مقدمة

تمتلك مصر قدرة توليد كهرومائية بحوالي 2700 ميجاوات، وفي عام 2023 أنتجت حوالي 2800 ميجاوات، ما يمثل 7.2% من إجمالي الطاقة المولَّدة في الشبكة الكهربائية الموحدة (وزارة الكهرباء والطاقة المتجددة، بدون تاريخ). وقد بلغ هذا الإنتاج نسبة 101% من القدرة الفعلية للمحطات الكهرومائية المصرية. وترجع زيادة الطاقة المولَّدة عن المستهدف إلى بذل العاملين بالمحطات مزيدًا من الجهد للاستغلال الأمثل للمياه المارة عبر التوربينات والمقررة من وزارة الموارد المائية والري وإجراء أعمال الصيانة والعمرات بالجهود الذاتية في المواعيد المحددة وإصلاح الأعطال في أقل وقت ممكن. ونعني بالجهود الذاتية هنا إجرءات الصيانة التي تأخذ وقتًا طويلًا بسبب المناقصات والتوريدات التي قد تكون مستوردة. لكن رغم ذلك ومع مواجهة مصر احتمالات نقص حصتها من مياه نهر النيل، بعد بناء سد النهضة الإثيوبي، توجد مزيد من الطرق التي يمكن من خلالها توليد الطاقة الكهرومائية، وبالتالي مواجهة النقص المحتمل في الطاقة الكهربائية المولدة وبالتالي الموزعة من خلال الشبكة القومية للكهرباء.

إنتاج الطاقة الكهرومائية في مصر

لدى مصر 6 محطات لإنتاج الطاقة الكهرومائية، هي السد العالي وخزاني أسوان وقناطر إسنا ونجع حمادي وأسيوط على مجرى نهر النيل. تقوم هذه المحطات بتوليد الكهرباء للشبكة القومية الموحدة التابعة لوزارة الكهرباء والطاقة.

حجم إنتاج محطات الطاقة الكهرومائية في مصر

وزارة الكهرباء والطاقة المتجددة. (٢٠٢٤). تعاون " مصرى-إماراتي" لإنتاج 3500 ميجاوات من الطاقة النظيفة.

كيف تُنتَج الطاقة الكهرومائية؟

يعتمد إنتاج الطاقة الكهرومائية على تحويل الطاقة الحركية للمياه إلى طاقة كهربائية عن طريق تحريك التوربينات التي تحرك المولدات، من دون الحاجة إلى حرق وقود لتوليد بخار الماء لإدارة التوربينات، أو جهاز لتحويل الحركة الترددية إلى كهرباء، ما يوفر الوقود ويحمي البيئة من التلوث.

$C:\Users\elmoataz_abdelazim\Desktop\Impoundment-hydrodam_5.21.21.png$

Energy. Gov. (n.d.). Types of Hydropower Plants.

والطاقة الكهرومائية المولَّدة في مصر بها عدد من المميزات، ويمكن تلخيص المميزات في أنها كهرباء نظيفة تمامًا، انبعاثاتها الكربونية صفر، وبالتالي لا تلوث البيئة. كما توفر الوقود لأنها لا تحتاج إليه، وتعمل على توفير وسيلة مستدامة لتوليد الكهرباء في حال تناقص الوقود المستخدم في محطات الطاقة التي تعمل بالوقود الأحفوري (غاز/مازوت). وبالتالي إتاحة قدرات أكبر للتحكم في المياه واستغلالها في الري والشرب. ولكنها في حاجة إلى زيادة السدود والقناطر لتوليد الكهرباء عن طريق إنشاء ممرات بأشكال هندسية معينة يتم وضع التوربينات بها لتوليد الكهرباء، وإلى وجود إمداد دائم من المياه، وتحتاج إلى التكنولوجيات الجديدة في توليدها وزيادة الاستثمار في هذا المجال.

ماذا تفعل مصر مع نقص مياه النيل؟

بينما تعتمد مصر على نهر النيل بشكل أساسي في الزراعة وتوليد الطاقة الكهرومائية. أدت التغيرات والتحديات الإقليمية والهيدروجغرافية بالمنطقة إلى تهديد حصة مصر في مياه النيل. تتجلى التحديات في نتائج بناء وتشغيل سد النهضة، بسعة تخزينية تصل إلى 78 مليار متر مكعب من المياه. حيث تقوم الحكومة الإثيوبية في مشروع سد النهضة بتكوين بحيرة صناعية تستغلها في توليد الكهرباء ثم تبيعها للدول المجاورة. ويعتمد المشروع على حبس المياه وتمريرها من خلال فتحات التصريف لتوليد الكهرباء، ما يؤثر في حصة مصر من المياه وبالتالي تدفقها إلى بحيرة السد العالي.

في ظل هذه التحديات لا يمكن الاعتماد على قدرات الإنتاج الكهرومائية المصرية الحالية بمفردها. لكن يمكن تعظيم دور ونسبة إنتاج الطاقة الكهرومائية حتى تصبح مصدرًا مستدامًا من خلال تعظيم الاستفادة من مياه النيل (المجرى الرئيسي والقنوات والترع) وإقامة مشروعات توليد طاقة كهرومائية مبتكرة تعتمد على مصادر مياه أخرى مثل:

مياه الأمطار والسيول.
خزانات المياه في المناطق المستصلحة والصحراوية.
طاقة الأمواج والتيارات البحرية.

وما يؤكد أهمية الاستثمار في أنظمة توليد الطاقة الكهرومائية -باستثناء السدود والخزانات- أنها مصادر توليد منخفضة أو قليلة القدرة تتراوح بين 10 كيلو وات و 5 ميجا وات. وتعتبر هذه الفئة من إنتاج الكهرباء مناسبة للمزارع والمصانع الصغيرة والمنازل والقرى السياحية أو المناطق المنعزلة أو التي يصعب توصيلها بالشبكة القومية للكهرباء بشكل عام. لكن لن يكون لهذه الأنظمة تأثير إلا عند استخدامها بشكل مكثف وعلى نطاق واسع لنضمن إمدادًا كبيرًا للطاقة الكهربائية والإسهام بجزء مهم في الحصة المولدة من الطاقة لصالح الشبكة القومية.

محطات لرفع المياه وتوليد الكهرباء

ورغم شبكة الترع والقنوات المائية الكبيرة للري في مصر، فهناك نقص في منشآت توليد الطاقة الكهرومائية المقامة عليها. وسبب ذلك الطبيعة الطبوغرافية لوادي النيل ودلتاه حيث الانخفاض التدريجي للأراضي كلما اتجهنا إلى الدلتا، التي لا تحتاج إلى سدود أو خزانات مياه للري وكذلك ضيق مساحة الأراضي الزراعية بجوار مجرى نهر النيل. لكن زيادة معدل استصلاح الأراضي أظهرت الحاجة إلى محطات رفع وضخ المياه لنقلها إلى الأراضي ذات المنسوب الأعلى. وشكلت الطاقة عائقًا حيث أصبح من الضروري توفير الطاقة اللازمة لتشغيل محطات رفع المياه وأعمال الصيانة الدائمة لها، أي استهلاك زيادة للكهرباء.

يمكن استغلال المحطات نفسها التي يتم رفع المياه من خلالها لتكون منتجة للطاقة الكهربائية بدلًا من كونها مستهِلكة أو على الأقل حتى تقوم بالاكتفاء الذاتي من الكهرباء. ويتم ذلك بتعديل التصميم الهندسي للمحطة للسماح بوجود مسار داخلي للمياه لكي تعبر إلى التوربينات ويتم توليد الكهرباء قبل رفعها إلى أعلى، وبالتالي تصبح محطة رفع المياه مستدامة الطاقة. ويمكن أيضًا الاعتماد على أحد المصادر البديلة للطاقة من ألواح طاقة شمسية أو توربينات رياح. ويمكن استخدام قنوات وترع الري لإقامة تعديلات هندسية بسيطة في مجاريها أو على ضفافها في اتجاه سريان المياه لوضع توربينات لتوليد طاقة كهربية مستمرة يتم توصيلها على الشبكة القومية الموحدة.

$D:\Personal\Hydroenergy\waveenergy-diagram.png$

نظام توليد الكهرباء من خلال أحواض جانبية علي مجرى القنوات المائية

المصدر: Wave power - U.S. Energy Information Administration (EIA).htmlا

ونظرًا إلى التغيرات المناخية التي يشهدها العالم ومنها موجات الأمطار الغزيرة، التي بدأت تشهدها بعض مناطق سلاسل جبال البحر الأحمر وجنوب مصر منذ عدة سنوات وامتدت هذا العام إلي أسوان وتوشكي وشرق العوينات، يمكن بناء منشآت هندسية كخزانات وسدود في بعض أودية جبال البحر الأحمر وبعض هضاب وجبال البر الغربي لوادي النيل لحجز الكميات الواردة من الأمطار والسيول وتنظيمها واستغلال فارق منسوب الأرض لإقامة محطات توليد كهرومائية بعد دراسة أفضل الأماكن لتخزين المياه والمناسيب وغيرها من عوامل إنشاء السدود والخزانات مع توفير كميات من المياه لأعمال الري والشرب وغيرها.

أما في المناطق الصحراوية والمستصلحة فيمكن الاعتماد على مياه الآبار الجوفية أو خزانات أرضية أسمنتية لتخزين المياه التي ترد عبر قنوات بشكل دوري أو خزانات لتخزين الأمطار فيمكن وضع "توربين" بنظام هندسي على مخرج المياه من الخزان أو مخرج البئر فتقوم بتوليد الكهرباء. ويمكن تزويد المكان بنظام رجوع للمياه بحيث تكون في دائرة مغلقة يولد تيار كهربي بشكل دائم يساعد في إدارة طلمبات المياه وأعمال الإنارة ويمكن بيعه للشبكة الكهربائية الموحدة وبالتالي المساهمة في الدعم الاقتصادي لأصحاب الأراضي كما يوضح الشكل التالي.

$D:\Personal\Hydroenergy\1845-ALJ-Hydropower2-2048x1172.jpg$

المصدر: Abdu Latif Jameel. (2023). Harnessing hydropower

* استخدام الطلمبات لرفع المياه إلى أعلى وتوليد الكهرباء من التوربينات لتشغيل الطلمبات، حيث يتم تمرير المياه عبر التوربينات إلى الأسفل فتولد كهرباء من دون الحاجة إلى كهرباء. يمكن استخدامها في خزانات الأمطار في الأودية والجبال ومحطات رفع المياه للمستويات الأعلى وخزانات المياه في الأراضي المستصلحة. (يمكن إضافة وسائل توليد طاقة أخرى كالألواح الشمسية توربينات الرياح)

يمثل توليد الكهرباء من الأمواج والتيارات البحرية نوعًا جديدًا ومبتكرًا من الطاقة الكهرومائية وأحد الوسائل الواعدة لتوليد الكهرباء بشكل رخيص ومستدام وبدون أي تلوث للبيئة حيث تستخدم عدة طرق لتوليد الكهرباء ومنها:

عوامات الطفو (السطحية - الأعماق).
أذرع الحركة الترددية.
توربينات في أحواض أو ممرات خاصة.

وتستخدم بعض الدول هذه الأنظمة بشكل متسارع وتفرد لها إمكانيات التطوير والإنشاء. تمتلك البرتغال محطتين تصل قدراتهما إلى 2.6 ميجاوات، ولدى السويد محطة قدرتها 3 ميجاوات، كذلك غانا بقدرة 0.4 ميجاوات، والنرويج واليونان والمملكة المتحدة وأستراليا والولايات المتحدة (محطات تجريبية).

وتتواجد شركات تعتمد على طاقة الأمواج والمد والجزر في السويد والنرويج والمملكة المتحدة واليونان والبرتغال وقبرص بكثرة ولها عديد من المحطات التجريبية.

$D:\Personal\Hydroenergy\Top-ten-countries-for-installed-capacity-of-wave-energy-generation-by-host-nation.png$

المصدر:

Hannon, Diemen, and Skea. (2017). Lost at sea or a new wave of innovation? Examining the effectiveness of the UK’s wave energy innovation system since 2000 University of Strathclyde, Glasgow

ويوجد نوع مبتكر مركب من معدات الطاقة الكهرومائية متحدة مع توربينات رياح حيث تعمل هذه الأجهزة بشكل مشترك فتقوم بتوليد الكهرباء من الحركة الترددية لتوربين الرياح وأيضًا من حركة الطفو الترددية للأمواج والتيارات البحرية، ويعتبر هذا نظامًا مدمجًا يستخدم طاقة الرياح والأمواج لتوليد الكهرباء وهو يستخدم في الدول الإسكندنافية ويمكن التعاون معهم لاستخدامه في مصر، التي هي من أكثر المناطق نشاطًا للرياح وخاصة في مناطق البحر الأحمر.

المصدر: Kaylie L. McTiernan and Krish Thiagarajan Sharman 2020 J. Phys

وهناك نوع جديد من توربينات الرياح تكون بدون مراوح (مجرد عمود يتأثر بحركة الرياح) وهو ما زال في مراحل التجارب التشغيلية حيث يتميز بانخفاض التكلفة بشكل ملحوظ وسهولة الإنشاء ويمكن دمجه مع نظم التوليد الكهرومائية عن طريق الأمواج. ويعتبر فرصة مهمة يمكن استغلالها والاستثمار فيها ونكون من أوائل الدول التي تستغل هذه الميزة.

$C:\Users\elmoataz_abdelazim\Desktop\compresor-campo-cielo.jfif$

Bladeless wind turbines - The latest in wind energy | Repsol David Jesus Yanez Villarreal

June 2018 Vortex Bladeless S.L.

www.vortexbladeless.com

The hybrid plant that can combine wave power, wind power and solar power (energi.se)

$D:\Personal\Hydroenergy\1845-ALJ-Hydropower-2048x1172.jpg$

Harnessing hydropower | Abdul Latif Jameel® (alj.com)

ستظل الطاقة الكهرومائية في قمة مصادر الطاقة المتجددة من حيث إنتاج الكهرباء وانخفاض تكاليف التشغيل مع الحفاظ على البيئة وانعدام إنتاج الكربون.

خاتمة

تتمثل التحديات التي تواجه قطاع توليد الطاقة الكهرومائية في كونه مجالًا جديدًا عالميًّا ولا تزال الاستثمارات فيه قليلة نسبيًّا. كما أنه يحتاج إلى دراسة الظروف الطبيعية والأحياء المائية بمنطقة المشروع طوال العام. ويمكن تشجيع استخدام هذا الأسلوب في توليد الكهرباء عن طريق الحوافز الاستثمارية المختلفة، وتعديل التشريعات التي تسهل بيع الإنتاج للشبكة الكهربائية الموحدة. وتسهيل بروتوكولات التعاون والشراكة مع الشركات العاملة في هذا المجال، مع وضع التشريعات التي تشجع وتلزم أصحاب المنشآت والقرى السياحية الساحلية على إقامة النوع المناسب من هذه التكنولوجيات لإنتاج ما تستخدمه من كهرباء وبيع الباقي للشبكة الكهربائية الموحدة.

وبعد استعراض وجود وأهمية الطاقة الكهرومائية في المساهمة في إنتاج الكهرباء في مصر، وفرص نجاح هذا النوع من الطاقة خاصة أنه غير مكلف في المشروعات على المستوى الصغير والمتوسط. يمكن تبني زيادة إنشاء مصادر الطاقة الكهرومائية لتكون مصر رائدة فيه وخاصة أنه نوع لم ينتشر بشكل كبير، وبما له من مميزات من توفير الوقود وسهولة الصيانة والاستدامة والمحافظة على البيئة. ويتفق هذا مع إستراتيجية الدولة المصرية التي تستهدف زيادة مساهمة نسبة الطاقة المتجددة في مزيج الطاقة الكهربائية، والاهتمام بتنويع مصادر إنتاج الطاقة الكهربائية والاستفادة من ثروات البلاد الطبيعية وبخاصة مصادر الطاقة الجديدة والمتجددة، والوصول بنسبة مساهمة الطاقة المتجددة في مزيج الطاقة في مصر إلى أكثر من 42% بحلول عام 2030.

مراجع

وزارة الكهرباء والطاقة المتجددة - هيئة الطاقة الجديدة والمتجددة. (بدون تاريخ).
http://www.nrea.gov.eg/Media/New/2488
شركة المحطات المائية لتوليد الكهرباء. (بدون تاريخ). https://hpgc.com.eg
وزارة الكهرباء والطاقة المتجددة - هيئة الطاقة الجديدة والمتجددة. (بدون تاريخ).
http://www.nrea.gov.eg/Media/New/2599

A Review of the Combined Wind and Wave Energy Technologies. (2019). International Journal of Engineering Trends and Technology (IJETT), 67(5), 131. ISSN: 2231-5381. https://www.ijettjournal.org
Abdul Latif Jameel. (n.d.). Harnessing hydropower. https://www.alj.com
Good vibrations: Bladeless turbines. (March, 2021). The Guardian. https://www.theguardian.com/environment/2021/mar/16/good-vibrations-bladeless-turbines
International Energy Association. (n.d.). Energy system. https://www.iea.org/energy-system
Small hydropower as a source of clean and local energy in Nigeria: Prospects and challenges. (n.d.). https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/
U.S. Department of Energy - Energy Efficiency & Renewable Energy – Water Power Technologies Office. (n.d.). Hydropower basics. https://www.energy.gov/eere/water/hydropower-basics
U.S. Energy Information Administration. (n.d.). Hydropower explained. https://www.eia.gov/energyexplained/hydropower/
U.S. Energy Information Administration. (n.d.). Wave power. https://www.eia.gov/energyexplained/hydropower/wave-power.php
Wisconsin Valley Improvement Company. (n.d.). How hydropower works. https://www.wvic.com/Content/How_Hydropower_Works.cfm
World Bank Forum. (n.d.). https://www.worldbank.org

Read Also