طاقة كهربائية

الطاقة الكهربائية هي أحد أنواع الطاقة الموجودة في الطبيعة، يمكن الحصول على الطاقة الكهربائية من الطبيعة عن طريق الصواعق والاحتكاك ولكن هذا صعب وغير مجدٍ اقتصادياً.[1] ولكن يمكن توليد الطاقة الكهربائية بعدة طرق أخرى منها الكيميائية مثل البطاريات أو عن طريق تحويل الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية وذلك بتحريك سلك موصل في مجال مغناطيسي كما في المولدات الكهربائية أو بتسخين مزدوج حراري كما في المزدوجة الحرارية.

-في البطاريات تكون الكهرباء المتولدة ذات تيار مستمر.

-في المولدات الكهربائية تكون الكهرباء المولدة في الغالب ذات تيار متناوب ويمكن أن تكون الكهرباء ذات تيار مستمر.

الطاقة الكهربائية هي إحدى الصور المهمة للطاقات التي تستخدم في شتى المجالات والتي لا غنى عنها في حياتنا اليومية في الاستخدامات المنزلية كالإنارة والتدفئة وتشغيل الأجهزة الكهربائية المنزلية وكافة المجالات الأخرى مثل الصناعة والاتصالات والمجالات العلمية.

حيث يتم تحويل الكل إلى ماء أو إلى

طرق توليد الطاقة الكهربائية

يتم توليد الطاقة الكهربائية في محطات خاصة لتوليد الطاقة الكهربائية وهي على أنواع:

طرق نمطية

-محطات حرارية لتوليد الطاقة الكهربائية، حيث يتم فيها تسخين الماء وتحويله إلى بخار يستخدم في تدوير عنفات توربينية بخارية (ذات سرع عالية) تدور بدورها مكائن لتوليد الكهرباء وهي بقدرات مختلفة.

-محطات مائية لتوليد الطاقة الكهربائية، حيث تستخدم الطاقة الكامنة في المجمعات المائية (السدود والشلالات) في تدوير عنفات توربينية مائية (ذات سرع منخفضة) تدور بدورها مكائن لتوليد الكهرباء وهي بقدرات مختلفة.

الطاقة الكهربائية المولدة بالمحطات السابقة هي ذات تيار متردد في أغلب الأحوال ويتم استخدامها فورا نظرا لارتفاع تكلفة تخزين الطاقة الكهربائية بكميات كبيرة.

طرق غير نمطية

-توليد الكهرباء باستخدام الألواح الشمسية الخلايا الشمسية (الكهرباء المولدة بهذه الطريقة هي ذات تيار مستمر) ويمكن تحويلها إلى تيار متردد وفي حالة عدم الاتصال بالشبكة الكهربائية يتم تخزين الطاقة المنتجة في بطاريات خاصة لحين الحاجة لها.

-محطات توليد الكهرباء باستخدام الطاقة الشمسية المركزة. -محطات توليد الكهرباء بواسطة طاقة الرياح باستخدام طواحين هوائية كبيرة.

-محطات توليد الكهرباء بواسطة طاقة المد والجزر وطاقة موج البحر.

-محطات صغيرة لتوليد الكهرباء والحرارة معاً حيث يتم استخدام هذه المحطات بشكل رئيسي في إنتاج الحرارة لغرض تسخين المياه والتدفئة مع إنتاج كمية صغيرة من الكهرباء حيث يتميز هذا النوع من المحطات بارتفاع كفاءتها.

محطات توليد الكهرباء

عموما يتم توليد الكهرباء بمحطات كبيرة تصل طاقاتها إلى آلاف الميجاوات بجهد منخفض 11000 فولت ذو تيار متردد 50 هرتز أو 60 هرتز.تكون محطات توليد الكهرباء قرب مصادر الطاقة الأساسية على الأكثر وربما بعيدا عن أماكن الحاجة الفعلية لها، حيت يتم تحويل الجهد الكهربائي بواسطة محولات كهربائية إلى جهد عالي 33 كيلوفولت أو 132 كيلوفولت أو 220 كيلو فولت او400 كيلو فولت تهيئة لنقلها من منطقة التوليد إلى منطقة الحاجة لها بواسطة أبراج كبيرة تعلق عليها الأسلاك التي تمرر التيار الكهربائي. حيث يتم قرب المواقع التي يحتاج فيها للطاقة الكهربائية إلى جهد منخفض 400 فولت أو 220 فولت أو 110 فولت بواسطة محولات كهربائية أخرى.

مصادر الطاقة المتجددة

وهي عبارة مصادر طبيعية دائمة وغير ناضبة ومتوفرة في الطبيعة سواء أكانت محدودة أو غير محدودة ولكنها متجددة باستمرار، وهي نظيفة لا ينتج عن استخدامها تلوث بيئي ومن أهم هذه المصادر الطاقة الشمسية التي تعتبر في الأصل هي الطاقة الرئيسية في تكوّن مصادر الطاقة الأخرى، وكذلك طاقة الرياح، وطاقة المد والجزر، والأمواج، والطاقة الحرارية الجوفية، وطاقة المساقط المائية، ...الخ. وكذلك نلاحظ أن المصادر المائية وطاقة المد والجزر وطاقة الرياح هي عبارة مصادر طبيعية للطاقة الميكانيكية.

توجد أنواع كثيرة من المصادر المتجددة الغير ناضبة فنحن نعيش في مرحلة يأتي معظم الطاقة فيها من مناجم الفحم وآبار النفط وغيرها من الطاقة التي تم الحديث عنها سابقاً فإن هذا الوقود سوف يُستهلك بسرعة كبيرة حيث يمكن أن ينضب معها جميع الإحتياطي الموجود خلال مدة لا تتعدى قرناً واحداً من الزمن. لذا فمن الواجب البحث عن مصادر طبيعية متجددة أي غير ناضبة ولا تحدث تلوث بيئي ومن هذه المصادر ما يلي:

طاقة الرياح Wind Energy:

هي طاقة مستخرجة من الطاقة الحركية للرياح بواسطة استخدام زعانف محمولة على أبراج عالية لإنتاج الطاقة الكهربائية، وهي تعتبر من أنواع الطاقة الكهروميكانيكية. ويتم تركيب زعانف بمساحات كبيرة لتستقبل الطاقة الحركية للرياح فتدور وتدير معها مولد كهربائي محمول أعلى البرج لتوليد التيار الكهربائي المتردد. وتعتمد قيمة الجهد والتردد الناتج على سرعة الرياح الغير ثابتة، ولكن طرق التحكم فيها يساعد على ثبات الجهد والتردد ويمكن ربطها بالشبكة الكهربائية لتغذيتها بالطاقة الكهربائية المولدة من الرياح. تعد طاقة الرياح أحد أنواع الطاقة المتجددة التي انتشر استخدامها كبديل للوقود الأحفوري، وهي طاقة وفيرة وقابلة للتجدد وتوجد بعموم المناطق، إلا أن وفرتها تختلف من موقع إلى آخر.

طاقة الرياح Wind Energy طاقة الرياح Wind Energy

وهي تحتاج إلى مساحات متفاوتة على حسب حجم المحطة ونوع الأبراج المستخدمة. لا ينصح بوضع محطات الرياح في المناطق الحضرية بسبب وجود عوائق تمنع الاستفادة من سرعات الرياح الجيدة، إلا أنها مجدية في المناطق الريفية نظرا لاتساع المساحات وقلى المباني. ورغم إنتاجها الوافر بالمناطق ذات سرعات الرياح العالية إلا أن أحد عيوبها على نطاق المرافق هو أن ذروة إنتاجها لايتوافق بالعادة مع ذروة الاستهلاك مما لا يسهم في تقليل العِبْء على محطات انتاج الكهرباء التقليدية أثناء ذروة الاستهلاك. أما على نطاق المنازل، فإن أكبر عيوبها أن الإنتاج من عنفات الرياح لا يحمل صفة الديمومة، ولتفادي ذلك يمكن الاستفادة من الإنتاج عن طريق ربطها بشكل مباشر بالشبكة العمومية للكهرباء أو تركيب بطاريات لتخزين تلك الطاقة والاستفادة منها طوال اليوم. وبالعادة في الأنظمة الكهربائية خارج الشبكة (off-grid) على نطاق المنازل لا يتم استخدام طاقة الرياح منفردة دون وجود مصادر أخرى من أنواع الطاقة المتجددة كالطاقة الضوئية مثلا، حتى يدعم كلاهما الآخر ويزيد من موثوقية إنتاج الكهرباء.

الطاقة الكهرومائية:

يتم من خلال انحدار المياه من مكان مرتفع مما يسمح للتوربين بالدوران، ليتم بالتالي تشغيل مولد كهربائي يقوم بإنتاج الطاقة الكهربائية. والجدير ذكره هنا أنّ كمية الطاقة المنتجة تزداد كلما زاد ارتفاع منسوب المياه أي كلما زاد معدل الكمية التي تمر بالتوربينة زادت في المقابل الطاقة المنتجة. ويتم بناء سدود على مسار المياه في الأنهار في كثير من الدول لانتاج الطاقة الكهربائية وتنظيم عملية الري كذلك، فتتجمع المياه خلف السد في بحيرات ضخمة على ارتفاع كبير عن المصب. ويسمح بمرور كميات محددة من المياه عبر أنفاق إلى تربينات منخفضة للاستفادة القصوى من إندفاع المياه بسرعات عالية لادارة تلك التربينات. ويتم تركيب المولد الكهربائي ليمتص الطاقة الحركية من التربينة لإنتاج التيار الكهربائي المتردد ليتم رفع جهده باستخدام محولات رفع أعلى غرفة المولد ومن ثم نقلها لأماكن الإستهلاك باستخدام خطوط نقل الطاقة الكهربية كما هو موضح بالشكل.

الطاقة الكهرومائية من السدود والانهار الطاقة الكهرومائية من السدود والانهار

الطاقة الحيوية Biomass Fuel:

هي الطاقة المستمدة من الكائنات الحية سواء النباتية أو الحيوانية منها، وهي أحد مصادر الطاقة المتجددة. وعلى خلاف غيرها من الموارد الطبيعية الغيرمتجددة مثل النفط والفحم الحجري، فإنها متوفرة ورخيصة نسبيا في جميع أنحاء العالم ولا تنضب لوجود الكثير من الكائنات والمواد البيولوجية، ولا تلوث البيئة بشكل كبير.

الطاقة الحيوية Biomass Fuel الطاقة الحيوية Biomass Fuel

بعض أمثلة المواد التي تنتج الطاقة الحيوية: حطام الخشب والغابات، المحاصيل ونفايات المحاصيل (الحطب)، مخلفات الانسان وروث الحيوانات.

طاقة المد والجذر Tidal Energy:

طاقة المد والجزر أو الطاقة القمرية هي نوع من طاقة الحركة الميكانيكية التي تكون مخزونة في التيارات المائية في البحار والمحيطات الناتجة عن المد والجزرالناتجة بطبيعة الحال عن جاذبية القمر والشمس ودوران الأرض حول محورها وعليه تـُصنف هذه الطاقة على أنها طاقة متجدد. ويمكن أن نلخص فكرة عمل محطة طاقة المد والجزر ببناء سد في المناطق التي تحدث عندها المد والجزر التي تدعى "المصب" والسد يدعى بالحاجز والتي تتألف من توربينات موجودة في أنفاق خاصة داخل الجسر، وعندما يأتي المد تدور التوربينات مما يولد الطاقة الكهربائية.

الطاقة الحرارية الجوفية:

هي مصدر طاقة بديل ونظيف ومتجدد، وهي طاقة حرارية مرتفعة ذات منشأ طبيعي مختزنة في الصهارة في باطن الأرض. حيث يقدر أن أكثر من 99% من كتلة الكرة الأرضية عبارة عن صخور تتجاوز حرارتها 1000 درجة مئوية. وترتفع درجة الحرارة بزيادة تعمقنا في جوف الأرض بمعدل نحو 2.7 درجة مئوية لكل 100 متر في العمق، أي أنها تصل إلى معدل 27 درجة مئوية على عمق 1 كيلومتر أو 55 على عمق 2 كيلومتر وهكذا. ويستفاد من هذه الطاقة الحرارية بشكل أساسي في توليد الكهرباء، ويتطلب ذلك حفر أنابيب كثيرة إلى أعماق سحيقة قد تصل إلى نحو 5 كيلومترات، وتدفع المياه خلالها ثم تخرج من مكان آخر بدرجة حرارة عالية تستخدم لإنتاج الكهرباء بالطرق التقليدية. هذة الطاقة المتجددة، نظريا، يمكن أن تكفي لتغطية حاجة العالم من الطاقة لمدة 100,000 سنة قادمة إلا أن تحويلها إلى طاقة كهربائية هي عملية باهظة التكاليف بسبب عمليات الحفر إلى أعماق سحيقة والحاجة إلى أنابيب كثيرة لاستخراج الماء الساخن بكميات وفيرة، وذلك رغم أن الطاقة الأساسية مجانية وهي متوفرة بكثرة لكن صعب الحصول عليها.

الطاقة الشمسية:

إن طاقة الشمس تعتبر المصدر الرئيسي للطاقة في كوكب الأرض ومنها توزعت وتحولت إلى مصادر الطاقة الأخرى سواء ما كان منها مخزون في طاقة الرياح والطاقة الحرارية في جوف الأرض والطاقة المولدة من مساقط المياه والطاقة الشمسية وغيرها من مصادر الطاقة كالفحم الحجري والأخشاب، وبما أن الطاقة الشمسية هي أهم مصادر الطاقة المتجددة خلال القرن القادم فإن جهود كثير من الدول تتوجه لها بمختلف صورها وترصد لها المبالغ اللازمة لتطوير المنتجات والبحوث الخاصة باستغلال الطاقة الشمسية كإحدى أهم مصادر الطاقة البديلة للنفط والغاز.

من الموقع يمكنك تعلم الطاقة الشمسية fahraf1.com

من الموقع يمكنك تعلم الطاقة الشمسية fahraf1.com

وتنقسم الطاقة الشمسية إلى قسمين رئيسيين: الطاقة الحرارية للشمس والطاقة الضوئية للشمس.

الطاقة الحرارية للشمس:

تطويع الطاقة الشمسية الحرارية هي تقنيات تعمل على استخدام الطاقة الحرارية من الشمس مباشرة لتسخين ناقل أو حامل الحرارة والتي تكون في معظم الأحيان مياه. الماء الساخن الناتج يمكن أن يستخدم للأغراض المنزلية والصناعية. كما ان هناك نظم لطاقة حرارة الشمس متطورة قادرة على حبس وتجميع طاقة الشمس لإنتاج بخار يستخدم لإدارة التوربينات لإنتاج الكهرباء.وهناك تقنيتان رئيسيتان تستخدم في أنظمة التسخين الشمسي، أنظمة السخانات الشمسية (مسطحات وأنابيب تجميع الحرارة) وأنظمة تركيز الطاقة الشمسية (مرايا التجميع، أبراج الطاقة والأفران الشمسية).

الطاقة الضوئية للشمس:

تعرف على أنها أحد أشكال الطاقة والذي يتميز بصفات خاصة، ويكون على شكل موجات كهرومغناطيسية تتكون من حزم من الطيف الضوئي والتي تدعى بالفوتونات، وتتميز الطاقة الضوئية بوجودها في الحياة بشكل طبيعي لا يمكن الاستغناء عنه، كما أنها يمكن أن تتحول إلى عدة أشكال أخرى للطاقة بكل سهولة خاصة مع تطور الوسائل التكنولوجية الحديثة التي سهلت عملية التحويل الطاقة من شكل إلى آخر. والمصدر الرئيسي للضوء هو الشمس والتي ينبعث منها ضوء القمر والكواكب الأخرى في مجموعتنا الشمسية. ويمكن تحويل الطاقة الضوئية للشمس إلى كهرباء باستخدام الخلايا الشمسية Photovoltaic cellsوالتي تتجمع مع بعضها على التوالي أو التوازي لتكون الألواح الشمسية Photovoltaic modules ، والتي تنتج تيار مستمر مثل البطاريات تماماً إلا أن لها خصائص مختلفة سنتعرف عليها في الوحدات القادمة.


أهم مميزات الطاقة الكهربائية

  1. يمكن التحكم بها بسهولة
  2. لها كفاءة نقل عالية
  3. يمكن تحويلها إلى صور أخرى من صور الطاقة بسهولة وكفاءة
  4. ليس لها مخلفات تلوث للهواء الجوي
  5. تعتبر أكثر أماناً من معظم البدائل الأخرى

اقرأ أيضا

مراجع

  1. "معلومات عن طاقة كهربائية على موقع babelnet.org". babelnet.org. مؤرشف من الأصل في 10 ديسمبر 2019. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)

    2. محطات الكهرباء ، موقع الهندسة الكهربائية، الكهرباء والطاقة، المهندس فهد رفاعي fahraf1.com

    • بوابة إلكترونيات
    • بوابة كهرباء
    • بوابة طاقة
    This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.