الطاقة المتجددة

 الطاقة المتجددة هي المصادر المتوفرة في الطبيعة بشكل مستمر ومخزونها لا ينضب. هذه المصادر عندما يتم استخدامها لا يتغيّر تركيبها وتبقى كما هي وبعضها يتغيّر، ولكن يتم الحصول عليها في فترة زمنية قصيرة مثل الطاقة الحيوية. وتشمل هذه المصادر (الطاقة الشمسيّة، طاقة الرياح، الطاقة المائيّة، الطاقة الحيويّة، الطاقة الحرارة الجوفيّة، طاقة المدّ والجزر، وطاقة الأمواج).

---

المحتويات

---

مقدمة

مفهوم الطاقة المتجددة

مميزات الطاقة المتجددة

انواع الطاقة المتجددة

وحدات توليد الكهرباء من الطاقة المتجددة

---

مقدمة

الطاقة بشكل عام تطلق على مصادر الطاقة المتوفرة في الطبيعة، هذه المصادر الطبيعية يستفادُ منها باستخدام وسائل وتقنيات مختلفة يتم بواسطتها تحويل طاقة هذه المصادر الطبيعيّة إلى مصدر آخر او شكل آخر من أشكال الطاقة. ونستفيد من الطاقة الناتجة في كافة مناحي حياتنا اليومية.

هذه المصادر المتوفرة في الطبيعة  يتم  تسميتها بالمصادر الاولية للطاقة ويتم تصنفيف المصادر الاولية للطاقة الى نوعين من المصادر:

المصادر التقليدية: وهي المصادر المتوفّرة في الطبيعة وتكوّنت منذ ملايين السنين ولها مخزون محدود؛ أي أنها محدودة المصدر وسوف تنتهي عندما يتم استخدامها دون توقف، ويتغير تركيبها عندما يتم استخدامها ولا يمكن تجديدها في فترة زمنية قصيرة، وتشمل هذه المصادر الوقود الأحفوري بأنواعه (الفحم والنفط والغاز الطبيعي)

المصادر المتجددة: وهي المصادر المتوفرة في الطبيعة بشكل مستمر ومخزونها لا ينضب. هذه المصادر عندما يتم استخدامها لا يتغيّر تركيبها وتبقى كما هي وبعضها يتغيّر، ولكن يتم الحصول عليها في فترة زمنية قصيرة مثل الطاقة الحيوية. وتشمل هذه المصادر (الطاقة الشمسيّة، طاقة الرياح، الطاقة المائيّة، الطاقة الحيويّة، الطاقة الحرارة الجوفيّة، طاقة المدّ والجزر، وطاقة الأمواج).

اما بالنسبة للطاق النووية تعتبر من مصادر الطاقة غير المتجدّدة، وإن كان هناك جدالٌ حول تعريف هذا المصدر هل هو من مصادر الطاقة المتجدّده ام غير المتجدّدة. وفي بعض التعريفات يسمّى بمصدر الطاقة الجديدة.

وبما اننا في هذا السياق نتحدث عن الطاقة المتجددة، فسيتم التحدث عنها من خلال العناوين التالية:

مفهوم الطاقة المتجددة

ما تم كتابته في المصادر عن الطاقة المتجددة وما تم التحدث عنه، نجد بان هناك عدة مصطلحات مرادفة تطلق على الطاقة المتجددة منها:

• مصادر طاقة متجدّدة.

• مصادر طاقة غير تقليديّة.

• مصادر طاقة بديلة.

• مصادر طاقة مستدامة.

• مصادر طاقة نظيفة.

• مصادر طاقة خضراء.

• مصادر طاقة صديقة للبيئة

• مصادر اطاقة جديدة.

وقد اطلقت هذه المصطلحات المرادفة لهذه المصادر من الناحية التي ينظر بها لهذه المصادر، لذلك نجد بان هناك العديد من التعاريف للطاقة المتجددة نوجزها على النحو التالي:

1. تعريف الوكالة الدولية للطاقة: مصادر الطاقة المتجددة هي الطاقة المكتسبة من عمليات طبيعية تتجدد باستمرار.

2. تعريف مجلس الطاقة العالمي: الطاقات المتجددة هي الطاقات التي تتوفر في بكميات غير محدودة.

3. تعريف برنامج الامم المتحدة الانمائي: مصادر الطاقة المتجددة هي موارد الطاقة المستدامة.

4. تعريف الهيئة الحكومية الدولية المعتية بتغيير المناخ: هي شكل من اشكال الطاقة من المصادر الشمسية و الجيوفيزيائية والاحيائية التي تتجدد تلقائيا بفعل الطبيعة بوتيرة تساوي او تفوق وتيرة نضوبها.

5. تعريف ادارة معلومات الطاقة الامريكية: الطاقة المتجددة هي موارد الطاقة التي يتجدد تدفقها في الطبيعة ولا تنضب ولكنها قد تكون محدودة.

6. تعاريف اخرى للطاقة المتجددة: وهي التعاريف التي يتم كتابتها او صياغتها وتودي الى نفس المعنى ولكن بمفردات مختلفة من بينها التعريف الذي عرفناه للطاقة المتجددة في بداية حديثنا.

مميزات الطاقة المتجددة

• مصادر نظيفة دون تلوث

• مصادر متوفرة في معظم دول العالم

• تعتبر مصادر محلية وبالتالي الاستفادة منها محليا بتطبيقاتها المختلفة.

• تعتبر مصادر اقتصادية في كثير الاستخدامات.

• مصادر متوفرة باستمرار دون نضوب.

• صديقة للبيئة والصحة.

• بالامكان لاستفادة منها بتقنيات غير معقدة في بعض التطبيقات

انواع الطاقة المتجددة

1. الطاقة الشمسيّة: – تعتبرُ الطاقة الشمسيةُ أحد المصادر التي تم استخدامها منذ العصور القديمة، حيث استفاد الإنسان من الطاقة الشمسية باستخدام مجموعة من الوسائل والتقنيات تطورت مع مرور الزمن، وفي وقتنا الحاضر يتم استخدام الطاقة الشمسية في توليد الطاقة الكهربائية وغيرها من الاستخدامات.

2. طاقة الرّياح: – طاقة الرّياح تنتج عن تدفّق حركة الرياح المستمرة كمصدر للطاقة، تم استخدام طاقة الرياح قديما لتدوير عنفات الرياح من أجل طحن الحبوب وضخّ المياه، كما تم استخدامها للتنقل بالسفن في الأنهار وعبر المحيطات. وفي وقتنا الحاضر زاد الاهتمام باستخدام طاقة الرّياح في انتاج الطاقة الكهربائية.

3. الطاقة المائيّة: – تعتبرُ الطاقة المائية من المصادر الأولية للطاقة التي يتم الحصول عليها نتيجة لحركة المياه المستمرة والتي عادة تتوفر في المساقط المائية او السدود، هذه المصادر استخدمها الإنسان قديما واستفاد منها وما زال يستفيد منها إلى وقتنا الحاضر، فتمّ استخدامها في تحريك عجلات لضخّ المياه تعرف بالنواعير التي تستخدم في طحن الحبوب وضخّ المياه لري المزروعات، وتستخدم حاليًا بشكل واسع في توليد الكهرباء.

4. الطاقة الحيويّة: – الطاقة الحيويّة هي أحد مصادر الطاقة الأوّلية الذي يتم الحصول عليه من المصادر العضوية التي تتكون من خلال الكائنات الحية سواء الحيوانيّة او النباتيّة، كما يتم الحصول عليها من التحليل الصناعي للمزروعات والفضلات وبقايا الحيوانات التي يمكن إعادة استخدامها مثل الخشب والسماد وقشر بعض المحاصيل وتحلّل نفايات المنازل ومخلفات الأغذية وغيرها.

5. الطاقة الجوفيّة: – الطاقة الجوفيّة هي أحد مصادر الطاقة الأوّليّة الذي يتم الحصول عليها من باطن الأرض، حيث تكون درجة الحرارة مرتفعة، ويزداد ارتفاع درجة الحرارة كلّما ازداد العمق في جوف الأرض الذي قد يصل إلى خمس كيلومترات، ويستفاد منها بشكل أساسي في توليد الطاقة الكهربائيّة.

6. طاقة المدّ والجزر: – طاقة المدّ والجزر تنتج عن ظاهرتي المد والجزر اللتين تتسبّبان في ارتفاع ورجوع مستوى البحر، ويعود السبب في حدوث ظاهرتي المد والجزر إلى تأثير جاذبية القمر للأرض، وفي اليوم الواحد يحدث مدان وجزران. يتم استخدام الطاقة الناتجة عنهما بشكل أساسي في توليد الطاقة الكهربائية، ويوجد عدد من التقنيات المستخدمة لاستغلال هاتين الظاهرتين وما زالت معظم هذه التقنيات قيد البحث والتطوير.

7. طاقة الأمواج: – طاقة الأمواج تنتج عن حركة أمواج البحار والمحيطات، حيث تتأثر حركة الأمواج بحركة الريح على سطح الماء وتعمل حركة الأمواج على تدوير التوربينات المخصّصة لتوليد الطاقة الكهربائية.

وحدات توليد الكهرباء من الطاقة المتجددة

1.وحدات توليد كهرباء تعمل بالطاقة المائيّة

تستخدم هذه الوحدات قوّة تدفّق المياه كمصدر للطاقة الكهربائيّة، حيث يخزّن الماء خلف سد، ثم يسمح للماء بالتدفّق. وقوة تدفّق الماء تقوم بتدوير التوربين المائي وينتج عن ذلك تدوير العمود الدوار في المولّد الكهربائي الذي ينتج عنه توليد الطاقة الكهربائيّة. وتختلف سعتها الإنتاجية من الطاقة الكهربائيّة حسب قوة تدفّق المياه لنوعية الوحدة. وتصل السعة القصوى إلى أكثر من 2000 ميجا وات. وتعتبر وحدات التوليد المائيّة من أكثر الوحدات استخدامًا لإنتاج الطاقة الكهربائيّة على مستوى العالم بالنسبة للوحدات التي تستخدم مصادر الطاقة المتجدّدة كمصدر للطاقة. الشكل رقم 12 يوضّح مجسم لمحطة توليد كهرباء تعمل بالطاقة المائيّة.

2. وحدات توليد كهرباء تعمل بطاقة الرياح

تستخدم هذه الوحدات قوة تدفّق الرياح الناتجة عن حركة الرياح المستمرة كمصدر للطاقة الكهربائيّة، حيث تعمل حركة الرياح على تدوير توربينات الرياح المكونة من ثلاثة أذرع، وينتج عن ذلك تدوير العمود الدوار في المولد الكهربائي الذي تنتج عنه الطاقة الكهربائية. ويتم تركيب وحدات الرياح في الاماكن التي تتوفر فيها الرياح المناسبة سواء كانت في البر او في البحر.

وتختلف سعتها الإنتاجية من الطاقة الكهربائيّة حسب استمرارية حركة الرياح وقوة تدفّقها في المكان الذي تم فيه إنشاء وحدات التوليد. الشكل رقم 13 يوضّح مجسم لوحدات توليد كهرباء تعمل بطاقة الرياح في البحر.

3. وحدات توليد كهرباء تعمل بالطاقة الشمسيّة

تستعمل هذه الوحدات ضوء الشمس كمصدر للطاقة الكهربائيّة. وتستخدم عدة تقنيّات لتوليد الطاقة الكهربائيّة من الطاقة الشمسيّة. النوعان الأكثر استخدامًا بشكل تجاري في وحدات توليد الكهرباء من الطاقة الشمسيّة: –

• وحدات تعمل بتقنيّة الطاقة الشمسيّة الكهروضوئيّة: –

• تستخدم في هذه التقنيّة ألواحًا شمسية مصنوعة من مواد خاصة ومصمّمة بطريقة تقوم باستقبال ضوء الشمس ويتم تحويله إلى طاقة كهربائيّة. وتتكون هذه الوحدات من عدد كبير من الألواح الشمسية لتناسب مقدار الطاقة الكهربائيّة المطلوب إنتاجها من هذه الوحدات. والتيّار الكهربائي الناتج هو تيار مستمر (DC) ويتم تحويله إلى تيّار متردد (AC)، بحيث يتناسب مع التيّار المستخدم عادة في الشبكات الكهربائيّة. الشكل رقم 14 يوضّح مجسم لمحطة توليد كهرباء تعمل بالطاقة الشمسيّة (تقنيّة الطاقة الكهروضوئية).

• وحدات تعمل بتقنيّة الطاقة الشمسيّة المركزة: –

• يستخدم في هذه التقنية مرايا او عدسات يتم تركيبها بزوايا معيّنة وعلى مسافات محددة، بحيث ينعكس ضوء الشمس من جميع هذه المرايا على جسم مصمّم لاستقبال هذه الانعكاسات (الطاقة الشمسيّة). ونتيجة لهذه الطاقة المركزة تتحول الطاقة الشمسيّة إلى طاقة حرارية تقوم بتسخين المياه المتوفرة في مراجل خاصة وتحويلها إلى بخار. ويستفاد من البخار الناتج في توليد الطاقة الكهربائيّة، كما تم شرحه في وحدات التوليد البخارية، وتتكون هذه الوحدات من عدد كبير من المرايا لتناسب مقدار الطاقة الكهربائية المطلوب إنتاجها من هذه الوحدات. الشكل رقم 15 يوضّح مجسم لمحطة توليد كهرباء تعمل بالطاقة الشمسيّة (تقنيّة الطاقة الشمسيّة المركزة)

4. وحدات توليد كهرباء تعمل بالطاقة الحيويّة

تستعمل هذه الوحدات الوقود الحيوي كمصدر للطاقة الكهربائيّة، كما هو معروف يتم الحصول عليها من المخلفات المستمدّة من الكائنات الحية سواء النباتيّة او الحيوانيّة، كما يتم الحصول عليها من التحليل الصناعي للنفايات المختلفة مثل: –

• نفايات المدن كالنفايات الصناعيّة والتجاريّة والمنزليّة.

• النفايات الزراعيّة والسماد العضوي.

• المواد العضوية.

توجد عدة تقنيّات مستخدمة للاستفادة من الطاقة الحيويّة. فكرة عمل هذه التقنية تشبه التقنية المستخدمة في وحدات التوليد البخارية، والتقنية الأكثر استخدامًا في هذه الوحدات تتمّ بواسطة تخزين المواد المكونة للوقود الحيوي في مخازن خاصة، ومن ثم يتمّ حرقها في أفران خاصة، وتنتج عن ذلك غازات ساخنة، ثم تقوم هذه الغازات بتسخين المياه المتوفرة في مراجل خاصة وتحويلها إلى بخار يستفاد منه في تدوير التوربينة المتصلة بالعمود الدوار المتصل بالجزء الدوّار في المولّد الكهربائي فتتولّد الطاقة الكهربائيّة.

وتعتبر الطاقة الحيويّة من مصادر الطاقة المتجدّدة لأنه بالإمكان الحصول على الوقود الحيوي في فترة قصيرة من الزمن مقارنة بالوقود الأحفوري. الشكل رقم 16 يوضّح مجسم لمحطة توليد كهرباء تعمل بالوقود الحيوي.

5. وحدات توليد كهرباء تعمل بالطاقة الجوفيّة

تستعمل هذه الوحدات الحرارة الناتجة من جوف الأرض كمصدر للطاقة الكهربائيّة، وتوجد حاليا عدة تقنيّات مستخدمة في هذا المجال، وفكرة عمل هذه التقنية تشبه التقنيّة المستخدمة في وحدات التوليد البخاريّة، حيث يتمّ تسخين الماء نتيجة لشدة الحرارة الصادرة من جوف الأرض؛ وبالتالي ينتج البخار الذي يقوم بتدوير العمود الدوار المتصل بالمولّد الكهربائي فتتولّد الطاقة الكهربائية.

توجد عدة تقنيّات مستخدمة في وحدات التوليد من الطاقة الجوفيّة وهي: –

• تقنية البخار الجاف.

• تقنية الضغط والتبخير.

• تقنية الدائرة المزدوجة.

وتمتاز هذه الوحدات باستمرار توليد الطاقة الكهربائيّة على مدار الساعة. كما تمتاز بأنها تحتاج إلى مساحة أقل من الأرض مقارنة بالمساحة التي تحتاجها وحدات الطاقة الشمسيّة وطاقة الرياح لإنتاج نفس الكمية من الطاقة الكهربائيّة. وتعتبر الطاقة الجوفيّة من مصادر الطاقة المتجددة الواعدة ولكنها غير مستغلّة إلى الآن. الشكل رقم 17 يوضّح مجسم لمحطة توليد كهرباء تعمل بالطاقة الجوفيّة.

6. وحدات توليد كهرباء تعمل بطاقة الأمواج

تستعمل هذه الوحدات طاقة حركة أمواج البحار والمحيطات كمصدر للطاقة الكهربائيّة، كما هو معروف بأنّ حركة الأمواج تتأثر بحركة الرياح على سطح الماء، وبالتالي نجد أنّ فكرة عمل التقنيّة المستخدمة في وحدات توليد الطاقة الكهربائيّة من طاقة الأمواج تشبه التقنيّة المستخدمة في وحدات توليد الكهرباء من طاقة الرياح، حيث إنّ قوة حركة الأمواج تقوم بتدوير التوربينات المائيّة التي بدورها تقوم بتدوير العمود الدوار في المولد الكهربائي وينتج عن ذلك توليد الطاقة الكهربائيّة.

توجد عدة تقنيّات مستخدمة للاستفادة من طاقة حركة الأمواج، وتختلف هذه التقنيّات فيما بينها من ناحية الشكل والموقع والبعد عن الشواطئ وكذلك العمق. بعض هذه التقنيات مثل: –

1. كسّارات الأمواج: – تستخدم على الشواطئ او قريبًا منها.

2. مثبّطات الأمواج: – وتعرف أيضًا بمخففات الأمواج، وهي عبارة عن هياكل طافية متعدّدة الأجزاء تعوم كالسفن في المياه العميقة وتوجّه باتجاه حركة الأمواج.

• نقاط الاستيعاب: – عبارة عن هيكل عائم يحتوي على مكونات تحرك بعضها البعض مع حركة الأمواج.

تمتاز هذه الوحدات بأنها تحتاج إلى مساحة أقل مقارنة بالمساحة التي تحتاجها وحدات طاقة الرياح لإنتاج نفس الكميّة من الطاقة الكهربائيّة. الشكل رقم 18 يوضّح إحدى التقنيّات المستخدمة في توليد الكهرباء بطاقة الأمواج.

7. وحدات توليد كهرباء تعمل بطاقة المدّ والجزر

تستعمل هذه الوحدات ظاهرتي المدّ والجزر كمصدر للطاقة الكهربائيّة، وكما هو معروف بأنّ المدّ هو ارتفاع مستوى مياه البحر، والجزر هو تراجع مياه البحر. ويعود السبب في حدوث ظاهرتي المد والجزر إلى تأثير جاذبيّة القمر للأرض. ويحدث في اليوم الواحد مدّان وجزران.

فكرة عمل هذه التقنيّة تشبه التقنيّة المستخدمة في وحدات التوليد المائية؛ حيث تقوم قوة تدفّق المياه بتدوير التوربين المائي، وينتج عن ذلك تدوير العمود الدوار في المولد الكهربائي الذي ينتج عنه توليد الطاقة الكهربائيّة.

توجد عدّة أنواع من التقنيّات المستخدمة لاستغلال هاتين الظاهرتين وهي ما زالت معظمها قيد البحث والتطوير. والتقنيّات الأكثر استخدامًا من هذه الوحدات هي: –

• تيارات المدّ والجزر

• بحيرات المدّ والجزر

• السدود

ومن المؤمّل أن يتمّ تطويرها بحيث تصبح مجدية لتنافس بقية المصادر من حيث جدواها الاقتصادية. ويوجد حاليا عدد قليل من وحدات توليد الطاقة من المدّ والجزر مستخدمة بشكل تجاري نظرًا لكلفة إنشاء هذا النوع من الوحدات. الشكل رقم 19 يوضّح مجسم لإحدى التقنيّات المستخدمة في توليد الكهرباء بطاقة المدّ والجزر.

8. وحدات توليد كهرباء تعمل بطاقة الهيدروجين

الهيدروجين من المصادر التي يتوقع منها ان يكون لها دورا مكملا لمصادر الطاقة الأخرى منخفضة او منعدمة الكربون، وسيصبح المكون الرئيسي لمزيج الطاقة النظيفة للوصول الى صافي صفري للانبعاثات او ما يعرف بالحياد الكربوني.

عادة غاز الهيدروجين لا يوجد منفردا في الطبيعة وانما يكون متحدا مع عناصر أخرى، حيث يوجد مع الغاز في حالته الغازية ومع الماء والنفط في حالته السائلة، لهذا فان الحصول عليه يتطلب فصله عن العناصر الأخرى. كذلك توجد عدة طرق تستخدم للحصول على الهيدروجين، لذلك نجد ان هناك عدة مسميات للهيدروجين نتيجة للطريقة التي يتم بها فصله عن العناصر الأخرى منها: –

الهيدروجين الرمادي: – وهو الهيدروجين الذي يتم الحصول عليه من الغاز الطبيعي عن طريق فصل الهيدروجين عن الكربون عبر عملية تسمى اصلاح الميثان بالبخار، وهي طريقة أكثر شيوعا في الوقت الحالي.

الهيدروجين الأزرق: – وهو الهيدروجين الذي يتم الحصول عليه من الغاز الطبيعي بنفس الطريقة السابقة ولكن تكون مصحوبة بعملية تخزين ثاني أكسيد الكربون لاستخدامات أخرى او احتجازه في باطن الأرض في ابار النفط والغاز القديمة.

الهيدروجين الخضر: – وهو الهيدروجين الذي يتم الحصول عليه عن طريق فصل جزئيات الماء الى هيدروجين واكسجين عبر التحليل الكهربائي للماء المعتمد على مصادر الطاقة المتجددة. ونتيجة لانتشار استخدام الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح فان الهيدروجين الأخضر سيكون هو المكون الرئيسي لمزيج الطاقة النظيفة خاصة وان معظم الدول تسعى الى التحول الى الطاقة النظيفة.

التقنيات المستخدمة في توليد الكهرباء من الهيدروجين: – توجد اكثر من تقنية مستخدمة في توليد الطاقة الكهربائية من الهيدروجين منها ما هو مستخدم ومنها مازال قيد البحث والتطوير: –

• تقنية خلايا وقود الهيدروجين: – وهي تقنية التي تتم من خلال التفاعل الكهروكيميائي وهي الطريقة الأكثر شيوعا ونجاحا في وقتنا الحاضر، وقد تم شرح هذه التقنية عندما تم التحدث عن خلايا وقود الهيدروجين كما كان موضحا في الشكل رقم (..).

• تقنية الاحتراق الداخلي باستخدام خليط الهيدروجين: – وهي التقنية التي يستخدم فيها الهيدروجين وقود للتوربينات الغازية مباشرة لتوليد الطاقة الكهربائية عندما يتم استخدام خليط الهيدروجين مع الغاز الطبيعي، هذه التقنية مستخدمة يشكل تجاري.

• تقنية الاحتراق الداخلي باستخدام الهيدروجين النقي: – وهي التقنية الواعدة التي يستخدم فيها غاز الهيدروجين النقي 100% كوقود للتوربينات الغازية (الهيدروجينية). هذه التقنية ما زالت قيد التطوير حيث تسعى الشركات المصنعة للتوربينات في تطوير هذه النوعية من التوربينات ومن المتوقع ان تدخل هذه التقنية عملية التطبيق التجاري بحلول عام 2030م.

• الشكل رقم 20 يوضّح وحدة  انتاج الهيدروجين وتخزينه باستخدام مصادر الطاقة الشمسية وطاقة الرياح.