مفهوم الطاقة

موضوع: مفهوم الطاقة الخميس مارس 04, 2010 1:48 pm

لقد عرف الإنسان الطاقة كيف يتحكّم بالماء والريح ، وقد خطا خطوات في مجال تسخير الطاقة ، فاخترع الآلة البخاريّة مهيئاً بذلك وسيلة لاستغلال الطاقة ترتبّ عليها تحقيق عدد كبير من المنجزات في مجال الصناعة ثم اكتشف مصادر هائلة من النفط .

حيث أننا نجد الطاقة في أشكالها المختلفة سواءً أكانت فحماً أو غازاً أو نفطاً أو كهرباء ........الخ .

فأصبح بعد ذلك النفط من المصادر الرئيسية للطاقة في هذا الوقت ، ولكن نجد أن مصادر هذه الطاقة قابلة للنضوب على الرغم من وجود احتياطي كبير .

وبالتالي لابد من البحث عن مصادر جديدة للطاقة .

لذلك قد بدأ العلماء في البحث عن بدائل للوقود الأحفوري سميت بالطاقة المتجددة تتميز عن الوقود الأحفوري بأنها لا تنضب مقارنة مع النفط الذي يتوقع له أن ينضب خلال القرن القادم .

كما أن استغلال الطاقة النووية في توليد الكهرباء محفوف بالمخاطر البيئية إضافة إلى أن مصادر اليورانيوم في العالم محدودة ولكن تكفي لمدة طويلة .

واستغلال الطاقة المتجددة ومنها الطاقة الشمسية وطاقة الرياح وطاقة الكتلة الحيوية وطاقة المساقط المائية والطاقة الحرارية وطاقة المدّ والجزر وطاقة الهيدروجين .

ربما تفي ببعض احتياجات البشر من الطاقة لفترة طويلة من الزمن ، وإن كانت مساهمة هذه الأنواع في توليد الطاقة من إجمالي الطاقة المستهلكة في العالم لا يزال محدوداً لأن هذه الأنواع من الطاقة المتجددة تحتاج إلى مزيد من التطور التقني لتحسين التكلفة الاقتصادية وبالتالي يتوقع أن تساهم الطاقة المتجددة بصورة فعّالة في ترشيد الكهرباء وكذلك في التنقل .

وقد تطرقنا في هذا البحث عن مصادر الطاقة وأنواعها وكيفية الاستفادة من الطاقة المتجددة وطرق البحث عن تلك الطاقة الغير ناضبة .

أولاً:تعريف الطاقة
لقد فكر الإنسان بثلاث مراحل كبيرة في تصوره للطاقة وهي :

المرحلة الأولى :

كان مفهوم الطاقة ممزوجاً مع الطاقة الروحية كما هو في مفهوم النفس والروح.

المرحلة الثانية :

رأى الإنسان أن بعض المواد الجامدة قادرة على أن تنشأ الحركة دون تكوين الحياة .

المرحلة الثالثة :

بدأت بعد انشتاين وتلامذته ، فالطاقة ليست بالنسبة لنا مادة خاصة وإنما هي صفة ملازمة لكل مادة جامدة أو حية تجعلها قادرة على أن تتحول وأن تتغير وأن تولد حالات فيزيائية وكيميائية جديدة , وأن تؤثر على غيرها من المواد في هذه العملية .

ففي مرحلة انشتاين , اختفت الحدود بين المادة الجامدة والحياة , وتركت المجال لعدد كبير من الحالات المبهمة .

إذاً الطاقة هي كيان مجرد لا يُعرف إلا من خلال تحولاته .

وتعرف الطاقة بأنها هي عبارة عن كمية فيزيائية تظهر على شكل حرارة أو على شكل حركة ميكانيكية أو كطاقة ربط في أنويه الذرة بين البروتون والنيترون .

وكذلك يمكن حساب الطاقة الناتجة من تحويل الكتلة إلى طاقة وذلك حسب علاقة انشتاين النسبية كالتالي:

الطاقة = الكتلة × مربع السرعة

حيث أن E هي الطاقة .

وm كتلة المادة التي يمكن تحويلها إلى طاقة .

وc سرعة الضوء وتساوي .

وتقاس الطاقة بوحدات متعددة ففي الوحدات الدولية SI تقاس بالجول ، حيث أن الطاقة لا تستحدث ولا تفنى وإنما تتحول إلى شكل آخر سواء كلياً أو جزئياً ، أي بمعنى آخر إذا تغيرت الطاقة الداخلية لمجموعة معزولة فإن الطاقة الداخلية الكلية تظل ثابتة ، فعند تشغيل جهاز كهربي مثل المضخة فإن الطاقة الكهربية تتحول إلى طاقة ميكانيكية بالإضافة إلى طاقة حرارية وهو عبارة عن جزء ضئيل يعمل على تسخين تلك المضخة .

أنواع الطاقة :

تصنف الطاقة إلى عدة أنواع وهي :

1- طاقة كيميائية .

2- طاقة ميكانيكية.

3- طاقة حرارية.

4- طاقة شمسية.

5- طاقة نووية.

6- طاقة كهربية .

7- طاقة ضوئية.

ومن الملاحظ أن هذه الأشكال من الطاقة يستلزم جميعها الحركة ، فالحرارة هي عبارة عن هياج للجزيئات ، والتفاعلات الكيميائية تقتضي اتحاد أو تفكك الذرات والإلكترونات التي تربط بينها ,أي أنها حركة , وكذلك الطاقة النووية هي إعادة تنظيم للنويات التي تدخل إلى نواة الذرة أو تخرج منها , وبالتالي فالطاقة تُنقل وتُحمل بشكل حركة أو اصطدامات تعطي الحركة بشكل دائم ، وكل شيء في الكون هو عبارة عن حركة .

فنور الشمس يتحول إلى حرارة بعدما كان قد تخزن داخل المواد بشكل كيميائي ، والجدير بالذكر أن كل ما استعمله الإنسان من طاقة حتى اليوم كان ناتجاً عن هذا التحول .

والطاقة النووية بحد ذاتها تقسم إلى شكلين مختلفين هما :

الانشطار والانصهار , ويمثل الانشطار التحول النووي – النووي ،أما الانصهار فيمثل الانصهار التحول الحراري – النووي .

لقد أصبح من البديهي أن نسبة نمو السكان الحالية على الأرض لن تستطيع أن تحافظ على معدل ثابت وبالتالي يؤدي ذلك إلى زيادة الطاقة ، فتظهر الحاجة هنا إلى البحث عن مصادر بديلة عن مصادر الطاقة الغير متجددة .

(1) الطاقة الكيميائية :

هذا النوع من الطاقة متوفر في الطبيعة ومن أهم أنواع الوقود الموجود مثل النفط والفحم والغاز الطبيعي وكذلك الخشب ، والطاقة الكيميائية هي الطاقة التي تربط بين ذرات الجزيء الواحد بعضها ببعض في المركبات الكيميائية أو مكونات النواة في العناصر التي تدخل ضمن تفاعلات الانشطار والاندماج النووي .

وتتم عملية تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة حرارية عن طريق إحداث تفاعل كامل بين المركب الكيميائي وبين الأكسجين لتتم عملية الحرق وينتج من ذلك الحرارة . وحيث أن كل جزيء في أي مركب لديه مخزون من الطاقة يسمى بالمحتوى الحراري وهو عبارة عن مجموعة من طاقة الجهد الناتجة عن قوى التجاذب والطاقة الحركية الناتجة عن الحركة الانتقالية للجزيئات .

فإن جميع المواد الهيدروكربونية يرافق تفاعلها مع الأكسجين انبعاث حراري وهي تصلح وقوداً.

(2) الطاقة الميكانيكية :

وهي الطاقة الناتجة من حركة الأجسام من مكان إلى آخر حيث أنها قادرة نتيجة لهذه الحركة على بذل شغل ويصاحب هذا الانتقال اختلاف في طاقة الوضع Potential Energy ، وطاقة حركية Kinetic Energy ، والأمثلة الطبيعية لهذا النوع من الطاقة هي :

حركة الرياح ، و ظاهرة المد والجزر ، ويمكن أن تنشأ الطاقة الميكانيكية بتحويل نوع من الطاقة إلى آخر ، فقد تستخدم المروحة الكهربية في تحويل الطاقة الكهربية إلى طاقة ميكانيكية .

ووحدة قياس الطاقة الميكانيكية هي الجول. ويوجد هناك نوع آخر من الطاقة الميكانيكية هي:

الطاقة الصوتية ويحدث الصوت عند اهتزاز مصدر صوتي بتردد معين ، وتنتقل طاقة منه إلى وسط مادي مجاور بصورة دورية حتى تصل إلى أذن السامع ، والصوت لا ينتقل في الفراغ وإنما يحتاج إلى وسط مادي لكي تنتقل الموجة الميكانيكية .

والصوت ينتشر على شكل أمواج ميكانيكية تؤثر في الوسط الذي ينتشر فيه مما ينتج عنه اضطراب دوري تتولد تبعاً لذلك طاقة صوتية .

وللطاقة الصوتية لها استخدامات كثيرة فيمكن أن تستخدم في المجال العسكري لإحداث ضوضاء في البنية التحتية ، ويحاول الإنسان حالياً استخدام الطاقة الصوتية للهجوم العسكري.

وكذلك تستخدم الطاقة الصوتية في المجال الطبي .

(3) الطاقة الحرارية :

تعتبر الطاقة الحرارية من الصور الأساسية للطاقة التي يمكن أن تتحول كل صور الطاقة إليها ، والطاقة الحرارية هي عبارة عن الطاقة الحركية التي تمتلكها جزيئات وذرات المادة .

فعند تشغيل الآلات المختلفة باستخدام الوقود الهيدروكربونية تكون أول خطوة هي حرق الوقود ، والحصول على طاقة حرارية تحول بعد ذلك إلى طاقة ميكانيكية أو إلى أي نوع من أنواع الطاقة.

ولا تتوفر الطاقة الحرارية بصورة مباشرة في الطبيعة إلا في مصادر الحرارة الجوفية ، ومن المعروف أن جزيئات المادة لها كتلة وسرعة ، ومن ثم تكون لها طاقة حركية وطاقة وضع ومجموع هاتين الطاقتين تعرف بالطاقة الداخلية له .

وكذلك الاستفادة من الطاقة الحرارية من أشعة الشمس ويتم ذلك عن طريق تحويل الطاقة الإشعاعية إلى طاقة حرارية .

والطاقة الحرارية لها القدرة على الاختراق والنفاذ خلال الأوساط المادية التي تنقسم إلى ثلاثة أنواع وهي :

(أ) وسط شفاف حراري : وهو الوسط الذي يسمح بنفاذ الإشعاعات الحرارية .

(ب) وسط نصف شفاف: وهو الوسط الذي يسمح بنفاذ بعض الإشعاعات الحرارية وتستخدم هذه الظاهرة في تشييد البيوت المحمية التي تستخدم في زراعة بعض المحاصيل الزراعية التي تكون مصنوعة من الزجاج الذي يسمح بنفاذ بعض من تلك الإشعاعات الحرارية .

(ج) وسط معتم حرارياً : وهو الوسط الذي لا تنفذ منه الإشعاعات الحرارية بل يمتص معظمها من الأجسام الساخنة المحيطة به . وترتفع درجة حرارته مما يؤدي ذلك إلى زيادة في الطاقة الداخلية ، التي بدورها تتحول إلى طاقة حرارية ويصبح مصدراً لانبعاث الإشعاعات الحرارية .

(4) الطاقة الشمسية :

الطاقة الشمسية هي مصدر للطاقة لا ينضب ولكنها تصل إلينا بشك مبعثر إذ يبلغ منها بواسطة الإشعاع أو الانعكاس أكثر من 77% وبالتالي لا يمكن إلا استرجاع قسم ضئيل منها .

والطاقة الشمسية طاقة نظيفة فلا ينتج عن استعمالها غازات أو نواتج ضارة بالبيئة كما هي الحال في أنواع الوقود التقليدي .

(5) الطاقة النووية :

هي الطاقة التي تربط بين مكونات النواة أي ( بروتونات أو نيترونات ) وهي تنتج نتيجة تكسر تلك الرابطة وتؤدي إلى إنتاج طاقة حرارية كبيرة جداً وذلك حسب علاقة انشتاين كما تقدم .

(6) الطاقة الكهربية :

لا يوجد مصدر طبيعي للكهرباء ، والسبب في ذلك أن جميع المواد تكون متعادلة كهربائياً ، والطاقة الكهربية لا تنشأ إلا بتحويل نوع من أنواع الطاقة إلى طاقة كهربية .ومثال على ذلك تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربية كما هو الحال في المولد الكهربائي.

كما توجد أنواع أخرى لتوليد الطاقة الكهربية بتحويل الطاقة النووية إلى طاقة كهربية ، أو استخدام الطاقة الشمسية وذلك عن طريق الخلايا الكهروضوئية ، أو تحويل الطاقة الكيميائية كما هو في البطاريات .

(7) الطاقة الضوئية :

يتم تحويل الطاقة الضوئية إلى أنواع أخرى من الطاقة وذلك حسب الحاجة المراد بها، مثل الطاقة الكهربية في الخلايا الضوئية ، أو الطاقة الحرارية في عمليات التسخين الحراري كما هو الحال في تسخين المياه .

ويستخدم النبات الطاقة الضوئية مباشرة لعمليات التمثيل البنائي لإنتاج مركبات عضوية تختزن طاقة كيميائية .

والطاقة الضوئية هي عبارة عن موجات كهرومغناطيسية تحتوي كل منها على حزم من الفوتونات تعطى بالعلاقة التالية :

حيث أن هي الطاقة .

و ثابت بلانك ويساوي

و تردد الحركة الموجية المصاحبة لحركة الفوتون .

وتختلف الموجات الكهرومغناطيسية في خواصها الفيزيائية باختلاف الأطوال الموجية ، فمثلاً نجد أن الموجات ذات الطول الموجي الذي يتراوح بين عدة كيلومترات إلى عدة سنتيمترات يستخدم في الدوائر الإلكترونية ومحطات الإرسال والاستقبال التلفزيوني ، بينما يشغل الطيف المرئي للعين البشرية طولا موجياً يتراوح بين إلى .

وتتميز الأشعة السينية x-ray وأشعة جاما بتردد عالي جداً وبالتالي تكون ذات طاقة عالية لها القدرة على النفاذ خلال الأوساط المادية .

الأشعة السينية : وهي عبارة عن أشعة غير مرئية ذات طول موجي قصير جداً ، وتستخدم في المجال الطبي وكذلك في دراسة البلورات لمعرفة خصائصها .

أشعة جاما : وهي عبارة عن أشعة لا تتأثر بالمجالات الكهربية أو المغناطيسية ولها القدرة على النفاذ وهي تعتبر من الأشعة الخطرة .

ثانياً :

تقسيم مصادر الطاقة

من خلال تعريف الطاقة نجد أن مصادر الطاقة يمكن أن تقسم إلى مصدرين رئيسيين هما:

1- مصادر غير متجددة . 2- مصادر متجددة

أولاً :

مصادر الطاقة الغير متجددة :

وهي عبارة عن المصادر الناضبة أي أنها سوف تنتهي عبر زمن معين لكثرة الاستخدام ، وهي متوفرة في الطبيعة بكميات محدودة وغير متجددة وتشمل الوقود الأحفوري مثل النفط والغاز والفحم بكل الأنواع التي تكونت عبر السنين الماضية في جوف الأرض .

وهي ذات أهمية لأنها تختزن طاقة كيميائية من السهل إطلاقها كطاقة حرارية أثناء عملية الاحتراق .

وتشمل هذه المصادر الطاقة النووية التي تستخدم في عملية توليد الكهرباء عن طريق استخدام الحرارة الناتجة عن عمليات الانشطار النووي في المفاعلات النووية .

وكذلك نجد أن مصادر هذه الطاقة بجانب أنها ناضبة فإنها ملوثة للبيئة .

ثانياً :

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 وكذلك طاقة الرياح وطاقة المد والجزر والأمواج والطاقة الحرارية الجوفية والطاقة وطاقة المساقط المائية وطاقة البناء الضوئي والطاقة المائية للبحار والمحيطات .

وكذلك نلاحظ أن المصادر المائية وطاقة المد والجزر وطاقة الرياح هي عبارة مصادر طبيعية للطاقة الميكانيكية .

وسوف نتكلم عن تلك المصادر بالتفصيل

المصادر الغير متجددة

أولاً:

الوقود الأحفوري:

وهو يشمل النفط والغاز الطبيعي والفحم وتعرف بمصادر غير متجددة لأنها ناضبة .

والوقود الأحفوري هو عبارة المركبات العضوية الناتجة عن عمليات البناء الضوئي حيث أن المواد العضوية للنباتات والحيوانات لم تتحلل تحليلاً كامل ، بل طمرت تحت طبقات من التربة الرملية والطينية والجيرية ، مما نتج عنه تكوّن النفط والغاز الطبيعي والفحم الحجري وطاقة الوقود الأحفوري هي طاقة كيميائية كامنة في البترول والغاز الطبيعي والفحم المخزون في باطن الأرض وهذه الطاقة هي أصلاً من الطاقة الشمسية التي قامت عليها النباتات بواسطة عملية البناء الضوئي منذ ملايين السنين .

وقد كان الفحم من أهم المصادر الطبيعية للطاقة خلال القرن الماضي ومازال يستعمل حتى يومنا هذا ، ويساهم حالياً بحوالي 28 % من الطاقة من الاستهلاك العالمي .

حيث يقدر الفحم الموجود داخل الأرض بعدة مئات من البلايين من الأطنان .

(أ) الفحم الحجري :

وهو من أهم مصادر الطاقة الأحفورية من حيث حجم احتياطه ، فالفحم الحجري يتكون داخل باطن الأرض على مدى ملايين السنين وذلك بسبب تحلل مصادر نباتية بسب العمليات البيولوجية في أماكن ذات الضغط الشديد والحرارة ومعزولة عن الهواء .

ويعتبر النفط أكبر منافس للفحم الحجري ، ومن أسباب قلة استخدام الفحم الحجري مصدراً للطاقة هو أن مصادره تتركز في عدد قليل من الدول .

كما أن استخدام الفحم الحجري وقوداً مباشرة يستلزم أموال باهظة التكلفة لمحطات التوليد . ومن الأسباب في عدم استخدام الفحم على نطاق واسع هو أثره السيء على البيئة والإنسان إذ أنه مصدر رئيسي لتلوث الهواء وما يسببه من مشاكل صحية .

والتعدين السطحي للفحم الحجري يخلّف وراءه أراضي وعرة مما تؤدي إلى تشويه التربة وعدم صلاحيتها للزراعة كما أن احتراق الفحم الحجري قد يؤدي إلى تجمع غاز ثاني أكسيد الكربون الذي يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الجو وهي تعتبر من المشاكل الرئيسية التي تواجه سكان العالم وذلك بسبب ما يعرف بالاحتباس الحراري .

ويوضح الجدول التالي :

احتياطات الفحم الحجري في العالم

البلدان
1986

مجموع دول العالم
1017,6(طن)

أمريكا الشمالية
70,6 (طن)

أمريكا الجنوبية
7,0 (طن)

أوربا الغربية
95,4 (طن)

أفريقيا
65,4(طن)

آسيا وأستراليا
578,7 (طن)

::::::::::::::::::::::

المرجع : منظمة الأقطار العربية المصدرة للبترول .

الطاقة المتجددة: هي الطاقة المستمدة من الموارد الطبيعية التي تتجدد أو التي لا يمكن أن تنفذ (الطاقة المستدامة ). ومصادر الطاقة المتجددة، تختلف جوهريا عن الوقود الاحفوري من بترول و فحم والغاز الطبيعي ، أو الوقود النووي الذي يستخدم في المفاعلات النووية. ولا تنشأ عن الطاقة المتجددة في العادة مخلفات كثاني أكسيد الكربون أو غازات ضارة أو تعمل على زيادة الانحباس الحراري كما يحدث عند احتراق الوقود الاحفوري أو المخلفات الذرية الضارة الناتجة من مفاعلات القوي النووية .
وتنتج الطاقة المتجددة من الرياح والمياه والشمس, كما يمكن إنتاجها من حركة الأمواج و المد والجزر أو من حرارة الأرض الباطنية وكذلك من المحاصيل الزراعية والأشجار المنتجة للزيوت . إلا أن تلك الأخيرة لها مخلفات تعمل على زيادة الانحباس الحراري . حاليا ًأكثر إنتاج للطاقة المتجددة يـُنتج في محطات القوي الكهرومائية بواسطة السدود العظيمة أينما وجدت الأماكن المناسبة لبنائها على الأنهار ومساقط المياه ، وتستخدم الطرق التي تعتمد على الرياح والطاقة الشمسية طرق على نطاق واسع في البلدان المتقدمة وبعض البلدان النامية ؛ لكن وسائل إنتاج الكهرباء باستخدام مصادر الطاقة المتجددة أصبح مألوفا في الآونة الأخيرة ، وهناك بلدان عديدة وضعت خططا لزيادة نسبة إنتاجها للطاقة المتجددة بحيث تغطي احتياجاتها من الطاقة بنسبة 20 % من استهلاكها عام 2020 . وفي مؤتمر كيوتو باليابان اتفق معظم رؤساء الدول علي تخفيض إنتاج ثاني أكسيد الكربون في الأعوام القادمة وذلك لتجنب التهديدات الرئيسية لتغير المناخ بسبب التلوث واستنفاد الوقود الاحفوري ، بالإضافة للمخاطر الاجتماعية والسياسية للوقود الاحفوري والطاقة النووية.
يزداد مؤخراً ما يعرف باسم تجارة الطاقة المتجددة الذي هي نوع الأعمال التي تتدخل في تحويل الطاقات المتجددة إلى مصادر للدخل والترويج لها، التي على الرغم من وجود الكثير من العوائق غير اللاتقنية التي تمنع انتشار الطاقات المتجددة بشكل واسع مثل كلفة الاستثمارات العالية البدائية وغيرها إلا أن ما يقارب 65 دولة تخطط للاستثمار في الطاقات المتجددة، وعملت على وضع السياسات اللازمة لتطوير وتشجيع الاستثمار في الطاقات المتجددة.
طاقة المد والجزر أو الطاقة القمرية هي نوع من طاقة الحركة التي تكون مخزونة في التيارات الناتجة عن المد والجزر الناتجة بطبيعة الحال عن جاذبية القمر و الشمس ودوران الأرض حول محورها وعليه تـُصنف هذه الطاقة على أنها طاقة متجددة.
الكثير من الدول الساحلية بدأت الاستفادة من هذه الطاقة الحركية لتوليد الطاقة الكهربائية و بالتالي تخفيف الضغط عن محطات الطاقة الحرارية ، و النتيجة تخفيف التلوث الصادر عن المحطات الحرارية التي تعمل بالفحم أو بالبترول. طرق الاستغلال
توجد طريقتان أساسيتان لتوليد الطاقة الكهربائية باستغلال ظاهرة المد والجزر :
1. طريقة بناء السدود كما هو منفـّذ في محطة Rance بفرنسا والتي بُنيت عام 1966 وتعمل بقوة 240 ميجاوات. بُني هذا السد للتحكم في التيارات الناتجة عن المد والجزر وتوجيه هذه التيارات بطريقة تمر في فتحات التوربينان أو المراوح.
هذه التوربينان شبيهة بالمراوح التي تُستخدم لتوليد الطاقة من الريح و لكن في حالتنا ثـُبتت 24 مروحة على سد بطول إجمالي قدره 750 متر ويحجز 184 مليون متر مكعب من الماء . كل مروحة متصلة بتوربين يولد قوة 10 ميجاوات من الكهرباء . وقد بُني هذا السد عند مصب نهر الراني . تُنصب هذه المراوح تحت سطح المياه في فتحات و بفعل التيارات المائية تدور هذه التوربينان و عبر ناقل الحركة نقوم بمضاعفة عزم الدوران و من ثم نستفيد من هذا العزم لتحريك المولد الذي و بفعل الحقل المغناطيسي يقوم بتوليد الطاقة الكهربائية.
• هذه التوربينات قد تستخدم أيضاً الطاقة الفائضة من المحطات الأخرى ساعة الطلب الخفيف على الكهرباء ، لإعادة ملئ الأحواض بالماء ، وإعادة استخدام الماء لتوليد الكهرباء في أوقات الذروة، ولكن استخدام هذه التكنولوجيا تعتمد على وجود الأماكن المناسبة عند مصبات الأنهار مثلا أو في مضايق البحار ، وهناك تقام السدود لاستخدامها.
• و للاستفادة من تيارات المد و الجزر التي هي بطبيعة الحال معكوسة الاتجاه، لابد من تركيب المروحة على رأس متحرك ليتناسب مع اتجاه التيارات و بالتالي رفع نسبة الاستغلال ، و يميز هذه التكنولوجيا إذا ما قورنت بتكنولوجيا توليد الطاقة من الريح أن كثافة المياه أعلى من كثافة الهواء ،و بالتالي يكون توليد الطاقة من الجزر للمروحة الواحدة أعلى عنه بالمقارنة بتوليد الكهرباء بواسطة الرياح ، ويتم ذلك عند سرعة دوران منخفضة من خلال استخدام ناقل الحركة.
• بالإضافة إلى المحطة الفرنسية التي تعمل بالمد والجزر ، تبعتها محطة بكندا عام 1984 عند منطقة نوفاسكوتيا بقوة كهربائية قدرها 20 ميجاوات . كما بنت الصين عام 1986 في ولاية كسينجيانج محطة بقوة 10 ميجاوات . وأكبر محطة تضم10 مولدات كهربائية مولد كهربائي ، يولد كل منها طاقة كهربائية قدرها 26 ميجاوات ،أي بقوة كلية 260 ميجاوات تـُبنى حاليا ً في سهيوا بكوريا الجنوبية .
• وفي إنجلترا توجد تحت التخطيط محطة عملاقة عند مصب نهر سيفرن Severn بين كردف ومدينة بريس تول ب 216 توربين سوف تولد 8500 ميجاوات ، وسوف تغطي 5 % من احتياجات إنجلترا من القوة الكهربائية . إلا أن ذلك المشروع يواجه معارضة من قبل جماعات المحافظة على البيئة .
2. طريقة الأبراج : تعتمد تلك الطريقة على تثبيت مروحة أو مروحتان على برج متين بحيث تكون تلك المراوح تحت سطح الماء . و بنفس الطريقة المشروحة أعلاه تتحول طاقة حركة المروحة بواسطة المولد الكهربائي إلى كهرباء . والصورة المجاورة ( أنظر الصورة) توضح كيفية تثبيت المروحة على البرج وهي لمحطة تجريبية بـُنيت عام 2002 بشمال ايرلندا وقوتها 300 كيلوات تقريباً، ونلاحظ في الصورة أن المروحة قد رُفعت فوق سطح الماء لإجراء أعمال الصيانة .
أيضا في سترانجفورد بشمال ايرلندا بُني البرج الجديد ويسمى SaGem ، وقد بدأ البرج إنتاج الكهرباء من التيارات البحرية والتي تصل سرعات المياه فيها نحو 50و2 متر في الثانية ، وقد تصل أحيانا ً إلى 10 متر في الثانية . هذا البرج بمروحتيه ينتج كهرباء بقوة 2و1 ميجاوات ، أي أن كل مروحة له تنتج نحو ضعف ما أنتجته المروحة السابقة ، موديل 2002.
تستغل تلك الطريقة التيارات المائية ، ولا تشكل الأبراج عائقا بحريا ً كما في حالة بناء السدود . لهذا فهي أنسب من ناحية المحافظة على البيئة
الطاقة المائية :هي الطاقة المستمدة من حركة المياه المستمرة والتي لا يمكن أن تنفد. وهي من أهم مصادر الطاقة المتجددة، وبمعنى آخر هي الاستفادة من حركة المياه لأغراض مفيدة. فقد كان استخدام الطاقة المائية قبل انتشار توفر الطاقة الكهربائية التجارية، وذلك في الري وطحن الحبوب، وصناعة النسيج، فضلا عن تشغيل المناشير.
تم استغلال طاقة المياه لـقرون طويلة. ففي إمبراطورية روما، كانت الطاقة المائية تستخدم في مطاحن الدقيق وإنتاج الحبوب ، كما في الصين وبقية بلدان الشرق الأقصى، وتستخدم حركة الماء الهيدروليكية على تحريك عجلة لضخ المياه في قنوات الري وهو ما يعرف بالنواعير.
وفي الثلاثينات من القرن الثامن عشر ، في ذروة بناء القناة المائية استخدمت المياه للنقل الشاقولي صعودا ونزولا عبر التلال باستخدام السكك الحديدية.
كان نقل الطاقة الميكانيكية مباشرة يتطلب وجود الصناعات التي تستخدم الطاقة المائية قرب شلال. وخاصة خلال النصف الأخير من القرن التاسع عشر، واليوم يعتبر أهم استخدامات الطاقة المائية هو توليد الطاقة الكهربائية، مما يوفر الطاقة المنخفضة التكلفة حتى لو استخدمت في الأماكن البعيدة من المجرى المائي.
الطاقة الريحية هي الطاقة الرياح وتعرّف بأنها عملية تحويل حركة (طاقة) الرياح إلى شكل آخر من أشكال الطاقة سهلة الاستخدام، غالبا كهربائية وذلك باستخدام عنفات (مروحيات)، وقد بلغ إجمالي إنتاج الطاقة الكهربائية من الرياح للعام 2006 بـ 74,223 ميغاواط، بما يعادل 1% من الاستخدام العالمي للكهرباء، وبالتفصيل فقد بلغت نسبة الإنتاج إلى الاستهلاك حوالي 20% في الدانمارك و9% في اسبانيا و7% في ألمانيا. وبهذا يكون الإنتاج العالمي للطاقة المحولة من الرياح قد تضاعف 4 مرات خلال الفترة الواقعة بين عام 2000 وعام 2006.
يتم تحويل حركة الرياح التي تُدَور العنفات عن طريق تحويل دوران هذه الأخيرة إلى كهرباء بواسطة مولدات كهربائية. ويستفيد العلماء من خبرتهم السابقة بتحويل حركة الرياح إلى حركة فيزيائية حيث أن استخدام طاقة الرياح بدأ مع بدايات التاريخ، فقد استخدمها الفراعنة في تسيير المراكب في نهر النيل كما استخدمها الصينيون عن طريق طواحين الهواء لضخ المياه الجوفية.
تستخدم طاقة الرياح على شكل حقول لعنفات الرياح لصالح شبكات الكهرباء المحلية. وعلى شكل العنفات الصغيرة لتوفير الكهرباء للمنازل الريفية أو شبكات المناطق النائية.
تعتبر طاقة الرياح آمنة فضلا عن أنها من أحد أفراد عائلة الطاقة المتجددة، وهي طاقة بيئية لا يصدر منها ملوثات مضرة بالبيئة، يتجه العالم الآن بعد ظاهرة الاحتباس الحراري فضلا عن التلوث، لاعتماد مصادر الطاقة المتجددة كمصادر طاقة بديلة وللتخفيف من استخدام الوقود الاحفوري. ولهذه الأسباب يسعى التقدم التكنولوجي إلى خفض تكلفة الطاقة المتجددة لتوسيع انتشارها.
استخدام طاقة الرياح
تعتبر الدانمرك أكثر البلاد استغلالا للطاقة الريحية عام 2009 ، فحاليا تنتج نحو 20 % من الطاقة بواسطة الأبراج الريحية ولها مساهمة وخبرة عظيمة في هذا المجال . واستطاعت الدانمرك تحسين إنتاجها بحيث يبلغ إنتاجية البرج الواحد 3 ميجاواط ، ويبلغ ارتفاع البرج نحو 14 طابقا . وتتلو الدانمارك من ناحية نسبة إنتاج الطاقة من الريح أسبانيا والبرتغال حيث تنتج كل منها نحو 10 % من الطاقة . وتقوم ألمانيا ببرنامج طموح لإنشاء من 2000 إلى 2500 ميجاواط جديدة كل عام .

طبق ذو قطع مكافئ ونظام محركات سترلنج الذي يقوم بتحويل الطاقة الشمسية إلى قوى ميكانيكية مفيدة قائمة على الطاقة الشمسية.
يُقصد بالطاقة الشمسية الضوء المنبعث والحرارة الناتجة عن الشمس اللذان قام الإنسان بتسخيرهما لمصلحته منذ العصور القديمة باستخدام مجموعة من وسائل التكنولوجيا التي تتطور باستمرار.تُعزى معظم مصادر الطاقة المتجددة المتوافرة على سطح الأرض إلى و الإشعاعات الشمسية بالإضافة إلى مصادر الطاقة الثانوية، مثل طاقة الرياح وطاقة الأمواج والطاقة الكهرومائية والكتلة الحيوية.. من الأهمية هنا أن نذكر أنه لم يتم استخدام سوى جزء صغير من الطاقة الشمسية المتوافرة في حياتنا. يتم توليد طاقة كهربية من الطاقة الشمسية بواسطة محركات حرارية أو محولات فولتوضوئية.وبمجرد أن يتم تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربية، فإن براعة الإنسان هي فقط التي تقوم بالتحكم في استخداماتها.ومن التطبيقات التي تتم باستخدام الطاقة الشمسية نظم التسخين والتبريد خلال التصميمات المعمارية التي تعتمد على استغلال الطاقة الشمسية، والماء الصالح للشرب خلال التقطير والتطهير، واستغلال ضوء النهار، والماء الساخن، والطاقة الحرارية في الطهي، ودرجات الحرارة المرتفعة في أغراض صناعية. تتسم وسائل التكنولوجيا التي تعتمد الطاقة الشمسية بشكل عام بأنها إما أن تكون نظم طاقة شمسية سلبية أو نظم طاقة شمسية إيجابية وفقًا للطريقة التي يتم استغلال وتحويل وتوزيع ضوء الشمس من خلالها.وتشمل التقنيات التي تعتمد على استغلال الطاقة الشمسية الإيجابية استخدام اللوحات الفولتوضوئية والمجمع الحراري الشمسي، مع المعدات الميكانيكية والكهربية، لتحويل ضوء الشمس إلى مصادر أخرى مفيدة للطاقة.هذا، في حين تتضمن التقنيات التي تعتمد على استغلال الطاقة الشمسية السلبية توجيه أحد المباني ناحية الشمس واختيار المواد ذات الكتلة الحرارية المناسبة أو خصائص تشتيت الأشعة الضوئية، وتصميم المساحات التي تعمل على تدوير الهواء بصورة طبيعية.
أساليب تخزين الطاقة

يولد نظام "سولار تو" لتخزين الطاقة الحرارية على توليد كهرباء أثناء طقس ملبد بالغيوم وفي أثناء فترات الليل
بالطبع، لا يمكن الحصول على الطاقة الشمسية خلال الليل. ومن ثم، يُعد تخزين الطاقة أمرًا ضروريًا لأن أنظمة الطاقة الحديثة تحتاج إلى مصدر طاقة متاح طوال الوقت.
إن نظم الكتل الحرارية تستطيع تخزين الطاقة الشمسية في صورة حرارة في درجات حرارة مفيدة للأغراض المنزلية سواءً بشكل يومي أو على مدار الموسم. وتستخدم أجهزة تخزين الحرارة بشكل عام المواد المتاحة بالفعل ذات سعة حرارية نوعية عالية، مثل الماء والتراب والأحجار. وتستطيع الأجهزة جيدة الصنع أن تقلل توقعات الطلب القصوى من الطاقة وتحول مدة الاستخدام إلى الاستخدام في غير ساعات الذروة وتقلل من متطلبات التسخين والتبريد الكلية. تُعد المواد متغيرة الطور مثل شمع البارافين وملح لوبر من مصادر تخزين الطاقة الحرارية أيضًا. وهذه المواد تكون غير مكلفة وجاهزة للاستخدام ويمكنها الوصول إلى درجات حرارة مفيدة للأغراض المنزلية (64 درجة مئوية تقريبًا). وكان فندق "دوفر هاوس" في مدينة "دوفر" في ماساتشوستس أول من استخدم جهاز تخزين حرارة يعمل بملح لوبر في عام 1948. يمكن تخزين الطاقة الشمسية بدرجات حرارة عالية جدًا باستخدام الأملاح المذابة. وتُعد الأملاح وسيلة فعالة للتخزين لأنها منخفضة التكلفة ولها سعة حرارية نوعية عالية ويمكن أن تجعل درجة الحرارة تصل إلى درجات مناسبة لتلك الخاصة بأجهزة تخزين الطاقة العادية. وقد استخدم مشروع "سولار تو" هذا الأسلوب لتخزين الطاقة، مما سمح له بتخزين 1.44 تريليون جول في خزان سعته 68 متر مكعب بكفاءة تخزين سنوية نسبتها 99% ; من المعتاد أن تستخدم الأجهزة الفولتوضوئية غير المتصلة بالشبكة البطاريات القابلة للشحن لتخزين الكهرباء الزائدة. وبواسطة الأجهزة المتصلة بالشبكة، يمكن إرسال الكهرباء الزائدة إلى شبكة النقل. وبرامج قياس الشبكة تمنح هذه الأجهزة بيان بكمية الكهرباء التي تقوم بتوصيلها إلى الشبكة. وهذا البيان يكون معادلاً للكهرباء التي توفرها الشبكة عندما لا يستطيع الجهاز تلبية الاحتياجات الكهربائية، باستخدام الشبكة كوسيلة تخزين فعالة;إن الطاقة الكهرومائية التي يتم تخزينها عن طريق الضخ تعمل على تخزين الطاقة في صورة ماء يتم ضخه عندما يكون هناك مصدر للطاقة من خزان قليل الارتفاع إلى خزان مرتفع. ويتم استعادة الطاقة عندما تكون هناك حاجة إلى مزيد من الطاقة عن طريق تحرير الماء لتجري خلال مولد طاقة كهربي مائي. الطاقة النووية : هي الطاقة التي تنطلق أثناء انشطار أو اندماج الأنوية الذرية. تشكل الطاقة النووية 20% من الطاقة المولدة بالعالم. العلماء ينظرون إلى الطاقة النووية كمصدر حقيقي لا ينضب للطاقة. وما يثير تعض المعارضة حول مستقبل الطاقة النووية هو التكاليف العالية لبناء المفاعلات ، ومخاوف العامة المتعلقة بالسلامة ، وصعوبة التخلص الآمن من المخلفات عالية الإشعاع. بالنسبة إلى التكلفة فهي عالية نسبيا من حيث بناء المفاعل ولكن تلك التكاليف تعوض بمرور الوقت حيث أن الوقود النووي رخيص نسبيا. وأما بالنسبة إلى المخاوف المذكورة فهي تُستغل من الأحزاب السياسية في الانتخابات بين مؤيدين ومعارضين بغرض الحصول على مقاعد كثيرة في البرلمانات .أما التكنولوجيا النووية فلديها الاستعدادات لحل مسائل السلامة والتخلص السليم من النفايات المشعة.

اندماج نووي
.
• الإشعاع النووي إن لم يكن قاتلا فهو يتسبب في عاهات وتشوهات وإعاقات تصعب معالجتها. وتنتج من تأثير الإشعاع النووي على مكونات الخلايا الحية نتيجة تفاعلات لا علاقة لها بالتفاعلات الطبيعية في الخلية. وحجم الجرعة المؤثرة يختلف حسب نوعية الكائنات فهناك حشرات تموت عندما تمتص أجسامها طاقة نووية تصل فقط 20 جراي (وحدة)ْ (1 جراي = جول لكل كيلو جرام من الجسم المعرض للإشعاع النووي Gray = J/kg)، وحشرات لا تموت إلا عندما تصل الجرعة إلى حوالي 3000 جرَايْ ( ضعف الجرعة السابقة 150 مرة). تأثر الثدييات يبدأ عند جرعة لا تزيد عن 2 جْراي، والفيروسات تتحمل جرعة تصل 200 جراي أي ضعف الجرعة المؤثرة على الثدييات 100 مرة.
وكمية النفايات المشعة نتيجة الانشطار النووي بمحطات إنتاج الكهرباء بالمفاعلات النووية محدودة مقارنة بكمية النفايات بالمحطات الحرارية التي تعمل بالطاقة الأحفورية كالنفط أو الفحم . فالنفايات النووية تصل 3 مليجرام لكل كيلو واط ساعة (3 mg/kWh) مقابل حوالي 700 جرام ثاني أكسيد الكربون لكل كيلو واط ساعة بالمحطات الحرارية العادية لكن هذه الكمية الصغيرة جدا من الإشعاع النووي قد تكون قاتلة أو قد تتسبب في عاهات وتشوهات لا علاج لها. لهذا فإن جميع الدول التي تستخدم الطاقة النووية لإنتاج الطاقة الكهربائية تعمل على التخلص من تلك النفايات المشعة بدفنها في الطبقات الجيولوجية العميقة تحت سطح الأرض بعيدا عن الناس ، وقد تستمر فاعلية الإشعاعات لقرون بل لآلاف السنين حتي يخمد هذا الإشعاع أو يصل إلى مستوى يعادل الإشعاع الطبيعي. لهذا يحاول العلماء حاليا ً توليد الطاقة النووية عن طريق الاندماج النووي بدلا من الانشطار النووي الذي تنشطر فيه ذرات اليورانيوم وتعطي بروتونات ونيوترونات وجسيمات دقيقة ، تـُحول حركتها إلى حرارة في ماء التبريد ومن بخاره المرتفع الضغط تـُولد الطاقة الكهربائية. ومشكلة توليد الكهرباء من المفاعلات النووية تتمثل في النفايات المشعة التي تسفر عن العملية. وهذه النفايات ضارة بالبشر وهذا ما جعل العلماء يسعون للحصول علي الطاقة عن طريق تقنية الاندماج النووي التي تجري حاليا في الشمس والتي تسفر عن نفايات مشعة قليلة
الطاقة الحيوية
الوقود الحيوي هو الطاقة المستمدة من الكائنات الحية سواء النباتية أو الحيوانية منها. وهو أحد أهم مصادر الطاقة المتجددة، على خلاف غيرها من الموارد الطبيعية مثل النفط والفحم الحجري وكافة أنواع الوقود الاحفوري والوقود النووي.
بدأت بعض المناطق بزراعة أنواع معينة من النباتات خصيصاً لاستخدامها في مجال الوقود الحيوي، منها الذرة وفول الصويا في الولايات المتحدة. وأيضا اللفت، في أوروبا. وقصب السكر في البرازيل. وزيت النخيل في جنوب شرق آسيا.
أيضا يتم الحصول على الوقود الحيوي من التحليل الصناعي للمزروعات والفضلات وبقايا الحيوانات التي يمكن إعادة استخدامها، مثل القش والخشب والسماد، وقشر الأرز، والمجاري، وتحلُل النفايات، ومخلفات الأغذية، التي يمكن تحويلها إلى الغاز الحيوي عن طريق الهضم اللاهوائي.
الكتلة الحيوية المستخدمة كوقود يتم تصنيفها على عدة أنواع، مثل النفايات الحيوانية والخشبية والعشبية، كما أن الكتلة الحيوية ليس لها تأثير مباشر على قيمتها بوصفها مصدر للطاقة.

الله يبارك فيكم والله غير هذا المنتدى انا بالذات عجبني مع اني قد انهيت دراستي في عام 1994 الله يبارك فيكم شكرا لكم جميعا

موضوع: رد: مفهوم الطاقة السبت أبريل 10, 2010 1:19 pm

. السلام عليكم و رحمة الله تعالى و بركاته : )
. ما شـآء الله عليك ، موضوع قمة بارك الله فيك
. بإنتظار أي جديد لك ...