اختيار مولِّد توربين مائي: قياس الارتفاع والتدفُّق

لتحديد ما إذا كان النهر مناسبًا لتوليد الطاقة، وما حجم مولد التوربين المائي الأنسب، فإن الخطوة الأولى هي قياس بيانات اثنتين رئيسيتين: ارتفاع الماء (الرأس المائي) ومعدل التدفُّق. وتُحدِّد هاتان القيمتان قدرة توليد الطاقة، وتشكِّلان الأساس لاختيار مولد التوربين المائي وتقديم العروض السعرية.

لا يتطلَّب القياس وجود مهندسين متخصِّصين؛ فكل ما يلزم هو هاتف ذكي ودلّاء.

قياس ارتفاع الماء (الرأس المائي)

يشير ارتفاع الماء إلى الفرق الرأسي في الارتفاع بين نقطة الدخول ونقطة تركيب مولد التوربين المائي، ويُقاس بوحدة المتر. وهناك نوعان من ارتفاع الماء: الارتفاع الإجمالي والارتفاع الصافي.

يُشير الرأس الإجمالي إلى الانخفاض العمودي بين مستويي المياه في المجرى العلوي والمجرى السفلي، وهو الفرق النظري الكلي في الارتفاع؛ بينما يُشير الرأس الصافي إلى الانخفاض الفعلي القابل للاستغلال في مولِّد التوربين المائي. وبسبب فقدان الضغط الناتج عن احتكاك المياه أثناء مرورها عبر أنبوب السحب (أنبوب الضغط)، يكون الرأس المائي الصافي دائمًا أقل قليلًا من الرأس المائي الإجمالي. ويُعتبر هذا الأساسَ الذي يُبنى عليه حساب إنتاج الطاقة الفعلي.

توجد ثلاث طرائق قياس شائعة الاستخدام بشكل رئيسي:

تطبيق الهاتف المحمول — مقياس الارتفاع

افتح وظيفة قياس الارتفاع على هاتفك المحمول (يمكن لهواتف الآيفون استخدام تطبيق «البوصلة» المدمج؛ أما هواتف الأندرويد فيمكن تنزيل تطبيق مقياس الارتفاع المجاني). سجّل الارتفاع عند نقطة الدخول المُحددة مسبقًا، ثم امشِ إلى نقطة تركيب التوربين الهيدروليكي المُحددة مسبقًا وسجّل الارتفاع هناك مرةً أخرى. والفرق بين القراءتين هو ارتفاع الرأس المائي. وهذه العملية لا تستغرق سوى دقيقتين تقريبًا. ويمكن تقليل الأخطاء عن طريق أخذ عدة قراءات ثم حساب متوسطها.

مقياس الضغط

إذا كان أنبوب المياه مركّبًا بالفعل، فيمكن تركيب مقياس ضغط عند طرف الأنبوب. وأغلق الصمام لوقف تدفق المياه داخل الأنبوب. وعند هذه اللحظة، تشير القراءة إلى الضغط القياسي. وعلاقة التحويل هي: ١ بار ≈ ١٠ أمتار من الرأس المائي، و١ ميجا باسكال ≈ ١٠٠ متر من الرأس المائي. وعند فتح الصمام وتشغيل التوربين الهيدروليكي بشكل طبيعي، فإن القيمة التي يعرضها مقياس الضغط تمثّل الرأس المائي النظيف.

مقياس المستوى أو نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)

إذا سمحت الظروف الميدانية، فإن استخدام مقياس المستوى لقياس فرق منسوب المياه بين المنبع والمصب هو الطريقة الأدق. وبديلًا لذلك، يمكن أيضًا استخدام جهاز تحديد المواقع العالمي (GPS) المزوَّد بوظيفة قياس الارتفاع لأغراض القياس.

قياس التدفُّق

التدفُّق يشير إلى حجم المياه التي تمرُّ خلال فترة زمنية محددة، وعادةً ما يُقاس بالمتر المكعب في الثانية (م³/ث) أو الليتر في الثانية (ل/ث). ولا يمكن الاختيار الأمثل لمولِّد التوربينات المائية المناسب إلا بمعرفة معدل التدفُّق. وحسب حجم مصدر المياه، هناك طريقتان عمليتان للقياس.

طريقة الدلو: مناسبة للجداول ذات التدفُّق الصغير

لهذا النوع من التدفُّق الصغير، تعد هذه الطريقة الأبسط والأدق:

● استخدم الحجارة أو ألواح الخشب لتوجيه تدفُّق المياه نحو مخرج واحد؛

● ضع دلو ماء ذا سعة معروفة تحت المخرج، واستخدم مؤقِّت الهاتف المحمول لتسجيل الزمن اللازم لملء الدلو؛

● التدفُّق = سعة الدلو ÷ الزمن اللازم لملئه (بالثواني).

مثلاً، إذا أمكن ملء دلو سعته ٢٠ لترًا في ٤ ثوانٍ، فإن معدل التدفق يساوي ٢٠ ÷ ٤ = ٥ لتر/ثانية. ومن المهم ملاحظة أنه يجب إجراء عدة قياسات ثم أخذ متوسطها للحصول على نتيجة أكثر دقة وموثوقية.

الطريقة المقطعية: تُطبَّق على قنوات تدفق المياه الأكبر

عندما يكون معدل التدفق مرتفعًا جدًّا ويكون استخدام الدلو غير عملي، يمكن الاعتماد على الطريقة المقطعية لقياس معدل تدفق المياه (وهذه الحالة مناسبة جدًّا أيضًا لاستخدام مولِّد توربين مائي أكبر):

● قِس المساحة المقطعية: اضرب عرض القناة في عمق الماء للحصول على المساحة أ (بالمتر المربع). وإذا كانت شكل القناة غير منتظم ويصعب قياسه، فيمكن تقسيمه إلى عدة أجزاء، ثم قياس كل جزء على حدة، وأخيرًا جمع النتائج معًا.

● قِسْ سُرْعَةَ التَّدَفُّقِ: أَلْقِ أَوْرَاقًا أَوْ أَجْسَامًا أُخْرَى طَافِيَةً عَلَى سَطْحِ المَاءِ، وَسَجِّلِ الوَقْتَ الَّذِي تَسْتَغْرِقُهُ لِلتَّدَفُّقِ لِمَسَافَةٍ مُعَيَّنَةٍ (مَثَلًا ١٠ أَمْتَارٍ). وَاقْسِمِ المَسَافَةَ عَلَى الوَقْتِ لِلحُصُولِ عَلَى سُرْعَةِ التَّدَفُّقِ V (بِالْأَمْتَارِ لِلكُلِّ ثَانِيَةٍ).

● صِيغَةُ حِسَابِ مَعْدَلِ التَّدَفُّقِ هِيَ: Q = المَسَاحَةُ المُقَاطِعِيَّةُ A × سُرْعَةُ التَّدَفُّقِ V.

وَبِالمِثْلِ، يَجِبُ أَيْضًا إِجْرَاءُ عَدَّةِ قِيَاسَاتٍ وَأَخْذُ مُتَوَسِّطِهَا هُنَا.

بَعْدَ قِيَاسِ ارْتِفَاعِ المَاءِ وَمَعْدَلِ التَّدَفُّقِ، نُمَكِّنُكَ مِنْ عَرْضِ البَيَانَاتِ، وَنَخْتَارُ لَكَ مُولِّدَ التُّورْبِينَ المَائِيَّ الأَنْسَبَ.