تمتلك المياه طاقة مستدامة، يمكن الاستفادة منها بشكل كبير في مجالات عديدة، ومن هذه المجالات، مجال الطاقة وبشكل واسع في توليد الطاقة الكهربائية باستخدام السدود المائية والاستفادة من ظاهرتي المد واجزر في المناطق القريبة من المسطحات المائية، وطاقة المياه هي طاقة رخيصة نسبيا ونظيفة في نفس الوقت.
وطاقة المياه، هي:
1 – الطاقة الكهرومائية (باستخدام السدود والتور بينات المائية)
2- طاقة المد والجزر.
3- طاقة الأمواج، والتي تستخدم الطاقة على شكل موجات.
تعد تكلفة الطاقة الكهرومائية منخفضة نسبيا، الأمر الذي جعلها مصدرا تنافسيا للطاقة المتجددة، لا تستهلك المحطة الكهرومائية أية مياه، تبلغ الكلفة القياسية للكهرباء في محطة كهرومائية بسعة أكبر من 10 كيلوواط، من (3 – 5) سنتات أمريكية لكل كيلوواط – ساعة، كما أن المحطة الكهرومائية لا تنتج أية نفايات مضرة بالبيئة، ويمكن حساب الطاقة المتولدة من التور باين المائي، بالمعادلة التالية:
Power = ɳ ρ g Q H watt (1)
In which,
ɳ - efficiency of turbine.
ρ – mass density of water. (kg/m3)
g – gravity. (m/s2)
Q – discharge (m3/s)
H – head (m)
من المعادلة أعلاه، يتضح بأنه كلما زاد التصريف أو الارتفاع، تزداد قيمة القدرة.
وتقدر نسبة الطاقة الكهرومائية المتولدة في العالم 19% من أنتاج الطاقة الكهربائية في العالم،
وتكمن أهميتها في أنها من مصادر الطاقة المتجددة والأقل خطرا على البيئة، وبشكل عام تعتبر عملية توليد هذا النوع من الطاقة عالية المردود، أذ يصل مردودها الى نسبة 80% - 90%، وربما أكثر.
وتعد الإمكانات التقنية لتنمية الطاقة الكهرومائية في مختلف أنحاء العالم أعظم بكثير من الإنتاج الفعلي، أذ تبلغ نسبة الطاقة الكهرومائية المحتملة والتي لم تطور 71% في أوربا و75% في أمريكا الشمالية و79% في أمريكا الجنوبية و95% في أفريقيا و95% في الشرق الأوسط و82% في أسيا والمحيط الهادي.
وبسبب الوقائع السياسية لخزانات المياه الجديدة في الدول الغربية، والقيود الاقتصادية في العالم الثالث والافتقار الى نظام نقل في المناطق غير المتقدمة، من المحتمل تنمية 25% من الإمكانات المتبقية القابلة للاستغلال التقني قبل عام 2050، مع أنه بعض البلدان قامت بتنمية قدراتها في مجال الطاقة المائية ولم يعد لديها سعة كافيه للنمو، أذ تنتج سويسرا 88% من إمكانياتها وتنتج المكسيك 80%. وتشكل نسبة الطاقة الكهرومائية المتحققة 70% من الطاقة المتجددة شكل (1) محطة كهرومائية، مقامة عند سد مائي.

2

لديها سعة كافيه للنمو، أذ تنتج سويسرا 88% من إمكانياتها وتنتج المكسيك 80%. وتشكل نسبة الطاقة الكهرومائية المتحققة 70% من الطاقة المتجددة شكل (1) محطة كهرومائية، مقامة عند سد مائي
أنواع التوريينات المائية
هناك ثلاثة أنواع من التوربينات المائية، يحدد استخدام كل نوع من أنواعها عاملين مهمين، وهما الارتفاع، وكمية التصريف.
1 – النوع الأول Pelton wheel
وهذا النوع من أنواع التوربينات المائية، (Impulse turbine) يحتاج تشغيله الى ارتفاع عالي للماء، لذلك هو يستخدم عند الشلالات في أمريكا الجنوبية وفي أفريقيا، حيث تكثر الشلالات، ولا تعتمد مقدار الطاقة المنتجة بواسطة هذا النوع على كمية الماء، أي يتطلب كمية ماء قليله (شكل 3)
2 – النوع الثاني Francis turbine
وهذا النوع من أنواع التوربينات المائية، هو من النوع Reaction turbine يتطلب كمية ماء متوسطة ((20 – 500 m 3/sكما يتطلب ارتفاع ماء متوسط القيمة، (45 – 200 m) وهذه المتطلبات هي التي تحدد
أمكانية استخدامه (شكل 4).
3 – النوع الثالث (Propeller turbine) وهو من النوع Axial flow turbine، وبعض أنواعه يسمى Kaplan turbine، وفي هذا النوع من التوربينات يمكن تغير زوايا ريش التورباين لزيادة الطاقة المستخلصة من هذا النوع من التوربينات، والمتطلبات المطلوبة لتشغيل هذا النوع من التوربينات هو ارتفاع قليل وكمية كبيرة من الماء.
طاقة المد والجزر (الطاقة القمرية)
وهي نوع من أنواع الطاقة الحركية والتي تكون مخزونة في التيارات المائية الناتجة من المد والجزر والناتجة بطبيعة الحال عن جاذبية القمر والشمس ودوران الأرض حول محورها.
الكثير من الدول الساحلية، بدأت بالاستفادة من هذه الطاقة الحركية لتوليد الطاقة الكهربائية باستغلال ظاهرة المد والجزر، وهناك طريقتين:
1 – طريقة بناء السدود، وكما منفذ في فرنسا في محطة Rance والتي بنيت في عام 1966، وتنتج 240 ميكاواط، وبني هذا السد للتحكم في التيارات الناتجة عن المد والجزر وتوجيه هذه التيارات بطريقة تمر بفتحات التوربينات، وهذه التوربينات شبيهة بالمراوح التي تستخدم لتوليد الطاقة من الرياح، ولكن في هذه الحالة تثبت 24 مروحة على سد بطول 750 متر.
2 – طريقة الأبراج: تعتمد هذه الطريقة على تثبيت مروحة توربينية واحدة أو مروحتين على برج متين بحيث تكون المراوح تحت سطح الماء، والشكل يوضح أحد الأبراج المستخدمة بأنتاج الكهرباء بواسطة المد والجزر، لاحظ سرعة الماء بعد أصطدامة ببرج التثبيت.
ومن الجدير بالذكر، أن سرعة موجة المد تصل الى 2.5 م / ثا وربما تصل الى 10 م/ ثا، ولا تشكل الأبراج عائقا، كما في حالة السدود، لذلك فهي أنسب من ناحية المحافظة على البيئة. يوضح كيفية تثبيت مروحة التوربين على البرج لمحطة تجريبية في شمال أيرلندا وبقوة 300 كيلوواط، ويلاحظ في الشكل مروحة التوربين، قد رفعت فوق سطح الماء لأجراء أعمال صيانة.

اعداد: د.عبد الكريم عبد الوهاب - جامعة المستقبل