكامل تقريبًا. إذا كانت مرتفعة أيضًا ، فإن هذه البلدان تزود نفسها بالكامل بالكهرباء من محطات الطاقة الكهرومائية. هذه دول مثل النرويج والنمسا وسويسرا. تحتل النرويج المرتبة الأولى في العالم في إنتاج الكهرباء لكل ساكن في البلاد. في النرويج ، هذا الرقم هو 24000 كيلو واط ساعة سنويًا ، ويتم إنتاج 99.6٪ من هذه الطاقة بواسطة محطات الطاقة الكهرومائية.
إمكانيات الطاقة الكهرومائيةتختلف البلدان المختلفة في أوروبا الغربية بشكل ملحوظ عن بعضها البعض. هذا يرجع إلى ظروف التضاريس المختلفة وتكوين الجريان السطحي المختلفة. تتركز 80٪ من إجمالي إمكانات الطاقة الكهرومائية في أوروبا في الجبال ذات معدلات التدفق العالية: الجزء الغربي من الدول الاسكندنافية وجبال الألب وشبه جزيرة البلقان وجبال البرانس. يبلغ إجمالي إمكانات الطاقة الكهرومائية في أوروبا 460 مليار كيلوواط ساعة في السنة.
احتياطيات الوقود في أوروبا صغيرة جدًا ، لذلك يتم تطوير موارد الطاقة في الأنهار بشكل كبير جدًا. على سبيل المثال ، يتم تطوير هذه الموارد في سويسرا بنسبة 91٪ ، وفي فرنسا - بنسبة 92٪ ، وفي إيطاليا - بنسبة 86٪ ، وفي ألمانيا - بنسبة 76٪.
HPP Cascade على نهر الراين
تم بناء سلسلة من محطات الطاقة الكهرومائية على هذا النهر ، وتتألف من 27 محطة للطاقة الكهرومائية بسعة إجمالية تبلغ حوالي 3000 ميغاواط.
احدى المحطات بنيت عام 1914. هذا هو HPP Laufenburg. وخضعت لإعادة الإعمار مرتين ، وبعدها بلغت طاقتها الإنتاجية 106 ميغاواط. بالإضافة إلى ذلك ، تنتمي المحطة إلى المعالم المعمارية وهي كنز وطني لسويسرا.
HPP Rheinfelden هي محطة طاقة كهرومائية حديثة. تم إطلاقه في عام 2010 ، وقدرته 100 ميغاواط. يتضمن التصميم 4 وحدات هيدروليكية بقدرة 25 ميجاوات لكل منها. تم بناء محطة الطاقة الكهرومائية لتحل محل المحطة القديمة التي بنيت عام 1898. المحطة القديمة قيد التجديد حاليا
مصادر الطاقة الكهرومائية في إفريقيا
موارد الطاقة الكهرومائية في إفريقيا ترجع إلى تدفق الأنهار عبر أراضيها: الكونغو ، ونهر النيل ، وليمبوبو ، والنيجر ، وزامبيزي.
نهر الكونغولديه إمكانات كهرومائية كبيرة. يحتوي جزء من مجرى هذا النهر على سلسلة من الشلالات تُعرف باسم إنجا رابيدز. هنا ، ينحدر تيار الماء من ارتفاع 100 متر بسرعة 26000 متر3في الثانية. في هذه المنطقة ، تم بناء محطتين لتوليد الطاقة الكهرومائية: "Inga-1" و "Inga-2".
وافقت حكومة جمهورية الكونغو الديمقراطية في عام 2002 على مشروع بناء مجمع Big Inga ، والذي نص على إعادة بناء محطتي الطاقة الكهرومائية Inga-1 و Inga-2 الموجودتين وبناء الثالث - إنجا 3. بعد تنفيذ هذه الخطط تقرر بناء أكبر مجمع بولشايا إنجا في العالم.
كان هذا المشروع موضوع النقاش في مؤتمر الطاقة الدولي. مع الأخذ في الاعتبار حالة موارد المياه والطاقة الكهرومائية في إفريقيا ، وافق ممثلو الأعمال والحكومات من وسط وجنوب إفريقيا ، الذين كانوا حاضرين في المؤتمر ، على هذا المشروع وحددوا معاييره: تم تعيين قدرة "Big Inga" على 40000 ميغاواط ، وهي أكثر من أقوى محطة طاقة كهرومائية "Three Gorges" تقريبًا مرتين. من المقرر بدء تشغيل HPP في عام 2020 ، ومن المتوقع أن تصل تكاليف البناء إلى 80 مليار دولار.
بمجرد اكتمال المشروع ، ستصبح جمهورية الكونغو الديمقراطية أكبر مورد للكهرباء في العالم.
شبكة كهرباء شمال إفريقيا
تقع شمال إفريقيا على طول ساحل البحر الأبيض المتوسط والمحيط الأطلسي. هذه المنطقة من إفريقيا تسمى المغرب العربي أو الغرب العربي.
موارد الطاقة الكهرومائية في أفريقيا غير موزعة بالتساوي. في شمال القارة هي أكثر صحراء العالم سخونة - الصحراء. تعاني هذه المنطقة من نقص في المياه ، لذا فإن تزويد هذه المناطق بالمياه يعد مهمة رئيسية. حلها بناء خزانات
ظهرت الخزانات الأولى في المغرب العربي في الثلاثينيات من القرن الماضي ، ثم تم بناء الكثير منها في الستينيات ، لكن بدأ البناء المكثف بشكل خاص في القرن الحادي والعشرين.
يتم تحديد موارد الطاقة الكهرومائية في شمال إفريقيا بشكل أساسي من خلال نهر النيل. هذا هو أطول نهر في العالم. في الستينيات من القرن الماضي ، تم بناء سد أسوان على هذا النهر ، وبعد بنائه تشكل خزان ضخم يبلغ طوله حوالي 500 كيلومتر وعرضه حوالي 9 كيلومترات. تم ملء الخزان بالمياه على مدى 5 سنوات من 1970 إلى 1975.
سد أسوان شيدته مصر بالتعاون مع الاتحاد السوفيتي. كان هذا مشروعًا دوليًا ، ونتيجة لذلك يمكن توليد ما يصل إلى 10 مليارات كيلوواط ساعة من الكهرباء سنويًا ، والتحكم في منسوب المياه في نهر النيل أثناء الفيضانات ، وتجميع المياه في الخزان لفترة طويلة. تتباعد شبكة قنوات ري الحقول عن الخزان ، وظهرت الواحات في موقع الصحراء ، وتستخدم المزيد والمزيد من المساحات للزراعة. يتم استخدام موارد المياه والطاقة الكهرومائية في شمال إفريقيا بأقصى قدر من الكفاءة.
تقاسم إمكانات الطاقة الكهرومائية في العالم
- آسيا - 42٪.
- أفريقيا - 21٪.
- أمريكا الشمالية - 12٪.
- أمريكا الجنوبية - 13٪
- أوروبا - 9٪.
- أستراليا وأوقيانوسيا - 3٪
تقدر إمكانات الطاقة الكهرومائية العالمية بنحو 10 تريليون كيلوواط ساعة من الكهرباء.
يمكن تسمية القرن العشرين بقرن الطاقة الكهرومائية. يأتي القرن الحادي والعشرون بإضافاته الخاصة إلى تاريخ هذه الصناعة. زاد العالم من اهتمامه بمحطات طاقة التخزين بالضخ (PSPPs) ومحطات طاقة المد والجزر (TPPs) ، التي تستخدم قوة المد البحري لتوليد الطاقة الكهربائية. يستمر تطوير الطاقة الكهرومائية.
