الارتفاع الواطئ والمتوسط والعالي
وسرعة قليلة مزودة من نهر جار ويمكن تصنيف المواقع ومنشآت النصب إلى ارتفاع
واطئ ؛ ومتوسط ؛ وعالٍ على فرض أن الارتفاع العالي يكون بحدود 100 متر ؛
والارتفاع الواطئ يصل إلى حوالي آل من 10 أمتار ؛ ويبين الشكل (6-7) المعالم
الرئيسية للأنواع الثلاثة
شكل (6-7): أنواع من محطات الطاقة المائية

فالسد أو الخزان الواطئ الموضح بالشكل (7 -64) يقوم بتوفير ارتفاع الماء المطلوب
واحتواء مكونات المحطة مع وجود فتحات لمرور السفن أو الأسماك المهاجرة
ويمكن أن يتعرض لمشاكل استمرارية توفير الطاقة عند اختلاف مواسم السنة أو تغيير
الظروف الجوية فالمحطة المبنية في الشكل تستخدم عنفة(توربيناً) عمودية المحور مع
مولد ؛ وتستخدم حالياً أنواع أخرى من التوربينات في المواقع المنخفضة الارتفاع إن
الكمية الكبيرة المارة خلال الموقع المنخفض تعني أن كل المعدات والأعمال المدنية
المتعلقة بها ستكون كبيرة جداً وبالتالي ستكون الكلفة عالية
ومنصوبتان في منطقة ضيقَة من مجرى نهر في واد ؛ وخزان الماء الكبير يكون خلف
السد وهو مصمم لتزويد خزن كافي لتزويد المحطة بالمياه في الظروف الجافة لقد
أنشأت الولايات المتحدة الأمريكية أكبر المحطات من هذا النوع في العالم والأعمال
يشترط فيها أن تكون ضخمة جداً إذ يمكن لخزان صغير أن يقوم بتشغيل محطة توليد
منصوبة بعد السد بصورة مستمرة إن كمية الماء الجارية في محطة ذات ارتفاع ماء
عالٍ تكون أقل بكثير من كميته في محطة قليلة الارتفاع تولد نفس الطاقة الكهربائية ؛
ولهذا فإن العنفة (التوربين) والمولد وهيكلهما تكون آقل حجماً ولكن المسار الطويل
للماء يزيد من الكلفة ؛ كما أن الهيكل يجب أن يقاوم الضغط العالي المسلط من الماء
والذي يعادل 100 ضغط جوي عند ارتفاع 1000 متر
تأثير الارتفاع و الضغط
الضغط (ع«ني08 في سائل (أو غاز) هو القوة (:1:0 التي تضغط على كل متر
مربع من المساحة لأي جسم مغمور فيه إن الضغط الجوي المسلط علينا هو نتيجة
لوزن الهواء فوقنا ويعادل الضغط الجوي عند مستوى سطح البحر - القوة المسلطة
على متر مربع عند هذا السطح - قيمة 1 ضغط جوي (107 باسكل أو 14 رطلاً لكل
بوصة مربعة) ؛ ويقل الضغط الجوي مع الارتفاع بنسبة 596 لكل 300 متر (أو 1 سم

جسم من الماء ؛ فإن الضغط يزداد وذلك لزيادة وزن الماء ؛ لأن الماء أكثر كثافة بعدة
يكون الضغط ضعف قيمته على السطح ؛ أي 2 ضغط جوي وهذه الزيادة تكون واحد
ضغط جوي لكل عشرة أمتار (الشكل 7-7)
شكل (7-7):_ازدياد الضغط مع العمق
إن الحصول على معلومات دقيقة عن كمية المياه وتغيراتها هي من المتطلبات الأساسية
لتقدير قدرة مكمن الطاقة المائية لموقع والتقنية المفضلة للقياس هي تكوين علاقات
تجريبية بين كمي السريان (ع:ه1 7100 وعمق الماء (1عع1 ععتة 17 آه 1م08) أو
سرعة الماء في نقطة مختارة وعند عدم توفر مثل هذه القياسات يجب اتباع طرق
أخرى مثل إيجاد كمية المطر السنوية الساقطة على مساحة التجميع ؛ وهذه يمكن أن
توفر معلومات عن كمية الجريان في المنظومة مع ملاحظة كمية التبخير وكمية سقي
المزروعات والكمية المتسربة إلى الأرض وفي معظم المناطق هنالك تغيير موسمي
في كمية المياه ؛ وهذه يمكن تقّديرها ومن المشاكل الرئيسية هي وجود تغيرات
موسمية لفترات طويلة أو لفترات قصيرة فالتغيرات من سنة إلى أخرى قد تكون
كبيرة فمثلاً قد يكون معدل سقوط المطر في مساحة تجميع معينة 900 ملم ؛ ولكنه قد
استمرارية سقوط كمية من المطر فإن نقص هذه الكمية لسنوات متعاقبة يعني حدوث
مشاكل في توليد كميات مناسبة من الطاقة الكهربائية

7 > بعض أنواع العتنفات (التوربينات) المستخدمة
إن العَنفات المستخدمة حالياً تكون على أشكال مختلفة كما في (الشكل7-7) وتختلف هذه
العنفات من حيث الحجم فقد يتراوح قطر الجزء المتحرك منها من ثلث متر إلى 20
دوران دثري وبالرغم من أن الماء يسري إلى الداخل باتجاه المركز - مقارنة
لعنفة القرن التاسع عشر
يسير الماء في الممر المحيط بالتوربين متوجهاً إلى الريش الآوارة (318088) كما
في (الشكل 9-7) التي تقوم بتوجيه شفرات الجزء الدوار ؛ ومن تم إلى المجرى
في الذيل ففي العنفات (التوربينات) المتوسطة من هذا النوع يتم توجيه التيار
إلى غطاء ذي شكل لولبي يشبه هيكل قوقعة الحلزون مع ريش موجهة موضوعة

في سطحه الداخلي إن شكل الريش الموجهة وشكل شفرات الجزء الدوار مُهَمَان
في إنتاج سريان منتظم لغرض الحصول على كفاءة عالية ؛ وللتأكد من أن الماء
عند خروجه قد فد كل حركته الدورانية كما موضح في الشكل (10-7) الذي يبين
سير الماء عند مواجهته ومغادرته لشفرات الجزء الدوار ويجب أن نتذكر أن
الشفرات تدور أيضاً ؛ وعليه فإن المسار الحقيقي للماء هو نتيجة جمع سرعة
الشفرات إلى سرعة المياه كما في الشكل (100-7) أما الأسهم في الشكل
(106-7) فإنها توضح كيفية تغير اتجاه الجريان
يسلط الماء قوة على الشفرات ؛ وهذه القوة تنقل الطاقة إلى الجزء الدوار
(التوربين) لتوليد طاقة الدوران

شكل (10-7): سريان الماء في عَنفة (توربين) فرانسس
إن القدرة المتولدة من العنفة تكون أقل من القدرة المسلطة عليه وذلك لعدة أسباب
ٍ, أولها أن هنالك خسائر احتكاك ؛ وثانيها أن الطاقة المائية الموجهة تدور في
أنابيب وقنوات ؛ وفي هذا أيضاً خسائر احتكاك
إن العّفات الحديثة ؛ وفي الظروف المناسبة ؛ تكون مكائن ذات كفاءة عالية
ويمكن الحصول منها على كفاءة تصل إلى 9596 بعد أن يتم تثبيت سرعة الماء
القادم الصحيح واتجاهه بالنسبة إلى الشفرات والقدرة الناتجة يمكن أن تقل
عندما تقل كميةٌ الماء ولتثبيت ذبذبات دوران المولد فإن معدل سرعة هذا المولد
يجب أن تكون ثابتة لأية قدرة منتجة ولكن عند عدم تغيير سرعة الجزء الدوار
- عندما تقل سرعة المياه - فإن ذلك يعني أن الزاوية التي يتم فيها تسليط الماء
على الشفرات المتحركة ستكون متغيرة وعندها ستقل كفاءتها إن هذه
إن اختيار أفضل عنفة لعمل معين يعتمد على عدة عوامل من أهمها أن يكون
المياه تكون مطلوبة للحصول على طاقة ثابتة وعندما يكون الارتفاع أقل تقل

سرعة المياه ؛ وهذا يعني ضرورة اختيار مساحة كبيرة والعنفات الملائمة
للعمل في مثل هذه الظروف هي من نوع العَنفة ذي الجريان المحوري
(:811م2:0) والحقيقة أن الارتفاع العالي للماء يسبب مشاكل أْضاً فالارتفاع
وهذا يكون أحيقاً غير مرغوب فيه ويستخدم لهذا النوع من المحطات
2-7-7 الدافع 00018 أو العنفة (التوربين) ذات الجريان المحوري
في العنفة ذي الجريان المحوري والموضح في الشكل (11-7) تكون المساحة التي يدخل
منها الماء أكبر ما يمكن ؛ وهي كل المساحة التي تغطي الشفرات لذلك فإن العنفة ذي
الجريان المحوري ملائمة لكميات كبيرة من الماء ولارتفاع قليل جداً لا يتجاوز عدة
على القدرة وهذا تحسين للكفاءة عندما يتغير الحمل وتدعى العّنفات ذات الجريان
ويمكن مقارنة الشكل (12-7) مع الشكل (10-7) لغرض توضيح جريان الماء بالنسبة
للشفرات والجريان الحقيقي المطلوب لتحقيق ذلك ففي حالة الجريان المحوري يكون
اتجاه الجريان العام غير دائري ولكنه محوري ؛ وهو يعمل زاوية مناسبة مع المحور
وليس على طوله وكما في السابق فإن الماء الداخل يكون كالدوامة المستديرة ؛ ولكن
الخاصية المهمة هنا هي أن سرعة الشفرات أكبر من سرعة الماء (بقدر ضعفها) ؛
الأجزاء الخارجية من الشفرات تدور أسرع من الأجزاء المركزية وأن الماء المتحرك
على شكل دوامة يكون أسرع قرب المركز ؛ فإن زاوية الشفرة تحتاج إلى زيادة من
المسافة مع المحور ؛ ولهذا يكون للدافع 81160م0:0 الشكل الملتوي المألوف

شكل ‎:)١7-97(‏ سريان الماء في العنفة (التوربين)
7 العنفات (التوربينات) ذات القوة الداقعة (معمتطاعن 1 ع1 («ه1)
إن دولاب بلتن هو المفضل للاستخدام في الارتفاعات العالية لمنسوب المياه
والتي تزيد عن 250 متراً هذا الدولاب اخترعه عام 1880 لستر بلتن ؛ وقد
استخدم في نهاية القّرن التاسع عشر في كاليفورنيا وهو يختلف تماماً عن

الأفواع الأخرى التي نوقشت سابقاً ويتكون هذا الدولاب بصورة أساسية من
دولاب ومجموعة من الملاعق أو الأكواب المثبتة حول المحيط ؛ كما هو موضح
بالشكل (13-7) ويسير بواسطة تيار الماء ذي السرعة العالية الذي يضرب
الأكواب على التوالي يمر الماء حول المنحنى ؛ وفي أفضل الحالات سيعطي
معظم طاقته الحركية وبما أن الطاقة تتوفر في متوالية من دفعات قصيرة في
سابقاً فإن أحد الفروق المهمة بين هاتين النوعين هي أن الغنفة السابقة تدور وهي
مغمورة في الماء وبفرق ضغط خلال الجزء الدوار بينما تدور هذه العّنفات (ذي
القوة الدافعة) بصورة رئيسية في الهواء تحت الضغط الجوي الاعتيادي
شكل (13-7): هيكل دولاب بلتن
إن القدرة المتوفرة لتوربين بلتن يمكن معرفتها ؛ كما هو معتاد ؛ بواسطة
الارتفاع وكمية الماء الجاري فإذا كانت مساحة التدفق م بالمتر المربع فإن
حجم التدفق المناسب (() للارتفاع (11) يمكن حسابه من المعادلة التالية :
وحم 4/1120
وبما أن القوة الداخلة بالكيلووات تعادل 01110 (كما تم شرحها سابقاً) ؛ لذا فإنه
بالتعويض في قيمة 0 من المعادلة السابقة فإن القدرة 7 ستساوي :