طاقة مائية

تمتلك المياه طاقة يمكن الاستفادة منها بشكل كبير في مجالات عدة، مثل التنقل بالسفن و استخدام النواعير في طحن الحبوب وضخ المياه لري المزروعات وتستغل حاليا بشكل واسع في توليد الطاقة الكهربائية باستخدام السدود المائية وظاهرتي المد والجزر في المناطق القريبة من المسطحات المائية.[1][2]

يعد سد الممرات الثلاثة الواقع في مقاطعة خوبي الصينية أكبر محطة توليد طاقة على الكوكب حسب الطاقة الاسمية.

وفي الثلاثينات من القرن الثامن عشر، في ذروة بناء القناة المائية استخدمت المياه للنقل الشاقولي صعودا ونزولا عبر التلال باستخدام السكك الحديدية.

كان نقل الطاقة الميكانيكية مباشرة يتطلب وجود الصناعات التي تستخدم الطاقة المائية قرب شلال. وخاصة خلال النصف الأخير من القرن التاسع عشر، واليوم يعتبر أهم استخدامات الطاقة المائية هو توليد الطاقة الكهربائية، مما يوفر الطاقة المنخفضة التكلفة حتى لو استخدمت في الأماكن البعيدة من المجرى المائي. تعرف الطاقة المائية بأنها أحد أشكال الطاقة المتجددة، والتي يتم إنتاجها باستخدام مياه الأنهار والسدود، حيث يتم الحصول على هذه الطاقة عن طريق الاستفادة من تدفق مياه الأنهار والسدود والتي تعمل على تحريك شفرات التوربينات لإنتاج طاقة ميكانيكية، ومن ثم يقوم مولد بتحويل هذه الطاقة إلى طاقة كهربائية، إذ تعرف الطاقة الكهربائية الناتجة عن هذه العملية باسم الطاقة الكهرومائية، ومن الجدير بالذكر أن الطاقة المائية تمثل حوالي 17% من إجمالي إنتاج الكهرباء، وتشمل الدول الأكثر ١استخدامًا للطاقة المائية كلًا من الصين، البرازيل، كندا، الولايات المتحدة وروسيا.[١] قامت وكالة إدارة الطاقة الأمريكية عام 2012 بدراسة أكثر الدول إنتاجًا للطاقة المائية في العالم؛ إذ وجدت أن الصين تتصدر هذه القائمة، تليها البرازيل، كندا، الولايات المتحدة الأمريكية، روسيا، النرويج ثم الهند.[١] ما أبرز استخدامات الطاقة المائية؟ إن إنتاج الطاقة المائية يحتاج إلى توفر مصدر مياه قريب من مكان إنتاج الطاقة، وتعد عملية استخدام الطاقة المائية عملية صديقة للبيئة، حيث إنها لا تنتج أي نسبة من غاز ثاني أكسيد كربون أو انبعاثات ضارة على غرار عملية حرق الوقود الأحفوري[٢]، وفيما يأتي سيتم الحديث عن أبرز استخدامات الطاقة المائية: الكهرباء تستخدم الطاقة المائية في الكهرباء، ويظهر دورها من خلال ما يأتي: تمكن كل دولة أو منطقة بتوفير طاقتها الكهربائية بشكلٍ خاص، دون الاعتماد على مصادر الوقود الدولية.[٣] الحصول على طاقة كهربائية من مصادر أكثر موثوقية وبأسعار معقولة.[٣] تساعد في تخزين طاقة كهربائية، والتي يمكن الاستفادة منها في حال انقطاع التيار الكهربائي.[٣] الصناعة تستخدم الطاقة المائية في الصناعة، ويظهر دورها من خلال ما يأتي: تزيد من فرص العمل والتعليم والترفيه.[٣] تساعد على تشغيل مطاحن الدقيق بصورة ميكانيكية.[٤] يدعم استخدام الطاقة المائية استخدام مصادر الطاقة المتجددة الأخرى كالطاقة الشمسية، كما يجعلها اقتصادية وأكثر كفاءة.[٥] يساعد استخدام الطاقة المائية في مجال الصناعة على منع انبعاث غازات الدفيئة، وبالتالي تساهم في حل مشكلة الاحتباس الحراري.[٦] الزراعة تستخدم الطاقة المائية في الزراعة، ويظهر دورها من خلال ما يأتي: الحماية من الفيضانات وإمدادات المياه للاستخدام المنزلي والزراعي.[٣] استخدام طاقة المياه في توليد الطاقة الكهرومائية اللازمة لتشغيل المحاور المركزية في المزارع.[٤] ما إيجابيات وسلبيات استخدام الطاقة المائية؟ تساعد عملية استخدام الطاقة المائية على إنتاج الطاقة الكهرومائية والتي تستخدم في العديد من المجالات، وعلى الرغم من فوائد استخدام الطاقة المائية إلا أن هنالك العديد من المشكلات والسلبيات التي يمكن مواجهتها عند استخدام طاقة المياه، فعلى سبيل المثال عند إنشاء سد مائي لتوفير مياه مولدات الطاقة المائية، فسوف يكلف هذا السد الكثير لبنائه، كما يمكن أن يسبب أضرار وخيمة للبيئة[٧]، وفيما يأتي سيتم الحديث عن إيجابيات وسلبيات استخدام الطاقة المائية: إيجابيات استخدام الطاقة المائية هناك مجموعة من الإيجابيات التي يمكن ملاحظتها عند استخدام الطاقة المائية، كالحد من استخدام الوقود الأحفوري والذي يعد أحد أبرز أسباب تلوث البيئة، وفيما يأتي سيتم الحديث عن أبرز إيجابيات استخدام الطاقة المائية:[٥] تعد الطاقة المائية مصدر للطاقة المتجددة والتي تستخدم طاقة المياه الجارية دون تقليل كميتها أو إلحاق الضرر فيها. تتميز الطاقة المائية بأنها المصدر الوحيد المتجدد للكهرباء، كما تساعد في تعزيز استقرار الطاقة والخفض من التكاليف المرتفعة. تساعد عملية استخدام الطاقة المائية على تخزين مياه الشرب عن طريق جمع مياه الأمطار في خزانات محطات الطاقة المائية. تعمل الطاقة المائية على تعزيز استقرار وموثوقية أنظمة الكهرباء عن طريق إعادة التيار الكهربائي بسرعة بعد انقطاعه. تساعد عملية استخدام الطاقة المائية في الحد من التغيرات المناخية، وذلك عن طريق تقليل انبعاث غازات الدفيئة. تتميز عملية استخدام طاقة المياه بقدرتها على تحسين الهواء، وذلك نتيجةً لعدم إطلاقها ملوثات ومواد سامة في الهواء، وبالتالي ستحد من المطر الحمضي والضباب الدخاني. تتميز محطات الطاقة المائية بإمكانية التعديل عليها بتقنيات أحدث، كما تتميز بتكاليف تشغيل وصيانة منخفضة جدًا. سلبيات استخدام الطاقة المائية على الرغم من الإيجابيات العديدة لاستخدام الطاقة المائية إلا أن هناك أيضًا مجموعة من السلبيات التي يمكن مواجهتها عند استخدام هذه الطاقة، وفيما يأتي أبرز سلبيات استخدام الطاقة المائية:[٨] يمكن أن يؤثر استخدام الطاقة المائية على تجمعات الأسماك، وذلك عن طريق منعها من الهجرة. يمكن أن يتوقف إنتاج الكهرباء وانقطاعها في حال لم تتوفر كميات مياه كافية لتحريك التوربينات في محطات الطاقة المائية. يمكن أن يتسبب استخدام الطاقة المائية بأضرار كبيرة للموائل الموجودة على ضفاف الأنهار، نتيجةً لخفض مستويات الأكسجين المذاب في الماء. يمكن أن يمس استخدام الطاقة المائية الثقافات المحلية للمناطق التي يتم إنشاء محطات الطاقة المائية فيها، بالإضافة إلى التأثير على المواقع التاريخية. يمكن أن يهدد استخدام الطاقة المائية الحفاظ على الحياة النباتية والحيوانية. كيف يتم إنتاج الطاقة الكهرومائية؟ تم استخدام الطاقة المائية منذ قرون عديدة، ومن ثم استمر استخدام هذه الطاقة بالانتشار والتوسع لتصبح عملية أساسية في توليد الطاقة الكهرومائية، حيث تم إنشاء أول محطة طاقة كهرومائية في العالم من قبل المهندس البريطاني الأمريكي جيمس فرانسيس في عام 1882م، إذ تم إنشاء هذه المحطة على طول نهر فوكس في الولايات المتحدة، ومن ثم تم إنشاء العديد من محطات الطاقة المائية، وفيما يأتي أكبر محطات إنتاج الطاقة الكهرومائية.تقع هذه المحطة على نهر اليانغتسي الصيني، وهي أكبر محطة من حيث السعة المركبة. محطة سد إيتايبو: تقع هذه المحطة على نهر بارانا الواقع بين البرازيل والباراغواي، وتتميز هذه المحطة بكونها المنتجة لأكبر قدر من الكهرباء سنويًا. محطة سد جراند كولي: تقع هذه المحطة على نهر كولومبيا في واشنطن، حيث تقوم هذه المحطة بتوفير ثلثي احتياجات ولاية واشنطن للكهرباء. تتكون المحطات الكهرومائية من ثلاثة أجزاء وهي؛ محطة لتوليد الكهرباء، سد يمكن فتحه وإغلاقه للتحكم في تدفق المياه وخزان يتم تخزين المياه فيه، وتعمل هذه المحطات عن طريق تدفق مياه السد لدفع ريش التوربينات، مما يتسبب في دوران هذه الريش التي تعمل على تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية، ومن ثم يتم نقل الكهرباء الناتجة عن طريق خطوط كهربائية.

أنواع استخدام الطاقة المائية:

• النواعير (بالإنجليزية: Waterwheels)‏ التي استخدمت لمئات من السنين في المطاحن وتسيير الآلات...الخ.
• الطاقة الكهرومائية (بالإنجليزية: Hydroelectric energy)‏، والمقصود هنا السدود والمنشآت النهرية التي تنتج الكهرباء.
• طاقة المد والجزر (بالإنجليزية: Tidal power)‏، وهي استغلال طاقة المد والجزر في الاتجاه الأفقي.
• طاقة التيار المدي (بالإنجليزية: Tidal stream power)‏ وهي استغلال طاقة المد والجزر في الاتجاه العمودي.
• طاقة الأمواج (بالإنجليزية: Wave power)‏ التي تستخدم الطاقة على شكل موجات.