تعد الطاقة الكهرومائية مصدرًا مهمًا للطاقة في العديد من مناطق العالم ، حيث توفر 24٪ من احتياجات الكهرباء العالمية. تعتمد البرازيل والنرويج حصريًا تقريبًا على الطاقة الكهرومائية. في الولايات المتحدة ، يتم إنتاج ما بين 7 إلى 12٪ من إجمالي الكهرباء عن طريق الطاقة المائية ؛ الولايات التي تعتمد عليها أكثر من غيرها هي واشنطن وأوريجون وكاليفورنيا ونيويورك.
الطاقة الكهرمائية مقابل الطاقة المائية
الطاقة الكهرومائية هي عندما يتم استخدام المياه لتنشيط الأجزاء المتحركة ، والتي بدورها قد تشغل طاحونة أو نظام ري أو توربين كهربائي (وفي هذه الحالة يمكننا استخدام مصطلح الطاقة الكهرومائية). الأكثر شيوعًا ، يتم إنتاج الطاقة الكهرومائية عندما يتم إعاقة الماء بواسطة سد، أدى إلى أسفل penstock من خلال التوربينات ، ثم أطلق سراحه في النهر أدناه. يتم دفع الماء على حد سواء عن طريق الضغط من الخزان أعلاه وسحبها عن طريق الجاذبية ، وهذه الطاقة تدور التوربينات إلى جانب مولد لإنتاج الكهرباء. كما أن محطات توليد الطاقة الكهرومائية النادرة في النهر تحتوي على سد ، ولكن لا يوجد خزان خلفه. يتم نقل التوربينات بواسطة مياه النهر التي تتدفق عبرها بمعدل التدفق الطبيعي.
في نهاية المطاف ، يعتمد توليد الكهرباء على دورة المياه الطبيعية لإعادة ملء الخزان ، مما يجعله عملية قابلة للتجديد دون الحاجة إلى إدخال الوقود الأحفوري. يرتبط استخدامنا للوقود الأحفوري بالعديد من المشكلات البيئية: على سبيل المثال ، استخراج النفط من رمال القطران ينتج تلوث الهواء. التكسير للغاز الطبيعي يرتبط تلوث المياه. حرق الوقود الأحفوري ينتج تغير المناخ- المنتجة انبعاثات غازات الاحتباس الحراري. وبالتالي ، فإننا نتطلع إلى مصادر الطاقة المتجددة كبدائل نظيفة للوقود الأحفوري. ومع ذلك ، مثل جميع مصادر الطاقة ، سواء كانت متجددة أم لا ، هناك تكاليف بيئية مرتبطة بالكهرباء المائية. فيما يلي استعراض لبعض هذه التكاليف ، إلى جانب بعض الفوائد.
التكاليف
- حاجز للأسماك. العديد من أنواع الأسماك المهاجرة تسبح صعوداً وهبوطاً في الأنهار لاستكمال دورة حياتها. السمك الشاذ ، مثل سمك السلمون ، شاد ، أو سمك الحفش الأطلسي، انتقل إلى المنحدر لتفرخ ، وتسبح الأسماك الصغيرة أسفل النهر للوصول إلى البحر. تعيش الأسماك النائمة ، مثل ثعبان البحر الأمريكي ، في الأنهار إلى أن تسبح إلى المحيط لتتكاثر ، بينما تعود ثعابين السمك الصغيرة (elvers) إلى المياه العذبة بعد أن تفقس. من الواضح أن السدود تمنع مرور هذه الأسماك. تم تجهيز بعض السدود بسلالم سمكية أو أجهزة أخرى للسماح لهم بالمرور دون أن يصابوا بأذى. فعالية هذه الهياكل متغيرة للغاية ولكنها تتحسن.
- التغييرات في نظام الفيضان. يمكن للسدود تخزين كميات كبيرة مفاجئة من المياه بعد ذوبان الأمطار الغزيرة في الربيع. يمكن أن يكون ذلك أمرًا جيدًا للمجتمعات التي تقع في أسفل المجرى (انظر المزايا أدناه) ، ولكنها تجوع النهر أيضًا من التدفق الدوري الرواسب ويمنع التدفقات الطبيعية العالية من إعادة مواجهة قاع النهر بانتظام ، مما يجدد الموائل المائية الحياة. لإعادة هذه العمليات البيئية ، تقوم السلطات بإصدار كميات كبيرة من المياه بشكل دوري أسفل نهر كولورادو ، مع وجود آثار إيجابية على الغطاء النباتي الأصلي على طول النهر.
- تعديل درجة الحرارة والأكسجين. اعتمادًا على تصميم السد ، غالبًا ما تأتي المياه التي يتم إطلاقها في اتجاه مجرى النهر من الأجزاء الأعمق من الخزان. وبالتالي فإن هذه المياه هي نفس درجة الحرارة الباردة على مدار العام. هذا له آثار سلبية على الحياة المائية تتكيف مع التغيرات الموسمية الواسعة في درجة حرارة الماء. وبالمثل ، يمكن لمستويات الأكسجين المنخفضة في المياه المنبعثة أن تقتل الحياة المائية في مجرى النهر ، ولكن يمكن تخفيف المشكلة عن طريق خلط الهواء في الماء في المخرج.
- تبخر. تزيد الخزانات من مساحة سطح النهر ، مما يزيد من كمية المياه المفقودة بسبب التبخر. في المناطق الحارة المشمسة ، تكون الخسائر مذهلة: حيث يفقد الكثير من المياه من تبخر الخزان أكثر من استخدامه في الاستهلاك المنزلي. عندما يتبخر الماء ، تترك الأملاح الذائبة ، مما يزيد من مستويات الملوحة في مجرى النهر ويؤذي الحياة المائية.
- تلوث الزئبق. ترسب الزئبق على مسافات طويلة في اتجاه الريح من محطات توليد الطاقة التي تعمل بحرق الفحم. عندما يتم إنشاء خزانات جديدة ، يتم إطلاق الزئبق الموجود في الغطاء النباتي المغمور الآن وتحويله بواسطة البكتيريا إلى ميثيل الزئبق. يزداد تركيز ميثيل الزئبق هذا مع تقدمه في السلسلة الغذائية (وهي عملية تسمى التضخيم الأحيائي). يتعرض مستهلكو الأسماك المفترسة ، بما في ذلك البشر ، لتركيزات خطيرة للمركب السام.
- انبعاثات الميثان. غالبًا ما تصبح الخزانات مشبعة بالمواد المغذية القادمة من النباتات المتحللة أو الحقول الزراعية القريبة. يتم استهلاك هذه المواد الغذائية بواسطة الطحالب والكائنات الحية الدقيقة التي بدورها تطلق كميات كبيرة من الميثان ، وهو أحد غازات الدفيئة القوية. هذه المشكلة لم تدرس بعد بما فيه الكفاية لفهم مداه الحقيقي.
فوائد
- السيطرة على الفيضانات. يمكن خفض مستويات الخزان تحسباً لحدوث أمطار غزيرة أو ذوبان الجليد ، مما يؤدي إلى عزل المجتمعات في مجرى النهر عن مستويات الأنهار الخطيرة.
- الترفيهية. غالبًا ما تستخدم الخزانات الكبيرة في الأنشطة الترفيهية مثل صيد الأسماك وركوب القوارب.
- بديل للوقود الأحفوري. ينتج إنتاج الطاقة الكهرومائية كمية صافية أقل من غازات الدفيئة مقارنة بالوقود الأحفوري. كجزء من مجموعة من مصادر الطاقة ، تتيح الطاقة الكهرمائية اعتمادًا أكبر على الطاقة المنزلية الطاقة ، على عكس الوقود الأحفوري الملغوم في الخارج ، في مواقع ذات بيئة أقل صرامة اللوائح.
بعض الحلول
نظرًا لأن الفوائد الاقتصادية للسدود القديمة تتضاءل بينما تزداد التكاليف البيئية ، فقد رأينا أي زيادة في وقف تشغيل السدود وإزالتها. عمليات إزالة السدود مذهلة ، لكن الأهم من ذلك أنها تسمح للعلماء بمراقبة كيفية استعادة العمليات الطبيعية على طول الأنهار.
ترتبط معظم المشكلات البيئية الموصوفة هنا بمشاريع كهرومائية واسعة النطاق. هناك العديد من المشاريع الصغيرة جدًا (التي تسمى غالبًا "الطاقة المائية الصغيرة") حيث بحكمة تستخدم التوربينات الصغيرة الموضوعة الجداول المنخفضة الحجم لإنتاج الكهرباء لمنزل واحد أو حي. هذه المشروعات لها تأثير بيئي قليل إذا تم تصميمها بشكل صحيح.
المصادر ومزيد من القراءة
- فيلهو وجيرالدو لوسيو تياجو وإيفان فيليبي سيلفا دوس سانتوس وريجينا مامبيلي باروس. "تقدير تكلفة محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة بناءً على عامل الارتفاع." المتجددة والمستدامة التعليقات الطاقة 77 (2017): 229–38. طباعة.
- فورسوند ، فين ر. "اقتصاديات الطاقة الكهرومائية". سبرينغر ، 2007.
- هانكوك ، كاثلين ج ، وبنيامين ك سوفاكول. "الاقتصاد السياسي الدولي والطاقة المتجددة: الطاقة الكهرومائية ولعنة الموارد." مراجعة الدراسات الدولية 20.4 (2018): 615–32. طباعة.
- يوهانسون وبير أولوف وبنجت كريستروم. "الاقتصاد والتكاليف الاجتماعية للطاقة الكهرومائية". أوميو ، السويد: قسم الاقتصاد ، جامعة أوميا ، 2018. طباعة.
- ، محرران. "تحليل التكلفة - المنفعة الحديثة لصراعات الطاقة الكهرومائية". شلتنهام ، المملكة المتحدة: إدوارد إلجار ، 2011.
- ، محرران. "اقتصاديات تقييم مشاريع المياه: الطاقة المائية مقابل استخدامات أخرى." سبرينغر ، 2012.