فوائد وتحديات أنواع مختلفة من الطاقة المائية

يرتبط استخدام المياه ارتباطًا وثيقًا بتوليد الطاقة. بعض العلاقات واضحة ، مثل استخدام الماء في خلق الطاقة الحرارية أو في الطاقة الكهرومائية. قد تكون العلاقات الأخرى أكثر دقة ، مثل استخدام المياه لتكسير الغاز الطبيعي ، أو لزراعة المحاصيل التي يتم استخدامها لاحقًا كوقود حيوي . تشكل مصادر الطاقة هذه مجموعة من الفوائد بالإضافة إلى التحديات ، ونحن نسعى جاهدين لتطوير شبكة طاقة مستدامة للمستقبل.

كيف تلعب المياه دورا في توليد الكهرباء

تبريد محطة توليد الطاقة: وفقاً لرابطة العلماء المعنيين ، فإن 90 بالمائة من الكهرباء المولَّدة في الولايات المتحدة تأتي من محطات الطاقة الحرارية ، بما في ذلك الفحم ، والطاقة النووية ، والغاز الطبيعي ، والنفط. هذه المرافق تتطلب ماء للتبريد. النباتات الحرارية تغلي الماء لخلق البخار ، والذي بدوره ، يدفع المولدات الكهربائية لخلق الكهرباء. عادة ما يتم تصميم محطات الطاقة الحرارية لاستخدام المياه على نظام إعادة تدوير الخلايا مرة واحدة أو الرطب. في حين أن أنظمة المرة الواحدة كانت شعبية (ولا تزال تمثل 43 في المائة من محطات توليد الطاقة) بسبب بساطتها ، فإن حقيقة أنها تصب الماء المسخن في المجاري المائية تشكل مخاطر بيئية. تم تصميم عدد قليل من محطات الطاقة الجديدة مع التبريد مرة واحدة.

توليد الطاقة الكهرمائية : يشير توليد الطاقة الكهرومائية إلى توليد الكهرباء من خلال استخدام الماء المتحرك لتحويل التوربينات.

هذا النوع من الطاقة قابل للتجديد. ومع ذلك ، هناك آثار سلبية من حيث إنشاء مخازن المياه خلف السدود ، والتي يمكن أن تدمر الموائل المحلية بل وتحتاج إلى إعادة توطين المجتمعات. كما يمكن أن تكون هناك نتائج سلبية للغازات الدفيئة ذات صلة ببناء السدود ، وكذلك ذات صلة بالفيضانات وما ينتج عنها من إطلاق ثاني أكسيد الكربون وغاز الميثان من المادة العضوية المتحللة.

موقع السدود الكهرومائية في المرافق القاحلة ذات المواد العضوية الأقل هو أقل إشكالية في هذا الصدد.

المياه المستخدمة في استخراج الوقود: يعتبر استخدام المياه عنصراً رئيسياً في عمليات استخراج الفحم والنفط والغاز الطبيعي واليورانيوم. قبل حرق بعض الفحم ، يجب غسله بالماء لإزالة الكبريت والملوثات الأخرى. ويستهلك تعدين الفحم ، بما في ذلك المياه اللازمة لتبريد آلات الحفر وكذلك لغسيل الفحم ، ما بين 70 و 260 مليون غالون في اليوم. تعتبر المياه أيضا عنصرا رئيسيا في استخراج الغاز الطبيعي من رواسب الغاز الصخري وعملية التكسير المثيرة للجدل . أصبح الغاز الصخري مصدرا متزايد الأهمية للغاز الطبيعي في الولايات المتحدة ، ينمو من حوالي ثلث الإمدادات في عام 2012 إلى حوالي النصف بحلول عام 2040. يتضمن التكسير الهيدروليكي أو التكسير الهيدروجيني إرسال خليط من الماء والمواد الكيميائية من خلال ثقب الحفر في الضغط العالي من أجل إطلاق الغاز الطبيعي. تتطلب العملية كميات كبيرة من المياه التي يمكن أن ترهق الإمدادات المحلية. كما أثار استخدام المواد الكيميائية في عملية التكسير مخاوف بشأن جودة المياه الناتجة.

تكرير الوقود ومعالجته ونقله: يجب تحسين جميع الموارد مثل اليورانيوم والزيت والغاز الطبيعي قبل أن تصبح قابلة للاستخدام كوقود.

تتطلب هذه العمليات كميات كبيرة من الماء. بعد استخراج الغاز ، على سبيل المثال ، يتم استخدام أكثر من 400 مليون جالون إضافي من المياه يومياً في عمليات تكرير الغاز الطبيعي وخطوط الأنابيب. كما يستخدم النقل المائي لنقل عجائن الفحم ، والفحم المطحون بدقة مع الماء ، وكذلك لاختبار أنظمة خطوط الأنابيب للتسريبات المحتملة.

كما يلاحظ اتحاد العلماء المعنيين ، فإن الخيارات التكنولوجية مهمة عندما يتعلق الأمر باختيار أفضل حل لمصنع الطاقة الخاص بك. على المدى القصير ، يمكن أن تشدد مرافق الطاقة على الأنظمة البيئية المحلية عن طريق استغلال إمدادات المياه المحلية وزيادة درجات حرارة المياه. على المدى الطويل ، يمكن لمحطات الطاقة التأثير على تغير المناخ. كما يلاحظون ، فإن "محطات محطات الطاقة التابعة لشركات الولايات المتحدة لديها اختلاف كبير في استخدامات المياه والكربون.

إن المرافق في محطات المياه المنخفضة تضع ضغطًا أقل على مصادر المياه المحلية. تسهم مرافق محطات الطاقة الكثيفة الكربون في ضغوط المياه على المدى الطويل من خلال تفاقم تغير المناخ ".

استخدامات أخرى للمياه لإنتاج الطاقة

هناك استخدامات أخرى للمياه في إنتاج الطاقة. وأبرز هذه التطبيقات هو استخدام المياه لإنتاج الوقود الحيوي. يمكن أن يكون استهلاك المياه في إنتاج الوقود الحيوي مرتفعًا جدًا. وفقا لأحد التقديرات ، هناك حاجة إلى 1500 غالون من الماء لإنتاج غالون واحد من الإيثانول المشتق من الذرة. هناك حاجة إلى معظم المياه خلال المرحلة الزراعية. ويستهلك القطاع الزراعي الأمريكي بالفعل حوالي 25 إلى 50 في المائة من إمدادات المياه العذبة المحلية. حتى بدون الزراعة المخصصة لدعم إنتاج الوقود الحيوي ، فإن نقص المياه هو بالفعل عامل في العديد من المناطق النامية.

يمكن أن تساعد المياه في سد احتياجات الطاقة المستقبلية من خلال تقنيات أخرى مثل سدود الطاقة الكهرمائية ، أو تشغيل عشرات الآلاف من السدود في الولايات المتحدة التي لا تنتج الطاقة حاليًا. ومن المناهج الأخرى التي ما زالت تُستكشف للاستحواذ على طاقة المياه ، تشمل موجات المحيط والمد والجزر. إحدى الأفكار الحديثة التي يتم استكشافها هي إمكانية تبخر الماء لخلق الطاقة. وعلى الرغم من المضاربة في الطبيعة ، إلا أن الاقتراح يشير إلى أن الهياكل العائمة على سطح الماء ، وخاصة في منطقة قاحلة ، يمكن أن تلتقط بخار الماء المتصاعد صعودًا من أجل توليد الطاقة.

استخدام المياه أمر بالغ الأهمية لمعظم الطاقة الحالية في الولايات المتحدة. يجب أن نتخذ خيارات حكيمة حول كيفية اختيارنا لتوليد الطاقة ونحن نمضي قدما لضمان الحفاظ على المياه في المستقبل.