الالالطاقة الشمسية و طاقة الرياح
الطاقة الشمسية
هي الضوء والحرارة المنبعثان من الشمس اللذان قام الإنسان بتسخيرهما لمصلحته منذ العصور
القديمة باستخدام مجموعة من وسائل التكنولوجيا التي تتطور باستمرار. وتضم تقنيات
تسخير الطاقة الشمسية استخدام الطاقة الحرارية للشمس سواء للتسخين المباشر أو ضمن عملية تحويل
ميكانيكي لحركة أو لطاقة كهربائية، أو لتوليد الكهرباء عبر الظواهر الكهروضوئية
بإستخدام ألواح الخلايا الضوئية الجهدية بالإضافة إلى التصميمات المعمارية التي تعتمد على استغلال الطاقة الشمسية، وهي تقنيات تستطيع المساهمة بشكل بارز في
حل بعض من أكثر مشاكل العالم إلحاحا اليوم.
تُعزى معظم مصادر الطاقة المتجددة المتوافرة على سطح الأرض إلى 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 الطهو، 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.
حجم الطاقة
الشمسية القادمة إلى الأرض
يصل إلى سطح الأرض حوالي نصف كمية
الطاقة الشمسية القادمة إليه من الشمس
يستقبل كوكب الأرض 174 بيتا واط من الإشعاعات الشمسية القادمة إليه (الإشعاع الشمسي) عند طبقة الغلاف الجوي العليا.[1] وينعكس ما يقرب من 30% من هذه
الإشعاعات عائدة إلى الفضاء بينما تُمتص النسبة الباقية بواسطة السحب والمحيطات
والكتل الأرضية. ينتشر معظم طيف الضوء الشمسي الموجود على سطح الأرض
عبر المدى المرئي وبالقرب من مدى الأشعة تحت الحمراء بالإضافة إلى انتشار جزء صغير منه بالقرب من مدى الأشعة فوق البنفسجية.[2] تمتص مسطحات اليابسة والمحيطات والغلاف الجوي الإشعاعات الشمسية، ويؤدي ذلك إلى ارتفاع درجة حرارتها. يرتفع الهواء الساخن الذي يحتوي على بخار الماء الصاعد من المحيطات مسبباً دوران الهواء الجوي أو انتقال الحرارة بخاصية الحمل في اتجاه رأسي. وعندما يرتفع الهواء إلى قمم المرتفعات، حيث تنخفض درجة
الحرارة، يتكثف بخار الماء في صورة سحب تمطر على سطح الأرض، ومن ثم تتم دورة الماء في الكون. تزيد الحرارة الكامنة لعملية تكثف الماء من انتقال الحرارة بخاصية الحمل، مما يؤدي إلى حدوث بعض
الظواهر الجوية، مثل الرياح والأعاصير والأعاصير المضادة. [3] وتعمل أطياف ضوء الشمس التي تمتصها
المحيطات وتحتفظ بها الكتل الأرضية على أن تصبح درجة حرارة سطح الأرض في المتوسط
14 درجة مئوية.[4] ومن خلال عملية التمثيل
الضوئي الذي تقوم به النباتات الخضراء، يتم
تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية، مما يؤدي
إلى إنتاج الطعام والأخشاب والكتل الحيوية التي يُستخرج منها الوقود الحفري.
يصل إجمالي الطاقة الشمسية التي يقوم
الغلاف الجوي والمحيطات والكتل الأرضية بامتصاصها إلى حوالي 3.850.000 كونتليون جولفي العام.[5][6]وفي عام 2002، زادت كمية الطاقة التي
يتم امتصاصها في ساعة واحدة عن كمية الطاقة التي تم استخدامها في العالم في عام
واحد.[11][12]يستهلك التمثيل الضوئي حوالي 3.000
كونتليون جول من الطاقة الشمسية في العام في تكوين الكتل الحيوية.[8]تكون كمية الطاقة الشمسية التي تصل
إلى سطح الأرض كبيرة للغاية، لدرجة أنها تصل في العام الواحد إلى حوالي ضعف ما
سيتم الحصول عليه من مصادر الطاقة الموجودة على الأرض مجتمعة معًا، كالفحم
والبترول والغاز الطبيعي واليورانيوم الذي يتم استخراجه من باطن الأرض.[13]سوف يظهر في الجدول الخاص بمصادر
الطاقة أن الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح أو طاقة الكتلة الحيوية ستكون كافية
لتوفير كل احتياجاتنا من الطاقة، ولكن الاستخدام المتزايد لطاقة الكتلة الحيوية له
تأثير سلبيعلى الاحتباس الحراري وزيادة أسعار
الغذاء بصورة ملحوظة بسبب استغلال الغابات والمحاصيل في إنتاج الوقود الحيوي.[14]لقد أثارت طاقة الرياح والطاقة
الشمسية موضوعات أخرى، باعتبار أنها من مصادر الطاقة
المتجددة.
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.[95][96]
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.[44][48][97] تُعد المواد متغيرة الطور مثل شمع البارافين وملح جلوبر 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 جلوبر في عام 1948.[16][98] 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%.[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.[100] 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.
طاقة الرياح
وتعرّف بأنهاعملية
تحويل حركة (طاقة) الرياح إلى شكل آخر من أشكال الطاقة سهلة الاستخدام، غالبا كهربائية وذلك باستخدام عنفات،
وقد بلغ إجمالي إنتاج الطاقة الكهربائية من الرياح للعام 2006 بـ
74,223 ميجاواط،
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 الدنمارك 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 ميجا واط ، ويبلغ ارتفاع البرج نحو 14 طابقا
(نحو 50 متر) . وتتلو أسبانيا و البرتغال الدانمارك في نسبة إنتاج الطاقة من الرياح حيث تنتج كل منها نحو 14 % من
الطاقة. وتقوم ألمانيا ببرنامج طموح لإنشاء من 2000 إلى 2500 ميجاواط جديدة كل عام.
وفي الولايات المتحدة الأمريكية قامت شركة
إيبردرولا الإسبانية بإنشاء قدرة نحو 1034 ميجاواط في مناطق متعددة مثل واشنطن و أوريجون و تكساس - وهي طاقة تكفي لتزويد 700.000 بيت بالكهرباء ، وتحصل الولايات المتحدة حاليا (
2011 ) عى نحو 40% من إنتاج إيبردرولا . لذلك تزمع إيبردرولا زيادة استثماراتها في
أمريكا لتصل 6 مليار دولار أمريكي حتى عام 2012. وقد استطاعت شركة إيبردرولا زيادة
إنتاجيتها إلى نحو 3 مليار دولار خلال العشرة أعوام الأخيرة بدعم من الحكومة
الأسبانية.
وفي أوروبا يعملون على مضاعفة الطاقة المستغلة من الطاقة المتجددة لتصل إلى 20 % من
إنتاج الكهرباء ، وعلى رأسها طريقة طاقة الرياح.
وقد عمل استغلال الطاقة المتجددة وعلى
الأخص من طاقة الرياح على خفض نسبة 26% من كمية ثاني أكسيد
الكربون على مستوى العالم ، وهذا يتمشى مع
متطلبات مؤتمر كيوتو بروتوكول
كيوتو لحماية البيئة
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق