الطاقة الكهرومائية هي مصدر الطاقة المتجددة الأكثر استخدامًا للكهرباء في جميع أنحاء العالم. مولدات الطاقة الكهرومائية وهي متاحة على نطاق واسع، حيث تستخدم أكبرها في محطات الطاقة الكهرومائية، الموجودة في الخزانات والسدود، وأصغرها تستخدم في التطبيقات المنزلية والريفية. تقدم هذه المقالة بعض الإرشادات حول اختيار المولدات الكهرومائية الأكثر ملاءمة لاحتياجاتك.
جدول المحتويات
توقعات السوق العالمية للمولدات الكهرومائية
مقدمة للمولدات الكهرومائية
أنواع التوربينات الكهرومائية
نظرة على مجموعة المولدات الكهرومائية المتاحة
الأفكار النهائية
توقعات السوق العالمية للمولدات الكهرومائية
ينمو السوق العالمي لمولدات الطاقة الكهرومائية بشكل جيد بمعدل نمو سنوي مركب (معدل نمو سنوي مركب) بنسبة 6.8٪ على مدى فترة 10 سنوات من 2022 إلى 2032. وفي عام 2022، بلغت القيمة السوقية 137.6 مليار دولار أمريكي، ينمو ل 264.41 مليار دولار أمريكي بواسطة 2032.
حصة السوق يقودها أنظمة محطات مائية ثابتة كبيرة بنسبة 63%، أكثر من أنظمة محمولة أصغر بنسبة 37%، على الرغم من أنه من المتوقع أن تنمو الأنظمة الأصغر بشكل أسرع بمعدل أ نمو سنوي مركب بلغ٪ 7.8.
تتصدر منطقة آسيا والمحيط الهادئ الاستخدام الحالي والنمو المتوقع للسوق، حيث تعد الصين أكبر منتج للطاقة الكهرومائية الكبيرة القائمة على السدود. تشهد الأنظمة الأصغر نموًا في جميع أنحاء العالم بسبب الاهتمام المتزايد بمصادر الطاقة المتجددة. تتميز الأنظمة الأصغر حجمًا بخفة وزنها وسهولة تركيبها في مواقع مثل المزارع والممتلكات الصغيرة لتكملة المصادر الأخرى لتوليد الطاقة.
مقدمة للمولدات الكهرومائية
لقد استخدمت الحضارات قوة الماء منذ أكثر من 2000 عام. في العصر الحديث، يتم توليد أكثر من 70% من الكهرباء في العالم عن طريق الطاقة الكهرومائية، مما يجعلها المصدر الأكثر استخدامًا للطاقة المتجددة في جميع أنحاء العالم.
تستخدم مولدات الطاقة الكهرومائية قوة المياه المتدفقة لتوليد الكهرباء. يفعلون ذلك عن طريق تمرير الماء عبر شفرات المروحة في التوربين. تعمل الشفرات كمروحة لتدوير عمود معدني، والذي يقوم بعد ذلك بإدارة المحرك. المحرك يولد الطاقة الكهربائية. يحدد حجم التوربين وتدفق المياه كمية الكهرباء التي يتم توليدها.
يتم تحقيق تدفق المياه من خلال عدة طرق للتدفق المباشر:
- يتم إطلاق الماء من مصدر أسير مثل الخزان، أو من التدفق الطبيعي لشلال أو نهر متدفق. بهذه الطريقة، الجاذبية هي القوة الرئيسية التي تدفع الماء عبر التوربين.
- تتم إعادة توجيه المياه من مصدر آخر، لتتدفق عبر التوربين. يتم إنشاء هذا غالبًا عن طريق توجيه جسم أكبر من الماء، مثل النهر، إلى قنوات وأنابيب أصغر فأصغر. يمكن لهذه العملية أن تولد ضغوطًا عالية للدفع عبر شفرات التوربينات.
- يتم ضخ المياه لأعلى إلى منشأة مخزنة، مثل الخزان، والتي تطلق بعد ذلك تلك المياه لتتدفق إلى الأسفل من خلال الجاذبية إلى التوربينات. تتطلب هذه الطريقة طاقة لدفع المياه إلى الأعلى، لذلك تكون أكثر كفاءة عند استخدام مصادر الطاقة المتجددة لتوليد تلك الطاقة.
الرسم البياني أعلاه من شركة تشنغدو فورستر للتكنولوجيا يُظهر مثالاً لمحطة طاقة كهرومائية تقع في خزان، باستخدام تدفق المياه الجاذبية من خلال توربينات محطة الطاقة.
إن استخدام المياه من المصادر الطبيعية يجعل من المولد الكهرومائي طاقة متجددة، ولكن المبدأ هو نفسه بالنسبة لتوليد الطاقة من الوقود الأحفوري. تستخدم محطات الطاقة التي تعمل بالفحم الفحم لتسخين المياه، ولتكوين البخار، الذي يتم بعد ذلك دفعه عبر التوربين.
يعد سد الخوانق الثلاثة، الذي يمتد على نهر اليانغتسي في الصين، أكبر محطة للطاقة الكهرومائية في العالم، حيث يحتوي على توربينات بقدرة 32 × 700 ميجاوات، ومولدين آخرين بقدرة 50 ميجاوات يوفران الطاقة لمحطة الطاقة نفسها.
تُستخدم مولدات الطاقة الكهرومائية بقدرة أقل من 5 كيلووات بشكل شائع في المزارع والحيازات الصغيرة والصناعات الصغيرة وفي استخدامات الطاقة خارج الشبكة أو الطاقة الهجينة. بالنسبة للمولدات بقدرة 5 كيلووات فما فوق، يمكن أن يشمل التطبيق تزويد المجتمعات الصغيرة بالطاقة والصناعات الريفية والاحتياجات الزراعية الأكبر.
أنواع التوربينات الكهرومائية
تولد التوربينات الكهرومائية طاقتها من مزيج الضغط وتدفق المياه. يتم تحديد ضغط أو قوة الماء من ارتفاع مصدر الماء المسمى "الرأس". تدفق الماء هو حجم وسرعة الماء
هناك أنواع مختلفة من التوربينات، مناسبة لأنواع مختلفة من تدفق الرأس والمياه. النوعان الرئيسيان هما رد الفعل والاندفاع.
توربينات رد الفعل يتم وضع شفرات التوربينات الخاصة بها بالكامل داخل تدفق الماء ويتم تدويرها أثناء تدفق الماء فوق الشفرات، مع ملامسة جميع الشفرات لتدفق الماء. تشمل أنواع شفرات التوربينات المستخدمة المروحة (كما هو الحال في مروحة القارب)، وكابلان (شفرات قابلة للتعديل)، وحركية (مباشرة من التدفق)، و توربينات فرانسيس (مثل شفرات المحرك النفاث). يتم اختيار نوع شفرة التوربين بناءً على رأس وتدفق المياه، ولكل منها فوائده. تُستخدم معظم توربينات التفاعل للرأس المنخفض والتدفق الأعلى، على الرغم من أن توربينات كابلان مناسبة أيضًا للرأس المرتفع.
توربينات الاندفاع تولد قوتها من تدفق الماء، لتحريك العجلة (العداء). مع توربينات بيلتون الدافعة، يكون جزء فقط من العداء على اتصال بتدفق الماء (تخيل عجلة مائية في طاحونة). عندما يدير التدفق العداء، تدخل كل شفرة جديدة في التدفق وتستمر الحركة. تعمل توربينات بيلتون بشكل جيد مع الرأس المرتفع والتدفق المنخفض. تسمح توربينات التدفق المتقاطع بالتدفق عبر جزء أوسع من عجلة التوربين، مما يلتقط التدفق عند التدفق الداخلي والخارجي. تعمل هذه بشكل جيد مع التدفق العالي جدًا ومياه الرأس المنخفضة.
نظرة على مجموعة المولدات الكهرومائية المتاحة
عادة ما يتم إنشاء محطات الطاقة الكهرومائية الكبيرة حول العالم على الأنهار الكبرى وعلى الخزانات، مع وجود مولدات كهرومائية كبيرة مبنية خصيصًا قادرة على إنتاج 500 ميجاوات وأكثر. بالنسبة للتطبيقات الأصغر حجمًا، مثل توليد الطاقة الريفية، والأنظمة الزراعية والصناعية خارج الشبكة، مولدات كبيرة متاحة للطلب عبر الإنترنت.
يتناول هذا القسم مجموعة مختارة من مجموعة واسعة من المولدات الكهرومائية التي يمكن الحصول عليها "جاهزة للاستخدام" ويقترح بعض التطبيقات التي يجب أخذها في الاعتبار.
مولدات كبيرة الحجم
عندما تتجاوز قدرة التوليد 1 ميجاوات (1000 كيلووات)، فإن كمية الطاقة المنتجة تتجاوز الاحتياجات النموذجية لمزرعة صغيرة أو منزل، لذلك يكون استخدامها أكثر ملاءمة للتطبيقات الصناعية وللمجتمعات الريفية إمداد الطاقة داخل الشبكة أو خارجها. سيتم إنشاء مثل هذه المولدات الكبيرة للطاقة الكهرومائية بالقرب من أو على مصدر مياه قريب، مثل نهر أو بحيرة أو خزان صغير. قد يتم توفير المياه مباشرة عن طريق الجاذبية، ولكن من المرجح أن يتم ضخها أو إعادة توجيهها من مصدر قريب.
مولدات كهربائية صغيرة الحجم
أقل من 1 ميجاوات، تعد مولدات الطاقة الكهرومائية الأصغر حجمًا التي يمكنها إنتاج ما بين 5 و500 كيلووات وأكثر، مناسبة جدًا للمزارع الصغيرة والمساكن الكبيرة خارج الشبكة. ومن المحتمل أن تكون مواقعها بجوار أنهار صغيرة وجداول كبيرة حيث يكون تدفق المياه ثابتًا للحفاظ على موثوقية توليد الطاقة.
مولدات الطاقة الكهرومائية الصغيرة
تعد مولدات الطاقة الكهرومائية الصغيرة التي تقل قدرتها عن 5 كيلووات صغيرة جدًا ومحمولة وسهلة التركيب للمنازل والقرى غير المتصلة بالشبكة والمزارع الريفية الصغيرة والصناعات المنزلية. ويمكن تركيبها على مجاري المياه، مع إعادة توجيه التدفق بسهولة من خلال الأنابيب الموردة.
نماذج تعليمية
هناك عدد من النماذج التوضيحية للمولدات الكهرومائية المتوفرة عبر الإنترنت. وقد تم تصميمها لاستخدامها في فصول العلوم لتثقيف طلاب العلوم حول كيفية عمل الطاقة الكهرومائية.
الأفكار النهائية
تستخدم المولدات الكهرومائية تدفقًا ثابتًا للمياه لتوليد الكهرباء. ويمكن أن تتراوح في نطاقها من محطات توليد الطاقة متعددة المولدات التي يمكن أن تنتج أكثر من 20,000 ألف ميجاوات إلى المعدات المنزلية الصغيرة التي لا يمكنها إنتاج أكثر من كيلووات واحد. تخدم المولدات الكبيرة احتياجات البلدان التي يمكنها الاستفادة من توليد الطاقة على نطاق واسع. تحظى المولدات الصغيرة بشعبية متزايدة لتلبية احتياجات الطاقة خارج الشبكة وتوليد الطاقة الريفية الصغيرة ولأولئك الذين يحرصون على الطاقة المتجددة.
عند اختيار مولد الطاقة الكهرومائية المناسب، سيكون المشتري واضحًا بالفعل بشأن التطبيق المحتمل، سواء كان يعتمد على خزان أو مسطح مائي كبير، أو يقع عند مجرى ريفي صغير. يعتبر تحديد الموقع والطاقة المقصودة هي الاعتبارات الرئيسية، مع اتخاذ قرار ثانوي بشأن نوع التوربين الأكثر ملاءمة لضغط الماء (الرأس) وتدفقه.
يمكن للمشترين المحتملين الاطلاع على الخيارات الواسعة المتوفرة في Chovm.com صالة العرض على الانترنت.
