محطة الطاقة الكهرومائية: ما هي وكيف تعمل
يتسبب إنشاء محطة لتوليد الطاقة الكهرومائية في آثار اجتماعية وبيئية لا رجعة فيها
صورة Dan Meyers على Unsplash
يتكون مصنع الطاقة الكهرومائية من مجموعة من الأعمال والمعدات المستخدمة لإنتاج الطاقة الكهربائية من خلال الاستفادة من الإمكانات الهيدروليكية الموجودة في النهر. يتم توفير هذه القوة من خلال تدفق النهر وتركيز التفاوت الموجود على طول مجراه ، والذي يمكن أن يكون طبيعيًا أو مبنيًا على شكل سدود أو من خلال تحويل النهر من قاعه الطبيعي إلى تكوين الخزانات. على الرغم من استخدام مصدر طاقة متجددة لتوليد الكهرباء ، فإن محطة الطاقة الكهرومائية تسبب آثارًا اجتماعية وبيئية لا رجعة فيها في المنطقة التي تم تركيبها فيها.
ما هو مصنع الطاقة الكهرومائية؟
المحطة الكهرومائية هي عمل هندسي يستخدم طاقة الماء لإنتاج الكهرباء. يُعرف أيضًا باسم محطة الطاقة الكهرومائية أو محطة الطاقة الكهرومائية ، وهو هيكل كبير يستفيد من حركة الأنهار للحصول على الكهرباء. ومع ذلك ، فإن تركيب محطة لتوليد الطاقة الكهرومائية يتطلب أعمال هندسية معقدة تسبب العديد من الآثار الاجتماعية والبيئية على الموقع.
كيف يعمل مصنع الطاقة الكهرومائية؟
لإنتاج الكهرباء في محطة الطاقة الكهرومائية ، من الضروري أن يكون هناك تكامل بين تدفق النهر ، وعدم استواء التضاريس وكمية المياه المتاحة. باختصار ، يتم توجيه المياه المخزنة في الخزان إلى التوربينات الكبيرة. يتسبب تدفق هذه المياه في دوران التوربينات وتنشيط المولدات التي ستنتج الكهرباء.
بهذه الطريقة ، هناك تحول للطاقة الميكانيكية ، من حركة الماء إلى طاقة كهربائية. بمجرد تحويلها إلى طاقة كهربائية ، تزيد المحولات من جهد هذه الطاقة ، مما يسمح لها بالسفر عبر تدفقات النقل والوصول إلى المؤسسات التي تحتاج إلى طاقة كهربائية.
يتكون نظام المحطة الكهرومائية من:
سد
الغرض من السد هو قطع الدورة الطبيعية للنهر وإنشاء خزان للمياه. بالإضافة إلى تخزين هذا المورد ، يخلق الخزان فجوة مائية ، ويجمع المياه بكميات كافية لإنتاج الكهرباء وينظم تدفق الأنهار في فترات المطر والجفاف.
نظام جمع المياه (التقريب)
يتكون هذا النظام من أنفاق وقنوات وقنوات معدنية تنقل المياه إلى محطة توليد الكهرباء.
القوة
في هذا الجزء من النظام توجد التوربينات متصلة بمولد. تسمح هذه الأداة بحركة التوربينات لتحويل الطاقة الحركية لحركة الماء إلى طاقة كهربائية. هناك عدة أنواع من التوربينات ، أهمها بيلتون وكابلان وفرانسيس وبصلة. أنسب التوربينات لكل محطة كهرومائية يعتمد على رأس السقوط وتدفق النهر.
قناة الهروب
بعد المرور عبر التوربينات ، يتم إرجاع الماء إلى قاع النهر الطبيعي من خلال الذيل. تقع قناة الهروب بين محطة توليد الكهرباء والنهر وتعتمد أبعادها على حجم محطة توليد الكهرباء والنهر المعني.
مفيض
يسمح مجرى الصرف بتدفق المياه إلى الخارج إذا تجاوز مستوى الخزان الحدود الموصى بها ، والتي تحدث عادة في فترات المطر. يتم فتح قناة تصريف المياه عند ضعف إنتاج الكهرباء لأن مستوى المياه أعلى من المستوى المثالي ؛ أو لتجنب الفيضانات والفيضانات حول النبات ، أحداث شائعة في فترات الأمطار الشديدة.
أنواع محطات الطاقة الكهرومائية
مصنع جري النهر
لتجنب الضرر الناجم عن إنشاء محطات الطاقة الكهرومائية التقليدية ، تم إنشاء محطات جريان النهر ، وهو خيار أكثر استدامة لا يستخدم خزانات مياه كبيرة ، مما يقلل من هيكل السدود وأبعاد الفيضانات. في هذا النموذج ، تُستخدم طاقة التيارات النهرية لتوليد الطاقة ، دون الحاجة إلى تخزين المياه.
النباتات مثل Santo Antônio و Jirau ، على نهر ماديرا ، و Belo Monte ، في بارا ، لها هياكلها على أساس مفهوم جريان النهر. حتى في حالة عدم وجود خزانات كبيرة ، فإن هذه المصانع تحتفظ بحد أدنى من الاحتياطي لضمان تشغيلها واستقرارها.
على الرغم من وجود مزايا اجتماعية وبيئية ، فإن محطة جريان النهر تقلل من أمن الطاقة في البلاد. هذا لأنه في فترات الجفاف الطويلة ، يمكن أن تنفد المياه من هذه الهياكل لتوليد الكهرباء ، لأن خزاناتها ذات الحجم الصغير لا تسمح بالتشغيل لفترات طويلة.
وفقًا للمتخصصين ، فإن البديل لتعويض الإمكانات المحدودة لهذه المصانع هو الاستثمار في المصادر التكميلية. وبالتالي ، في الفترات التي تعمل فيها محطات توليد الطاقة الكهرومائية في مجرى النهر بقدرة منخفضة ، يمكن استخدام توليد الطاقة من خلال الرياح أو مصادر الطاقة الشمسية ، مما يضمن الإمداد وموازنة الآثار التي تسببها كل واحدة.
النباتات ذات الخزانات المتراكمة
تعمل محطات الطاقة الكهرومائية ذات الخزانات المتراكمة على تخزين المياه وتنظيم عملها لتلبية متطلبات الطاقة. يتم الحصول على السعة التخزينية من خلال سد يقع في الجزء العلوي من المحطة ، واعتمادًا على قدرتها ، هناك حديث عن التنظيم الموسمي والسنوى والسنوى المفرط.
محطات الطاقة الكهرومائية في البرازيل
البرازيل هي ثالث أكبر منتج للطاقة الكهرومائية في العالم ، بعد كندا والولايات المتحدة. بالإضافة إلى ذلك ، فهي أيضًا ثالث دولة تتمتع بأكبر إمكانات هيدروليكية ، بعد روسيا والصين. حوالي 90٪ من الكهرباء المولدة في البرازيل تأتي من محطات الطاقة الكهرومائية.
يوجد ما يزيد قليلاً عن 100 محطة لتوليد الطاقة الكهرومائية منتشرة في جميع أنحاء البرازيل. من بينها ، يتميز خمسة منهم بقدرتهم على توليد الكهرباء:
- محطة Itaipu Binacional للطاقة الكهرومائية: تقع على نهر بارانا ، وهي تغطي جزءًا من ولاية بارانا وجزءًا من باراغواي ؛
- محطة بيلو مونتي لتوليد الطاقة الكهرومائية: تقع على نهر زينغو في بارا ؛
- محطة توكوروي لتوليد الطاقة الكهرومائية: تقع على نهر توكانتينس ، أيضًا في ولاية بارا ؛
- محطة جيراو للطاقة الكهرومائية: تقع على نهر ماديرا في روندونيا ؛
- محطة سانتو أنطونيو للطاقة الكهرومائية: تقع على نهر ماديرا ، أيضًا في روندونيا.
الفضول
- أكبر محطة للطاقة الكهرومائية في العالم هي Three Gorges Plant ، الواقعة في الصين ؛
- اعتبرت الجمعية الأمريكية للمهندسين المدنيين (ASCE) أن محطة إيتايبو لتوليد الطاقة واحدة من "عجائب الدنيا السبع في العالم الحديث". إنها ثاني أكبر محطة للطاقة الكهرومائية في العالم وتنتج 20٪ من الطلب البرازيلي و 95٪ من الطلب على الكهرباء في باراغواي ؛
- حوالي 20٪ من الكهرباء المنتجة في جميع أنحاء العالم تأتي من محطات الطاقة الكهرومائية.
التأثيرات الاجتماعية والبيئية لمحطة الطاقة الكهرومائية
على الرغم من أن الطاقة الكهرومائية تعتبر مصدرًا للطاقة المتجددة ، إلا أن تقرير Aneel يشير إلى أن مشاركتها في المصفوفة الكهربائية العالمية صغيرة وأصبحت أصغر. وبحسب التقرير ، فإن هذا النقص المتزايد في الاهتمام سيكون نتيجة العوامل الخارجية السلبية الناشئة عن تنفيذ مشاريع بهذا الحجم.
من الآثار السلبية لإنشاء محطة كهرومائية هو التغيير الذي تسببه في طريقة حياة السكان الذين يقيمون في المنطقة. من المهم التأكيد على أن هذه المجتمعات غالبًا ما تكون مجموعات بشرية محددة على أنها مجموعات سكانية تقليدية (الشعوب الأصلية ، كويلومبولاس ، مجتمعات الأمازون الواقعة على ضفاف النهر وغيرها) ، والتي يعتمد بقاؤها على استخدام الموارد من المكان الذي يعيشون فيه ، وخاصة الأنهار ، والذين لديهم روابط ثقافية النظام مع الإقليم.
هل الطاقة المولدة في محطة الطاقة الكهرومائية نظيفة؟
على الرغم من اعتباره مصدرًا نظيفًا للطاقة ، فإن توليد الطاقة الكهرومائية يساهم في انبعاث ثاني أكسيد الكربون والميثان ، وهما غازان يؤديان إلى زيادة الاحتباس الحراري.
يرجع انبعاث ثاني أكسيد الكربون (CO2) إلى تحلل الأشجار التي تبقى فوق مستوى الماء في الخزانات ، ويحدث إطلاق غاز الميثان (CH4) من خلال تحلل المواد العضوية الموجودة في قاع الخزان. مع زيادة عمود الماء ، يزداد أيضًا تركيز الميثان (CH4). عندما يصطدم الماء بتوربينات المحطة ، يؤدي الاختلاف في الضغط إلى إطلاق غاز الميثان في الغلاف الجوي. يتم إطلاق الميثان أيضًا في مسار المياه من خلال مجرى تصريف النبات ، عندما يتم رش الماء في قطرات ، بالإضافة إلى التغيير في الضغط ودرجة الحرارة.
نظرًا لعدم دمج الميثان في عمليات التمثيل الضوئي ، فإنه يعتبر أكثر ضررًا للاحترار العالمي مقارنة بثاني أكسيد الكربون. يحدث هذا بسبب تحييد جزء كبير من ثاني أكسيد الكربون المنبعث من خلال عمليات الامتصاص التي تحدث في الخزان.
الأضرار التي تلحق بالحيوانات والنباتات
الآثار الرئيسية لبناء محطة لتوليد الطاقة الكهرومائية على الحيوانات والنباتات المحلية هي:
- تدمير الغطاء النباتي الطبيعي ؛
- ترسيب مجاري الأنهار ؛
- انهيار الحواجز
- انقراض أنواع الأسماك بسبب التدخل في عمليات الهجرة والتكاثر (بيراسيما) ؛
- تحمض الماء عندما لا يتم تنظيف المنطقة التي سيتم استخدامها لخزان المحطة بشكل صحيح ؛
- فقدان النباتات والحيوانات المائية والبرية المحلية ؛
- حدوث أنشطة زلزالية بسبب وزن الماء على الركيزة الصخرية الأساسية ؛
- التغيرات في الماء في الخزان بسبب درجة الحرارة والأكسجين (الأكسجين المذاب) ودرجة الحموضة (حدوث التحمض) ؛
- تلوث المياه وتلوثها وإدخال مواد سامة في الخزانات بسبب تدفق المبيدات الحشرية ومبيدات الأعشاب ومبيدات الفطريات من المزارع الموجودة مسبقًا في المنطقة التي غمرتها الفيضانات ؛
- إدخال أنواع غريبة في الخزانات ، غير متوازنة مع النظم الإيكولوجية للحوض الهيدروغرافي ؛
- إزالة الغابات النهرية ؛
- زيادة الصيد الجائر من قبل الصيادين المحترفين أو في الأنشطة الترفيهية ؛
- تنفيذ حاجز مادي يمنع الهجرة الموسمية للأنواع ، مما يخل بتوازن النظام البيئي ؛
- انخفاض في امتصاص الكربون عن طريق الغطاء النباتي المغمور ، مما يساهم في زيادة تأثير الاحتباس الحراري.
فقدان التربة
ستصبح التربة في المنطقة التي غمرتها المياه بالضرورة غير صالحة للاستعمال لأغراض أخرى. تصبح هذه مشكلة مركزية في المناطق التي يغلب عليها الطابع المسطح مثل منطقة الأمازون. نظرًا لأن قوة المصنع تُعطى من خلال العلاقة بين تدفق النهر وعدم استواء التضاريس ، إذا كانت التضاريس منخفضة التفاوت ، فيجب تخزين كمية أكبر من المياه ، مما يعني وجود مساحة خزان واسعة.
التغييرات في الهندسة الهيدروليكية للنهر
تميل الأنهار إلى تحقيق توازن ديناميكي بين التصريف ، ومتوسط سرعة المياه ، وحمل الرواسب ، وتشكل القاع. يؤثر بناء الخزانات على هذا التوازن ، وبالتالي يتسبب في تغيرات في الترتيب الهيدرولوجي والرسوبي ، ليس فقط في موقع الحجز ، ولكن أيضًا في المنطقة المحيطة وفي الطبقة الموجودة أسفل الخزان.
وبهذه الطريقة ، يؤثر تكوين خزانات محطات الطاقة الكهرومائية بشكل عام على التربة الأكثر خصوبة والأراضي الصالحة للزراعة ، مما يؤدي إلى تفكك السكان المحليين ، مما يفقد خصائصه التاريخية وهويته الثقافية وعلاقاته بالمكان ، بالإضافة إلى التغيير في النظم البيئية المائية و تدمير النباتات والحيوانات.
