Header Ads

الحصول على الطاقة الكهربائية من طاقة المياه

فيزياء ( كتب فيزياء ـ مراجع فيزياء ـ بحوث فيزياء ـ دروس فيزياء ـ محاضرات فيزياء ـ برامج فيزياء ـ فلاشات فيزياء ـ علوم وتكنولوجيا ـ مناهج فيزياء ـ فيزياء ذرية ـ فيزياء نووية ـ  إلكترونيات ـ كهربائية ـ مغناطيسية ـ كهرومغناطيسية فيزياء الكون )

توليد الطاقة الكهربائية من طاقة المياه

تعتمد طريقة التوليد على تحويل طاقة الوضع للمياه إلى طاقة حركية أولا حيث ينهدر الماء من عالي ليدير توربينا ، فيدير بدوره مولد كهربائي وينتج لنا طاقة كهربائية. تعتمد كمية الطاقة المنتجة على كمية الماءالمارة بالثانية وعلى ارتفاع الماء ، فكلما زاد معدل كمية الماء المار في التوربين زادت الطاقة المنتجة، وكلما زاد ارتفاع الماء زادت الطاقة الناتجة أيضا ، ومعامل التناسب هو عجلة الجاذبية الأرضية كما سنراه هنا.رسم توضيحي

ولتوليد الكهرباء من طاقة وضع الماء يستلزم الآتي :
  • يبنى سد على مجرى مائي , فيحجز الماء خلفه لتتكون بحيرة اصطناعية عالية بسعة مائية كبيرة. وتعتمد طاقة الوضع في ذلك الخزان الكبير على كمية المياه التي يحتويها (وبالتالي كتلتها) , وعلى ارتفاع منسوب الماء ، وعلى الجاذبية الأرضية ، طبقا للمعادلة الرياضية:
طاقة الوضع = كتلة × الجاذبية الأرضية × ارتفاع
حيث: نقيس الكتلة بالكيلوجرام
- والجاذبية : 81 .9 متر/ مربع الثانية
- الارتفاع : بالمتر (ارتفاع منسوب الماء بالنسبة للتوربين)

مخطط توضيحي للتوربين ومولد الكهرباء.
  • عند فتح المنفذ المائي في السد, تتدفق المياه بتأثير الجاذبية, وتتحول طاقة الوضع الكامنة في الماء إلى طاقة حركية. وإذا أهملنا مقاومة أنبوب تدفق المياه أثناء حركتها إلى التوربين يمكن القول أن طاقة الوضع للماء تتحول بكاملها تقريبا إلى طاقة حركية تدير التوربين.
  • يدير التوربين بدوره مولد الكهرباء في معمل التوليد وينشأ التيار الكهربائي.
يعتمد مردود هذه العملية على كفاءة تدوير العنفات, ومقدار الطاقة المهدورة بالاحتكاك خلال التدوير.
  • في المولد الكهربائي تتحول طاقة التدوير الآلية بواسطة المجال المغناطيسي العالي الموجود به إلى توليد الطاقة الكهربائية بالحث المغناطيسي , تماما كما في مولد الدراجة (يسمى أحيانا "الدينامو") أو السيارة.
  • أخيرا تنقل الطاقة الكهربائية المولدة إلى شبكة التغذية بتوتر عال لتقليل الهدر الناجم عن مقاومة التيار الكهربائي في الأسلاك.
تستعمل تقنيات أخرى في توليد الطاقة الكهرَمائية، كاستخدام طاقة المياه الحركية في الأمواج مثلا أو طاقة المد والجزر .

قدرة محطة كهرومائية

في المعادلة المذورة اعلاه لا تقول شيئا عن المعدل الزمني لانهيار المياه ، وهذا لا بد من أخده في الحسبان حيث يمكن لكمية الماء أن تنهدر خلال ثانية واحدة أو خلال شهر مثلا ، فيكون معدل إنتاج الكهرباء أيضا مختلفا.
وعمليا يستخدم المهندسون معادلة تشبه المعادلة السابقة تاخذ معدل تدفق المياه في الثانية ، كما تأخذ في الحسبان كفاءة عمل التوربين والمحول الكهربائي.
تعتمد قدرة محطة توليد مائية P على تدفق الماء Q (بالمتر المكعب في الثانية) وارتفاع تدفق الماء h بالمتر وكفاءة η التوربين والمولد الكهربائي والمحول الكهربائي في تحويل طاقة الحركة إلى طاقة كهربائية.
وبالنسبة إلى الكفاءة فهي تحتسب بالتقريب بنحو 85% بالنسبة لمحطات القوى المائية ، كما يفضل المهندسون حسبا تدفق الماء بالمتر مكعب/ثانية Q من الماء بدلا من كيلوجرام/ثانية ، فتكون معادلة القدرة كالآتي وهي تأخذ في الاعتبار كفاءة التوربين والمولد الكهربائي η ، كالآتي :
P = Q \cdot h \cdot 8,5\,\mathrm{kN} / \mathrm{m}^3
حيث : g عجلة الجاذبية الأرضية ، وρ كثافة الماء كيلوجرام/متر3
(ملحوظة :(gρη ≈ 8,5 kN /m3) 
وحسبنا هذا الثابت بوحدة كيلو نيوتن /متر مكعب من أجل حساب معدل تدفق الماء Q بالمتر مكعب/ثانية ، ونحسب الارتفاع بالمتر ، فنحصل على القدرة الكهربائية الناتجة بالكيلوواط)
مثال:
في توربين سد مائي يبلغ ارتفاعه 6 متر يمر ماء بحجم 20 متر مكعب/ثانية. بالتعويض عن تلك القيم في معادلة القدرة نحصل على قدرة المحطة :
P = 20 m³/s • 6 m • 8,5 kN/m³ = 1020 kW
أي أن قدرة المحطة تبلغ 1020 كيلوواط
أي تبلغ 1.02 ميجاواط
وتختلف قدرة كل سد مائي في توليد الكهرباء بحسب أرتفاع منسوب الماء فيه وكمية الماء التي تندفع في التوربين أو التوربينات وكفاءة التوربين والمحول الكهربائي ، كما تقول لنا معادلة القدرة. أكبر محطة لتوليد الكهرباء من سد مائي هي 18.000 ميجاواط وتوجد في الصين الشعبية.
تتميز محطات القوى التي تنتج الكهرباء من ماء السدود بدرجة كفاءة عالية. فكفاءة التوربينات والمولدات الكهربائية قد تصل إلى 90% في تحويل طاقة الحركة (اندفاع الماء) إلى طاقة كهربائية.
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
مشاريع صغيرة لتوليد الكهرباء من طاقة المياة الجارية
مشاريع صغيرة لتوليد الكهرباء بواسطة المياه الجارية هو نوع من مشاريع توليد الطاقة الكهرومائية التي تنتج عادة ما يصل إلى 100
كيلو واط من الكهرباء باستخدام التدفق الطبيعي للمياه. ويمكن لهذه المنشآت توفير الطاقة إلى منزل معزول أو مجتمع صغير، أو يمكن ربطها أحياناً مع شبكات الطاقة الكهربائية. وهناك العديد من هذه المنشآت في جميع أنحاء العالم، ولا سيما في الدول النامية لأنها يمكن أن توفر مصدرا اقتصاديا للطاقة من دون شراء الوقود.إن المشاريع الصغيرة لتوليد الكهرباء بواسطة المياه الجارية تعتبر متممة لمشاريع توليد الكهرباء بواسطة الطاقة الشمسية لأنه في كثير من الاماكن، تدفق المياه يتيح توليد الكهرباء ، وهو يكون في حده الأعلى في فصل الشتاء عندما الطاقة الشمسية هي في حدها الأدنى. ويتم توليد الكهرباء باستخدام عجلة بيلتون (Pelton) التي توفر ضغطاً أعلى حتى و إن كان تدفق المياه منخفضاً. تكون المنشأة في كثير من الأحيان مجرد بركة على شكل سد صغير، في أعلى شلال و تمد منه أنابيب لمسافة عدة مئات من الأقدام تؤدي في النهاية موقع مولد صغير للكهرباء.
المحتويات:
1 الإنشاء.
2 مواصفات تدفق و ضغط الماء اللازمين
3 التنظيم و طريقة العمل
4 أنواع التوربينات (مولدات الكهرباء
5 الاستخدام
5-1 الإمكانيات المحتملة للتنمية الريفية 5-2 المزايا و العيوب 5-2-1 مزايا النظام
5-2-2 عيوب النظام 6 تمعن أيضا
7 المراجع
8 عناوين لمراجع خارجية
الإنشاء

إن تفاصيل بناء مشروع وحدة توليد طاقة كهرومائية يعتمد على الموقع تحدبداً. أحيانا يمكن اسخدام خزان اصطناعي لبركة مطحنة أو غيرها يكون موفراً بحيث يتم تكييفها لإنتاج الطاقة. بشكل عام، مشروع وحدة توليد طاقة كهرومائية بتكون من عناصر عدة. وتشمل أهمها نقطة تحوبل مياه من مجرى مياه طبيعي، نهر، أو ربما شلال. لا بد من وضع منخل لمنع دخول الأجسام الصلبة العائمة والأسماك، وذلك باستخدام شاشة أو مجموعة من القضبان لمنع دخول الأجسام الكبيرة. في المناخات الباردة يجب أن بمنع هذا الهيكل دخول الجليد كذلك. وأن يكون له بوابة تمنع دخول الماء من اجل التفتيش والصيانة. تسير المياه المحولة بواسطة الانابيب إلى مبنى توليد الكهرباء حيث تتواجد التوربينان. في المناطق الجبلية، قان الوصول إلى مسار الماسورة بشكل تحديات كبيرة خاصةً إذا كان مصدر المياه، والتوربينات بعيدتان عن بعضهما بعضا، و قد يشكل بناء الماسورة الجزء الأكبر من تكاليف البناء. عند التوربينات، يتم تثبيت صمام سيطرة لتنظيم تدفق المياه وسرعة التوربينات. أن التوربين بقوم بتحويل تدفق وضغط المياه إلى الطاقة ميكانيكية، والمياه الخارجة من التوربينات يعود إلى المجرى الطبيعي على طول قناة ما بعد المولدات. بقوم التوربين يتدوير مولديكون مرتبطاً بشبكة كهرباء لمبنى واحد في المنشآت الصغيرة جدا، أو قد يكون مرتبطاً بشبكة كهرباء نظام للتوزيع على عدد من المنازل أو المباني . تكون عادة مشاربع وحدا توليد الطاقة الكهرومائية الصغيرة مصلة بسد أوخزان، مثل محطات الطاقة الكهرومائية الكبيرة و، وتعتمد على الحد الأدنى من تدفق المياه المتوفرة على مدار السنة.
التنظيم و طريقة العمل
عادة، تقوم وحدة تحكم أوتوماتيكية بالسيطرة على صمام على مدخل التوربين للحفاظ على سرعة ثابتة (وذبذبة التيار) عندما يتغير الحمل على المولدات. اما في الحالات التي تكون الأنظمة مع شبكة ذات مصادر متعددة، فان أجهزة السيطرة على التوربينات تضمن تدفق الطاقة من المولد إلى الشبكة. إن ذبذبة التياريجب أن تتناسب مع ذبذبة تيار الشيكة الرئيسية المتصل المولد بها ، وإذا كان الحمل المستخدم اقل من الطاقة الناتجة من المولد فانه يلزم ربط المولد اتوماتيكياً باحمال اضافية لتبديد الطاقة الفائضة، في حين أن هذه الطاقة تذهب هدراً، وذلك إذا لم يكن من الممكن إيقاف تدفق المياه عبر التوربين. يعمل المولد الاولي دائما على ذبذبة الشبكة بغض النظر عن سرعة دورانه ؛ كل ما هو ضروري هو التأكد من أن بدور التوربين بسرعة أكبر من سرعة التوافق بحيث يقوم التوربين بانتاج الطاقة بدلا من استهلاكها. اما بالنسبة لانواع أخرى من التوربينات فانها تتطلب نظم التحكم في السرعة لمطابقة الذبذبة بينها وبين الأنظمة الأخرى. في هذه الايام حيث تتوفر أجهزة سيطرة على الطاقة الكترونية حديثة غالبا ما يكون من الأسهل تشغيل المولد على أي تردد عشوائي و تغذية انتاجها من خلال محول ينتج ذبذبة الشبكة. إن أجهزة السيطرة على الطاقة الالكترونية الحديثة تسمح الآن باستخدام لمغناطيس دائم يثبت التيار المتذبذب. إن استخدام هذه الطريقة يسمح باستخدام التوربينات ذات السرعة المنخفضة /أو الضغط المنخفض بأن تكون قادرة على المنافسة ، بل يمكن تشغيلها في سرعة أفضل لتوليد الطاقة، ويتم التحكم في ذبذبة التيار من قبل الأجهزة الإلكترونية بدلا من المولد. بالنسبة للوحدات الصغيرة التي تولد بضعة كيلواطات أو أقل فانه يمكن توليد تياراً مباشراً لشحن بطاريات يمكن استخدامها في أوقات ذروة الاستخدام .
أنواع التوربينات
ويمكن استخدام عدة أنواع مختلفة من التوربينات المائية في المنشآت المائية الصغيرة،يعتمد الاختيار على ضغط المياه، وحجم تدفق، وعوامل اخرى مثل توفر خدمات الصيانة محلياً، ونقل المعدات إلى الموقع. بالنسبة للمناطق الجبلية حيث يمكن توفر شلالاَ بارتفاع 50 مترا أو أكثر يمكن استخدام عجلة بيلتون. للمنشآت ذات الضغط المنخفض يمكن استخدام توربين فرانسيس أو التوربين المروحي. بالنسبة للمنشآت ذا الضغط المنخفض جدا التي لا يزيد ارتفاعها عن بضعة أمتار فيمكن استخدام التوربينات المروحية و وضعها في حفرة. لربما المنشآت المائية الصغيرة جداً فقد تستخدم مضخات الطرد المركزي الصناعية بحيث تدور في الاتجاه المعاكس لكي تكون هي المحرك الرئيسي، في مثل هذه الأحوال فأن الكفاءة قد لا يكون مرتفعة كما هي في الوربينات التي بنيت لهذا الغرض، ولكن الكلفة منخفضة نسبيا مما يجعل من هذه المشاريع مجدية اقتصاديا. في المنشآت ذات الضغط المنخفض فإن تكاليف الصيانة والآليات غالبا ما تصبح مهمة. إن المياه ذات الضغط المنخفض تحرك كميا كبيرة من المياه التي تحمل الكثير من الأوساخ على سطحها. لهذا السبب يفضل في كثير من الأحيان استخدام توربين Banki وتسمى أيضا توربين Ossberger ، وهي تشبه عجل الساقية بدوران متعاكس ، لأنظمة توليد الطاقة ذات الضغط المنخفض. مع انها أقل كفاءة إلا انها ابسط في الإنشاء و اقل كلفة من توربينات ذات الضغط المنخفض الأخرى بنفس القدرة. بما أن الماء يدخلها ثم يخرج منها، فإنها تنظف نفسها بنفسها، وهي أقل عرضة للعطل بسبب الأوساخ.  جهاز توربين ارخميدس (البرغي المعكوس): يوجد منه مشروعان يعملان بالضغط المنخفض في انكلترا،مشروع Settle Hydro و مشروع Torrs Hydro يستخدمان جهاز توربين ارخميدس (البرغي المعكوس) و هو تصميم آخر يتحمل الأوساخ وتصل كفاءته إلى 85٪.  Gorlov: توربينGorlov الحلزوني الذي يعمل في الجريان المحصور أو غير المحصور مع وجود سد إو بدونه .  توربينات فرانسيس والتوربينات المروحية.  توربينات كابلان: هنلك بديل لتوربين كابلان التقليدي باستخدام مغناطيس دائم ذو قطر كبير، يدور ببطء، يعمل بضغط منخفض جداً و تصل كفائته إلى 90٪.  توربين الدوامة لإنتاج الطاقة باستخدام الجاذبية : يمكن تحويل جزء من مياه النهر عند حافة أو شلال طبيعي إلى حوض له مخرج في وسطه مما يشكل دوامة عند خروج المياه منه . أن الطاقة الحركية الناتجة تدير عموداً يدور بسببها و يكون متصلاً بمولد كهرباء تصل كفاءته إلى 83٪ وتنخفض إلى 64٪ عندما ينخفض تدفق المياه إلى الثلث.
الاستخدام
نظم توليد الكهرباء بطريقة الوربينات هذه مرنة جدا، ويمكن استخدامها في عدد من البيئات المختلفة. فهي تعتمد على كمية تدفق المياه من المصدر (الخور أو النهر أو الجدول) وسرعتها. ويمكن تخزين الطاقة في مجموعات من البطاريات في مواقع بعيدة كل البعد عن المنشأة أو استخدامها بالإضافة إلى النظام المربوط مباشرة لكي تكون موجودة عند اللزوم في حالات الطلب المتزايد على الطاقة. ويمكن تصميم هذه الأنظمة للحد من الأضرار المحتملة الناجمة بشكل منتظم من قبل السدود الكبيرة أو غيرها من المواقع الكبيرة لتوليد الطاقة الكهرمائية.
التنمية الريفية المحتملة
فيما يتعلق بالتنمية الريفية، وتكاليف البساطة وانخفاض نسبي نظم توليد الكهرباء الصغيرة بطريقة الوربينات فتح فرص جديدة لبعض الجماعات المحلية المعزولة التي بحاجة إلى الكهرباء. فقط بواسطة جدول صغير ، يمكن وصول الإضاءة والاتصالات للمنازل والعيادات الطبية والمدارس والمرافق الأخرى في المناطق النائية ،. إن نظم توليد الكهرباء الصغيرة بطريقة الوربينات يمكن تشغيلها على مستوى معين من قبل الشركات الصغيرة لإمكانيات الدعم. المناطق على طول جبال الانديز وسري لانكا والصين لديها بالفعل مماثل، برامج نشطة. واحد غير متوقع على ما يبدو استخدام هذه النظم في بعض المناطق هو الحفاظ على أفراد المجتمع من الشباب ينتقلون إلى المناطق الحضرية أكثر من أجل تحفيز النمو الاقتصادي. فضلا عن احتمال تقديم حوافز مالية للعمليات أقل كثافة الكربون ينمو، وربما في المستقبل لنظم microhydro أصبح أكثر جاذبية.
مزايا وعيوب
مزايا النظام يتم إنشاء طاقة Microhydro من خلال العمليات التي تعتمد التدفق الطبيعي للمياه. و الأكثر شيوعا هوتحويل هذه الطاقة إلى طاقة كهربائية. وذلك مع عدم وجود انبعاثات مباشرة من عملية التحويل هذه، وهذا يعني اتها صديقة للبيئة غير ضارة بها وإذا ما خطط لها بشكل جيد، وبالتالي تأمين الطاقة من مصدر الطاقة المتجددة . ويعتبر Microhydro نظام "مجرى النهر" مما يعني أن يتم توجيه المياه المحولة من النهر أو النهر مرة أخرى في مجرى مائي واحد. إضافة إلى الفوائد الاقتصادية المحتملة من microhydro فهناك كذلك الكفاءة والموثوقية والفعالية بالتكلفة.
عيوب النظام
إن نظم توليد الكهرباء الصغيرة بطريقة التوربينات محدودة بطبيعة موقعها. أكثرالتأثيرات مباشرة تأتي من مصادر المياه ذات التدفقات الضئيلة. وبالمثل، يمكن أن تتغير تدفقات موسميا في بعض المناطق. وأخيرا، من أكثرالتأثيرات السلبية ولعلها في مقدمتها العيب هو المسافة من مصدر التوليد إلى المكان المحتاج لهذه الطاقة. إن مشكلة التوزيع، بالاضافة لغيرها من الأمور الأساسية يجب اخذها بعين الاعتبار عند النظر في امكانية استخدام نظم توليد الكهرباء الصغيرة بطريقة التوربينات.
الموضووع نقلاً من الموسوعة الحرة ( ويكيبيديا )

يمكنكم الإنضمام إلى موقعنا من القائمة في اليسار
سجل إعجابك وشارك زملاءك لتصلك مواضيعنا القادمة

هناك تعليقان (2):

  1. تنظيف خزانات بمكة
    لم تجد افضل من خدمة صقر البشاير افضل شركة غسيل خزانات بمكة حيث تقوم شركة غسيل خزانات بمكة باستخدام افضل المنظفات فى تنظيف خزانات بمكة و غسيل خزانات بمكة كما ان شركة تنظيف خزانات بمكة خبرة فى عزل خزانات بمكة باستخدام افضل مواد العزل التى تعمل على عزل خزانات بمكة لفترة طويلة
    شركة غسيل خزانات بمكة
    اتصل بنا على0500941566
    http://www.elbshayr.com/6/Cleaning-tanks

    ردحذف
  2. الدليل السعودي أفضل أسعار للإعلانات في المملكة العربية السعوديـةإذا كان لديك خدمة نقل عفش - مكافحة حشرات كشف تسربات - عزل الأسطح والخزانات - نظافة المنازل - قطاع المقاولات "البناء والتشييد - نجارين - مبلطين -مليسين" وترغب في زيادة نشاطك والحصول على فرص أفضل وزيادة عملك وإنتشارك فنحن نُساعدك من خلال http://www.eldaleelelsaudi.com
    الدليل السعودي للدعاية والإعلان - El Daleel El Saudi
    لمزيد من التفاصيل من هنا
    شركة مكافحة حشرات وإبادة القوارض بحفر الباطن - نور العمران 0506630089
    أرقام شركات مكافحة الحشرات وإبادة القوارض بأبها - الدليل السعودي
    أرقام شركات مكافحة الحشرات وإبادة القوارض بنجران - الدليل السعودي
    أرقام شركات مكافحة الحشرات وإبادة القوارض بجازان - الدليل السعودي
    أرقام شركات مكافحة الحشرات وإبادة القوارض بخميس مشيط - الدليل السعودي
    قائمة بأرقام شركات مكافحة الحشرات وإبادة الحشرات بالمملكة
    تركي 0567792965 مبلط سيراميك ورخام وجميع أنواع البلاط

    ردحذف

يتم التشغيل بواسطة Blogger.