الطاقة الكهرومائية

هل يمكن تشغيل مدن كاملة بالماء فقط؟

هناك مصدر متجدد هو الأقوى على الإطلاق، ويولّد كهرباء أكثر بكثير من طاقة الرياح أو الشمس ^[1,2,3]. يُسمى الطاقة الكهرومائية، ويستخدم حركة الماء لتوليد كميات هائلة من الطاقة.

ومع تقدم التحول في قطاع الطاقة، تتمتع الطاقة الكهرومائية بإمكانات ضخمة ^[3,4,5]. وبينما تتسارع طاقة الرياح والشمس، يتطلب الوصول إلى صافي الانبعاثات الصفري بحلول عام 2050 تسارعًا مشابهًا في تطوير الطاقة الكهرومائية ^[5-9].

فما أحدث التطورات في هذه التقنية، وكيف يمكن إطلاق قوتها الحقيقية؟

منذ فجر الحضارة، أدرك البشر أن الماء قوة. وإذا رجعت 2000 سنة إلى اليونان القديمة، ستجد أن اليونانيين كانوا يستخدمون بالفعل، وسط جبال جميلة ومروج مشمسة، عجلات الماء لطحن القمح وتحويله إلى دقيق ^[10,11,12].

لاحقًا، حوّل الرومان هذه العملية إلى صناعة، وأنشأوا مصنع إنتاج مذهلًا في Barbegal جنوب فرنسا ^[13-18]. ويعتقد علماء الآثار أنه كان يطحن ما يصل إلى 25 طنًا متريًا ^[16,17] من الدقيق يوميًا باستخدام 16 طاحونة مائية - ما يكفي لإطعام جميع سكان مدينة Arles القريبة ^[11,16,18].

وعبر القرون، واصلت البشرية إيجاد طرق جديدة لاستغلال قوة الماء. واليوم، توفر الطاقة الكهرومائية نحو 14% من توليد الكهرباء عالميًا ^[1,2]، لتأتي مباشرة بعد الفحم والغاز الأحفوري.

لكن كيف تعمل؟ هناك ثلاثة أنواع رئيسية من محطات الطاقة الكهرومائية ^[19]:

النوع 1 - خزان مياه.

يستخدم النوع الأكثر شيوعًا سدًا كبيرًا عبر نهر لإنشاء خزان أعلى من بقية النهر. وكلما احتجنا إلى الطاقة، تُطلَق المياه من الخزان العلوي لتتدفق إلى الأسفل. وبفضل فرق الارتفاع، تدير المياه المتدفقة مجموعة من التوربينات الموضوعة في المستوى الأدنى والموصولة بمولدات ^[19]. وهكذا، تولّد المولدات الكهرباء.

لكن بناء خزان مشروع ضخم يغمر الأراضي ويقطع التدفق الطبيعي للنهر ^[20]. لكن هناك خيار آخر…

النوع 2 - جريان النهر.

يُستخدم هذا النظام البسيط على نطاق واسع حول العالم، ويمكن أن يعمل بسد أو من دونه. ببساطة، عندما ينحدر النهر طبيعيًا، تنشئ تحويلة صغيرة - وهكذا، يُوجَّه جزء من النهر عبر قناة. ثم تنزل مياه القناة عبر أنبوب، وتدير التوربينات، وفجأة - كهرباء! ^[19,20]

لكن هل الطاقة الكهرومائية ممكنة أصلًا من دون نهر قريب؟ نعم، ممكنة…

النوع 3 - التخزين بالضخ.

هنا لدينا خزانان، أحدهما في مستوى منخفض والآخر أعلى منه. ويمكن دمج هذا مع مصدر آخر للطاقة المتجددة، مثل الطاقة الشمسية.

خلال النهار عندما تشرق الشمس، قد تنتج الألواح الشمسية كهرباء أكثر من الحاجة. عادةً ستضيع هذه الكهرباء الزائدة، لكن إذا أمكن توجيهها لتشغيل مضخة، يمكنك دفع الماء صعودًا إلى الخزان الأعلى ^[19-23].

ليلًا، حين لا تشرق الشمس ويكون الطلب على الكهرباء أعلى عادةً، يمكن إطلاق الماء من الخزان الأعلى لتشغيل التوربينات وتوليد الكهرباء عند الحاجة.

إنها مثل بطارية ماء عملاقة قابلة لإعادة الشحن. وفي الواقع، تشكل أنظمة التخزين المائي بالضخ هذه أكثر من 90% من تخزين الطاقة طويل الأمد عالميًا ^[5,22].

ولا تتطلب أنظمة الطاقة الكهرومائية بالضرورة أعمال بناء ضخمة. يمكن أن تكون أصغر بكثير، بل وقد تناسب حديقتك الخلفية - كل ما تحتاجه هو فرق ارتفاع وإمكانية الوصول إلى كمية كافية من المياه المتساقطة ^[24]. ولا تدع الحجم يخدعك! يمكن لنظام محلي صغير جدًا أن يوفر طاقة كافية لقرية صغيرة ^[19,25,26].

فهل يمكن للطاقة الكهرومائية أن تمهّد الطريق نحو صافي الانبعاثات الصفري؟

للأسف، لا يخلو مسار الطاقة الكهرومائية من المتاعب - فهي تواجه بعض العقبات ^[27,28].

المشكلة الأولى اجتماعية: فقد تؤدي مشاريع البناء هذه إلى تهجير المجتمعات. وفي الواقع، مع سد خزان كبير، قد يضطر مئات الآلاف من الناس إلى مغادرة منازلهم والانتقال إلى مكان آخر ^[29-32].

المشكلة الثانية بيئية: إذا لم تُخطط السدود جيدًا، فقد تسبب ضررًا هائلًا للبيئة المحيطة والحياة البرية التي تعيش فيها ^[33-36].

لكن بالنهج الصحيح والابتكار، يمكن للطاقة الكهرومائية أن تلعب دورًا حيويًا في خفض انبعاثات CO₂ ^[27,37]. وهناك حلول مقترحة: ^[38,39]

فعلى سبيل المثال، استشارة المجتمعات المحلية تمنحها دورًا في اتخاذ القرارات حتى تستفيد مباشرة من المشروع ^[40,41].

ويجب أيضًا تطبيق تقييمات الأثر البيئي، أو EIAs، لتقليل الضرر على البيئة المحيطة ^[42,43,44].

ويسعى الخبراء أيضًا لتطوير تقنيات أفضل، مثل سلالم الأسماك والتوربينات الآمنة للأسماك ^[45,46,47].

يبدو أن العالم نسي الطاقة الكهرومائية، لكنها مثل عملاق نائم، إذ لا تزال معظم إمكاناتها العالمية غير مستغلة. وهذا جيد - إذ يُقدَّر أن مضاعفة قدرة الطاقة الكهرومائية عالميًا ستكون ضرورية للوصول إلى صافي الانبعاثات الصفري بحلول عام 2050 ^[5,6].

ومع نمو طاقة الرياح والشمس، سيكون توسيع تخزين الطاقة المائية بالضخ ضروريًا أيضًا لدعم مصادر الطاقة المتقطعة هذه ^[5,22,23].

ومع التخطيط المسؤول، يمكن للطاقة الكهرومائية أن تقود التحول بعيدًا عن الوقود الأحفوري لأنها قوية وموثوقة ومتاحة عند الطلب.