استخدام الطاقة الكهرومائية حول العالم ولماذا تعد طاقة نظيفة؟

الطاقة الكهرومائية تعد اتجاه هام من معظم الدول لإنتاج الطاقة الكهربائية من الماء، فالطاقة الكهربائية تعد من ضروريات الحياة، التي بدون وجودها في حياتنا اليومية يتوقف عليها الكثير من تقدم الأمم، ولم يتوقف التقدم فقط بل سنعود بحياتنا إلى الحياة منذ عقود عديدة، حيث كانت الكهرباء شيء من الخيال، ومن المعروف لدينا في وقتنا الحالي أن استعمال العالم للطاقة الكهربائية بات كبيرا للغاية بشكل أصبح يهدد انقراض الطاقات المستخدمة في توليد الطاقة الكهربائية، فمن المعروف أيضا أن الطاقة الكهربائية تتولد عن طريق طاقات غير متجددة وقابلة للنفاذ في أي وقت، لذا اتجه العالم نحو إيجاد فرص لطاقات غير متجددة تساهم في توليد الكهرباء بشكل موسع، حيث تلغي خطر زوال هذه الطاقة المولدة للكهرباء، وهناك العديد من الطاقات المتجددة التي تستخدم حاليا في إنتاج الكهرباء وتساهم في توليدها، ومن أشهر هذه الطاقات والتي تمثل نسبة كبيرة جدا تصل إلى 97 % من الكهرباء المولدة بواسطة الطاقات المتجددة في العالم ككل ألا وهي الطاقة الكهرومائية.

تطور استخدام الطاقة المائية

شهد العالم تطورا كبيراً وحافلاً لاستخدامات الطاقة المائية حتى وصل إلى مرحلة واسعة في هذا المجال ألا وهو إنتاج الطاقة الكهرومائية، حيث بدأ استخدام الطاقة المائية في أمور بسيطة جدا، والكثير منا رآها حيث كانت تستخدم في عمل الآلات المستخدمة أثناء عملية الري، وأيضا وجد قبل ذلك طواحين كانت تعمل بالطاقة المائية وقد زاد التطور إلى أن وصلت درجة اتساع هذا المجال إلى استخدام الطاقة المائية في توليد الكهرباء بطرق مختلفة سنتطرق لها بعد ذلك في المقال، ولك أن تدرك أن العلم لا يقف عند شيء فكل يوم يأتي بالجديد والجديد، ويعتقد الكثير أن استخدام الطاقة المائية لهذا الغرض هو أحدث استخدام لها، ولكن حقيقة أحدث استخدام للطاقة المائية حتي يومنا هذا هو استخدام المياه في تقطيع الأشياء عن طريق قوة الدفع أحيانا توجد مصانع بها آلات قطع تعتمد على قطع الأشياء بقوة دفع المياه، ولعل هذا يسهل عليك عملية إدراك أن هناك الكثير من الاستخدامات الحديثة التي ستأتي علينا في المستقبل القريب.

تعريف الطاقة الكهرومائية

يتم تعريف الطاقة الكهرومائية على أنها عبارة عن الطاقة المائية المستخدمة لتوليد الطاقة الكهربائية، وهي تنتج من حركة المياه المستمرة سواء كان في البحار والمحيطات أو في السدود المنشأة على الأنهار، وفيها يتم الاستفادة من الطاقة الكامنة في المياه على صورة طاقة وضع وتحويلها إلى نوع آخر من الطاقة ألا وهو طاقة حركية، التي فيما بعد تحول إلى طاقة كهربائية كما سنتعرف على ذلك عند الوصول إلى نقطة طرق توليد الطاقة الكهرومائية، وبذلك أصبحت الطاقة الكهربية المولدة بواسطة الطاقة المائية من أهم مصادر توليد الكهرباء على مستوى العالم والتي تمتاز بأنها من الطاقات المتجددة والغير قابلة للنفاذ، كما أنها عبارة عن طاقة نظيفة غير ملوثة للبيئة وهذا ما دفع الكثير من الدول للاستعانة بها علي نطاق واسع في عملية توليد الكهرباء.

أنواع الطاقة الكهرومائية

تنقسم الطاقة الكهرومائية إلى نوعين رئيسيين على حسب الطريقة المستخدمة لإنتاج الطاقة الكهربائية من المياه، ويعتمد النوع الأول في إنتاج الطاقة الكهرومائية على محطات توليد الطاقة الكهربائية التي تعتمد على مساقط مياه من أماكن مرتفعة، حيث تستفيد من قوة سقوط المياه من المرتفعات، لذا تنشأ السدود في جميع مجاري الأنهار الرئيسية لتسهل عملية التحكم في المياه وتخزينها على حسب الطلب من الكهرباء، أما النوع الثاني فيتمثل في إنتاج الطاقة الكهرومائية وهي التي تستخدم في إنتاج الكهرباء من المياه المتدفقة في الأنهار، وتعد الطاقة المنتجة من استخدام تدفق مياه الأنهار أقل بكثير جدا من الطاقة الكهربائية المنتجة من استخدام مساقط المياه العالية، كما أن النوع الأول وهو استخدام المساقط العالية له ميزة كبيرة تميزه عن النوع الآخر في إمكانية التحكم في الطاقة الكهرومائية المنتجة بواسطة محطة توليد الطاقة الكهربية حيث تسمح السدود بتخزين المياه في خزانات عالية عن مستوى سطح الأرض، مما يجعلها صالحة لإنتاج طاقة كهربية عند الحاجة إلى ذلك، لذا فإن النوع المستخدم على نطاق واسع في جميع أنحاء العالم هو النوع الأول، وهو استخدام مساقط المياه العالية والاعتماد على السدود.

طرق توليد الطاقة الكهرومائية

إن توليد الطاقة الكهربائية عن طريق الطاقة المائية، هو أمر في غاية البساطة العلمية، فبمعرفة مبدأ أن الطاقة لا تفنى ولا تستحدث من العدم، فها أن قد وصلت إلى نصف الفكرة ما يتبقى لك سوى أن تبحث عن الطاقة التي تحتويها المياه وطريقة تحويلها إلى صورة أخرى من الطاقة وهي الطاقة الكهربائية، ومن المعروف أن أسهل نوع من الطاقة يمكن تحويله إلى طاقة كهربائية مباشرة هو الطاقة الحركية، وعند البحث وجد أن المياه الموجودة في أماكن مرتفعة داخل السدود تحتوي على كمية كبيرة من طاقة الوضع التي يسهل تحويلها إلى طاقة حركية عند سقوط المياه إلي أسفل، ومن ثم استخدام تلك الطاقة الحركية لإدارة توربين، ومن ثم أخذ الطاقة الحركية المتولدة في التوربين وتحويلها إلى كهرباء عن طريق محول كهربي، وبذلك تسمي هذه العملية بالطاقة الكهرومائية، وتتوقف الطاقة الحركية المنتجة على ارتفاع المياه، كما تتوقف أيضا على كمية المياه فكلما زادت الكمية زادت الكتلة ومن ثم زادت قوة الجاذبية التي تعمل على زيادة السرعة، وأيضا كلما زاد الارتفاع زادت طاقة الوضع مما أدى إلى زيادة كمية طاقة الحركة المنتجة ومن ثم زيادة السرعة أيضا، ويؤدي زيادة السرعة في الحالتين إلى زيادة حركة التوربين ومن ثم زيادة الطاقة الكهربائية المتولدة من المحول الكهربي، ويكثر إنتاج الطاقة الكهرومائية من طاقة الوضع في السدود حيث يتوفر عاملين هما كمية المياه الكثيرة، وأيضا الارتفاع العالي، كما لا يمكن إهمال كفاءة التوربين والمحول الكهربي والطاقة المفقودة من عملية احتكاك المياه، لذا تعتمد قدرة محطة توليد الطاقة الكهرومائية على ثلاثة أشياء هي الارتفاع وتدفق المياه والكفاءة الخاصة بكل من التوربين والمحول الكهربي، وتعتبر الصين هي صاحبة أعلى محطة توليد طاقة كهرومائية حيث تصل قدرتها إلى 18 ألف ميجاواط وهي موجودة في أشهر سد في العالم وهو سد الصين العظيم.

الاستخدام على مستوى العالم

إن استخدام الطاقة الكهرومائية، والاعتماد عليها بات من الأمور الأساسية لدى العديد من الدول في جميع أنحاء العالم، حيث أصبح إنتاج الطاقة الكهرومائية ضخم جدا حتى وصل إلى 19 % من إجمالي الكهرباء المنتجة على مستوي العالم وإلى 90 % من إجمالي الكهرباء المنتجة بواسطة الطاقات المتجددة، وقد زاد استخدام العالم لهذا النوع من الطاقة لنظافتها وكونها صديقة للبيئة، كما أن كثير من دول العالم تجري بها الأنهار وتحتوي على العديد من السدود التي تسهل عملية إنتاج هذا النوع من الطاقة، وعند الحديث عن الدول المستخدمة لهذا النوع من الطاقة لتوليد الطاقة الكهربائية فمن الممكن إجمال جميع الدول التي بها سدود للأنهار، كما أن هناك دول أخرى تنتج هذا النوع من الطاقة عن طريق البحار والمحيطات ولا سيما في المناطق التي تمتاز بقوة الرياح القادرة على تحريك مياه البحر ومن ثم الحصول على طاقة حركية يسهل تحويلها لطاقة كهربية.

طرق تخزين الطاقة الكهرومائية

كثير منا يعتقد أن الطاقة الكهربية المنتجة من محطات توليد الطاقة الكهرومائية تستهلك جميعها فور إنتاجها، ويعد هذا اعتقاد خاطئ حيث يكون هناك فائض كبير من الطاقة الكهربائية المنتجة يختلف باختلاف استهلاك البلد المالكة لمحطة التوليد، لذا فهناك مشكلة تواجه هذه البلد بسبب الكهرباء الزائدة الغير مستهلكة، ولكن وجد حل لمثل هذه المشكلة ألا وهو استخدام تلك الطاقة الكهربية الناتجة في إنتاج طاقة كهربية لاحقا أو بمعنى آخر تخزين تلك الطاقة الكهربية في صورة طاقة أخرى يسهل تحويلها إلى كهرباء مرة ثانية، ووجد أن أفضل طريقة داخل محطة التوليد نفسها هو تخزين تلك الطاقة الكهربية الفائضة في صورة طاقة وضع مرة أخري وذلك عن طريق استخدامها في رفع المياه مرة أخرى إلى مخزن عالي من المياه التي تحتوي على طاقة كامنة بداخلها علي صورة طاقة وضع مرة أخرى، وهذه العملية تكون على حسب استهلاك البلد، فمن الممكن أن تكون يومية إذا كان استهلاك البلد ضئيل والفائض كبير، ومن الممكن أن تكون شهرية أو فصلية حين يكون الفائض قليل، وتسمى تلك العملية بعملية الضخ والتخزين للطاقة الكهرومائية.

فوائد الطاقة الكهرومائية

هناك العديد من الفوائد المتنوعة التي تحملها توليد الطاقة الكهرومائية، تبدأ هذه الفوائد بأهم فائدة ألا وهي أن إنتاج الطاقة الكهرومائية غير ملوث للبيئة فهي من الطاقات النظيفة حيث أن الطاقة الكهرومائية لا ينتج عنها أية مخلفات ولا حتى مجرد انبعاث غازات تلوث الهواء، وإنما هي طاقة نظيفة تماما، بالإضافة إلى أنها متجددة باستمرار وغير قابلة للنفاذ، كما أن هذه الطاقة توفر تكاليف باهظة يتم إنفاقها على شراء الوقود المستخدم في توليد الكهرباء، كما أنها في نفس الوقت تحتاج إلى تكلفة قليلة من أجل صيانتها، ومن الفوائد التي تجعلنا ننظر إلى هذا النوع من الطاقة على أنه ثروة جاءت من لا شيء، حيث أن الدول في الأساس تبني السدود للسيطرة والتحكم في المياه عند حدوث الفيضانات ولكن بكل بساطة يتم استخدام هذه السدود في إنتاج الطاقة الكهرومائية، ومن المعروف أن محطات توليد الطاقة الكهرومائية تشتهر بالأداء المثالي بين جميع أنواع الطاقات الأخرى، وأيضا وجود وفرة في إنتاج الطاقة الكهرومائية يجعل المزيد من المستثمرين في راحة من خوفهم من نقص الكهرباء في بلدان أخري، ومن ثم فإن وفرة الطاقة الكهرومائية يؤدي إلى جذب الصناعة للبلد.

أضرار الطاقة الكهرومائية

على الرغم من الفوائد العديدة والمتنوعة للطاقة الكهرومائية، إلا أنها في الوقت ذاته لها آثار سلبية علي حياة الإنسان، حيث أن خزانات المياه تنشأ على مساحات واسعة من الأراضي التي تمتاز عن غيرها في أنها أرض على مجري نهري، ومن ثم تكون ذات خصوبة عالية في التربة وإهدار هذه المساحة الواسعة من هذه الأرض الممتازة للزراعة هو شيء ضار بالبيئة النباتية في حياة الإنسان، ولعل كل منا يدرك الخطورة الحتمية التي تواجه الثروة السمكية بسبب هذه السدود، ولا سيما التي تستخدم مساقط مياه عالية، وأحيانا ما يزيد الخطر علي الأسماك حين تعمل السدود على رفع درجة حرارة المياه نتيجة زيادة طاقة حركتها مما يؤدي إلي توقف هجرة السمك مع مياه الأنهار، لذا تعد محطات توليد الطاقة الكهرومائية ذات آثار سلبية جسيمة خاصة على كل من الحياة الحيوانية والنباتية، كما أنها تؤثر سلبا على الحياة البرية أيضاً بشكل مباشر.

الطاقة الكهرومائية في إفريقيا

على الرغم من أن قارة إفريقيا تعد من الأماكن صاحبة النمو الاقتصادي السريع، إلا أن هذه القارة إلى الآن تعاني من مشاكل عديدة ومتنوعة أهمها مشكلة الفقر في كل شيء، ومنها الفقر في الطاقة حيث أن تقريبا نصف سكان القارة لا تصل لهم الكهرباء ووصل عدد من لا تصل إليه الكهرباء إلى 600 مليون شخص يعيشون في هذه القارة، وتمتاز إفريقيا بكونها قارة بها أنهار ضخمة تسهل عملية إنتاج الطاقة الكهرومائية فيها، لذا تم التوجه في هذه القارة إلى مصادر الطاقة المتجددة والخيار الأول والواضح والسهل بالنسبة لهم هو إنتاج الكهرباء عن طريق مياه الأمطار، فقارة مثل قارة إفريقيا تمتلك أطول أنهار العالم ألا وهو نهر النيل العظيم، وهو بمثابة مصدر هام لإنتاج الطاقة الكهرومائية في إفريقيا، فهو يصل ما بين البحيرات العظمي إلى الدلتا، ويمتاز بطوله حيث وصل طوله إلى 7 آلاف كيلو مترا، وهو لا تتمثل قيمته في إنتاج الطاقة الكهرومائية فقط وإنما هي مجرد ميزة من مميزاته فبجانب التمتع بمائه العذب الصالح للشرب إلا أن الأرضي المحيطة بمجري نهر النيل تعد من الأراضي الخصبة التي تسهل بها الزراعة إلى جانب تواجد الحياة البرية بشكل كبير في هذه الأراضي، ومن المعروف أنه لإنشاء سد في مجرى أي نهر يجب التعرف علي طبيعة دورة هذا النهر علي مر السنين، ومصر تمتلك آخر سد في هذا النهر العظيم وهو السد العالي، كما أنه تم التوجه لإنتاج الطاقة الكهرومائية من نهر النيل بشكل موسع أكبر من أي شكل سبق حيث اتجهت دولة إثيوبيا لبناء سد يسمى بسد النهضة أملاً في حل مشكلة الفقر في الطاقة في قارة إفريقيا، ومن المتداول عن هذا السد أنه عند اكتماله، سيعد أكبر سد منتج للطاقة الكهرومائية في إفريقيا ككل، ولكن بناء مثل هذا السد يكون له عواقب عديدة على دول المصب أمثال مصر والسودان، ولكن في الوقت نفسه سيعود بالخير الكبير على الدولة المنشأة له، بالرغم من الصعوبات المحتملة في بناءه، إلا أنه سيوفر العديد من فرص العمل كما سينتج أكبر قدر من الطاقة الكهرومائية على مستوى إفريقيا كلها.

إن اتجاه العالم نحو الطاقة المتجددة بات من الأمور الضرورية التي تتحتم على دول العالم التوجه لها نظرا لنفاذ مصادر الطاقة الغير متجددة باستمرار مع مرور الزمن، وحين يتجه العالم إلى الطاقة المتجددة ولا سيما المستخدمة في إنتاج الطاقة الكهربائية فلا تجد أمامك إلا الطاقة الكهرومائية ليس لأنها هي النوع الوحيد، ولكنها تعتبر النوع الأكبر على باقي أنواع الطاقات المتجددة التي ينتج عنها الكهرباء، فنحن نرى جميعا النسبة التي تحتلها الطاقة الكهربائية بين جميع الطاقات المتجددة الأخرى في إنتاج الطاقة الكهربائية، لذا فإن استخدام الطاقة الكهرومائية والتوسع في مجالاتها أصبح منتشرا بشدة في الفترة الأخيرة، ومن المعروف أن الطاقة المائية استخدمت في العديد من الأشياء قبل استخدامها لإنتاج الكهرباء، حيث تطور استخدام الطاقة المائية في العديد من الأشياء على مر العصور، وأيضا تم التعرف علي الكيفية التي تعمل بها محطات توليد الكهرباء أو ما تسمى بمحطات توليد الطاقة الكهرومائية، ومن ثم معرفة الفوائد التي تعود على الإنسان جراء إنتاج هذا النوع من الطاقة، وعلى الرغم من تلك الفوائد المغرية، إلا أن هناك العديد من الآثار السلبية لها ولا سيما على الحياة البرية والحيوانية وأيضا الحياة النباتية، لذا كانت دراسة هذه الفوائد والأضرار من الأشياء ذات الضرورة الكبيرة قبل البدء في إنشاء محطة توليد طاقة كهرومائية.