مصادر الطاقة الكهربائية
يُدرج فيما يلي أبرز أنواع مصادر الطاقة الكهربائية:
الوقود الأحفوري
يعرف الوقود الأحفوري (بالإنجليزية: Fossil fuels) بأنّه مواد أصلها نباتات وحيوانات متحللة دُفنت تحت طبقات الصخور والرواسب لآلاف السنين، وتحولت فيما بعد إلى مواد غنية بعناصر الكربون والهيدروجين، حيثُ تشكّل عمليّة حرقها مصدرًا من مصادر الطاقة التي تُستخدم في قطاعات التدفئة وتوليد الكهرباء والصناعة والنقل.
ويشتمل الوقود الأحفوري على عدّة أنواع أشهرها، الفحم الحجري، والنفط، والغاز الطبيعي، وتفصيل كل منها على النحو الآتي:
الفحم
تعتمد محطات توليد الطاقة بشكل كبير على البخار الناتج عن الفحم (بالإنجليزية: Steam coal) لتوليد الكهرباء، ويعرف باسم الفحم الحراري، ويزوّد محطات توليد الطاقة بما نسبته 41% من الكهرباء، ويتمّ تحويله إلى طاقة كهربائية عن طريق الخطوات الآتية:
- تحويل الفحم إلى مسحوق ناعم عن طريق طحنه، حتى يتم حرقه بسرعة أكبر.
- حرق مسحوق الفحم على درجات حرارة عالية وفق أنظمة احتراق معينة.
- تمرير الماء عبر أنابيب ضيقة، حيث تعمل الطاقة الحرارية الناتجة عن احتراق الفحم على تحويل الماء إلى بخار.
- تشغيل المولّدات عن طريق البخار الناتج، لإنتاج الكهرباء.
الغاز الطبيعي
يُعرف الغاز الطبيعي (بالإنجليزية: Natural Gas) على أنّه مجموعة من الغازات الغنية بمركبات الهيدروكربون أبرزها؛ غاز الميثان، والنيتروجين، وثاني أكسيد الكربون، والذي يتواجد في طبقات باطن الأرض إلى جانب أنواع الوقود الأحفوري الأخرى كالنفط والفحم، ويستخدم الغاز الطبيعي في توليد الكهرباء من خلال الطرق الآتية:
(بالإنجليزية: Steam Generation Units)، يحدث في هذه الوحدة عمليّة حرق الغاز الطبيعي لتسخين المياه في السخان وإنتاج البخار المُستخدم في تشغيل التوربينات وبالتالي توليد الكهرباء، ويُشار إلى أنّ هذا النوع من التقنيات له كفاءة إنتاجية منخفضة.
(بالإنجليزية: Centralized Gas Turbines)، يعتمد مبدأ عمل هذه الوحدات على استخدام الغازات الساخنة المنبعثة من عملية حرق الغاز الطبيعي في تحريك التوربينات وتوليد الطاقة الكهربائية، وتتمتع هذه الوحدات بسرعة التشغيل وسهولته.
تشتمل هذه الوحدات على توربينات الغاز ووحدات البخار معًا بحيث تعمل توربينات الغاز كما ذُكِر سابقًا وتُولّد الكهرباء، وعلى الجانب الآخر يحدث استغلال الحرارة الناتجة بهدف إنتاج البخار وبالتالي توليد الكهرباء، ويُشار إلى أنّ هذه الوحدات أكثر كفاءًة من التقنيات السابقة.
النفط
يعرّف النفط (بالإنجليزية: Oil) على أنّه سائل يتشكّل نتيجة تحلل المواد العضوية في باطن الأرض على مدى ملايين السنين، وهو أحد موارد الطاقة غير المتجددة ، والذي يمر بعمليات تكرير تهدف إلى الحصول على أنواع الوقود المُختلفة منها، البنزين، والكيروسين، وغاز النفط المُسال، وما ينتُج عن التقطير مثل؛ الديزل ووقود الطائرات، إضافة إلى وقود المخلّفات المُستخدم في قطاعي الصناعة والكهرباء.
فيما يأتي أبرز الطُرق المُستخدمة لتحويل النفط إلى كهرباء:
(بالإنجليزية: Conventional steam)، يحدث من خلال هذه التقنية عمليّة حرق النفط بهدف تسخين المياه لإنتاج البخار المُستخدم في توليد الطاقة الكهربائية.
(بالإنجليزية: Combustion turbine)، يُحرق النفط تحت ضغط محدد بهدف إنتاج غازات العوادم الساخنة التي تستخدم في تحريك التوربينات وبالتالي توليد الطاقة الكهربائية.
(بالإنجليزية: Combined-cycle technology)، يعتمد مبدأ عمل هذه التقنية على حرق النفط في توربينات متخصصة تُدعى توربينات الاحتراق والتي ينتج منها غازات العوادم الساخنة المُستخدمة في توليد الكهرباء، ويليها إعادة استخدام تلك الغازات في غلي مياه السخّان وتوليد البخار المُستخدم في تشغيل التوربين الآخر.
الطاقة المتجددة
يُمكن تعريف الطاقة المتجددة (بالإنجليزية: Renewable energy) على أنّها طاقة يُحصل عليها من موارد تتجدد على نحوٍ طبيعي، ومنها؛ الطاقة الشمسية وطاقة الرياح.
ويُشار إلى أنّ هذا النوع من الطاقة لا يصدر عنه انبعاثات كربونية على عكس مصادر الوقود الأحفوري مثل الفحم والنفط والتي تُعد من مصادر الطاقة غير المتجددة ومواردها محدودة.
و ينتُج عن عمليّة احتراق الوقود الأحفوري غازات ثاني أكسيد الكربون والميثان ، وفيما يلي أبرز أنواع الطاقة المتجددة:
طاقة المياه
يُمكن استخدام المياه المُتدفقة لتوليد الطاقة الكهربائية، عن طريق مولدات كهربائية تعمل على تحويل الطاقة الحركية الموجودة في المياه المتحركة إلى طاقة كهربائية، ويحدث ذلك عن طريق استخدام السدود، حيث تتدفق المياه من أعلى السد إلى أسفله، فيعمل ضغط المياه المُتدفقة على تدوير المُولدات وإنتاج الكهرباء.
الطاقة الشمسية
يتمُّ تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية عن طريق الألواح الكهروضوئية، حيث تمتص هذه الألواح أشعة الشمس مُسببةً ما يسمى بالتأثير الضوئي (بالإنجليزية: photoelectric effect)، الذي ينتج عنه توليد تيار كهربائي يُمكن توزيعه على المنازل.
طاقة الرياح
تُستخدم طاقة الرياح في تشغيل توربينات الرياح بهدف توليد الطاقة الكهربائية، حيثُ يعتمد مبدأ عملها على استخدام شفرات طويلة تشبه أجنحة الطائرة تعمل على تجميع الطاقة الحركية الناشئة من تدفق الرياح فوق الشفرات والذي بدوره يؤدي إلى دورانها.
وترتبط تلك الشفرات بجزء متحرك يعمل على تشغيل توربينات موّلدة ينتُج عنها الطاقة الكهربائية.
الطاقة الحيوية
تمثّل الطاقة الحيوية أو ما يُعرف بطاقة الكتلة الحيوية (بالإنجليزية: Biomass energy) موادًا عضوية متجددة ومصدرها النباتات والحيوانات، وتُستخدم هذه الطاقة كوقود في قطاعات متعددة منها؛ التدفئة، والنقل، وتوليد الكهرباء.
ويُشار إلى أنّ الكتلة الحيوية تحتوي على طاقة كيميائية مصدرها أشعة الشمس فعلى سبيل المثال تصنع النباتات الكتلة الحيوية بواسطة عمليّة البناء الضوئي، وفيما يلي أبرز المصادر التي يمكن الحصول على الطاقة الحيوية من خلالها:
- الأخشاب ومخلّفات عملية معالجة الأخشاب، والحطب، ونشارة الخشب.
- المحاصيل الزراعية مثل الذرة، وفول الصويا، وقصب السكر، والطحالب، ومخلّفات عمليّة معالجة الأغذية.
- مواد النفايات المنزلية الصلبة ذات المنشأ الحيوي مثل، القطن، والورق، والمصنوعات الصوفية، والأغذية، ومخلّفات الخشب.
- روث الحيوانات ومخلفات الصرف الصحي البشريّ.
الطاقة الحرارية الجوفية
تُعرف الطاقة الحرارية الجوفية (بالإنجليزية: Geothermal Energy) بأنّها حرارة تصدُر من باطن الأرض، وتعد إحدى مصادر الطاقة المتجددة وذلك يعود إلى استمرارية إنتاج الأرض للحرارة، وتُستخدم هذه الطاقة في عدة مجالات منها، التدفئة، وتوليد الكهرباء.
ويعتمد مبدأ عمل وحدات الطاقة الحرارية الجوفية على توليد الكهرباء على البخار الذي يتشكّل من خلال مناطق المياه الساخنة التي تتواجد تحت سطح الأرض والذي بدوره يُشغّل توربينات مولدات الكهرباء، وفيما يلي أبرز تقنيات تحويل الطاقة الحرارية الجوفية إلى كهرباء:
(بالإنجليزية: Dry steam)، تعمل وحدات توليد الطاقة الحرارية بالبخار الجاف من خلال استخدام بخار الخزانات الجوفية وتوجيهه إلى وحدات توليد الطاقة مباشرةً لتشغيل التوربينات التي بدورها تنتج الكهرباء.
(بالإنجليزية: Flash steam)، تُعدّ هذه التقنية الأكثر شيوعًا وتُستخدم فيها خزانات المياه الجوفية الساخنة ذات درجات الحرارة التي تتجاوز 182 درجة مئوية، بحيث ينتقل الماء الساخن في هذه الخزانات تحت تأثير ضغطها الخاص، وعندما ينتقل إلى الأعلى فإنّ الضغط يقل، ويتشكّل البخار من غليان الماء والذي يُفصل فيما بعد عنه ليُستخدم في تشغيل التوربينات وتوليد الكهرباء.
(بالإنجليزية: Binary cycle)، تستخدم وحدات هذه التقنية الماء عند درجات حرارة تتراوح ما بين 107-182 درجة مئوية بهدف تسخين مائع يُطلق عليه السائل العامل والذي غالبًا ما يكون مركب عضوي له نقطة غليان منخفضة، حيثُ يتبخر هذا السائل في مبادل حراري كي يُستخدم فيما بعد في تشغيل التوربينات وتوليد الكهرباء.
الطاقة النووية
تعدُّ الطاقة النووية (بالإنجليزية: Nuclear power) إحدى مصادر الطاقة الكهربائية، ولكنها تُنتج ما نسبته 4.7% فقط من الطاقة، ويعود ذلك إلى مخاطرها التي لا يُمكن التغاضي عنها، حيث إن حدوث أي خلل في النظام يؤدي إلى حدوث انصهار نووي، إضافة إلى النشاط الإشعاعي الهائل الناتج عن حرق الوقود، الذي يعدُّ التخلُّص منه أمراً صعباً إلى جانب خطره على البيئة.
وعلى الرغم من ذلك، تلجأ بعض الدول إلى هذه الطريقة نظراً لكلفتها المعتدلة وفاعليتها، و يتمُّ توليد الكهرباء عن طريق حدوث انشطار نووي لذرات اليورانيوم ، إذ ينتج عن هذا الانشطار طاقة حرارية تعمل على إنتاج البخار الذي يعمل على تشغيل مولدات تُنتج الطاقة الكهربائية.
تُستخدم الطاقة الكهربائية في كافة جوانب الحياة ويتمكن البشر باستخدامها من ممارسة أنشطتهم اليومية وأعمالهم، وبالتالي النمو والازدهار، وتتنوع مصادر إنتاج الطاقة الكهربائيّة والتي عادةً ما تكون إمّا مصادر متجددة، وتشمل كلًّا من طاقة المياه، والطاقة الشمسية، وطاقة الحرارة الجوفية، والطاقة الحيوية، وكذلك الطاقة النووية، أو مصادر غير متجددة، وتشمل: الوقود الأحفوري بأنواعه المختلفة.
