>>>> الرد الثالث :
تأثر محطات التوليد على البيئة والانسان
المقدمة:
يرتكز التخطيط الكهربائي على التنبؤ بالأحمال المستقبلية وكل ما يضمن أداء المنظومة بدرجة مرضية. إلا أنه لم يؤخذ بعين الاعتبار فى التخطيطالكهربائي التلوث البيئي الناجم عن وجود المنظومة الكهربائية بالرغم من البحث الدقيق الذي تم بخصوص أثر التلوث البيئي - الناتج عن الأتربة والأملاح العالقة بالجو - على المنظومة الكهربائية. فنجد فى هذا الخصوص أن الدراسات انطلقت بدءاً من أثر التلوث البيئي على خطوط النقل عموماً ودخلت فى التفصيلات بدءاً من أثر التلوث على أداء العوازل إلى أثر التلوث على الموصلات وكذلك الأبراج .
وفى الجماهيرية الليبية كان هناك اهتمام واضح فى هذا الخصوص وبناءً عليه تم إنشاء محطات لاختبار شدة التلوث ومعرفة ما قد يسببه من أثر سلبي على أداء خطوط النقل والعوازل والأبراج .
وإن كان هناك من دراسة لتأثير المنظومة الكهربائية على البيئة فتكاد تنحصر فيما تحدثه محطات التوليد من تلويث للجو بسبب ما تنفثه من دخان ورماد متطاير . أضف إلى ذلك ما تسببه أبراج التبريد بمحطات التوليد من ارتفاع فى درجة حرارة مياه البحر وماينعكس سلباً على البيئة البحرية.
فى هذه الورقة نحن بصدد الكشف عن بعض الجوانب التي تمثل الصورة غير المرضي عنها فى مجال الهندسة الكهربائية، ففى وجهة نظر الباحث أنه من المهم جداً طرح مسألة الأثر السلبي البيئي لاستخدام الكهرباء ومناقشتها واقتراح الحلول الناجحة والمناسبة لها. كما وأن مراجعة المقاييس والمعايير لكل ما يرتبط بتوليد ونقل وتوزيع الكهرباء سيكون من الخطوات المهمة فى طريق التخفيف من الأثر السلبي للكهرباء، ومن هنا نستطيع أن نضمن إلى حد ما تخطيطاً كهربائياً ينطلق من أرضية صلبة وبأقل الأضرار البيئية.
هناك العديد من المواضيع البيئية التي من الممكن أن تكون جديرة بالدراسة كنتيجة وانعكاس لوجود محطات التوليد ومحطات التحويل الكهربائية:
1. الآثار الصحية على الانسان.
2. الانعكاسات الاقتصادية والاجتماعية.
3. منظر الأرض.
4. الانعكاسات على البيئة النباتية والحيوانية.
5. المياه والتربة والهواء.
6. الطقس.
7. الآثار القديمة.
8. التقاليد الثقافية.
الضجيج والاهتزاز
التلوث السمعي
من مصادر الضجيج بمحطات التحويل، القواطع والفواصل وأجهزة التنبيه، وهذه تكون فى العادة لفترة قصيرة ولا تشكل مصدراً للانزعاج واللوم، أما بالنسبة للمولدات الكهربائية فأينما وجدت فهي مصدر إزعاج وخاصةً بمحطات التوليد، بل إن التعامل معها عن قرب سواء بالتوربينات أو المولدات سيعكس على الجسم اهتزازات إذا تعدت حدوداً معينة كان لها أثر سلبي مباشر على صحة الانسان.
حدة الضجيج الصادر عن حركة بعض الآليات والمواقع الكهربائية وعلى بعد ثلاثة أقدام تم استقاؤها من مفكرة الهندسة الكيميائية
(Chemical Engineering Plant Note Book) والمنشورة بالمصدر [15] وهى على النحو التالي:
الجدول (1) يوضح تقديرات لمستوى الضجيج لمعدات بمحطات التحويل والتوليد الكهربائية [15].
حدة الضجيج (ديسبل)
مصادر الضجيج
125
حجرة مولد ديزل ( الخلفية الارضية )
120
محطة تحويل كهربائية ( الخلفية الارضية )
95
محطة توليد كهربائية بخارية ( الخلفية الارضية )
87-84
آلات دوارة Spinning Machine
باختلاف مستوى الضجيج تتغير المدة المسموح بها للتعرض لهذا الوسط فعدد الساعات المسموح بها فى وسط ضجيجي فى اليوم يقل بزيادة مستوى الضجيج ببيئة العمل، وعلى هذا النحو حددت التشريعات الصوتية بالمصانع الأمريكية عدد الساعات المسموح بها تحت ضروف ضجيج مختلفة كما هو موضح فى الجدول رقم (2).
الجداول (2) العلاقة بين مستوى الضجيج وعدد ساعات العمل المسموح بها بالمصانع الامريكية [ 15 ] .
8
6
4
2
1
فترة العمل ساعة/يوم
72
85
95
200
102
درجة الضجيج dB (A)
بالطبع لايكفي أن توجد معايير لمستوى الضجيج إذا لم تتم الاستفادة منها فى التخطيط المستقبلي للإنجازات الكهربائية والحث على ضمان أن يكون مستوى الضجيج أقل ما يمكن. يجب أن يكون هناك أيضاً حرص على ألا يتجاوز مستوى الضجيج ما هو مسموح به للمعدات والآلات الكهربائية- سواءُ بمحطات التحويل أم التوليد-حسب ما حددته المقاييس والمعايير العالمية.
التلوث بالاهتزاز
التلوث لضجيج نتيجة حركة الآلات الدوارة يتحول إلى اهتزازات عنيفة إذا تجاوزت الحد، فحركة الدوران، إضافة إلى التلوث السمعي، تحدث أيضاً اهتزازاً بجسم الانسان له مؤثرات فسيولوجية وسيكولوجية. توجد تقديرات عالمية للمستوى الذي تصل إليه قدرة الجسم على تحمل الاهتزازات (الأفقية والعمودية) والمدى الأوسع لذلك، وتجاوز هذه الحدود سيؤدي إلى إعياء واضح ونقص فى القدرة الإنتاجية بالنسبة لأغلب العمال. كذلك الاهتزازات على اليد والساعد تنتج عنها أضرار فيزيائية عندما يكون مستوى الاهتزازات مرتفعاً ومتكرراً على المكان الذي تعرض للاهتزاز .
التشويش اللاسلكي
يحدث التشويش اللاسلكي نتيجة التفريغ الجزئي Partial Discharges P.D. أو الهالة Corona.كذلك يكون نتيجة التفريغ الكامل بين الفجوات. التيار الذي يسرى فى التفريغ الهالي يحتوي على مركبات ذرات القدرة، وقد يحدث هذا التداخل بواسطة الحث المغناطيسي Electromagnetic induction أو الحث الكهروستاتيكي Electrostatic induction نظراً لوجود المحاثة المتبادلة Mutual inductance بين موصلات خط القدرة وخطوط الهاتف فينتج عن ذلك سريان تيارات تتداخل مع التيارات الأصلية السارية فى خطوط الهاتف قد يصل إلى درجة يصبح معها استعمال أجهزة الهاتف خطراً، التشويش اللاسلكي بمحطات التحويل الكهربائية يتضمن أيضاً التالي:
1. عمليات الفصل.
2. الشرارة بالأجزاء المعطوبة مثل، عطب بمغير اللفائف Tap Changer بالمحول.
التلوث بالزيوت
من السهل جداً حدوث تلوث بيئي بالزيوت نتيجة انشراخ بإحدى جدران صفيحة لمحولات القدرة، فنجد أن المحولات الكبيرة تحتوى على كمية هائلة تصل إلى حوالي 50000 لتر من الزيت العازل، وعادة ما يحدث انسكاب الزيت من المحولات - كمشكلة بيئية نتيجة لسببين:
1. خطأ فى المناولة.
2. عطل بالمحول ينتج عنه تمزق بجدران المحول فينسكب الزيت.
هذان السببان من الممكن أن ينطبقا على القواطع الزيتية، إلا أن الزيت بالقواطع الزيتية وخاصة الحديثة منها تكون كميته قليلة.
التلوث بغاز سادس فلوريد الكبريت SF6
التقديرات المسجلة حتى سنة 1996 للمنتوج العالمي لغاز SF6 تفيد بأن القدرة الانتاجية فى السنة تصل إلى حوالي 8000 طن متري، ونتيجة لثقله بالنسبة إلى الهواء فيجب على العاملين بمحطات التحويل أن يكونوا على إلمام تام بهذه الخاصية ليأخذوا حذرهم عند تواجدهم بخنادق الموصلات الأرضية، والأنفاق، والسلالم حيث تسنح فرصة تجمع الغاز وطرده للهواء، مما قد يسبب الاختناق.
فتصميم المباني التى تحوي على غاز SF6 يجب أن يتوفر بها مجال للتهوية الطبيعية أو التهوية الصناعية بواسطة مراوح كهربائية يتم تشغيلها بعد تحسس جهاز كاشف خاص لتسرب غاز SF6 ، هذه الأيام نسمع بتصريحات وكالات البيئة العالمية بأن غاز SF6 يسهم فى ظاهرة البيوت الزجاجية (الاحتباس الحراري) وكذلك احتمالية تأثيره على طبقة الأوزون وإن كان هذا التأثير ضئيلاً جداً بالمقارنة مع غيره من الغازات الأخرى [21]. كذلك هناك تأثير على صحة الإنسان نتيجة المركبات by-products التى تتحلل من الغاز بسبب الانفراغات التى تحصل بأنظمة إطفاء الشرارة أو العزل بغاز [22] SF6 .
الجدول (3) بيانات خاصة باختبارات خطوط النقل [ 20 ].
عدد الناس الذين يعيشون في محيط300 قدم
تكلفة التشغيل
التكلفة الرئيسية
طول الخط
الخط
من حدود حق مرور بالخط
السنوي (مليون $)
(مليون $)
(ميل)
20
1.9
25
35
أ
157
1.2
16.3
32.5
ب
24
1.3
16.6
32.5
ج
9
2.1
27.8
40
د
التلوث بالمجالات الكهرومغناطيسية
المجالات الكهرومغناطيسية EMF مرتبطة بمعدات نقل الجهد العالي، ومحطات التحويل الكهربائية، وكذلك خطوط الجهد العالي، فتنتج هذه الموجات من ترددات منخفضة جداً وترددات غير مؤينة. فمصادر المجالات الكهربائية والمغناطيسية بمحطات التحويل الكهربائية ممكن أن تعدد على النحو التالي:
1. خطوط الجهد العالي. 2. حواسيب آلية. 3. شاحن بطاريات.
4. شبكة التأريض. 5. محولات. 6. قضبان التوصيل.
7. قواطع. 8. مصائد الخطوط. 9. مكثفات.
تجنباً للمخاطر الناتجة عن الموجات الكهرومغناطيسية علينا أن نغير أحياناً فى مسارات خطوط النقل المارة بالمناطق الآهلة بالسكان، بالطبع التغيير فى مسار خط نقل ما سيزيد من تكلفة بنائه إلا أن ذلك سيضمن تجنب آثار سلبية قد تؤثر على صحة الإنسان، وفى الجدول التالي توضيح لدراسة مقارنة لتكاليف بناء خط نقل [20]. والأضرار المتوقعة لمرور خط نقل بمنطقة آهلة بالسكان تتمثل فى مرض سرطان موضحة بالجدول رقم (5) [20].
لقد قامت العديد من الهيئات العلمية الأمريكية [18] مثل:
EPRI: Electric Power Research Institute.
IITRI: Illinois Institute of Technology Research Institute. &
EPA: Environmental Protection Agency.
بإعداد مقاييس بخصوص قيم شدة المجالات الكهرومغناطيسية الناتجة عن بعض الأجهزة الكهربائية المنزلية، أنظر الجدول رقم (4).
نتيجة لمستويات شدة المجالات الكهرومغناطيسية الناتجة عن الأنظمة الكهربائية أو عن استخدام الطاقة الكهربائية لتشغيل الأجهزة الكهربائية تم اقتراح مواصفات للحدود الزمنية المسموح بها حتى لا يسبب التعرض لها مشاكل صحية، هذه الحدود موضحة بالجدول رقم (6).
أخذ التلوث صوراً وأشكالاً مختلفة ووصل إلى حد تلويث منابع التغذية عند المستهلك، فبدلاً من أن تصل جهود الكهرباء بترددها المطلوب وبالشكل الجيبي الذي هى عليه صارت تصل مشوهة بتوافقيات متعددة، ترجع مشكلة تلوث النظام الكهربائي إلى التشويه الزائد للتيار أو الجهد للقدرة التى يقدمها نظام توزيع القدرة للمستهلك، فينتج عن هذا التشويه زيادة فى تسخين معدات نظام التوزيع والاهتزازات الميكانيكية فى المحركات والمولدات الكهربائية وتلف العزل والمكثفات الناتج عن التناغم الكهربائي أضف إلى ذلك زيادة الضجيج في موجات الراديو والتردي في أنظمة الاتصالات المستخدمة في خطوط القوى الكهربائية ) 17 ) .
يقدر رتشارد ردل Richard Redl تكلفة التلوث بالنسبة للاستخدامات التي تكون فيها القدرة المنخفضة حيث تزداد أهمية الكلفة ويعتبر خانق الخط حلاً مقبولاً على نطاق واسع . وفي الاستخدامات التي تقع في أعلى مستوى هذا القطاع ولاسيما في الاجهزة التي تعمل على أي مستوى للجهد دون الحاجة إلى تعديل في الجهاز حسب مستوى الجهد يبدو أن الـ boots rectifier هو الحل الأنسب .
أما في التطبيقات الثلاثية الأطوار وفي مستويات القدرة التي لا تتعدى بضع عشرات من الكيلواط فإن الحل هو استخدام converters diode bridges with boots ، واذا وصل مستوى القدرة إلى 100 كيلوواط فإن المقومات من نوع PWM هي الحل . ويزداد الأمر كلفة وصعوبة إذا زاد مستوى القدرة عن ذلك (17) ، وإن كان المقياس الأمريكي يعتبر أن الحد من مشكلة التلوث بالتوافقيات مسؤولية المستهلك وشركة الكهرباء معاً فنحن نرى بأن لا يمكن أن يكون ذلك على إطلاقه فالمستهلكون لأحمال كبيرة جداً يجدر بهم أن يشتركوا في المسؤولية ، فمصنع الحديد والصلب كجهة مستهلكة ومنتجة للكهرباء لابد وأن يكون لها مسؤولية في التخلص أو الحد من التوافقيات التي تتولد من محولات أفران الكهرباء أثناء صهر المعدن (18) .
الجدول (4) شدة المجال بالمللى جاوس لبعض الادوات الكهربية المنزلية
معدل شدة المجال بالاعتماد على البعد عنالمصدر مقاساً بوحدة مللي جاوس
الجهاز المستخدم
1قدم
1قدم
6بوصة
--
1
300
مصنف الشعر
--
20
100
ماكينة الحلاقة الكهربية
2
10
70
الخفاقات الكهربية
--
4
9
الفرن الكهربائي
1
2
2
الثلاجات
--
3
--
مروحة السقف
2
7
--
التلفزيون الملون
--
2
3
نشافة الملابس
1
7
20
الغسالة
--
1
8
المكوى
1
10
100
الخلاط
5
35
180
مصفبات الهواء
7
20
90
آلة النسخ
2
6
40
لمبة الفلورسنت
الجدول (5) عدد حالات الاصابة بالسرطان المتوقع حدوثها خلال مدة افتراضية عند مرور خط نقل بمنطقة آهلة بالسكان .
متوسط عدد السنوات المفترض لحدوث مثل العددالمدون من حالات الاصابة بالسرطان (سنة) .
نسبة الاصابة بالسرطانفي السنة
الخط
500
0.002
أ
64
0.016
ب
417
0.0024
ج
1111
0.0009
د
الجدول (6) الحدود المقترحة لمواصفات شدة المجالات الكهربية والمغناطسية
10kV/m
0.5 mT
خلال يوم عمل كامل
بالنسبة للعمل
30 kV/m
5mT
لفترة قصيرة لاتتجاوز ساعتين
5kV/m
0.1mT
خلال حوالي 24 ساعة يومياً
لعامة الناس
10kV/m
1mT
لبضع ساعات في اليوم
الخلاصة والتوصيات
نستخلص من دراستنا بأن هنالك العديد من الأمور البيئية التي نحتاج للوقوف عندها ونحن نخطط لمستقبل الكهرباء ، فلا يكفي أن نقتصر في تخطيطنا على تلبية متطلبات المستهلك للطاقة الكهربائية ، بل يجب أن يكون الحرص على أن يكون التخفيض من الضرر البيئي من أولويات بنود جدول أعمالنا في التخطيط الكهربائي ، بالرغم من أن الكثير من المواصفات السابقة قد تمت إعادة النظر فيها بحكم الوعي بالمشاكل البيئية ، إلا أنه مع ذلك تبقي مشكلة التلوث الناجمة عن الأنظمة الكهربائية مسئوليتنا ، وهذه المسؤولية مرهونة بعاتقنا لضمان تنفيذ هذه الضوابط والحرص على أن يتم تنفيذ المشاريع المخطط لها في إطار هذه الضوابط .
ومع تأكيدنا على أهمية إدراج المشكل البيئي ضمن التخطيط الكهربائي نوصي بالتالي :
1-مراجعة المواصفات والضوابط الجديدة والحرص على أن تأخذ طريقها في التخطيط والتنفيذ .
2-في إطار التخطيط لضمان أداء بعول جيد يحرص على تحسين ما أمكن من أداء المعدات الكهربائية بحيث يكون تأثيرها البيئي السلبي في أضيق الحدود .
3-خلق وعي لدى العاملين في مجال الكهرباء بالأضرار البيئية التي من الممكن أن تنتج عن الأنظمة الكهربائية وتعليمهم طرق التعامل مع المشاكل البيئية وتخفيف حدة ضررها .
المراجع:
[1] خالد محمود سعيد، تأثير التلوث البيئي على خطوط النقل الكهربي في الأردن"، الندوة المغربية الأولى للتلوث البيئي وتأثيره على الشبكات الكهربية"، الشركة العامة للكهرباء اللجنة المغاربية للكهرباء، طرابلس الجماهيرية العظمى، 10-12 الطير 1995.
[2] عبد الرؤوف الزنايدي، "العزل الكهربائي الخارجي وسط محيط بحري أو صحراوي"، الندوة المغربية الأولى للتلوث البيئي وتاثيره على الشبكات الكهربائية"، الشركة العامة للكهرباء، اللجنة المغاربية للكهرباء، طرابلس الجماهيرية العظمى، 10-12 الطير 1995 .
[3]A.T.EI-Gamoudi, E.M. Sherif, The degradtion of porcelain and glass insulators. The first Magarbi Symposium on Environmental pollution and its effects on power system
network", General Electric Company of Libya, Electrical Magarebi Committee
(COMELEC),Tripoli-Libya, 10-12/4/1995.
[4] Rene parrand zeiindo lodi sediver, Evaluation of Characteristics of Composite Insulators Using Multistress Aging Tests. The First Magarebi Symposium on Environmental Pollution and Its Effects on Power System Network", General Electric Company of Libya, Electrical Magarebi Committee (COMELEC), Tripoli-Libya, 10-12/4/1995.
[5] AJanger, B.M. Jornaa, C.N. Reedy, N.H. Karroud, Field Performance ofinsulatorsonthe Libyan 220 kV Network. The First Magarebi Symposium on Environmental Pollution and Its Effects on Power System Network", General Electric Company of Libya, Electrical Magarebi Committee (COMELEC), Tripoli- Libya, 10-12/4/1995.
[6] عبد الرؤوف الزنايدي،"العازلات الراتنجية نتائج الأبحاث المعملية والحقلية"، الشركة العامة للكهرباء، اللجنة المغاربية للكهرباء، طرابلس الجماهيرية العظمى، 10-12 الطير 1995 .
[7] محمد فوزي ابوشرخ – ابراهيم رضا، دراسات تلوث العوازل في الأردن"، الشركة العامة للكهرباء، اللجنة المغاربية للكهرباء، طرابلس الجماهيرية العظمى، 10-12 الطير 1995 .
[8] محمد شعيب عياوى، عبد القادر روزى،"قياس قوة التلوث في منطقة مرسى الحجاج "، الشركة العامة للكهرباء، اللجنة المغاربية للكهرباء، طرابلس الجماهيرية الاعظمى، 10-12 الطير 1995 .
[9] رمضان القماطي – عبد الحميد الوعر – مهذب العجيلي، "تحليل ظاهرة التآكل بخطوط (30 ك.ف) زليطن-"، الشركة العامة للكهرباء، اللجنة المغاربية للكهرباء، طرابلس الجماهيرية العظمى، 10-12 الطير 1995 .
[10] إبراهيم فلاح، ناجي العيساوي ، مصطفى قرقاب، دراسة ظاهرة التلوث على الشبكة الكهربائية الليبية .220 ك.ف"، الشركة العامة للكهرباء، اللجنة المغاربية للكهرباء، طرابلس الجماهيرية العظمى، 10-1ذ2 الطير 1995 .
[11] محمد مصطفى صالح، "التلوث الناجم عن محطات توليد الطاقة"، الشركة العامة للكهرباء، اللجنة المغاربية للكهرباء، طرابلس الجماهيرية العظمى، 10-12 الطير 1995 .
[12] lftikar Ahmed, Ezzedin Misurati, Fauzi Elshash, “Power Station Emission and their Impact on Pollution & Power Station Network”, The First Magarebi Symposium on Environmental Pollution and Its Effects on Power System Network”, General Electric Company of Libya, Electrical Magarebi Committee (COMELEC), Tripoli-Libya, 10-12/4/1995.
[13] Nagi H. Karroud, Hadud A. Hadud, Abdassalam M, Junger and Abdelhamid Eigmody, “Study of Pollution Phenomena on the Libyan 220 kV Transmission System Part 1: Description of Field Testing Stations”, The First Magarebi Symposium on Environmental Pollution and Its Effects on Power System Network”. General Electric Company of Libya, Electrical Magarebi Committee (COMELEC), Tripoli-Libya, 10-12/4/1995.
[14] يونس أحمد الزقني، "تأثير التآكل على الكابلات المعدنية والعازلات ومدى ارتباط التلوث البيئي والأحوال الجوية به"، الطاقة والحياة،العدد السابع،الفاتح 1425 ميلادية، ص 37-47 .
[15] شفيق يونس، "الضجيج والبيئة"، مجلة المهندس الأردني، العدد59، النوار(فبراير) 1996 إفرنجي، 46-48 .
16]أبوبكر عمار الجعيدي، "مدى أثر الاهتزازات على جسم الإنسان"، المؤتمر الصناعي الثاني حولا التخطيط الصناعي الجماهيرية في ظل البحث العلمي، مصراتة-الجماهيرية العظمى، 26-29 الكانون 1988 إفرنجي .
[17] Richard Redle Elfi Sa, Bawlo Tenti University of padova, & DAN VAN WK Rand Afrikaans University IEEE Spectrum.
ترجمة د.عدنان حمدان، مجلة المهندس الأردني العدد 63 ديسمبر 1997
[18] محمد فوزي ابوشرخ، عبير العضالية،"الحقول الكهرومغناطيسية .. وأثرها على صحة الإنسان "، مجلة المهندس الأردني، العدد59، فبراير، 1996، ص23-24 .
[19] Imam Subekti, "Environmental Impacts in Steam Power Plant Operation (experience in Indonisia)", 11th International Power System Conference, PSC, Tehran, 4-6 November, 1996, pp. 193.
[20] Forage A, S., Dawoud and ChengT. C., "Transmission Line Route Selection: Application of Shortest \paths and Electromagnetic Fields Exposures", Proceeding of 32nd Universities Power
Engineering Conference UPEC'97, Vol. I, UMIST, Manchester, 10th – 12th September, 1997, pp. 559-564.
[21] Fathi Salem Abouzakhar, The Impact of Sf6 usage on the environment", 2nd International Conference on Role of Engineering Toward Better Environment, (Sustainable Development), Aixandria, Egypt, 12-15 December, 1998, pp. 281 -288.
[22] Fathi Salem Abouzakhar, Blackburn T.R., "Assessment and Integrity of Sf6 -GIS Using FTIR Technique''.Proceeding of 32nd .' Universities Power Engineering Conference UPEC'97, Vol. 1, UMIST, Manchester, 10th – 12th September, 1997, pp. 154-157.
[23] فتحي سالم أبوزخار ، "تأثير محطات التحويل الكهربائية على البيئة"، المؤتمر الوطني للمهندسين 98، مصراته- الجماهيرية العظمى، 11-13/10/1998، المجلد 1، ص 385-189 .
=========
>>>> الرد الرابع :
=========
>>>> الرد الخامس :
=========
للنقاش الجاد. التعليم الثانوي
رد مع اقتباس
