تقديم :
طاقة المد والجزر هي نوع من طاقة الحركة المخزونة في التيارات الناتجة عن المد والجزر الناتجة بطبيعة الحال عن جاذبية القمر والشمس ودوران الأرض حول محورها وعليه تـُصنف هذه الطاقة على انها طاقة متجددة نظيفة .
وقد بدأت الكثير من الدول الساحلية الاستفادة من هذه الطاقة الحركية لتوليد الطاقة الكهربائية وبالتالي تخفيف الضغط عن محطات الطاقة الحرارية ، وتخفيف التلوث الصادر عن هذه المحطات التي تعمل بالفحم أو بالبترول.
توجد طريقتان أساسيتان لتوليد الطاقة الكهربائية باستغلال ظاهرة المد والجزر :
1 – طريقة بناء السدود :
كما هو منفـّذ في محطة Rance بفرنسا والتي بُنيت عام 1966 وتعمل بقوة 240 ميجا وات . بُني هذا السد للتحكم في التيارات الناتجة عن المد والجزر وتوجيه هذه التيارات بطريقة تمر في فتحات التوربينات.
هذه التوربينات شبيهة بالمرواح التي تُستخدم لتوليد الطاقة من الريح حيث تم تثبيت 24 مروحة على سد بطول إجمالي قدره 750 متر ويحجز 184 مليون متر مكعب من الماء. كل مروحة متصلة بتوربين يولد قوة 10 ميجا وات من الكهرباء . وقد بُني هذا السد عند مصب نهر الرانس . تُنصب هذه المراوح تحت سطح المياه في فتحات وبفعل التيارات المائية تدور هذه التوربينات وعبر ناقل الحركة نقوم بمضاعفة عزم الدوران ومن ثم يستفاد من هذا العزم لتحريك المولد الكهربائي وتوليد الطاقة الكهربائية .
هذه التوربينات قد تستخدم أيضاً الطاقة الفائضة من المحطات الأخرى ساعة الطلب الخفيف على الكهرباء ، لإعادة ملئ الأحواض بالماء ، وإعادة استخدام الماء لتوليد الكهرباء في أوقات الذروة، ولكن استخدام هذه التكنولوجيا تعتمد على وجود الأماكن المناسبة عند مصبات الأنهار أو مضايق البحار، حيث تقام السدود لاستخدامها.
وللاستفادة من تيارات المد والجزر التي هي بطبيعة الحال معكوسة الاتجاه ، لابد من تركيب المروحة على رأس متحرك ليتناسب مع اتجاه التيارات وبالتالي رفع نسبة الاستغلال ، ويميز هذه التكنولوجيا إذا ما قورنت بتكنولوجيا توليد الطاقة من الريح ان كثافة المياه أعلى من كثافة الهواء ، وبالتالي يكون توليد الطاقة من المد والجزر للمروحة الواحدة أعلى عنه بالمقارنة بتوليد الكهرباء بواسطة الرياح ، ويتم ذلك عند سرعة دوران منخفضة من خلال استخدام ناقل الحركة .
2 . طريقة الأبراج :
تعتمد تلك الطريقة على تثبيت مروحة أو مروحتان على برج متين بحيث تكون تلك المراوح تحت سطح الماء . وبنفس الطريقة المشروحة أعلاه تتحول طاقة حركة المروحة بواسطة المولد الكهربائي إلى كهرباء. .
تستغل تلك الطريقة التيارات المائية ، ولا تشكل الأبراج عائقا بحريا ً كما في حالة بناء السدود. لهذا فهي أنسب من ناحية المحافظة على البيئة.
شروط الاستخدام والمنفعة الاقتصادية :
لابد من إن يكون ارتفاع المد والجزر لا يقل عن 5 متر ولذلك يوجد في العالم 100 موقع يتوفر فيه هذا الشرط . كما أن استخدام هذه التقانة في المياه المالحة يعرض القطع المعدنية المستخدمة إلى التآكل وبالتالي لا بد من العناية والصيانة الدائمة وهذا ما قد يرفع من التكلفة وبالتالي تدني الربح.
محطات التوليد :
أول محطة وأكبرها بنيت عام 1961 في Saint – Malo فرنسا وبدأ العمل بها في عام 1966 ويبلغ ارتفاع المد والجزر في هذ المنطقة بين 12 و16 متر . فقام الفرنسيين ببناء سد بطول 750 متر ونتج عنه بحيرة بمساحة 22 كم2 وبسعة 184 مليون متر مربع وفي هذا السد 24 فتحة في كل منها عنفة بقدرة 10 ميغا وات . وبالتالي بقدرة 240 ميجاوات ككل ، كما تجدر الاشاره بأن هذا السد يستخدم مبدأ تخزين الماء عبر الطاقة الكهربائية الفائضة من المصانع الأخرى في غير ساعات الذروة لإعادة استخدام هذ الطاقة المخزنة في الماء في أوقات الذروة . في كندا هناك أيضاً محطة أخرى بنيت عام 1984 بقدرة إنتاج 20 ميجاوات وهذه المحطة يستخدم للابحاث فهو لا يستفيد إلا من حركة المد.
بيئيا :
هذه الطاقة تحظى بتصنيف “صديق للبيئة” فهي لا تصدر اي غازات أو مخلفات سامة كما أنها تاخذ بعين الاعتبار الثروة السمكية فالكثير من الابحاث حاولت التقليل من المخاطر التي قد يتعرض لها السمك نتيجة مروره بالقرب من التوربين والاصطدام بالمراوح .
إن العالم بأسره يتطلع إلى مصادر بديلة للطاقة التقليدية ( فحم – غاز – وقود ) طاقة نظيفة ومتجددة فكانت هذه التطلعات إلى المصادر المتاحة حولنا وهي الماء – الرياح – الشمس . وكانت المحيطات والبحار ومنذ فترة طويلة كانت المصدر المحتمل للطاقة البديلة حيث تحمل حركة المحيط طاقة على شكل مد وجزر وموجات وتيارات مائية , وهناك بعض الدول التي كانت سباقة إلى استعمال هذه التقنية الحديثة مثل فرنسا وانكلترا والولايات المتحدة الأمريكية
احتمالات أخرى :
الفرضية المحتملة الأخرى للحصول على الطاقة من المحيطات والبحار هي الاعتماد على فرق درجات الحرارة بين المياه السطحية والمياه الأعمق ولا تزال هذه الطريقة قيد الدراسة . على كل حال ما تزال التقنيات الصناعية لتجهيزات الطاقة المدية والجزرية في بدايتها أو طفولتها إن صح التعبير وسيكون هناك وقت طويل قبل أن تقدم هذه الطاقة الجديدة مساهمتها في توليد الطاقة أو دخولها في الاستغلال التجاري. .
أجزاء ومكونات المحطات المد الجزرية :
إن مبدأ عمل المحطات المدية الجزرية يشبه إلى حد ما المحطات الإلكترومائية إلى أن السد في محطة المد والجزر أكبر بكثير من المحطة المائية . وتتكون المحطة المدية الجزرية من المكونات الرئيسية التالية :
1 – مكونات المحطة المدية :
إن المكون الأول لمركز توليد الطاقة المدية هو الحوض المدي أو المصب إن إيجاد المكان المناسب الذي يحتوي على المصب ضروري لنجاح هذه المحطة وهذا المصب لا يكون من صنع الإنسان وإنما يكون طبيعيا وان الحوض المدي يكون ميزة جغرافية وليس من السهولة إيجاده أو إنشاءه
إن المكون الثاني الذي يؤثر في توليد الطاقة المدية هو الحاجز المدي هذا الحاجز يبدو مثل الحائط الذي يفصل الحوض المدي عند باقي البحر أسفل هذا الحاجز يكون مثبتا على قاع البحر وقيمة هذا الحاجز تكون فوق أعلى مستوى يمكن أن يصل إليه الماء من المد الأعظمي .
المكون الثالث لهذه المحطات هو بوابات التحكم وهي مناطق من الحاجز يستطيع الماء أن يتدفق بحرية من وإلى خارج المصب . هذه البوابات ليست مفتوحة بشكل دائم حيث يتم التحكم بها بواسطة مشغلي مركز الطاقة لتحديد التدفق المناسب من الماء إلى العنفات المدية .
المكون الرابع في مركز توليد الطاقة المدية هي العنفات المدية نفسها هذه العنفات مرتبة ضمن الحاجز المدي وتستقر بالقرب من قاع أرضية البحر وتصمم هذه العنفات بأسلوب مماثل للعنفة البخارية. فعندما تفتح البوابات يندفع الماء خلالها إلى العنفات ليسرع الشفرات وتوليد الكهرباء.
العنفات المد جزرية :
هناك تصميمان لمراكز توليد الطاقة المدية ( من حيث نوع العنفات ) :
النوع الأول :
وحيدة التأثير وهذه المراكز تولد الطاقة من تدفق الماء عبر العنفات في اتجاه واحد فقط وشأنها شأن العنفات البخارية حيث لا تستطيع العمل عندما يدور البخار باتجاه معاكس. لا تستطيع العنفات في هذه المراكز العمل إلا عند مرور الماء في اتجاه واحد فقط ، عندما ينخفض مستوى الماء في البحر بشكل مناسب تفتح بوابات التحكم المتمركزة أمام وخلف العنفات حتى يجبر الماء على التدفق من خلال العنفة وتتسارع الشفرات لتوليد الكهرباء تغلق بوابات التحكم عندما يصل مستوى الماء في المصب إلى مستوى الماء المدي المنخفض في البحر يعود مستوى الماء في البحر للارتفاع بالمد العالي وتبدأ دورة ثانية وهكذا.
النوع الثاني
ثنائية التأثير تعمل العنفات ثنائية التأثير بنفس مبدأ الوحيدة التأثير تقريباً تبدأ الدورة كدورة وحيدة التأثير مع أن مستوى الماء في المصب ينخفض ويرتفع مستوى الماء في البحر بالشروط المدية تفتح بوابات التحكم أمام وخلف العنفات لذلك يندفع الماء خلال العنفات لتوليد الكهرباء، عندما يصبح مستوى الماء داخل المصب بنفس مستوى الماء في البحر تغلق بوابات التحكم. يبقى مستوى الماء في المصب مرتفع والماء في البحر سوف يصل لحالة المد المنخفض. عندما ينخفض مستوى مياه البحر بما فيه الكفاية يعاد فتح البوابات أمام وخلف العنفة ويتدفق الماء خارج المصب من خلال العنفات حيث تولد الكهرباء عند مرور الماء على الشفرات في الاتجاهين وهذا ابتكار جديد في تقنية الطاقة الحدية حيث تصمم الشفرات للفتل والتسريع بنفس الاتجاه بغض النظر من اتجاه تدفق الماء عليها
وبالمقارنة بين هذين النوعين نجد انه من البدهي بان العنفات ثنائية التأثير سوف تولد كمية من الطاقة أكبر بمرتين من الطاقة التي تولدها العنفات أحادية التأثير ولكن عمليا لا يمكن للعنفات ثنائية التأثير أن تولد هذه الكمية بسبب ضياعات الوقت بسبب إغلاق وفتح بوابات التحكم ثنائية التأثير.
الدول التي تستفيد من هذه الطاقة :
أرجنتين : San Jose
أستراليا Secure Bay :
كندا Cobequid – Passamaquoddy : – Cumberland – Shepody –
الهند Kutch — Cambay :
كوريا الجنوبية Garolim – Cheonsu :
مكسيك Rio Colorado – Tiburon :
بريطانيا Severn – Strangford Lough – Conwy :
الولايات المتحدة : Passamaquoddy Bay — Golden Gate, California
الولايات المتحدة ألاسكا :Knik Arm , Turnagain Arm
روسيا Mezen – Tugur – Penzhinskaya Bay :
جنوب أفريقيا : Mozambique Channel
نيوزلند : Kaipara Harbour