محطات التوليد المائية

محطات التوليد المائية
1) مقـدمـة:
يتناول هذا البحث إعطاء فكرة وجيزة عن فكرة الطاقة وأنواعها، ثم محاولة دراسة محطات التوليد المائية بشيء من التفصيل.
2) تعريف الطاقة:
الطاقة هي المقدرة على القيام بعمل ما. وهناك صور عديدة للطاقة، يتمثل أهمها في الحرارة والضوء. الصوت أيضا عبارة عن طاقة. وهناك "الطاقة الميكانيكية" التي تولدها الآلات، و"الطاقة الكيميائية" التي تتحرر عند حدوث تغيرات كيميائية.
يمكن تحويل الطاقة من صورة إلى أخرى. فعلى سبيل المثال، يمكن تحويل الطاقة الكيميائية المختزنة في بطارية الجيب إلى ضوء .و يمكن أن تعمل يداك كأنهما آلة. فإذا" فركت" كفيك معا في جو بارد فانهما تصبحان دافئتين. إن الطاقة الميكانيكية الناتجة من تأثير" فرك" الكفين "بالاحتكاك" قد تحولت إلى حرارة.
كمية الطاقة الموجودة في العالم ثابتة على الدوام، فالطاقة لا تفنى ولا تستحدث. و عندما يبدو أن الطاقة قد استنفذت، فإنها في حقيقة الأمر تكون قد تحولت إلى صورة أخرى.
3) أنواع الطاقة:
يوجد للطاقة أشكال مختلفة مثل: الطاقة العضلية، الطاقة الحركية، الطاقة الشمسية، طاقة جريان الماء، طاقة مواد الوقود، الطاقة الكهربائية، الطاقة الكيماوية.
يميز علماء الفيزياء ستة أشكال متنوعة للطاقة، كل واحد قابل أن يتحول إلى أي شكل آخر. وهذه الأشكال هي:
• الطاقة الآلية تضم الطاقة الحركية والطاقة الكامنة.
• الطاقة الحرارية.
• الطاقة الكيميائية.
• الطاقة الكهربائية.
• الطاقة الإشعاعية.
• الطاقة النووية
إن نوع الطاقة الذي له علاقة ببحثنا هو الطاقة الكهربائية.
4) الطاقة الكهربائية:
إن عملية توليد أو إنتاج الطاقة الكهربائية هي في الحقيقة عملية تحويل الطاقة من شكل إلى آخر حسب مصادر الطاقة المتوفرة في مراكز الطلب على الطاقة الكهربائية وحسب الكميات المطلوبة لهذه الطاقة، الأمر الذي يحدد أنواع محطات التوليد وكذلك أنواع الاستهلاك، وأنواع الوقود ومصادره كلها تؤثر في تحديد نوع المحطة ومكانها وطاقتها.
ونذكر هنا أنواع محطات التوليد المستعملة على الصعيد العالمي ونركز على الأنواع المستعملة في بلادنا:
• محطات التوليد البخارية.
• محطات التوليد النووية.
• محطات التوليد المائية.
• محطات التوليد من المد والجزر.
• محطات التوليد ذات الاحتراق الداخلي (ديزل – غازية)
• محطات التوليد بواسطة الرياح.
• محطات التوليد بالطاقة الشمسية.
سنتناول فيما يلي عرض إحدى أنواع هذه المحطات موضوع البحث وهي محطات التوليد المائية.
5) محطات التوليد المائية:
تأتي الطاقة المائية من طاقة تدفق المياه أو سقوطها. ولقد كانت طاقة المياه من أول أنواع الطاقة التي تعلم الإنسان استخدامها منذ حوالي 2000 سنة، حيث اخترع إنسان الساقية (الناعورة)، وهي عبارة عن عجلة ذات أرياش حول إطارها، وعندما يرتطم الماء المتحرك بالأرياش فانه يدير العجلة، ويستخدم العجلة الدوارة في تسيير آلة. بهذه الطريقة تتحول طاقة المياه إلى طاقة ميكانيكية. لقد ظلت السواقي لمئات السنين تستخدم في طواحين المياه لطحن الغلال. كانت العجلات تدار بواسطة مياه الأنهار سريعة التدفق.
في الوقت الحاضر، يعتبر توليد الكهرباء من أهم استخدامات القدرة المائية، فعندما يتدفق الماء من مستوى عالٍ إلى مستوى منخفض فانه يدير التوربينات التي تشغل المولدات الكهربائية. والتوربين يعمل بنفس الطريقة التي تعمل بها الساقية ويطلق على الكهرباء التي تولد بهذه الطريقة اسم الكهرباء المائية. في العادة تشيد بجانب النهر محطة لتوليد القدرة الكهربية بالقوة المائية. يقام سد ليحجز خلفه مياه النهر، ثم يغذيها للتوربينات بقوة هائلة.
وهكذا، فإن المياه المتواجدة في أماكن مرتفعة كالبحيرات ومجاري الأنهار يمكن استعمالها في توليد الطاقة، خاصة إذا كانت طبيعة الأرض التي تهطل فيها الأمطار أو تجري فيها الأنهار جبلية ومرتفعة. ففي هذه الحالات يمكن توليد الكهرباء من مساقط المياه. أما إذا كانت مجاري الأنهار ذات انحدار خفيف فيقتضي عمل سدود في الأماكن المناسبة من مجرى النهر لتخزين المياه. تنشأ محطات التوليد عادة بالقرب من هذه السدود كما هو الحال في مجرى نهر النيل. وقد بني السد العالي وبنيت معه محطة توليد كهرباء بلغت قدرتها المركبة 1800 ميغاواط. وعلى نهر الفرات في شمال سوريا بني سد ومحطة توليد كهرباء بلغت قدرتها المركبة 800 ميغاواط.
إذا كان مجرى النهر منحدرا انحدار كبيرا فيمكن عمل تحويل في مجرى النهر باتجاه أحد الوديان المجاورة وعمل شلال اصطناعي. هذا بالإضافة إلى الشلالات الطبيعية التي تستخدم مباشرة لتوليد الكهرباء كما هو حاصل في شلالات نياغرا بين كندا والولايات المتحدة.
وبصورة عامة، فإن أية كمية من المياه موجودة على ارتفاع معين تحتوي على طاقة كامنة في موقعها. فإذا هبطت كمية المياه إلى ارتفاع أدنى تحولت الطاقة الكامنة إلى طاقة حركية. وإذا سلطت كمية المياه على توربينة مائية دارت بسرعة كبيرة وتكونت على محور التوربينة طاقة ميكانيكية. وإذا ربطت التوربينة مع محور المولد الكهربائي تولد على أطراف العضو الثابت من المولد طاقة كهربائية.
مكونات محطة التوليد المائية: تتألف محطة توليد الكهرباء المائية بصورة عامة من الأجزاء الرئيسية التالية:
• مساقط المياه (المجرى المائل): وهو عبارة عن أنبوب كبير أو أكثر يكون في أسفل السد أو من أعلى الشلال إلى مدخل التوربينة، وتسيل فيه المياه بسرعة كبيرة. يوجد صمام (بوابة) في أوله وصمام آخر في آخره للتحكم في كمية المياه التي تدور التوربينة . تجدر الإشارة إلى أن السدود وبوابات التحكم وأقنية المياه الموصلة للأنابيب المائلة تختلف حسب كمية المياه وأماكن تواجدها.

• التوربين: تكون التوربينة والمولد عادة في مكان واحد مركبين على محور رأسي واحد. يركب المولد فوق التوربينة .وعندما تفتح البوابة في أسفل الأنابيب المائلة تتدفق المياه بسرعة كبيرة في تجاويف مقعرة فتدور بسرعة وتدير معها العضو الدوار في المولد حيث تتولد الطاقة الكهربائية على أطراف هذا المولد.
• أنبوبة السحب: بعد أن تعمل المياه المتدفقة في تدوير التوربين فلا بد من سحبها للخارج بسرعة ويسر حتى لا تعوق الدوران. لذا توضع أنابيب بأشكال خاصة لسحبها للخارج بالسرعة اللازمة.
• المعدات والآلات المساعدة: تحتاج محطات التوليد المائية إلى العديد من الآلات المساعدة مثل المضخات والبوابات والمفاتيح ومعدات تنظيم سرعة الدوران وغيرها.
6) الخاتمة:
إن احتياجات البشرية في ازدياد مستمر للطاقة وخاصة الكهربائية منها. وإن كمية الطاقة الكهربائية المنتجة عن طريق المياه لعبت في الماضي وتلعب في الحاضر دورا هاما في تلبية حاجيات المجتمعات البشرية.

5) محطات التوليد المائية:
حيث توجد المياه في أماكن مرتفعة كالبحيرات ومجاري الأنهار يمكن التفكير بتوليد الطاقة، خاصة إذا كانت طبيعة الأرض التي تهطل فيها الأمطار أو تجري فيها الأنهار جبلية ومرتفعة. ففي هذه الحالات يمكن توليد الكهرباء من مساقط المياه. أما إذا كانت مجاري الأنهار ذات انحدار خفيف فيقتضي عمل سدود في الأماكن المناسبة من مجرى النهر لتخزين المياه . تنشأ محطات التوليد عادة بالقرب من هذه السدود كما هو الحال في مجرى نهر النيل. وقد بني السد العالي وبنيت معه محطة توليد كهرباء بلغت قدرتها المركبة 1800 ميغاواط . وعلى نهر الفرات في شمال سوريا بني سد ومحطة توليد كهرباء بلغت قدرتها المركبة 800 ميغاواط .
إذا كان مجرى النهر منحدرا انحدار كبيرا فيمكن عمل تحويل في مجرى النهر باتجاه أحد الوديان المجاورة وعمل شلال اصطناعي . هذا بالإضافة إلى الشلالات الطبيعية التي تستخدم مباشرة لتوليد الكهرباء كما هو حاصل في شلالات نياغرا بين كندا والولايات المتحدة. وبصورة عامة أن أية كمية من المياه موجودة على ارتفاع معين تحتوي على طاقة كامنة في موقعها. فإذا هبطت كمية المياه إلى ارتفاع أدنى تحولت الطاقة الكامنة إلى طاقة حركية. وإذا سلطت كمية المياه على توربينة مائية دارت بسرعة كبيرة وتكونت على محور التوربينة طاقة ميكانيكية . وإذا ربطت التوربينة مع محور المولد الكهربائي تولد على أطراف العضو الثابت من المولد طاقة كهربائية.

-مكونات محطة التوليد المائية : Components of Hydro-Electric Station تتألف محطة توليد الكهرباء المائية بصورة عامة من الأجزاء الرئيسية التالية:
• مساقط المياه (المجرى المائل) Penstock: وهو عبارة عن أنبوب كبير أو أكثر يكون في أسفل السد أو من أعلى الشلال إلى مدخل التوربينة وتسيل فيه المياه بسرعة كبيرة. يوجد سكر في أوله (بوابة) (VALVE) وسكر آخر في آخره للتحكم في كمية المياه التي تدور التوربينة . تجدر الإشارة إلى أن السدود وبوابات التحكم وأقنية المياه الموصلة للأنابيب المائلة تختلف حسب كمية المياه وأماكن تواجدها.
• التوربين (Turbine): تكون التوربينة والمولد عادة في مكان واحد مركبين على محور رأسي واحد . يركب المولد فوق التوربينة . وعندما تفتح البوابة في اسفل الأنابيب المائلة تتدفق المياه بسرعة كبيرة في تجاويف مقعرة فتدور بسرعة وتدير معها العضو الدوار في المولد حيث تتولد الطاقة الكهربائية على أطراف هذا المولد.
• أنبوبة السحب(Draught Tubes): بعد أن تعمل المياه المتدفقة في تدوير التوربين فلا بد من سحبها للخارج بسرعة ويسر حتى لا تعوق الدوران . لذا توضع أنابيب بأشكال خاصة لسحبها للخارج بالسرعة اللازمة.
• المعدات والآلات المساعدة (Auxiliaries): تحتاج محطات التوليد المائية إلى العديد من الآلات المساعدة مثل المضخات والبوابات والمفاتيح ومعدات تنظيم سرعة الدوران وغيرها.

4.4.5) محطات التوليد من المد والجزر Tidal Power Stations:
المد والجزر من الظواهر الطبيعية المعروفة عند سكان سواحل البحار، فهم يرون مياه البحر ترتفع في بعض ساعات اليوم وتنخفض في البعض الآخر. وقد لا يعلمون أن هذا الارتفاع ناتج عن جاذبية القمر عندما يكون قريبا من هذه السواحل وأن ذلك الانخفاض يحدث عندما يكون القمر بعيدا عن هذه السواحل، أي عندما يغيب القمر، علما أن القمر يدور حول الأرض في مدار أهليجي أي بيضاوي الشكل دورة كل شهر هجري، وأن الأرض تدور حول نفسها كل أربع وعشرين ساعة. فإذا ركزنا الانتباه على مكان معين، وكان القمر ينيره في الليل ، فهذا معناه أنه قريب من ذلك المكان وأن جاذبيته قوية . لذا ترتفع مياه البحر. وبعد مضي أثنى عشرة ساعة من ذلك الوقت ، يكون القمر بالجزء المقابل قطريا، أي بعيدا عن المكان ذاته بعدا زائدا بطول قطر الكرة الأرضية فيصبح اتجاه جا زبحة القمر معاكسة وبالتالي ينخفض مستوى مياه البحر.
واكثر بلاد العالم شعورا بالمد والجزر هو الطرف الشمالي الغربي من فرنسا حيث يعمل مد وجزر المحيط الأطلسي على سواحل شبه جزيرة برنتانيا إلى ثلاثين مترا وقد أنشئت هناك محطة لتوليد الطاقة الكهربائية بقدرة 400 ميغاواط . حيث توضع توربينات خاصة في مجرى المد فتديرها المياه الصاعدة ثم تعود المياه الهابطة وتديرها مرة أخرى.
ومن الأماكن التي يكثر فيها المد والجزر السواحل الشمالية للخليج العربي في منطقة الكويت حيث يصل أعلى مد إلى ارتفاع 11 مترا ولكن هذه الظاهرة لا تستغل في هذه المناطق لتوليد الطاقة الكهربائية.
5.4.5)محطات التوليد ذات الاحتراق الداخلي Internal Combustion Engines :
محطات التوليد ذات الاحتراق الداخلي هي عبارة عن آلات تستخدم الوقود السائل (Fuel Oil) حيث يحترق داخل غرف احتراق بعد مزجها بالهواء بنسب معينة، فتتولد نواتج الاحتراق وهي عبارة عن غازات على ضغط مرتفع تستطيع تحريك المكبس كما في حالة ماكينات الديزل أو تستطيع تدوير التوربينات حركة دورا نية كما في حالة التوربينات الغازية.
• توليد الكهرباء بواسطة الديزل (Diesel Power Station): تستعمل ماكينات الديزل في توليد الكهرباء في أماكن كثيرة في دول الخليج وخاصة في المدن الصغيرة والقرى. وهي تمتاز بسرعة التشغيل وسرعة الإيقاف ولكنها تحتاج إلى كمية مرتفعة من الوقود نسبيا وبالتالي فان كلفة الطاقة المنتجة منها تتوقف على أسعار الوقود. ومن ناحية أخرى لا يوجد منها وحدات ذات قدرات كبيرة، 3 ميغاواط فقط. وهذه المولدات سهلة التركيب وتستعمل كثيرة في حالات الطوارئ أو أثناء فترة ذروة الحمل. وفي هذه الحالة يعمل عادة عدد كبير من هذه المولدات بالتوازي لسد احتياجات مراكز الاستهلاك.
• توليد الكهرباء بالتوربينات الغازية (Gas Turbine): تعتبر محطات توليد الكهرباء العاملة بالتوربينات الغازية حديثة العهد نسبيا ويعتبر الشرق الأوسط من اكثر البلدان استعمالا لها. وهي ذات سعات وأحجام مختلفة من 1 ميغاواط إلى 250ميغاواط، تستعمل عادة أثناء ذروة الحمل في البلدان التي يوجد فيها محطات توليد بخارية أو مائية، علما أن فترة إقلاعها وإيقافها تتراوح بين دقيقتين وعشرة دقائق.
وفي معظم دول الشرق الأوسط، وخاصة في المملكة العربية السعودية، فتستعمل التوربينات الغازية لتوليد الطاقة طوال اليوم بما فيه فترة الذروة. ونجد اليوم في الأسواق وحدات متنقلة من هذه المولدات لحالات الطوارئ مختلفة الأحجام والقدرات.
تمتاز هذه المولدات ببساطتها ورخص ثمنها نسبيا وسرعة تركيبها وسهولة صيانتها وهي لا تحتاج إلى مياه كثيرة للتبريد. كما تمتاز بإمكانية استعمال العديد من أنواع الوقود (البترول الخام النقي – الغاز الطبيعي – الغاز الثقيل وغيرها.....). وتمتاز كذلك بسرعة التشغيل وسرعة الإيقاف.
وأما سيئاتها فهي ضعف المردود الذي يتراوح بين 15 و 25 % كما أن عمرها الزمني قصير نسبيا وتستهلك كمية اكبر من الوقود بالمقارنة مع محطات التوليد الحرارية البخارية.

مكونات محطات التوربينات الغازية(Components of Gas Turbines):
إن الأجزاء الرئيسية التي تتكون منها محطة التوليد بالتوربينات الغازية هي ما يلي:
• ضاغط الهواء The Air Compressor: وهو يأخذ الهواء من الجو المحيط ويرفع ضغطه إلى عشرات الضغوط الجوية.
• غرفة الاحتراق The Combustion Chamber: وفيها يختلط الهواء المضغوط الآتي من مكبس الهواء مع الوقود ويحترقان معا بواسطة وسائل خاصة بالاشتعال. وتكون نواتج الاحتراق من الغازات المختلفة على درجات حرارة عالية وضغط مرتفع.
• التوربين The Turbine : وهي عبارة عن توربين محورها أفقي مربوط من ناحية مع محور مكبس الهواء مباشرة و من ناحية أخرى مع المولد ولكن بواسطة صندوق تروس لتخفيف السرعة لأن سرعة دوران التوربين عالية جدا لا تتناسب مع سرعة دوران المولد الكهربائي. تدخل الغازات الناتجة عن الاحتراق في التوربين فتصطدم بريشها الكثيرة العدد من ناحية الضغط المنخفض (يتسع قطر التوربين من هذه الناحية) إلى الهواء عن طريق مدخنة.
• المولد الكهربائي The Generator : يتصل المولد الكهربائي مع التوربين بواسطة صندوق تروس لتخفيف السرعة كما ذكرنا وفي بعض التوربينات الحديثة تقسم التوربين إلى توربينتين واحدة للضغط والسرعة العالية متصلة مباشرة مع مكبس الهواء والثانية تسمى توربينة القدرة متصلة مباشرة مع محور المولد الكهربائي .
• الآلات والمعدات المساعدة Auxiliaries : تحتاج محطات التوربينات الغازية إلى بعض المعدات والآلات المساعدة على النحو التالي:
- مصافي الهواء قبل دخوله إلى مكبس الهواء.
- مساعد التشغيل الأولي وهو إما محرك ديزل أو محرك كهربائي.
- وسائل المساعدة على الاشتعال .
- آلات تبريد مياه تبريد المحطة.
- معدات قياس الحرارة والضغط في كل مرحلة من مراحل العمل.
- معدات القياس الكهربائية المعروفة المختلفة.
-
6.4.5) محطات توليد الكهرباء بواسطة الرياح Win Power Station :
يمكن استغلال الرياح في الأماكن التي تعتبر مجاري دائمة لهذه الرياح في تدوير مراوح كبيرة وعالية لتوليد الطاقة الكهربائية. وعلى سبيل المثال هناك مدن صغيرة في الولايات المتحدة و أوروبا تستمد الطاقة الكهربائية اللازمة للاستهلاك اليومي من محطة توليد كهرباء تعمل بالرياح يبلغ طول شفرة مروحتها 25 مترا.

7.4.5) محطات التوليد بالطاقة الشمسية:
ما يمكن أن ينتج عنه أعمال تطبيقية أصبحت في التداول التجاري هي استغلال الطاقة الشمسية لإنتاج الطاقة الكهربائية وفي تسخين مياه الاستعمال المنزلي وخاصة في التجمعات الطلابية والعمالية.

5.5) الطاقة الإشعاعية:
إن الإشعاع الكهرومغناطيسي يحتوي على طاقة تتوقف على طول الموجة والتردد. من الناحية الكمية، فإن هذه الطاقة هي مجموع طاقة الفوتونات (Photons) المكونة لهذه الإشعاعات. وتتسبب هذه الطاقة في كثير من التحويلات: فهي تخزن في المادة عند امتصاصها للإشعاع ويتم إعادتها إلى المحيط الخارجي على شكل ضوء أو حرارة.

6.5) الطاقة النووية:
الطاقة النووية تسمى أيضًا الطاقة الذرية وهي أشد أنواع الطاقة المعروفة فاعلية. فهي تولّد ضوء الشمس الشديد وحرارتها الهائلة. وقد وجد العلماء والمهندسون استعمالات كثيرة لهذه الطاقة ولاسيما في إنتاج الكهرباء، ولكنهم لم يستطيعوا حتى الآن الاستفادة من كامل قدرتها. ويمكن أن تزود الطاقة النووية العالم كله بالكهرباء لملايين السنين لو أمكن تطويرها تطويرًا كاملاً.
لم يعرف العلماء شيئًا عن الطاقة النووية حتى أوائل القرن العشرين، حين قاموا باكتشافات مهمة في المادة و الطاقة، وكانوا يعرفون من قبل أن كل المواد تتكوّن من ذرات، لكنهم عَلِموا بعد ذلك أن معظم كتلة الذرة تعود إلى نواتها، وأن هذه النواة متماسكة بقوة هائلة جدًا، يحتشد فيها مقدار ضخم من الطاقة بفضل هذه القوة. وكانت الخطوة التالية جَعْل النواة تُطْلقُ تلك الطاقة.
استطاع العلماء إطلاق الطاقة النووية على نطاق واسع لأول مرة في جامعة شيكاغو عام 1942م بعد ثلاث سنوات من بداية الحرب العالمية الثانية. وأدى إنجازهم هذا إلى تطوير القنبلة الذرية التي فُجِّرت للمرة الأولى في الصحراء قرب ألاموجوردو بولاية نيومكسيكو بالولايات المتحدة في 16 يوليو 1945م. وقد أسقطت طائرات الولايات المتحدة في أغسطس من العام نفسه قنبلتين نوويتين على كل من هيروشيما وناكازاكي، وهما مدينتان يابانيتان. وقد دمرت القنبلتان كلتا المدينتين تدميرًا كبيرًا. وفي عام 1949م أصبح الاتحاد السوفييتي (سابقًا) الدولة الثانية التي فجرت القنبلة الذرية. أما اليوم فهناك ستّ دول على الأقل تملك قنابل نووية.
بدأ تطوير الاستعمالات السلمية للطاقة النووية منذ عام 1945م؛ الطاقة التي تطلقها النواة تولّد كميات كبيرة من الحرارة. ويمكن استخدام هذه الحرارة لتوليد البخار الذي يمكن استعماله لإنتاج الكهرباء. وقد اخترع المهندسون أجهزة تسمى المفاعلات النووية وذلك من أجل إنتاج الطاقة النووية والتحكم فيها.
ويعمل المفاعل النووي مثل الفرن إلى حدٍ ما، ولكن بدلاً من استعمال الفحم الحجري أو النِّفط وقودًا تستخدم المفاعلات في الغالب، اليورانيوم. وبدلاً من الاحتراق في المفاعل يحدث لليورانيوم انشطار، أي تنفلق نواته إلى قسمين مُطْلِقَة طاقةً معظمها طاقة حرارية. ويطلق 0,45كغم من اليورانيوم من الطاقة ما ينتج من احتراق ألف طن متري من الفحم الحجري.
وأهم استعمال سلمي للطاقة النووية هو إنتاج الطاقة الكهربائية. ويعتمد أكثر من نصف إنتاج الطاقة الكلي على الطاقة النووية في بعض البلدان مثل فرنسا وبلجيكا والسويد. وتُسَيِّر الطاقة النووية أيضًا بعض الغواصات والسفن التي يُولِّد فيها المفاعل حرارة لتكوين بخار يحرك دواسرها. وإضافة إلى ذلك فإن للانشطار الذي يُولِّد الطاقة النووية قيمةً كبيرة إذ إنه يطلق أشعة وجسيمات تسمى الإشعاع النووي، تُستعمل في الطب والصناعة. ولكن يمكن أن يكون الإشعاع النووي خطيرًا جدًا، إذ يمكن أن ينجم عن التعرض لكميات ضارة من الإشعاع حالة تدعى داء الإشعاع.
1.6.5) دور الطاقة النووية في إنتاج القدرة:
تنتُج كلُّ الطاقة الكهربائية في العالم تقريبًا من محطات القدرة الحرارية ومحطات القدرة الكهرومائية. فالمحطات الحرارية تستخدم قوة البخار الناتج من الماء المغلي لتوليد الكهرباء، في حين تستعمل المحطات الكهرومائية قوة اندفاع الماء الساقط من سَد أو شلال. وتعمل معظم المحطات الحرارية بوقودٍ أحفوري يتكون من الفحم الحجري والزيت في المقام الأول، وذلك لتوليد الحرارة اللازمة لغلي الماء. وقد نشأ الوقود الأحفوري وتطور من بقايا النباتات والحيوانات التي ماتت منذ ملايين السنين. أما باقي المحطات الحرارية فتستخدم انشطار اليورانيوم لتوليد الحرارة.
يُعَدُّ تشغيل المحطات الكهرومائية أرخص كثيرًا من محطات الوقود الأحفوري. وهي كذلك أنظف منها؛ لأن محطات الوقود الأحفوري تلوّث الهواء كثيرًا. ولكن القليل من البلدان يملك ما يكفي من الطاقة المائية القادرة على توليد مقادير كبيرة من الكهرباء. ولذلك تعتمد معظم البلدان ـ إلى حد بعيد ـ على محطات الوقود الأحفوري في إنتاج الكهرباء.
وليس في الأرض سوى مخزون محدد من الوقود الأحفوري، في حين يزداد الطلب عالميًا على الكهرباء كل سنة. لذلك يمكن أن تتزايد أهمية المحطات النووية أكثر فأكثر، ولكنها لا تنتج في الوقت الحالي سوى ما يقرب من 16% من الكهرباء في العالم.
2.6.5) توزيع الطاقة النووية في العالم:
في منتصف تسعينيات القرن العشرين كان هناك نحو 425 مفاعلاً نوويًا في 30 بلدًا. وتُخطِّط ستة أقطار أخرى لإقامة مفاعل واحد على الأقل في كل منها. ومعظم الدول يعجز عن الحصول على محطات طاقة نووية لأن هذه المحطات تتطلب معدات وأجهزة غالية الثمن.
وكان في الولايات المتحدة نحو 110 محطات قدرة نووية عاملة في أواخر ثمانينيات القرن العشرين، وتُعَدُّ بذلك المنتج الأول للقدرة النووية. وتولد مفاعلاتها النووية نحو 20% من مجمل القدرة الكهربائية للولايات المتحدة. وأهم الدول المنتجة الأخرى: كندا وفرنسا وبريطانيا واليابان وروسيا والسويد وألمانيا؛ وفي كندا يوجد 20 مفاعلاً نوويًا تنتج نحو 15% من الكهرباء التي تحتاج إليها البلاد. وقد ساعدت الولايات المتحدة والدول المنتجة الأخرى في تطوير محطات القدرة النووية في بلاد كالهند وباكستان.
3.6.5) مزايا الطاقة النووية وعيوبها:
تتميز محطات القدرة النووية عن محطات الوقود الأحفوري بميزتين رئيسيتين:
أ‌) تستعمل المحطات النووية وقودًا أقل كثيرًا مما تستهلكه محطة الوقود الأحفوري. فانشطار طن متري من اليورانيوم مثلاً يعطي طاقة حرارية تعادل ما ينتج عن احتراق ثلاثة ملايين طن من الفحم الحجري أو 12 مليون برميل من النفَّط.
ب‌) لا يطلق اليورانيوم إلى الجو مواد كيميائية ملوثة أو صلبة أثناء استعماله على عكس الوقود الأحفوري.
ولكن للطاقة النووية - على الرغم من مزاياها - ثلاثة عيوب رئيسية عملت على إبطاء تطور الطاقة النووية في العالم، وهي:
أ‌) تكلفة إنشاء المحطة النووية تفوق كثيرًا تكلفة إنشاء محطة الوقود الأحفوري.
ب‌) أخطار المحطات النووية كبيرة، لدرجة لا تجعلها تخضع لقوانين حكومية معينة يمكن أن تخضع لها محطات الوقود الأحفوري، كأن تفي هذه المحطات بمطالب السلطات الحكومية بحيث تكون قادرة على معالجة أي حالة طارئة تلقائيًا وبسرعة كبيرة. أضف إلى ذلك معارضة الكثيرين لإقامة محطات جديدة منذ ما حدث عام 1979م في محطات القدرة النووية المقامة في ثِري مايِلْ آيْلاند بالقرب من هارِسْبورْج في بنسلفانيا، والحادث الذي جرى عام 1986م في تشيرنوبل في الاتحاد السوفييتي (سابقًا).
ج‌) يستمر اليورانيوم في إطلاق إشعاعات خطيرة، ولفترة طويلة، بعد استعماله كوقود للطاقة النووية، كما أن مشكلة تخزين نفايات اليورانيوم لم تحل بعد.
4.6.5) التطوير الكامل للطاقة النووية:
يعتقد كثير من الخبراء أن فوائد القدرة النووية تفوق أي مشكلات تنجم عن إنتاجها. ويشير هؤلاء الخبراء إلى أن مخزون العالم من النِّفط يمكن أن يُستنفد في منتصف القرن الحادي والعشرين. وتمتلك روسيا والولايات المتحدة، والصين وبلاد أخرى ما يكفي من الفحم الحجري لسد حاجتها من الطاقة لمئات السنين. ولكن الفحم الحجري وقود غير نظيف، إذ يطلق، أثناء احتراقه، مقادير كبيرة من الكبريت وملوثات أخرى إلى الجو. ولو أمكن تطوير الطاقة النووية تطويرًا كاملاً فإنها يمكن أن تحل تمامًا محل الفحم الحجري والنفط، مصدرًا للطاقة الكهربائية.
ولكن يجب حل عدد من المشكلات قبل أن يتم تطوير الطاقة النووية تطويرًا كاملاً. فعلى سبيل المثال، يمكن القول إن كل المفاعلات النووية الموجودة حاليًا تتطلَّب نوعًا من اليورانيوم المعروف باليورانيوم ـ235 (U-235)، وهذا النوع مخزونه في العالم محدود، فلو استمر استخدامه بالمعدّل الحالي فإنه سينقص باطّراد، ويُسْتَنْفَدُ قبل منتصف القرن الجاري. لذلك لا يمكن أن تحل القدرة النووية محل مصادر القدرة الأخرى إلا حين يستطيع العلماء تطوير طريقة لإنتاج الطاقة النووية التي لا تتطلب اليورانيوم ـ 235.
6) إنتاج واستهلاك بعض أنواع الطاقة:
1.6) الطاقة الكهربائية ومصادرها:
بين سنتي 1950 و 1990 ارتفع الإنتاج والاستهلاك العالمي للطاقة الكهربائية من حوالي أقل من مليار كيلوواط ساعي إلى أكثر من 11.5 مليار كيلوواط ساعي. كما تغيرت مصادر هذه الطاقة: ففي سنة 1950، كان مصدر حوالي ثلثي الكهرباء ناتج عن مصادر حرارية تقليدية (بترول، غاز، فحم) وثلثه ناتج عن مصدر كهرومائي، وفي سنة 1990، أصبحت المصادر الحرارية تشكل ثلثي الطاقة العالمية، والمحطات الكهرومائية تنتج 20 في المائة و الطاقة النووية توفر 15 في المائة.
في سنة 1993، ثلثا الاستهلاك العالمي من الطاقة الكهربائية مس أقل من 20 في المائة من سكان العالم. فالولايات المتحدة استهلكت 1407 مليون مكافئ نفط(1م.ط.ن. = 4500 كيلوواط)، الاتحاد الأوروبي 961 مليون ط.م.ن.، واليابان 316 مليون.
2.6) محطات استغلال طاقة الرياح في أوروبا:
بعد النجاح في استغلال طاقة الرياح على البر من أجل توليد الكهرباء، اتجهت بعض الحكومات الأوروبية لنصب طواحين الهواء في البحار بسبب قوة الرياح هناك.
فالجا زبحة الاقتصادية لمثل هذه المشاريع لا يمكن تجاهلها وخصوصا على ضوء الارتفاع المتزايد
لأسعار الوقود ولكون الطاقات التقليدية وراء عدد كبير من المشاكل البيئية. ولذلك تستثمر الحكومات الأوروبية حاليا مبالغ طائلة في سبيل إنتاج طاقات بديلة لتوفير ما يحتاجه الإنسان والاقتصاد دون الإضرار بالطبيعة. وتعمل ألمانيا بشكل خاص كل ما في جهدها من أجل الاستثمار في هذا المجال الذي ينظر إليه الخبراء على انه القطاع الأفضل مستقبليا للحصول على طاقات بديلة.
وهكذا شيدت العشرات من محطات استغلال طاقة الرياح في كل من ألمانيا وفرنسا والسويد. من المنتظر أن تصل سعة إنتاج الطاقة في هذه المحطات إلى 10000 ميجاوات.

وتتوقع الوكالة الأوروبية أن يصل إنتاج الطاقة بهذه المحطات إلى 80000 ميجاوات بحلول سنة 2020 .


طواحين هواء على الأراضي الألمانية:
في مجال تقنية توليد الطاقة الكهربائية عن طريق استغلال قوة الرياح تتمتع ألمانيا بسمعة طيبة ، فهي "بطلة العالم" في مجال إنتاج المعدات الخاصة بهذه التقنية، كما أنها تُعد من أكثر دول العالم استغلالاً لها.
يعد الشعب الألماني من أكثر شعوب العالم وعياً بالبيئة وضرورة الحفاظ على سلامتها عن طريق التركيز على استخدام مصادر الطاقة المتجددة (البديلة) التي لا تضر بالمناخ أو بجودة الهواء. هذه "الفلسفة الحياتية" دفعت الرأي العام الألماني إلى تأييد إجراءات الحكومات الألمانية في السنوات العشرين الأخيرة التي قامت بدورها بإنشاء محطات لإنتاج الطاقة الكهربائية في "مزارع الرياح" بشكل مكثف في شتى أنحاء ألمانيا.
وحسب بيانات الحكومة هناك 16000 سارية منتشرة في البلاد حتى أن بعض القرى والبلدات الألمانية تحصل على حاجتها من الطاقة الكهربائية فقط عبر استخدام طاقة الرياح. وترغب السلطات الألمانية في توسيع هذه الظاهرة ونشر مثل تلك الساريات في البحار.
و يذكر أن الخبراء الألمان قاموا بوضع خطة مكونة من ثلاث مراحل لاستغلال طاقة الرياح: الأولى إنتاج 500 ميجاوات بحلول سنة 2007 . الثانية تصل سعتها 2000 إلى 2500 ميجاوات سنة 2010، وذلك من أجل الوصول إلى الهدف المنشود المتمثل في إنتاج 20 ألف إلى 25 ألف ميجاوات بحلول سنة 2030 في المرحلة الثالثة والأخيرة.
وتعود منزلة ألمانيا المميزة وتفوقها التكنولوجي في مجال استخدام طاقة الرياح والطاقة الشمسية أيضاً إلى التفوق العلمي لقطاعها الهندسي ودور هذا القطاع في مواكبة أحدث تطورات العصر، علاوة على الخبرة الألمانية الطويلة في التعامل المثمر والجدي مع التقنيات المحافظة على البيئة بصورة عامة. وينبغي التنويه في هذا الصدد إلى أن فوائد محطات توليد الطاقة القائمة على استغلال الرياح تكمن في أنها تحد من انبعاثات الغازات الضارة بالهواء مثل غاز ثاني أكسيد الكربون، كما أنها تعمل على توفير وقود النفط لأغراض أخرى مثل صناعة البتروكيماويات. وللتعبير عن هذا التطور بلغة الأرقام تكفي الإشارة إلى أن عدد عجلات الرياح المنتشرة في ألمانيا والتي تولد الطاقة الكهربائية قد وصل إلى 12250عجلة وأنها قادرة على إنتاج 9850 ميجاوات من الطاقة الكهربائية. وعلاوة على ذلك فإن فوائد طاقة الرياح لا تقتصر على أنها "طاقة خضراء" لا تضر البيئة فقط، بل أنها امتدت لتصبح قطاعاً يتميز بمرد وديته الاقتصادية، لأنه يخلق فرص عمل جديدة يحتاجها المجتمع في ظل التزايد المستمر في عدد العاطلين عن العمل. ففي الوقت الراهن يعمل حوالي 40 ألف شخص في مجال استغلال طاقة الرياح في ألمانيا.

طواحن الهواء في الدانمارك:
تعتبر الدانمارك إحدى الدول الرائدة في مجال نصب طواحين الهواء في البحار، إذ بدأت منذ سنتين في إنجاز هذا المشروع على سواحل بحر الشمال. وتمتد هذه المحطات على طول 14 كيلومترا بعلو 110 أمتار. ويعد مشروع بحر الشمال الأكبر من نوعه في العالم بسعة إنتاج تصل إلى 165 ميغاوات. وبفضل البنية التحتية التي أنجزتها الدانمارك فإنها ستتمكن من المنافسة في هذا السوق.

2.6) الطاقة الشمسية:
بالإضافة إلى استغلال طاقة الرياح، تعد ألمانيا من أكثر دول العالم تقدماً في مجال استغلال الطاقة الشمسية حيث استطاعت خلال عام 2004 تركيب خلايا شمسية بقدرة 300 ميجاوات، وهذه القدرة تمثل ثلث الإنتاج العالمي وثمانية أضعاف الخلايا الشمسية المركبة في ألمانيا في عام 2000. بذلك تحتل ألمانيا المركز الأول في العالم في مجال إنتاج الكهرباء من الطاقة الشمسية. وخلال عام 2004 انتهى بناء أكبر محطة كهرباء تعمل بالطاقة الشمسية في العالم لتزويد 1800 منزل بالكهرباء في الشطر الشرقي من ألمانيا في ولاية ساكسونيا. وقد تم تركيب 33500 لوحة شمسية في المحطة التي تبلغ طاقتها 5 ميجاوات. وتصنع الخلية الكهروضوئية، التي تملك القدرة على تحويل ضوء الشمس مباشرة إلى طاقة كهربائية، من عنصر السيلكون النقي الذي يتم معالجته كيميائياً، وهو عنصر متوفر بكثرة في القشرة الأرضية.

3.6) الطاقة النووية:
حتى و لو بلغ الحرص على الحفاظ على الطاقة ذروته، وغطي سطح الأرض بالألواح الشمسية و الطاحونات الهوائية - فأننا لا نزال بحاجة إلى موارد ضخمة من الكهرباء على مدار الساعة لكي تفي بالكثير من احتياجاتنا من الطاقة.
إن الطاقة النووية - شأنها شأن الطاقة الناتجة عن استخدام الرياح, المياه و الشمس – بإمكانها توليد طاقة دون انبعاث ثاني أكسيد الكربون أو غيره من الغازات الحبيسة.
الفرق الجوهري هو أن الطاقة النووية تكون هي الخيار الوحيد الذي يثبت تفوقه في القدرة على إنتاج كميات ضخمة من الكهرباء النظيفة على المستوى العالمي.
إن عالمنا لا يستطيع أن يفي باحتياجاته المتنامية للطاقة - بدون تلوث - دون اللجوء إلى التوسع الحاد في الطاقة النووية.
بدأ إنتاج الطاقة النووية قبل أكثر من 40 عام بقليل و تقوم الآن بتوليد الكهرباء على المستوى العالمي بكميات تعادل تلك الكميات التي أنتجت حينها باستخدام الموارد الأخرى مجتمعة.
2/3سكان العالم يعيشون في بلدان تكون فيها محطات الطاقة النووية جزء لا يتجزأ من الإنتاج الكهربائي و البنية التحتية الصناعية.
يعيش نصف سكان العالم في بلدان, أما يتم التخطيط فيها لبناء مفاعل للطاقة النووية أو تكون هذه في حيز البناء. لهذا سوف لا يتطلب التوسع السريع في الطاقة النووية تغيرات جذرية - و لكن ببساطة يتطلب مجرد الإسراع في تنفيذ الإستراتيجيات الحالية.
ينتج في الوقت الحاضر 440 مفاعل نووية الكهرباء في 31 دولة. وتعتمد أكثر من 15 دولة على الطاقة النووية في الحصول على 25% أو أكثر من احتياجاتها من الكهرباء.
في أوروبا و اليابان تكون حصة الكهرباء المنتجة نوويا أكثر من 30%.
في الولايات المتحدة, تولد الطاقة النووية 20% من الكهرباء.
في فرنسا، تولد حاليا الطاقة النووية 80 % من الكهرباء.
يستخدم العلماء في أكثر من 50 دولة في أنحاء العالم 300 مفاعل تقريبا لغرض الأبحاث:
- للبحث و التحري عن التقنيات النووية،
- لإنتاج النظير الإشعاعي لغرض الاستخدامات الطبية و معالجة السرطان.
في نفس الوقت, و على سطح المحيطات في العالم, زودت المفاعل النووية أكثر من 400 سفينة بالوقود دون أن يلحق ضرر بأطقمها أو بالبيئة.
و بعد انتهاء الحرب الباردة, برز حقل نشاط جديد و هو القيام بعزل المواد النووية من الأسلحة و تحويلها إلى وقود لاستخدامات الطاقة النووية في المجال المدني.

الطاقة النووية في الصين:
أدت التنمية الاقتصادية السريعة في الصين إلى حدوث نقص حاد في الطاقة . وصارت التعتيمات الجزئية أمرا متكررا في كثير من الأماكن. وقد حددت الدولة بالفعل صناعة الطاقة النووية كأولوية في خططها لأبحاث وتطوير التكنولوجيا الفائقة.
تعزز مجموعة اريفا، ومركزها فرنسا ، وهى أكبر شركة هندسية نووية في العالم، من أنشطة البحث والتطوير في الصين للمساعدة في حل مشكل النقص الحاد في الطاقة والمشاكل البيئية في البلاد. وهناك بين فرنسا، التي تمتلك احدث تكنولوجيا ومعدات الطاقة النووية في العالم، والصين تعاون مثمر في هذا المجال .
ومن المتوقع أن تزداد قدرة الصين على توليد الطاقة النووية بمقدار ثلاثة أضعاف لتشكل 4 في المائة من إجمالي إنتاج الطاقة بحلول عام 2020.
وبعد ما يزيد على 20 عاما من الجهود، أصبحت الصين قادرة الآن على بناء محطات طاقة نووية بقدرة 300 و600 ألف كيلووات. كما أصبح بإمكانها إنتاج معدات رئيسية لمحطات طاقة نووية بقدرة مليون كيلووات . بيد أن الطاقة الكهربائية المولدة بواسطة الطاقة النووية لا تزال تمثل اقل من 2 في المائة من إجمالي إمدادات الطاقة الكهربائية بالصين، بالمقارنة مع 77 في المائة في فرنسا و20 في المائة في الولايات المتحدة.
وقد استخدمت الصين التكنولوجيا النووية للمرة الأولى من فرنسا في محطة خليج دايا للطاقة النووية بمقاطعة قوانغدونغ النووية ، وبعدها طورت التعاون مع فرنسا في محطة لينغ آو للطاقة النووية بنفس المقاطعة .
لا ينبعث تقريبا أي ثاني أكسيد كربون أثناء عملية توليد الطاقة النووية ، التي هي آمنة ومقتصدة للتكاليف . ومن ثم فإن تكنولوجيا الطاقة النووية تسهم في حماية البيئة في الصين.

سياسات نووية صارمة:
تبدي العديد من البلدان إصرارها القوي لاستغلال الطاقة النووية. من ضمن هذه البلدان هي الصين, الهند, الولايات المتحدة, روسيا و اليابان, الذين يشكلون مجتمعين نصف عدد سكان العالم.
بلدان أخرى - مثل الأرجنتين. البرازيل, كندا, فنلندا, كوريا الجنوبية, جنوب أفريقيا, أوكرانيا و عدد آخر من البلدان في منتصف أوروبا و شرقها - يسعون على زيادة الدور التي تلعبه الطاقة النووية في اقتصادياتهم.
دول رئيسية نامية بدون طاقة نووية - مثل إندونيسيا, مصر و فيتنام - تدرس هذا الخيار.
توفر الطاقة النووية استقلالية الحصول على الطاقة و ضمان التزويد بها.
فرنسا تتحصل على 75% من احتياجاتها الكهربائية من الطاقة النووية, و تعتبر أكبر الشبكات المصدرة للكهرباء في العالم.
إيطاليا ليست لديها طاقة نووية و تعتبر أكبر الدول المستوردة للكهرباء.

حقائق تتعلق بالإشعاعات:
تنطلق الإشعاعات بصورة طبيعية من سطح الأرض و من الغلاف الجوي في كل بقعة من بقاع المعمورة.
هذه "الخلفية الطبيعية" من الإشعاعات, تختلف اختلاف كبيرا من منطقة إلى أخرى, و يتكيف فيها كل البشر باعتبارها جزء من البيئة. و ككل الأشياء, يمكن للإشعاعات أن تكون نافعة أو مضرة. إن الجرع الكبيرة خطيرة. تبين الأدلة المتوفرة بأن الجرع الصغيرة غير ضارة.
تتشابه الإشعاعات التي يتم إنتاجها في قلب المفاعل النووية مع الإشعاعات الطبيعية إلا أنها تكون أكثر شدة.
تقوم الدروع الواقية في المحطات النووية بعزل هذه الإشعاعات حتى يتسنى للملايين القريبة منها بالعيش في أمان.
من المتوقع , أن تكون نسبة الإشعاعات الطبيعية التي يتعرض لها الناس هي 90% بينما 10% تأتي كنتيجة للتعرض لأساليب العلاج الطبية.
إن التعرض إلى الإشعاعات الناتجة من المحطات النووية، المحمية بإحكام، يكاد يكون معدوما.
كانت الكارثة التي ألمت بأوكرانيا السوفيتية في عام 1986م - هو الحادث النووي الوحيد الذي تسبب بضرر للناس - مما نتج عنه خوف واسع الانتشار عن مدى سلامة الطاقة النووية.
ولكن كانت هناك عيوب فادحة في تصميم مفاعل شيرنوبيل بالإضافة إلى ضعف إجراءات السلامة المتبعة فيه بحيث أخفقت في التصدي للأخطاء البشرية.
على النقيض, ففي الولايات المتحدة, حادث جزيرة "ثري ماييل أيلاند", لم يصب أحد بأذى, تم حصر الحادث بوجود أنظمة الوقاية الشاملة, التي أصبحت الآن معايير صناعية يتم العمل بها في العالم بأسره.
تم التخلص من المفاعل التي تحمل نفس عيوب شيرنوبيل الفادحة أو تم تحسينها - و لن يتم بناء أمثالها مرة أخرى.
قامت الأمم المتحدة بعمل دراسات مستفيضة باستخدام أفضل خبراء العالم في الإشعاعات عن مدى تأثير حادثة شيرنوبيل على الصحة - بجانب الواحد والثلاثين ضحية الذين ماتوا في البداية.
إن معظم حالات سرطان الغدة الدرقية من واقع 1800 حالة عزت وجودها للحادث, تم علاجها بنجاح.
غير هذا - بعد مرور ما يقارب عشرين سنة - ليس هناك دليل علمي عن أي زيادة في حالات السرطان في المناطق القريبة أو البعيدة.

7) الخاتمة:
إن احتياجات البشرية في ازدياد مستمر للطاقة وخاصة الكهربائية منها. وفي المستقبل القريب ومع إمكانية نفاذ البترول خلال هذا القرن، يجب الاتجاه إلى إنتاج طاقة بديلة ومتجددة ونظيفة في نفس الوقت.
إن الطاقة الذرية، إن أحسن استعمالها في المجالات السلمية، يمكن أن تفي بهذه الحاجات، خاصة إذا اتخذت الإجراءات الضرورية للوقاية من مخاطرها. إن سحر الطاقة النووية يكمن في الكمية الهائلة من الطاقة التي يمكن استخراجها من مجرد قبضة يد مليئة بعنصر اليورانيوم, الذي تم اكتشافه بكثافة ضخمة في أعماق الأرض.

العفو اخي الكريم ابو ياسر

مشكور الاخ شداد هذا اقل واجب

بورك فيك أبي لؤي


أتمنى لك التوفيق

وأنت مكسب رائع لمنتدياتنا الغالية

ربنا يبارك فيك اخ رضوان ولكن انا الذي كسبت معلومات مهمة وربحت اصدقاء في هذا المنتدى الرائع

مشكور الاخ فارس