אנרגיית המים, אבן יסוד באנרגיה מתחדשת, התפתחה מאז סוף המאה ה-19, ותומכת באנרגיה סולארית ורוח באמצעות יכולות האחסון והייצור שלה. סוגים שונים של תחנות כוח מים, כמו זרימת נהר, מאגר ואגירה שאובה, מספקים צרכים שונים של אנרגיה.
מה זה כוח מים?
כוחם של המים נוצל לביצוע עבודות במשך אלפי שנים. מכיוון שלמים זורמים יש אנרגיה שניתן ללכוד ולהפוך לחשמל, כוח הידרואלקטרי, הידוע גם בשם כוח הידרו, הפך למקור חשמל בסוף ה-19ה' מֵאָה.
במדע 101 זה: מהי אנרגיה הידרומית, מהנדס קוונטין פלוסארד ומנהל המרכז לניתוח מערכות אנרגיה, סביבה וכלכלה של המעבדה הלאומית של ארגון ולדימיר קוריטרוב מתארים כיצד משתמשים במים לייצור ואחסון חשמל. כוח הידרו ממלא תפקיד חשוב בתמיכה במקורות אנרגיה מתחדשים כמו רוח ושמש שלא תמיד יכולים לייצר חשמל. כוח הידרו פועל כמו סוללה בכך שהוא מסוגל לאגור אנרגיה ולהשתמש בעת הצורך. כבר למעלה מ-35 שנה, Argonne עוזרת למדינות ברחבי העולם לעמוד בביקוש ההולך וגובר של אנרגיה הידרומית על ידי פיתוח מודלים וכלים ממוחשבים המסייעים בקבלת החלטות לגבי רשתות חשמל, שימוש במים ותחנות כוח הידרו.
אנרגיית מים היא אחת מהיצרניות הגדולות ביותר של אנרגיה מתחדשת כיום. זה גם ממלא תפקיד חשוב בתמיכה במקורות אנרגיה מתחדשים אחרים כגון כוח שמש ורוח צומחים במהירות. כשהשמש לא זורחת והרוח דועכת, מקורות האנרגיה האלה לא יכולים לייצר חשמל. אנרגיית מים יכולה לעזור על ידי שחרור יותר מים מהמאגרים שלה כדי להגביר את ייצור החשמל. מצד שני, כאשר יש יותר מדי ייצור רוח ושמש זמינים, כוח הידרו יכול לאגור עודפי אנרגיה כמים במאגרים לשימוש מאוחר יותר.
ישנם מספר סוגים של תחנות כוח מים:
- צמחי נהר אוגרים מעט אנרגיה או ללא אנרגיה. היכולת שלהם לייצר חשמל משתנה לפי זרימת המים של הנהר.
- למפעלי מאגרים יש יכולות אחסון, והם יכולים להתאים את ייצור החשמל שלהם בהתאם לביקוש.
- מפעלי כוח אגירה שאובים (PSH) פועלים כסוללות מים גדולות. צמחי PSH מזרימים מים בין שני גופי מים שנמצאים בגבהים שונים – אחד גבוה יותר ואחד נמוך יותר. מים נשאבים לתוך הגוף העליון של המים כדי לאגור אנרגיה, ולאחר מכן משוחררים לתוך הגוף התחתון של המים כאשר יש צורך לייצר חשמל. מפעלי PSH מספקים כיום כ-93% מכל אחסון האנרגיה בקנה מידה של שירות בארה"ב
מדענים במעבדה הלאומית Argonne של משרד האנרגיה של ארה"ב (DOE) עוזרים לענות על הביקוש הגובר בעולם לאנרגיה הידרומית כבר למעלה מ-35 שנה. מכיוון שבניית תחנות כוח מים חדשות או עדכון קיימות פעם אחת יכול להיות מאתגר, Argonne פיתחה מודלים ממוחשבים המשמשים כיום ביותר מ-20 מדינות כדי לעזור לממשלות ולמפעילי רשתות לתכנן את רשתות החשמל שלהם, לשפר את השימוש במים, לקבוע יכולות ולספק הערכות עלות-תועלת של שירותי כוח מים.
מדעני Argonne חברו גם למעבדות לאומיות אחרות בארה"ב ולמפתחי PSH כדי ליצור מדריך הערכת שווי שיעזור למקבלי החלטות להרחיב מפעלים קיימים או לבנות מתקנים חדשים.
היכולות של ארגון עוזרות לתעשיית כוח המים על ידי:
- מחקר כיצד כוח הידרו ממלא תפקיד חשוב באנרגיה נקייה על ידי אספקת חשמל נחוץ כדי להשלים פערים כאשר אנרגיית השמש או הרוח אינם זמינים
- מציע כלי דוגמנות חדישים, יישומים וניתוח שניתן להשתמש בהם ברחבי העולם.
- מתן גישה למחשוב-על ברמה עולמית כדי להרחיב את מורכבות המודלים ולצמצם את זמני העיבוד לתוצאות מהירות יותר על ידי שימוש ב-Argonne Leadership Computing Facility.
קרדיט: Argonne National Laboratory
מה זה כוח מים?
אנרגיית מים היא אחד המקורות הוותיקים והגדולים ביותר של אנרגיה מתחדשת.
כוח המים משתמש בזרימה הטבעית של מים נעים כדי לייצר חשמל. תחנות הידרואלקטריות מספקות כ-60% מהחשמל המתחדש ברחבי העולם.
הסוגים העיקריים של תחנות כוח הידרו כוללות אנרגיה הידרומית של זרימת נהר, אגירה ואגירה שאובה. לתחנות כוח הידרומית של נחל יש מעט או ללא יכולות אחסון. לתחנות כוח מים אגירה יש בדרך כלל מאגרים גדולים עם קיבולת אגירה משמעותית, בעוד שתחנות כוח אגירה שאובות פועלות כסוללות מים ענקיות.
תחנות כוח מים אגירה שאובות מייצרות חשמל בעת הצורך על ידי זרימת מים במאגר עליון (1) כלפי מטה לסחרור (2) טורבינות ו- (3) גנרטורים, וכך מייצרות חשמל שניתן לספק לרשת האנרגיה (4) בשניות. המים נשאבים מאוחר יותר (5) חזרה למאגר העליון כאשר החשמל בשפע ופחות יקר.
אנרגיית מים לאחסון שאוב היא כיום הטכנולוגיה הממוסחרת היחידה לאחסון לאורך זמן, אשר תהפוך ליותר ויותר חשובה ככל שמערכת החשמל תתפתח כך שתכלול ייצור רוח ושמש.
