الطاقات المتجددة وأهم فوائدها

الطاقات المتجددة وأهم فوائدها

” الطاقة المتجددة ” ، ” الطاقة البديلة أو الجديدة” أو الطاقة النقية وحتى الطاقة غير المحدودة هي أحرف مختلفة لتحديد الأمل في إنقاذ الأرض.

من أجل فهم الخطر الذي تواجهه الأرض وكيفية التغلب على هذا الخطر ، نحتاج إلى الحصول على لمحة عامة عن الطاقات المتجددة وأنواعها وفوائدها.

مصطلح “الطاقة المتجددة” إلى أنواع الطاقة التي يمكن أن تتجدد الطبيعة من مصدر إنتاج هذا النوع من الطاقة في فترة زمنية قصيرة ، أو بعبارة أخرى ، يمكن تجديدها.

وتشمل هذه أشعة الشمس والرياح والأمطار والمد والجزر والأمواج والطاقة الحرارية.

تستخدم الطاقات المتجددة بأربع طرق:

• توليد الكهرباء والتدفئة
• تبريد الهواء أو الماء ،
• مواصلات
• خدمات الطاقة الريفية خارج الشبكة

بالمقارنة مع مصادر الطاقة الأخرى التي تتركز في عدد محدود من البلدان ، هناك مصادر عديدة لـ الطاقات المتجددة في مناطق جغرافية واسعة.

تاريخ الطاقات المتجددة والمتقطعة

• في عام 1830 ، اكتشف العلماء مركبات كهروضوئية تطلق الطاقة عند تعرضها للضوء. أدى هذا الاكتشاف في النهاية إلى تطوير الخلايا الشمسية والطاقة الشمسية.
• في عام 1839 ، اخترع ويليام روبرت جروف أول “خلية وقود هيدروجين”. في هذه الخلية ، يتم توليد الكهرباء من التفاعل بين الهيدروجين والأكسجين.
• وفي أواخر ثمانينيات القرن التاسع عشر ، كانت الطاقة الكهرومائية متوفرة تجاريًا لأول مرة في الولايات المتحدة ، وتم اكتشاف الطاقة الشمسية في أوروبا. أنشأت الدول قطاعات الطاقة العامة الأولى قبل مطلع القرن العشرين.
• في عام 1947 ، بدأ أول مشروع مفاعل نووي لتوليد الطاقة في بروكهافن ، نيويورك.
• وفي الوقت نفسه ، هددت التوترات السياسية بين الولايات المتحدة والشرق الأوسط إمدادات النفط إلى الولايات المتحدة.
• في عام 1970 ، تم إنشاء وكالة حماية البيئة الأمريكية. كان الضرر الجسيم بالموارد الطبيعية نتيجة لاستخدام الوقود الأحفوري أحد التحديات الأولى التي تواجه الوكالة الدولية للطاقة الذرية.
• في عام 1976 ، أقر الكونجرس الأمريكي لجنة لفحص إمكانات تطوير السيارات الكهربائية ، بهدف تقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري.

تتولد معظم الطاقة المتجددة بشكل مباشر وغير مباشر عن طريق الشمس. ومع ذلك ، تندرج مصادر الطاقات المتجددة في عدة فئات مهمة.

1. الطاقة الشمسية

يتم الحصول على الطاقة الشمسية عن طريق تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء.

يتم توليد الكهرباء الناتجة مباشرة باستخدام الخلايا الكهروضوئية “الكهروضوئية” أو بشكل غير مباشر باستخدام “الطاقة الشمسية المركزة”.

تستخدم أنظمة الطاقة الشمسية المركزة العدسات أو المرايا وأنظمة تتبع أشعة الشمس.

وهكذا فإن مساحة كبيرة تحتوي على مرايا تركز ضوء الشمس عند نقطة صغيرة.

تستخدم الخلايا الكهروضوئية لتحويل الضوء إلى تيار كهربائي.

من وجهة نظر بيئية ، تعد الطاقة الشمسية من أفضل وأنظف أنواع الطاقة.

يزيل نظام 1.5 كيلو وات الكهروضوئية أكثر من 110.000 رطل من ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي للأرض باعتباره أهم غازات الاحتباس الحراري منذ 25 عامًا.

يتجنب النظام الشمسي أيضًا الحاجة إلى حرق 60 ألف رطل من الفحم. باستخدام ضوء الشمس ، يتم إزالة المطر الحمضي والغبار الحضري وأي نوع من التلوث.

من الناحية المالية ، يمكن لأصحاب المنازل توفير ما يصل إلى 25000 دولار من التكاليف على المدى الطويل باستخدام الطاقة الشمسية.

لكن سؤال واحد ، ما هي تكلفة إمدادات الطاقة الشمسية السكنية؟  تكلفة تركيب الألواح الكهروضوئية 3 دولارات لكل واط.

يبلغ متوسط ​​حجم نظام الألواح الشمسية 5000 واط. إذن التكلفة الإجمالية هي 15000 دولار. هذا الرقم ، بالطبع ، ليس سوى متوسط.

يمكن للأنظمة توفير أكثر أو أقل من هذا المقدار اعتمادًا على استهلاك طاقة صاحب المنزل.

تراوحت أسعار التجزئة للألواح الشمسية عادةً من 0.70 دولارًا لكل واط إلى أكثر من دولارين للواط.

يرجع الاختلاف في الأسعار بشكل أساسي إلى عاملين نوع “الوحدة الشمسية” واسم العلامة التجارية.

وتجدر الإشارة إلى أن الأسعار المذكورة تتعلق فقط بشراء الألواح.

هذا السعر لا يشمل التكاليف الأخرى المتعلقة بتزويد المنزل بالكهرباء من الطاقة الشمسية.

2. طاقة الرياح

يتم إنشاء ” طاقة الرياح ” باستخدام تدفق الهواء. ينتقل تدفق الهواء إلى المولدات الميكانيكية من خلال توربينات الرياح ويتم توليد الكهرباء.

تعتبر هذه الطاقة بديلاً للوقود الأحفوري. تشمل مزايا طاقة الرياح الوفرة ، والتجديد ، والتوزيع الواسع ، والنظافة ، والانبعاثات الصفرية أثناء التشغيل ، ومتطلبات الاستخدام المنخفض للأرض.

تمتلك المجتمعات طاقة الرياح منذ آلاف السنين.

 يعود أول استخدام معروف لهذه القوة إلى 5000 قبل الميلاد ، عندما استخدم الناس الأشرعة للإبحار في نهر النيل.

استخدم الفرس طواحين الهواء لضخ المياه وطحن الحبوب لمدة 400 عام حتى 900 م، تم تطوير طواحين الهواء في الصين قبل العام الأول بعد الميلاد.

لكن الوثائق المكتوبة الأولى لهذا الوادي تعود إلى عام 1219.

استخدم الكريتيون مئات طواحين الهواء حرفيًا لضخ المياه للمحاصيل والماشية.

أقل من 100 كيلوواط من توربينات الرياح تكلف حوالي 3000 دولار إلى 8000 دولار لكل كيلوواط.

يمكن أن يكلف الجهاز الذي تبلغ طاقته 10 كيلووات (الحجم المطلوب لتشغيل منزل كبير) حوالي 50.000 إلى 80.000 دولار (أو أكثر).

3. طاقة الكتلة الحيوية

يشير مصطلح “الكتلة الحيوية ” إلى المادة العضوية من خلال عملية التمثيل الضوئي لتخزين الطاقة.

هذه الطاقة موجودة في شكل نباتات وتنتقل إلى جسم الحيوان ومخلفاته من خلال السلسلة الغذائية.

يمكن الحصول على كل الطاقة بهذه الطريقة للاستخدام البشري اليومي من خلال عمليات مثل الاحتراق.

بهذه الطريقة ، يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون المخزن في المواد النباتية.

العديد من وقود الكتلة الحيوية المستخدم اليوم في شكل منتجات خشبية ، ونباتات ، ومخلفات المحاصيل ، ونباتات مائية.

كانت الكتلة الحيوية واحدة من أكثر مصادر الطاقة المتجددة شيوعًا على مدار العقدين الماضيين ، وكانت الطاقة المائية هي الوحيدة التي تتفوق على الكتلة الحيوية في توليد الكهرباء.

يتم استخدام مصدر الطاقة هذا على نطاق واسع ، حيث يوفر 15 ٪ من إجمالي الطاقة في العالم نظرًا لتكلفته المنخفضة وطبيعته الأصلية.

وبالطبع يصل هذا الرقم في البلدان النامية إلى 35٪. الاستخدام الرئيسي للكتلة الحيوية للطبخ والتدفئة.

تشمل مزايا وعيوب طاقة الكتلة الحيوية ما يلي:

تشمل فوائد طاقة الكتلة الحيوية ما يلي:

• تقلل الكتلة الحيوية كوقود من الحاجة إلى الوقود الأحفوري لتوليد الحرارة والبخار والكهرباء لاستخدامها في المناطق السكنية والصناعية والزراعية.
• الكتلة الحيوية متاحة دائمًا ويمكن إنتاجها كمورد متجدد.
• وقود الكتلة الحيوية من النفايات الزراعية هو منتج ثانوي يزيد من قيمة المنتجات الزراعية.
• يؤدي تزايد استخدام منتجات الكتلة الحيوية إلى زيادة إنتاج الأكسجين واستهلاك ثاني أكسيد الكربون.
• من خلال استهلاك النفايات لإنتاج الطاقة ، يتم تقليل مدافن النفايات و “مدافن النفايات” ويترك مساحة أكبر لاستخدامات أخرى نتيجة لتقليل مدافن النفايات.
• تستهلك النباتات ثاني أكسيد الكربون ، الذي ينطلق بعد حرق الكتلة الحيوية.

تشمل عيوب طاقة الكتلة الحيوية ما يلي:

• إذا لم تنمو المحاصيل الأساسية ، فلن تكون هناك مخلفات زراعية.
• في مجالات مثل طرق الحصاد الزراعي ، يجب القيام بالكثير من العمل الجانبي.
• يمكن استخدام الأراضي المستخدمة في منتجات الطاقة لأغراض أخرى مثل الزراعة أو حماية البيئة أو الإسكان أو النقل أو الزراعة.

 4. الطاقة الحرارية الجوفية

مصدر الطاقة “الحرارية الأرضية” هو الحرارة داخل الأرض.

تكون الحرارة شديدة لدرجة أن الصهارة تذوب عند درجة الحرارة المرتفعة هذه.

هناك عدة أنواع من الطاقة الحرارية الجوفية التي يمكن استغلالها. تتشكل بعض أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية عندما تقوم الصهارة الساخنة بالقرب من السطح (بعمق 1500 إلى 10000 متر) بتسخين المياه الجوفية مباشرة.

الحرارة المتولدة من هذه النقاط الساخنة تتحرك خارج السطح. لفهم أفضل ، يجب أن تعلم أن البراكين والينابيع الساخنة تتشكل بنفس الطريقة.

يمكن استخدام الماء الساخن والبخار بشكل طبيعي ، ومع تقنيات تحويل الطاقة ، يمكن استخدام هذه الظاهرة في توليد الكهرباء أو إنتاج الماء الساخن للاستخدام المباشر.

تتشكل أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية حتى في حالة عدم وجود صهارة بالقرب من السطح.

تتسبب الصهارة في تسخين الصخور وفي النهاية تسخين المياه الجوفية المتداولة.

من أجل تعظيم الطاقة التي يتم الحصول عليها ، غالبًا ما يتم تكسير الصخور الساخنة باستخدام مرافق تقنية متطورة. في الخطوة التالية ، يتم ضخ المياه إلى الأرض.

يستخدم مخرج الماء الساخن لتوليد الكهرباء. ولكن ما هي تكلفة توليد الطاقة الحرارية الجوفية لكل “كيلوواط ساعة” kWhفي السخانات ، تبيع الكهرباء الحرارية الأرضية ما بين 0.03 دولار إلى 0.035 دولار للكيلوواط / ساعة. تم بناء محطات الطاقة اليوم بتكلفة 0.05 دولار للكيلوواط / ساعة.

تشمل فوائد الطاقة الحرارية الجوفية ما يلي:

تقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري: زيادة استخدام الطاقة الحرارية الأرضية يقلل الاعتماد على الوقود الأحفوري. مع ارتفاع أسعار النفط ، شجعت العديد من الدول الشركات على استخدام مصادر الطاقة النظيفة هذه. يؤدي حرق الوقود الأحفوري إلى إطلاق غازات الدفيئة المسؤولة عن ظاهرة الاحتباس الحراري.

تلوث منخفض للغاية: هذه إحدى المزايا الرئيسية لاستخدام الطاقة الحرارية الأرضية. ساعدت الطاقة الحرارية الجوفية كمصدر للطاقة المتجددة في تقليل الحرارة العالمية والتلوث وحماية البيئة. بالإضافة إلى ذلك ، لا تسبب أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية أي تلوث. وبطبيعة الحال ، فإن استخدام هذه الطريقة يطلق بعض الغازات في عمق الأرض والتي لا تكون ضارة جدًا بالبيئة.

إمكانية الاستخدام المباشر: منذ العصور القديمة ، استخدم الناس مصدر الطاقة هذا للاستحمام وتدفئة المنازل وإعداد الطعام واليوم للتدفئة المباشرة للمنازل والمكاتب. هذا يجعل الطاقة الحرارية الأرضية أرخص وأكثر فعالية من حيث التكلفة. على الرغم من أن الاستثمار الأولي مرتفع ، إلا أنه على المدى الطويل يعد تقنية اقتصادية مع توفير في التكاليف.

العمالة والمنافع الاقتصادية: تستثمر الحكومات في مختلف البلدان بكثافة في إنتاج الطاقة الحرارية الأرضية ، مما يخلق العديد من فرص العمل للسكان المحليين في نفس المناطق.

5. الطاقة الكهرومائية

“الطاقة المائية” ( الطاقة الكهرومائية ) أو الطاقة الكهرومائية هو مصطلح يشير إلى الطاقة الكهربائية التي تنتجها قوة المياه المتدفقة وهي إحدى مصادر الطاقات المتجددة.

يتم بناء النوع الأكثر شيوعًا من محطات الطاقة الكهرومائية عن طريق إنشاء سد على نهر وتخزين المياه في خزان. يتدفق الماء المنطلق من الخزان عبر التوربينات.

يقوم هذا التيار بتدوير التوربين ، والذي بدوره ينشط المولد لتوليد الكهرباء. لكن الطاقة الكهرومائية لا تتطلب بالضرورة سدًا كبيرًا.

بعض محطات الطاقة المائية تستخدم فقط قناة صغيرة لمياه النهر النقل عن طريق التوربينات.

نوع آخر  من محطات الطاقة الكهرومائية يسمى محطة تخزين بالضخ. يتم إرسال الكهرباء من شبكة الكهرباء إلى المولدات.

في محطة الطاقة هذه ، تقوم المولدات بتدوير التوربينات في الاتجاه المعاكس.

تضخ هذه الحركة المياه من سطح النهر أو من خزان منخفض المستوى إلى الخزان العلوي ، حيث يتم تخزين الكهرباء. لتوليد الكهرباء ، يتدفق الماء من الخزان العلوي إلى الخزان السفلي أو النهر.

تدور التوربينات للأمام وتنشط المولدات لتوليد الكهرباء. هذه الطريقة هي أيضًا إحدى الطرق القليلة لتخزين الطاقة الكهربائية.

أفضل محطة لتوليد الطاقة بالوقود الأحفوري تعمل بنسبة 50٪ أو أكثر بقليل.

في الولايات المتحدة ، في المتوسط ​​، تبلغ تكلفة توليد الكهرباء لكل كيلوواط / ساعة 0.85 سنتًا.

وهذا يعادل 50 في المائة من تكلفة توليد الكهرباء من الطاقة النووية ، و 40 في المائة من تكلفة الوقود الأحفوري ، و 25 في المائة من تكلفة استخدام الغاز الطبيعي.

فوائد الطاقة الكهرومائية هي كما يلي:

• عند بناء السد ، يمكن توليد الكهرباء بسرعة ثابتة. إذا لم تكن هناك حاجة للطاقة ، يمكن إغلاق الصمامات. بحيث يتوقف توليد الطاقة.  يتم استخدام المياه المخزنة في الأوقات التي يكون فيها الطلب على الكهرباء مرتفعًا.
• تم تصميم السدود لتستمر لعقود ، وبالتالي يمكنها توليد الكهرباء لسنوات عديدة.
• يمكن استخدام البحيرة التي تتكون خلف السد لممارسة الرياضات المائية والأنشطة الترفيهية. تعتبر معظم السدود الكبيرة مناطق جذب سياحي.
• يمكن استخدام مياه البحيرة للري.
• من الممكن تخزين المياه في البحيرات لتخزين الطاقة عند الحاجة. عند الضرورة ، يمكن توليد الكهرباء بالمياه المخزنة.

الاحتباس الحراري (تهديد الأرض)

“الاحتباس الحراري” هو المصطلح المستخدم لوصف الزيادة التدريجية في متوسط ​​درجة حرارة الغلاف الجوي للأرض والمحيطات. ظاهرة تعمل باستمرار على تغيير مناخ الأرض.

هناك جدل بين العامة وفي بعض الأحيان في الأخبار حول حقيقة ظاهرة الاحتباس الحراري ،

لكن علماء المناخ يبحثون عن معلومات وحقائق لإثبات أن كوكب الأرض آخذ في الاحترار  يُظهر الاتفاق العلمي بشأن ظاهرة الاحتباس الحراري أن درجات الحرارة العالمية قد ارتفعت بمعدل 0.4 إلى 0.8 درجة مئوية على مدار المائة عام الماضية.

يُعتقد أن الكميات المتزايدة من ثاني أكسيد الكربون وغازات الدفيئة الأخرى المنبعثة من حرق الوقود الأحفوري والزراعة والأنشطة البشرية الأخرى هي المصادر الرئيسية للاحتباس الحراري على مدار الخمسين عامًا الماضية.

أجرى العلماء في الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ مؤخرًا بحثًا حول ظاهرة الاحتباس الحراري وتوقعوا أن يرتفع متوسط ​​درجات الحرارة العالمية بمقدار 1.4 إلى 5.8 درجة مئوية بحلول عام 2100.

قد تتسبب التغيرات في الاحتباس الحراري في ارتفاع مستويات سطح البحر بسبب ذوبان القمم الجليدية القطبية.

زيادة احتمال حدوث الأعاصير وغيرها من الظواهر الجوية الشديدة هو أيضًا أحد الآثار الجانبية لهذه الظاهرة المدمرة.