ابحاث علميةابحاث بسيطةالمجلةبنك المعلومات

كيف يتم توليد الكهرباء في عالمنا؟

ما هي توليد الكهرباء؟ الكهرباء هي شكل من أشكال الطاقة والكهرباء هي تدفق الإلكترونات. تتكون كل المواد من الذرات وجميع الذرات لها نواة في مركزها وتحتوي النواة على جسيمات موجبة الشحنة تسمى البروتونات وجسيمات غير مشحونة تسمى نيوترونات. ونواة الذرة محاطة بجسيمات سالبة الشحنة تسمى الإلكترونات. تساوي الشحنة الموجبة للبروتون وعدد الإلكترونات عادة يساوي عدد البروتونات في الذرة. تفقد الذرة أو تكتسب إلكترونًا عندما تتعطل القوة المكافئة بين البروتونات والإلكترونات بواسطة قوة خارجية. عندما تفقد الذرة الإلكترونات تشكل حركة هذه الإلكترونات تيارًا كهربائيًا.

تعد الكهرباء أحد أكثر أشكال الطاقة استخدامًا لأنها جزء لا يتجزأ من الطبيعة ومصدر ثانوي للطاقة. نحصل على الكهرباء عن طريق تحويل أشكال أخرى من الطاقة مثل الفحم والغاز الطبيعي والنفط والطاقة النووية ومصادر طبيعية أخرى تسمى مصادر الطاقة الأولية.

تم بناء العديد من المدن والبلدات بجوار الشلالات (المصدر الرئيسي للطاقة) وعجلات المياه التي تعمل بالطاقة (نوريا) للقيام بأعمال مختلفة. قبل أن تبدأ الكهرباء منذ حوالي 100 عام كانت تُضاء المنازل بمصابيح الكيروسين ويتم تبريد الطعام في صناديق الثلج ويتم تسخين الغرف بواسطة مواقد الحطب أو الفحم. تم فهم مبادئ الكهرباء تدريجيًا بدءًا من تجارب بنجامين فرانكلين مع الطائرات الورقية في ليلة فيلادلفيا العاصفة. بحلول منتصف القرن التاسع عشر أدى اختراع المصباح الكهربائي إلى تغيير حياة الجميع. قبل عام 1879 كانت مصابيح القوس تستخدم للإضاءة الخارجية الكهربائية. استخدم اختراع المصباح الكهرباء للإضاءة الداخلية للمنازل.

من مخترع الكهرباء

توماس إديسون (11 فبراير 1847-18 أكتوبر 1931) مخترعًا ورجل أعمال أمريكيًا. بصفته مالك شركة Edison General Electric قبل اندماجها مع Thomson Houston Electric فقد اخترع العديد من الأجهزة التي كان لها تأثير عميق على البشرية في جميع أنحاء العالم بما في ذلك تطوير الفونوغراف وكاميرا الصور المتحركة والإلكترونيات العملية. لمبة متوهجة طويلة الأمد. كما طور أجهزة مثل المولدات والاتصال الجماهيري وتسجيل الصوت والفيديو وطبق مبادئ الإنتاج الضخم والعلوم المنظمة والعمل الجماعي على نطاق واسع في عملية الاختراع ، وأنشأ معهد مينلو بارك للبحوث الصناعية 1876.

يحمل إديسون 1093 براءة اختراع أمريكية والعديد من براءات الاختراع في فرنسا وألمانيا. كان عمله في هذه المجالات المتقدمة ثمرة حياته المهنية المبكرة كمشغل تلغراف. أنشأ إديسون نظامًا لتوليد الكهرباء وتوزيعها على المنازل والشركات والمصانع مما أدى إلى تطور أساسي في العالم الصناعي الحديث. كانت أول محطة للطاقة الخاصة به تقع في شارع بيرل محطة بيرل ستريت في مانهاتن نيويورك. أنشأ إديسون أول مختبر في مينلو بارك نيوجيرسي ثم قام رجلا الأعمال هنري فورد وهارفي إس.فايرستون أيضًا بتأسيس مصنع في ويست أورانج نيو جيرسي حيث قاما ببناء أول مصنع في العالم كما أسس استوديوهات بلاك ماريا السينمائية. تزوج إديسون مرتين ولديه ستة أطفال.

توفي توماس إديسون عام 1931 من مضاعفات مرض السكري.

كيف تستخدم المحولات الكهربائية؟

لحل مشكلة نقل الطاقة لمسافات طويلة طور جورج وستنجهاوس جهازًا يسمى المحول. سمح هذا المحول بنقل الطاقة بكفاءة عبر مسافات طويلة وتزويد المنازل والمكاتب بالكهرباء بعيدًا عن محطة الطاقة. على الرغم من حقيقة أن الكهرباء مهمة جدًا في حياتنا إلا أننا نادرًا ما نتوقف ونفكر في شكل الحياة بدونها.

نستخدم الكهرباء يوميًا لأداء العديد من الوظائف من الإضاءة والتدفئة وتبريد منازلنا إلى تشغيل أجهزة التلفزيون وأجهزة الكمبيوتر لدينا. الكهرباء هي مصدر طاقة يمكن التحكم فيه بسهولة ويستخدم في التدفئة والإضاءة وتطبيقات الطاقة. اليوم تم تنظيم قطاع توليد الطاقة في الولايات المتحدة بحيث يكون هناك ما يكفي من الكهرباء لتلبية الطلب في أي وقت.

كيف تستخدم المحولات الكهربائية؟
كيف تستخدم المحولات الكهربائية؟

كيف يتم توليد الكهرباء؟

المولد هو جهاز يحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية. تعتمد هذه العملية على العلاقة بين المغنطة والكهرباء فعندما يتحرك سلك أو مادة موصلة أخرى عبر مجال مغناطيسي يتولد تيار كهربائي في ذلك السلك ويكون هناك موصل ثابت.

يتم توصيل المغناطيس بطرف عمود الدوران والذي يتم وضعه في إطار من مادة موصلة مغطاة بكمية كبيرة من الأسلاك. عندما يدور المغناطيس يتولد تيار صغير في كل قسم من الأسلاك يمتد على طول المغناطيس. تشكل كل قطعة من الأسلاك موصلًا كهربائيًا صغيرًا وكل هذه الكميات الصغيرة تتحد لتشكل تيارًا كهربائيًا كبيرًا يستخدم للطاقة الكهربائية.

كيف تستخدم التوربينات لتوليد الكهرباء؟

تستخدم شركات توليد الطاقة التوربينات أو المحركات أو عجلات المياه أو غيرها من الآلات المماثلة لتحويل المولدات أو الأجهزة الأخرى التي تحول الطاقة الميكانيكية أو الكيميائية إلى كهرباء. أكثر الطرق استخدامًا لتوليد الطاقة هي التوربينات البخارية التوربينات المائية والتوربينات الهوائية. يتم توليد معظم الكهرباء في الولايات المتحدة باستخدام التوربينات البخارية. تعمل التوربينات على تحويل الطاقة الحركية لمائع متحرك (غاز أو سائل) إلى طاقة ميكانيكية.

تحتوي التوربينات البخارية على سلسلة من الشفرات متصلة بعمود معرض للبخار والذي يقوم بتدوير عمود متصل بمولد. بالنسبة لتوربينات الوقود الأحفوري يتم حرق الوقود في الفرن لتسخين المياه وإنتاج البخار. يتم حرق مواد مثل الفحم والنفط والغاز الطبيعي في أفران كبيرة لتسخين المياه وإنتاج البخار الذي يحرك ريش التوربينات. 

هل تعلم أن الفحم هو المصدر الأساسي للطاقة المستخدمة في توليد الكهرباء في الولايات المتحدة في عام 1998 أنتج أكثر من نصف (52٪) من الكهرباء عن طريق الفحم.

لا يستخدم الغاز الطبيعي فقط لتسخين المياه لتوليد البخار ولكن يمكن استخدامه أيضًا لإنتاج غازات احتراق ساخنة يمكن تمريرها مباشرة عبر التوربينات لتحويل الشفرات لتوليد الكهرباء. تستخدم توربينات الغاز عندما يزداد الطلب على استخدام الكهرباء. وفي عام 1998 شكلت الطاقة المولدة من الغاز الطبيعي حوالي 15٪ من طاقة الولايات المتحدة. يمكن أيضًا استخدام الزيت لصنع البخار وتحويل التوربينات.

عادةً ما يتم استخدام النفط المتبقي المستخرج من النفط الخام في محطات توليد الطاقة التي تستخدم النفط لتكوين البخار. وفي عام 1998 استخدمت الولايات المتحدة أقل من 3٪ من النفط لتوليد الكهرباء.

الطاقة النووية هي طريقة لإنتاج البخار عن طريق تسخين المياه في عملية تسمى الانشطار النووي. داخل محطة الطاقة النووية يحتوي المفاعل على نواة وقود نووي معظمها من اليورانيوم المخصب. عندما تصطدم النيوترونات بنواة اليورانيوم يحدث الانشطار الذي يطلق الحرارة ويطلق المزيد من النيوترونات والتي يمكن أن تستهدف المزيد من ذرات اليورانيوم. ويحدث في بيئة خاضعة للرقابة. وبالتالي يحدث الانشطار النووي بشكل مستمر مكونًا تفاعلًا متسلسلًا ينتج عنه حرارة. تستخدم هذه الحرارة لتحويل الماء إلى بخار والذي يقوم بتدوير التوربينات لتوليد الكهرباء.

في عام 2015 تم استخدام الطاقة النووية لتوليد 19.47٪ من الكهرباء في الولايات المتحدة. في عام 2013 شكلت الطاقة الكهرومائية 6.8٪ من إجمالي توليد الطاقة في الولايات المتحدة. هذه هي عملية استخدام المياه الجارية لتدوير توربين متصل بمولد.

هناك نوعان أساسيان من أنظمة الطاقة الكهرومائية. في النظام الأول تتجمع المياه المتدفقة في خزان تم إنشاؤه بواسطة السد وتدخل من خلال أنبوب يسمى Penstock وتدفع ريش التوربينات لتشغيل المولد. أما النظام الثاني الذي يُطلق عليه اسم حركة النهر فيستخدم تدفق الأنهار بدلاً من تدفق المياه لضغط التوربينات وتوليد الكهرباء.

كيف تستخدم التوربينات لتوليد الكهرباء؟
كيف تستخدم التوربينات لتوليد الكهرباء؟

 

مصادر أخرى لتوليد الكهرباء

تأتي الطاقة الحرارية الجوفية من الطاقة الحرارية المدفونة تحت سطح الأرض. في بعض أجزاء الولايات المتحدة تتحرك الصهارة (المادة المذابة تحت القشرة الأرضية) بالقرب من السطح وتحول المياه الجوفية إلى بخار.

يمكن استخدامها في محطات التوربينات البخارية. في عام 2013 شكلت هذه الطاقة أقل من 1٪ من الكهرباء في الولايات المتحدة لكن تقييمًا أجرته إدارة معلومات الطاقة الأمريكية وجد أن تسع ولايات غربية لديها ما يكفي من الكهرباء لتلبية 20٪ من الكهرباء بهذه الطريقة. قيل إنها قادرة على التوليد. الطلب على الكهرباء في الولايات المتحدة.

يتم توليد الطاقة الشمسية من الشمس. ومع ذلك فإن طاقة الشمس ليست متاحة دائمًا وموزعة بشكل كبير. على مر التاريخ كان كل توليد الطاقة من الشمس أكثر تكلفة من استخدام الوقود الأحفوري التقليدي حيث ينتج التحويل الضوئي طاقة كهربائية مباشرة من ضوء الشمس في الخلايا الشمسية.

تستخدم المولدات الحرارية الشمسية الطاقة المشعة من الشمس لإنتاج البخار الذي يحرك التوربينات. في عام 2015 تم توليد أقل من 1٪ من إجمالي الكهرباء في الولايات المتحدة من الطاقة الشمسية. طاقة الرياح هي نتيجة تحويل طاقة الرياح إلى كهرباء. تعتبر طاقة الرياح مثل الشمس مصدرًا مكلفًا لإنتاج الطاقة. في عام 2014 تم استخدامه لإنتاج ما يقرب من 4.44٪ من طاقة الولايات المتحدة. تشبه توربينات الرياح طواحين الهواء العادية.

تعتبر النفايات البيولوجية والأخشاب والنفايات البلدية والمعروفة باسم القمامة والنفايات الزراعية مثل حبات الذرة والقش مصادر أخرى لإنتاج الكهرباء. ستحل هذه الموارد محل الوقود الأحفوري عندما يتم استنفاذها. تنتج حرائق الأخشاب والنفايات البخار المستخدم في محطات الطاقة. في عام 2015 شكلت الطاقة الكهربائية المولدة من النفايات البيولوجية 1.57٪ من الطاقة المولدة في الولايات المتحدة. يتم إرسال الكهرباء التي ينتجها المولد عن طريق خطوط النقل إلى محول يقوم بتغيير الكهرباء من الجهد المنخفض إلى الجهد العالي.

يمكن نقل الكهرباء بكفاءة عبر مسافات طويلة باستخدام الجهد العالي. تستخدم خطوط النقل لإرسال الكهرباء إلى المحطات الفرعية. تحتوي المحطات الفرعية على محولات تقوم بتحويل الجهد العالي إلى الجهد المنخفض. من المحطات الفرعية تنقل خطوط التوزيع الكهرباء إلى المنازل والمكاتب والمصانع ذات الجهد المنخفض.

مصادر أخرى لتوليد الكهرباء
مصادر أخرى لتوليد الكهرباء

 

كيف تقاس الكهرباء؟

تقاس الكهرباء بوحدات طاقة تسمى “وات”. سميت على اسم جيمس وات مخترع المحرك البخاري.

 1 وات كمية صغيرة من الطاقة و 750 وات من الطاقة مطلوبة لتساوي 1 حصان. 

كيلو وات يساوي 1000 وات والكيلو وات في الساعة يساوي 1000 وات من الطاقة في الساعة.

 تقاس الطاقة الكهربائية التي تنتجها محطة خلال فترة زمنية بالكيلو وات/ ساعة.

يتم حساب الكيلو وات / ساعة بضرب عدد كيلووات المستخدم في عدد ساعات الاستخدام. 

على سبيل المثال إذا كنت تستخدم لمبة 40 وات لمدة 5 ساعات في اليوم فقد استخدمت 200 وات من الكهرباء أو 0.2 كيلووات / ساعة من الطاقة.

جيمس وات
جيمس وات

كيفية توليد الكهرباء في المنزل

هل فكرت يومًا في توليد الكهرباء في المنزل؟ يصف هذا الموضوع مجموعة من الطرق لتوليد الطاقة الكهربائية باستخدام شيء بسيط ورخيص. الطرق المستخدمة هي:

استخدام محرك السيارة

عندما تدور السيارة يتم توصيل دينامو بالحزام لتوليد الكهرباء وعندما تدور العجلات وتتسارع يولد الدينامو الكهرباء والتي تستخدم لإضاءة المنزل وتشغيل الأجهزة. ومع ذلك إذا كانت الحمولة ثقيلة فقد يؤثر ذلك على محرك السيارة والذي يمكن أن يحترق أيضًا.

صنع مولد كهربي

يمكن صنع مولد كهربي في المنزل لاستخدامه في توفير احتياجات المنزل من الطاقة الكهربائية ومن الأغراض التي يتم صنع بها مولد كهربائي ومنها الآتي:

  • لوح خشبيّ صغير
  • صمغ
  • قرصين مدمجين
  • أربعة من المغناطيس الجيد على شكل قرص بقطر 2 سم
  • خمس مصابيح كهربائية صغيرة ملونة
  •  لفة أسلاك نحاسية رفيعة
  •  مسمار بطول 10 سم
  • غطاء معجون أسنان يثبت على منتصف القرص المدمج
  • صامولتين بقطر 2 سم
  • لمبات ليد صغيرة
  • حلقة معدنية

كيفية توليد الكهرباء من المغناطيس

عندما يتم وضع موصل في مجال مغناطيسي متغير تتحرك الإلكترونات داخل الموصل وتنتج تيارًا كهربائيًا. ينتج المغناطيس مثل هذه المجالات المغناطيسية ويمكن استخدامه في تكوينات مختلفة لإنتاج الكهرباء. اعتمادًا على نوع المغناطيس المستخدم يتم تدوير التيار الكهربائي. يمكن للمولد وضع المغناطيس في مواقع مختلفة وتوليد الكهرباء بطرق مختلفة.

تأتي معظم الكهرباء من المولدات التي تستخدم المجالات المغناطيسية لإنتاج الكهرباء وفي كلتا الحالتين يتعرض ملف السلك لتغير في المجال المغناطيسي الناتج عن المغناطيس.

يمكن أن يكون المغناطيس مغناطيسًا دائمًا أو مغناطيسًا كهربائيًا. تستخدم المغناطيسات الدائمة بشكل أساسي في المولدات الصغيرة لأنها لا تتطلب مصدرًا للطاقة. والمغناطيسات الكهربائية عبارة عن معادن حديدية أو فولاذية متصلة بالأسلاك. تمر الكهرباء عبر السلك ويصبح المعدن مغناطيسيًا ويخلق مجالًا مغناطيسيًا .

كيفية توليد الكهرباء من المغناطيس
كيفية توليد الكهرباء من المغناطيس

استخدام مغناطيس دائم لتوليد الكهرباء

عند استخدام مغناطيس دائم في المولد يتم توليد الكهرباء ببساطة عن طريق تدوير عمود المولد. لقد اعتقدوا أنه إذا كان المحرك والمولد متطابقين تمامًا فيمكنهم إنشاء مصدر طاقة.يعمل Magneto إلى الأبد مثل آلة الحركة الدائمة.

لسوء الحظ على الرغم من أن هذه المولدات والمحركات فعالة للغاية إلا أن هذه الفكرة لم تنجح لأنها توقفت في النهاية بسبب الخسائر والاحتكاك.

استخدام المغناطيس الكهربائي لتوليد الكهرباء

تحتوي محطات الطاقة الكبيرة على مولدات كبيرة بحجم الغرفة تستخدم المجال المغناطيسي من المغناطيسات الكهربائية لإنتاج الكهرباء. ويخلق المغناطيس الكهربائي مجالًا مغناطيسيًا قويًا. يتم تثبيته حول عمود دوار وملف من سلك العمود مع المغناطيس يتعرض لتغيير مجال مغناطيسي يولد تيارًا كهربائيًا في السلك.

في توربينات الرياح تقوم المروحة بتدوير عمود الدوران في محطات الفحم والطاقة النووية يتم إنتاج الحرارة عن طريق حرق الفحم أو التفاعلات النووية وفي محطات الغاز الطبيعي تعمل المولدات البخارية على تشغيل التوربينات التي تدفعها. تحتاج إلى محطة طاقة على مصدر الطاقة يمكنها تدوير العمود. يمكن للمغناطيس أن يولد مجالًا مغناطيسيًا ينتج الكهرباء.

كيفية توليد الكهرباء من الحركة

على مر العصور استخدم البشر مجموعة متنوعة من الأجهزة لمحاولة الاستفادة من تحويل الطاقة من شكل إلى آخر بما في ذلك استخدام الطاقة الحركية للرياح لإنتاج الحبوب وكان بعضها بسيطًا مثل طاحونة الهواء التي سحقت يتم الآن تطوير العديد من الأجهزة ويعتقد أنها وسيلة لتحويل الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية.

 و لغرض توليد الكهرباء فإن الطاقة الحركية هي شكل من أشكال الطاقة التي يمتلكها الجسم لحركته ويمكن أن تكون هذه الحركة على طول مسار واحد: الانتقال إلى موقع آخر أو الدوران حول محور أو الاهتزاز  وما إلى ذلك. يعد المولد من أهم الطرق لتحويل الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية فإذا كان المولد قويًا بدرجة كافية يمكنه إضاءة المنزل بأكمله والمولد قائم على مبدأ الحث الكهرومغناطيسي فهو يحول الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية بعبارة أخرى يتم استخدام سلسلة من الأجهزة بما في ذلك بسيطة مثل طاحونة الهواء لاستخدام الطاقة الحركية للرياح لطحن الحبوب ويتم تطوير الأجهزة وطرق تحويل الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية لتوليد الكهرباء.

 الطاقة الحركية هي نوع الطاقة التي يمتلكها الجسم بسبب حركته والتي قد تكون على طول مسار من مكان إلى آخر أو قد تدور حول محور أو اهتزاز وما إلى ذلك.

يعد المولد من أهم الطرق لتحويل الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية فإذا كان المولد قويًا بدرجة كافية يمكنه إضاءة المنزل بأكمله حيث يعتمد المولد على مبدأ الحث الكهرومغناطيسي وتحويل الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية. التي اكتشفها مايكل فاراداي يتم إنتاجها بواسطة مغناطيس متحرك. بمعنى آخر يتم إنتاج التيار عن طريق الحركة ويعتمد مقدار التيار على مدى سرعة تحرك المغناطيس لذلك كلما حركت المغناطيس بشكل أسرع زادت كمية التيار التي تحصل عليها ويقوم المولد بتشغيل المصابيح الخاصة بك أو تشغيل منزلك. أو تستخدم لتشغيل السيارة من نفس الأجزاء:

  • الدوار المجوف: ويكون هذا الجزء مثبت على مغناطيس. 
  • المغناطيس: وهو الجزء المثبت عليه الدوار ويجب أن يكون مغناطيس قوي.
  •  الملف: الجزء الذي سيسري فيه التيار الكهربائي ويكون ملتف حول الدوار، يمكن في بعض الأحيان أن يتم تثبيت الملف حول الجزء الثابت، في كلا الحالتين ستتولد الكهرباء.

توفير مصدر التحريك هو الأساس المتبع في عمل المولدات وطريقة تحويل الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية ويمكن توفير هذا المصدر عن طريق تسخين المياه. تولد حركة البخار طاقة حركية تدفع الدوار  مما يوفر الكهرباء ويمكن أيضًا استخدام المياه المتساقطة والرياح وفي كلتا الحالتين كلما كانت الحركة أسرع زادت الطاقة الكهربائية.

 

كيفية توليد الكهرباء من الحركة
كيفية توليد الكهرباء من الحركة

كيفية توليد الكهرباء من الماء

تسمى عملية توليد الكهرباء من خلال الماء توليد الطاقة الكهرومائية وهي تشير إلى عملية توليد الكهرباء باستخدام تدفق المياه عبر مسار معين عبر جهاز توليد الطاقة مثل استخدام تدفق نهر أو مجرى مائي عبر السد. لبناء سد لرفع منسوب مياه النهر خلفه وإنشاء قناة من أعلى إلى أسفل بالنسبة للسد وتركيب التوربينات في نهايات القناة لفتح القناة والسماح بتدفق المياه. يأخذ التوربين الطاقة الميكانيكية من المياه المتدفقة من خلاله وينقل تلك الطاقة عبر عمود إلى مولد. يقوم المولد بتحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة. باستخدام ظاهرة المد والجزر لتوليد الكهرباء فعند وصول مياه المد والجزر يتم إنشاء خزان مياه تلقائيًا ويؤدي المد والجزر إلى تحرك المياه في الخزان على طول القناة مرة أخرى وأخيراً يوجد بداخله التوربين الذي ينقل الحركة الميكانيكية إلى كهرباء المولد.

كيفية توليد الكهرباء من الماء
كيفية توليد الكهرباء من الماء

كيف يتم توليد الكهرباء من الغاز الطبيعي

يعتقد العلماء أن الغاز الطبيعي مثل النفط تمامًا، أي أنه تشكل قبل ملايين السنين عندما انهارت بقايا النباتات والحيوانات القديمة وبقيت تحت الضغط والحرارة الشديدين حيث أن المادة المتحللة شكلت غازًا حوصر في صخور مسامية في بعض المناطق، ويتكون الغاز الطبيعي في المقام الأول من الميثان وهو أخف من الهيدروكربون وليس للغاز لون أو رائحة وعندما يتم حرقه فإنه يوفر الكثير من الطاقة التي يمكن استخدامها في الطهي والتدفئة وتوليد الكهرباء وغيرها الكثير من ضروريات الحياة، وتعتمد كيفية توليد الطاقة من الغاز الطبيعي على حرق الغاز بعد استخراجه من الآبار المتواجد فيها، ومعالجته ومن ثم تتم عملية الحرق لإنتاج الطاقة، وغالبًا ما يتم الإشادة بالغاز الطبيعي على أنه بديل للطاقة النظيفة ويعود سبب ذلك أنه يحترق بشكل أنظف من أنواع الوقود الأحفوري الأخرى حيث أنه تنبعث منه مواد أقل ضررًا من أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون وأكسيد النيتروز ولا يُنتج رمادًا أو جسيمات تسبب بمشاكل صحيًا ولا يُعتبر نظيفًا مثل مصادر الطاقة المتجددة ولكن نظرًا لأنه متواجد بكميات وفيرة وأسعار مناسبة يعتبره الكثيرون بديلًا مهمًا للطاقة وعلى الرغم من قلة الإنبعاثات الناتجة عن حرق الغاز الطبيعي مقارنة بالوقود الأحفوري إلى أنه لا يزال مثل جميع أنواع الوقود الأحفوري فهو مصدر غير متجدد لذلك كان من الحتمي التفكير بمصادر الطاقة المتجددة مثل الرياح والطاقة الشمسية.

كيف يتم توليد الكهرباء من الغاز الطبيعي
كيف يتم توليد الكهرباء من الغاز الطبيعي

كيف يتم توليد الكهرباء من الفحم

تمر عملية إنتاج الكهرباء من الفحم بعدة مراحل:

  1. طحن وسحق الفحم لزيادة مساحة سطحه عند الحرق.
  2. يتم حرق مسحوق الفحم في غلاية خاصة ذات درجة حرارة عالية.
  3. مروحة توربينية تحرق الفحم وتمرر الدخان من خلاله.
  4. يتسبب الضغط العالي للبخار في دوران مروحة التوربين.
  5. يتم تركيب مولد على جانبي التوربين يدور بسرعة عالية.
  6. توليد الطاقة عن طريق الدوران عالي السرعة للمروحة.
  7. يتكثف البخار الناتج عن الاحتراق ويعاد إلى غلاية الاحتراق لإعادة التسخين.
  8. نقل الطاقة الكهربائية المتولدة عبر خطوط الكهرباء لاستخدامها في المصانع والمنازل. يجب تحويله إلى الجهد المناسب للاستخدام الآمن.

تعمل محطات الطاقة على تحسين عملية احتراق الفحم باستخدام ما يُعرف بتقنيات الاحتراق الجديدة أو تحسينات الكفاءة الحرارية لتقليل انبعاثات الكربون مع الحفاظ على كمية الطاقة الكهربائية المنتجة.

مثال على الكفاءة الحرارية المحسنة هو استخدام الاحتراق غير المباشر لزيادة درجة الحرارة والضغط وتقليل استهلاك الفحم عن طريق إنشاء غاز يتكون من الهيدروجين وأول أكسيد الكربون وإزالة الشوائب لتوليد الكهرباء.زيادة.

كيف يتم توليد الكهرباء من الفحم
كيف يتم توليد الكهرباء من الفحم

الاستخدام العالمي للفحم في توليد الطاقة

بالإضافة إلى دوره في إنتاج واستخراج المعادن فإن استخدام الفحم يساعد في توليد ثلث احتياجات العالم من الكهرباء ولكن الفحم هو النوع الأكثر إنتاجية من أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون. ويزيد من مستوى التلوث الغلاف الجوي في العالم. 

تهدف وكالة الطاقة الدولية إلى العمل مع البلدان في جميع أنحاء العالم للحد تدريجياً من استخدامها للفحم وتصبح خالية تمامًا من الفحم بحلول عام 2050. 

البحث عن موارد بديلة للفحم والمخاطر البيئية الناجمة عن تغير المناخ والاحترار العالمي هي قضية حقيقية لحكومات البلدان المتقدمة. مصدر طاقة نظيف يوفر نفس الكمية من الطاقة الكهربائية بسعر أقل وستكون زيادة الطلب على الكهرباء عقبة أمام تحقيق ذلك في السنوات القادمة.

وفقًا لبيانات وكالة الطاقة الدولية تعتمد محطات الطاقة على الفحم في حوالي 37٪ من طاقتها وبحلول عام 2040 يجب خفض هذه الحصة إلى 22٪ واعتماد البدائل.

 

كيف نحصل على الكهرباء من جسم الانسان؟

أعلن باحثون في المعهد الفدرالي السويسري لتكنولوجيا المواد “إمبا” عن مادة جديدة يمكنها توليد كهرباء من جسم الإنسان.

أيضًا على الموقع الإلكتروني لمعهد الأبحاث السويسري “إمبا” وجد الباحثون طريقة مبتكرة لتوليد الكهرباء من جسم الإنسان استنادًا إلى (التأثير الكهروضغطي) باستخدام مادة مرنة مصنوعة من جزيئات السيليكون النانوية. ونشروا مقالًا حول ما وجدوا. 

هذه المادة الجديدة لها خصائص كهروضغطية لذلك يتم توليد الكهرباء عندما ينحني الجسم.

تقول مديرة المشروع دورينا أوبريس إنه يمكن استخدام المادة لاستخراج الطاقة من جسم الإنسان مثل زرعها في خلايا الثدي وتحفيزها بنبضات القلب الطبيعية.

ومع ذلك أشار العلماء إلى أن هذه المادة الجديدة لا تزال قيد التصنيع ولا تتوفر إلا في المختبرات.

 

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى