الطاقة هي القوّة للقيام بأيّ نوع من النشاط، أي أنّ ” الطاقة هي القدرة على القيام بالعمل”. وقانون حفظ الطاقة ينصّ على ” الطاقة لا تفنى ولا تُستحدث غير أنها قابلة للتحول من شكل إلى شكل آخر من اشكال الطاقة “. من هنا بالإمكان تعريف الطاقة بشكل عام على أنها المقدرة على فعل شيء معيّن وتحويلها من شكل إلى آخر. ونتيجة لهذه الخصوصية استطاع الإنسان أن يستفيد منها ويسخّرها ليستعملها بطرق مختلفة في مناحي حياته، حيث استخدم في البداية بعض الأدوات البسيطة للحصول على أشكال مختلفة من الطاقة.
المحتويات
مقدمة
مصادر الطاقة
تصنيف مصادر الطاقة
-
مصادر غير متجددة
-
مصادر متجددة
-
مصطلحات شائعة مرادفة لمصادر الطاقة
تصنيف مصادر الطاقة من حيث مراحل الاستخدام
-
مصادر الطاقة الأولية
-
مصادر الطاقة الثانوية
-
مصادر الطاقة النهائية
احصائيات استخدام الطاقة في العالم
-
مصادر الطاقة في العالم حسب نوعية المصدر عام 2020م
-
مصادر توليد الطاقة الكهربائية في العالم عام 2020م
-
مصادرالطاقة المتجددة في العالم عام 2020م
-
تقنيات مصادر الطاقة المتجددة عام 2020م
مقدمة
الإنسان في حاجة مستمرّة إلى الطاقة طوال حياته اليومية. بدءا من استيقاظه من النوم في الصباح، مرورًا بنشاطه النهاري ووصولًا إلى وقت نومه ليلًا، واستمرارًا حتى بزوغ فجر اليوم التالي. فكلّ حركة يقوم بها يحتاج إلى استهلاك قدر من الطاقة. فمهما كانت طبيعة عمل الإنسان سواء كانت بحاجة إلى مجهود عضلي او ذهني، فهو في حاجة إلى طاقة. هذه الطاقة يستمدّها من الغذاء المتنوع الذي يتناوله كل يوم ويحرقه في خلاياه ويحوّله إلى طاقة يستخدمها في جميع أنشطته اليومية، هكذا كانت طبيعة حياة الإنسان منذ أن خلقه الله على هذه البسيطة وحتى وقتنا الحاضر، فهو في حاجة ضرورية إلى الطاقة. وإذا أردنا أن نعرّف الطاقة فإننا نجد في المصادر عدة تعريفات لها. وبما أننا هنا نتكلم بشكل عام فسنحاول أن يكون تعريف الطاقة في البداية أكثر عمومية، وذلك باستخدام بعض التعريفات العامة كعناوين مدعومة بتعريفات مبسطة.
الطاقة هي القوّة للقيام بأيّ نوع من النشاط، أي أنّ ” الطاقة هي القدرة على القيام بالعمل”. وقانون حفظ الطاقة ينصّ على ” الطاقة لا تفنى ولا تُستحدث غير أنها قابلة للتحول من شكل إلى شكل آخر من اشكال الطاقة “. من هنا بالإمكان تعريف الطاقة بشكل عام على أنها المقدرة على فعل شيء معيّن وتحويلها من شكل إلى آخر. ونتيجة لهذه الخصوصية استطاع الإنسان أن يستفيد منها ويسخّرها ليستعملها بطرق مختلفة في مناحي حياته، حيث استخدم في البداية بعض الأدوات البسيطة للحصول على أشكال مختلفة من الطاقة. ثم طوّر هذه الأدوات والتقنيات عبر العصور وحصل على الأشكال المختلفة من الطاقة التي استخدمها وما زال يستخدمها إلى وقتنا الحاضر. وفيما يلي بعض صور وأشكال الطاقة وبعض استخداماتها: –
-
في البداية استخدم الإنسانُ طاقته الذاتيّة الناتجة عن الطاقة الكيميائيّة المستمدّة من غذائه، لذلك استفاد منها في استخدام عضَلاته لأداء أعماله اليوميّة.
-
استغلّ الإنسانُ طاقة الشمس منذ البداية، واستفاد من ضوئها وحرارتها.
-
اكتشف الإنسانُ طاقة النّار، وأصبح الخشب بعد ذلك أحد مصادر الطاقة، واستفاد منها للطهي والتدفئة.
-
تعلّم الإنسانُ تدجينَ الحيوانات واستأنس بعضها واستعملها كمصدر للغذاء واستفاد منها للحرث واستخدم طاقة الحيوان وسيلةً للنقل وغيرها من الاستخدامات.
-
تمكّن الإنسانُ من اختراع بعض الأدوات اليدويّة واستفاد منها، واستطاع الحصول على بعض المعادن وقام بصهرها واستفاد منها في صناعة بعض الأدوات.
-
استغلّ الإنسانُ طاقةَ الرّياح والمياه في أعمال الريّ وطحن الحبوب، وكذلك أصبحت المراكبُ الشراعيّة إحدى وسائل النقل المائيّة.
-
وأخيرًا اكتشفَ الإنسانُ طاقةَ الوقود الأحفوري (الفحم-النفط-الغاز)، ومعها ظهر ما يُعرفُ بالثّورات الصناعيّة التي تطوّرت معها حياة الإنسانِ المعيشيّة والتجاريّة والاقتصاديّة على مراحل، ونعيش حاليًا مرحلةَ الثّورة الصناعيّة الرابعة وربما في الثورة الصناعية الخامسة.
مصادرُ الطاقة
في وقتنا الحاضر توجد عدةُ مصادر للطاقة التي يمكن الحصول عليها من 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.
مصادر الطاقة المتوفّرة في الطبيعة هي: –
-
الفحم: – يعدّ الفحم من المصادر الأوّلية الأساسيّة للطاقة خاصة في قطاع الصناعة والكهرباء. ويتكون الفحم من بقايا النباتات والحيوانات المدفونة من ملايين السنين.
-
النفط: – يُعتبر النفط كذلك من المصادر الأوّلية المهمة للطاقة التي لا يمكن الاستغناء عنها في الوقت الحالي في حياة الانسان، حيث يتم استخدام مشتقاته في جوانبَ كثيرة. والنفط يتكون من بقايا النباتات والحيوانات البحرية الدقيقة التي دفنت وتعرّضت إلى عوامل فيزيائية وكيميائية لملايين السنين.
-
الغاز الطبيعي: – يعتبرُ الغاز الطبيعي أيضًا من المصادر الأوّلية المهمة. ويعد الغاز الطبيعي نقيًا مقارنة بالنفط والفحم من ناحية الاستخدام. ويتكون الغاز الطبيعي بنفس الطريقة التي يتكون فيها النفط وبنفس الظروف. ويوجد الغاز الطبيعي في طبقات الصخور العميقة في باطن الأرض.
-
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.
-
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.
-
الطاقة النوويّة: – الطاقة النوويّة من المصادر التي يتم الحصول عليها من خلال استخدام مفاعلات خاصة لإنتاج الطاقة، هذه الطاقة الناتجة تستخدم في انتاج الطاقة الكهربائية، حيث يتم استغلال الطاقة الناتجة لتسخين الماء الذي ينتج عنه بخار الماء الذي يقوم بدوره بتدوير التوربينة لإنتاج الكهرباء.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
تصنيف مصادر الطاقة
مصادر الطاقة الاولية التي تم ذكرها أعلاه يتم تصنفيها كما هو موضح في الشكل، من حيث قدرتها على التجدّد وعدم التجدّد إلى نوعين من المصادر: مصادر غير متجددة ومصادر متجددة، كما انه تطلق عليها مصطلحات اخرى مرادفة لنفس المصادر:
مصادر غير متجدّدة
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) وكذلك الطاقة النووية تعتبر من الطاقة غير المتجدّدة، وإن كان هناك جدالٌ حول تعريفها هل هي طاقة متجدّده ام غير متجدّدة. وفي بعض التعريفات تسمّى بالطاقة الجديدة. الشكل يوضح مصادر الطاقة غير المتجددة.
مصادر متجدّدة
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). الشكل يوضح مصادر الطاقة المتجددة.
بالإضافة إلى التعريف السابق لمصادر الطاقة المتجدّدة وغير المتجدّدة توجد هناك بعض المميّزات والاختلافات بين هذه المصادر نسردها فيما يلي: –
-
المصادر المتجدّدة بالإمكان استخدامها باستمرار دون أن تتغيّر، بينما مصادر الطاقة غير المتجدّدة تتغيّر عند استخدامها وبالتالي لا يمكن استخدامها أكثر من مرة.
-
تتوفر المصادر المتجدّدة بكميات غير محدودة، بينما المصادر غير المتجدّدة تتوفر بكميات محدودة وبالتالي هي معرّضة للنفاد.
-
المصادر المتجدّدة صديقة للبيئة، حيث إن كمية الكربون المنبعثة منها منخفضة، بينما المصادر غير المتجدّدة ليست صديقة للبيئة، حيث إن كمية الكربون المنبعثة منها مرتفعة.
-
المصادر المتجدّدة خالية من التلوث، بيمنا المصادر غير المتجدّدة ينتج عنها تلوث عند استخدامها.
-
المصادر المتجدّدة تتطلّب مساحة أكبر لتركيب محطة لتوليد الكهرباء، بينما المصادر غير المتجدّدة تتطلب مساحة أقل عند انشاء محطات توليد الكهرباء.
-
تعتبرُ المصادر المتجدّدة من المصادر المستدامة، بمعنى أنها مستمرة وتلبي احتياجات الأجيال الحاضرة والاجيال القادمة من الناحية الاقتصادية والبيئية، بينما المصادر غير المتجددة غير ذلك.
-
المصادر المتجدّدة لا تسبب أضرارا للحياة الموجودة على كوكب الأرض، بينما المصادر غير المتجدّدة لها تأثير سلبي على صحّة الإنسان من خلال انبعاثات الدّخان والإشعاعات والعناصر الأخرى المسبّبة للأمراض.
-
التكلفة الإجمالية للمصادر المتجدّدة في الوقت الحالي مرتفعة نسبيًا، بينما المصادر غير المتجدّدة التكلفة الاجمالية لها منخفضة نسبيًا.
مُصطلحاتٌ شائعةٌ مرادفةٌ لمصادر الطاقة
من خلال سردنا السابق للمميّزات والاختلافات بين هذين النوعين من مصادر الطاقة، نجد بأن هناك عدة مصطلحات مرادفة تطلقُ على مصادر الطاقة، وهذا يعتمدُ على المعيار الذي ينظر به إلى هذه المصادر، لذلك نجد هذه المصطلحات مثل: –
-
مصادر طاقة متجدّدة.
-
مصادر طاقة غير متجدّدة.
-
مصادر طاقة تقليديّة.
-
مصادر طاقة غير تقليديّة.
-
مصادر طاقة بديلة.
-
مصادر طاقة مستدامة.
-
مصادر طاقة نظيفة.
-
مصادر طاقة خضراء.
-
مصادر طاقة صديقة للبيئة.
-
مصادر طاقة دفينة
-
مصادر اطاقة جديدة.
هذه المُصطلحات او المُسمّيات المرادفة لمصادر الطاقة كما هي موضحة في الشكل المقصود منها هي نفسها مصادر الطاقة التي تم تعريفها أساسا بمصادر الطاقة، ولكن أطلقت بعض المصطلحات المرادفة لهذه المصادر من الناحية التي ينظر بها إلى هذه المصادر فمثلا: –
-
من حيث قدم هذه المصادر او حداثتها فتسمّى مصادر تقليديّة ومصادر غير تقليديّة او مصادر جديدة.
-
من حيث قدرتها على التجدّد فتسمّى مصادر متجددة ومصادر غير متجدّدة.
-
من حيث حاجتنا لها كمصدر بديل للطاقة التقليديّة او الوقود الأحفوري فتسمّى مصادر بديلة.
-
من حيث تلبية حاجتنا من الطاقة في وقتنا الحاضر وتلبية حاجة الأجيال المقبلة فتسمّى مصادر مستدامة.
-
من حيث تأثيرها على البيئة بسبب انبعاثاتها او تأثيرها على الصحة فتسمّى مصادر نظيفة او مصادر خضراء او مصادر صديقة للبيئة.
-
من حيث طبيعة تواجد هذه المصادر مثل المصادر الاحفورية فتسمى مصادر دفينة.
تصنيف مصادر الطاقة من حيث مراحل الاستخدام
كذلك مصادر الطاقة بأنواعها المختلفة يتم تصنيفها من ناحية مراحل استخدامها والاستفادة منها الى ثلاث مراحل، المرحلة الأولى هي: عندما يتم استخدام بعض مصادر الطاقة مباشرة والاستفادة من الطاقة الناتجة منها وتسمّى هذه النوعية من المصادر بالمصادر الأولية، المرحلة الثانية : عندما يتم الاستفادة من مصادر الطاقة بطريقة غير مباشرة، بمعنى أن يتم استخدام بعض التقنيات من أجل تحويل مصادر الطاقة الأوّلية إلى شكل آخر من أشكال الطاقة، المرحلة الثالثة وهي: الاستفادة النهائيّة من الطاقة الناتجة لدى المستهلك، لذلك يتم تصنيف مصادر الطاقة على حسب مراحل استخدامها كما هو موضح في الشكل الى: –
مصادر الطاقة الأوليّة
الذي نعرفه كما ذكرناه، ان قانون حفظ الطاقة هو ” الطاقة لا تفنى ولا تُستحدث، غير أنها قابلة للتحول من شكل إلى شكل آخر من اشكال الطاقة “. اذن المصادر الأوّلية للطاقة يقصد بها مصادر الطاقة المتوفرة في الطبيعة، كما تم تعريفها سابقًا هي التي يتم الاستفادة منها مباشرة او الاستفادة منها بصورة غير مباشرة من خلال تحويلها إلى شكل آخر من أشكال الطاقة باستخدام بعض التقنيات.
مصادر الطاقة الثانويّة
عند تعريفنا للمصادر الأوليّة للطاقة ذكرنا بأنها هي المصادر المتوفّرة في الطبيعة وبالتالي يتم الاستفادة منها من خلال استخدام بعض التقنيّات، لذلك الطاقة الناتجة من هذا التحول يتم الاستفادة في شيئين: –
-
الأول: – الحصول على شكل آخر من أشكال الطاقة، حيث يتم الاستفادة منه مباشرة واستخدامه والاستفادة منه في أحد الاستخدامات، على سبيل المثال الفحم يتم استخدامه مباشرة للحصول على طاقة الحرارة لاستخدامها في نواح مختلفة
-
الثاني: – الحصول على شكل آخر (ثانوي) من أشكال الطاقة، هذا الشكل الجديد (الثانوي) الناتج من الطاقة بدوره يصبح مصدرًا آخر يتم الاستفادة منه اما باستخدامه مباشرة واما باستخدام بعض التقنيات للحصول على شكل آخر من أشكال الطاقة، وهكذا حتى نصل إلى ما نسمّيه الاستخدام النهائي للطاقة. على سبيل المثال النفط الخام مصدر أوّلي، نستخدم تقنية (تكرير النفط) للحصول على وقود الديزل (مصدر ثانوي)، بعد ذلك اما نستفيد من وقود الديزل مباشرة في استخدامه في مضخة الماء واما نستفيد منه باستخدام تقنية اخرى (مولد كهربائي) للحصول على طاقة كهربائية التي بدورها نستخدمها للحصول على طاقة ضوئية او حرارية اوغيرها، وهكذا….
اذن، إذا أردنا أن نعرّف المصادر الثانوية للطاقة فهي مصادر الطاقة التي يتم الحصول عليها بعد أن يتم تحويل بعض المصادر الأوليّة للطاقة من شكلها الطبيعي إلى شكل آخر من أشكال الطاقة باستخدام بعض التقنيات.
بعض المصادر الثانوية للطاقة: –
-
الكهرباء: – يتم استخدام تقنيّة المولّدات الكهربائية التي تستخدم فيها مصادر أوّلية مختلفة للحصول على الطاقة الكهربائية.
-
مشتقات النفط: – يتم استخدام تقنية تكرير النفط للحصول أنواع مختلفة من المشتقات النفطية.
-
منتجات الغاز الطبيعي: – يتم استخدام تقنية معالجة الغاز الطبيعي للحصول على أنوع مختلفة من الغاز.
-
الهيدروجين: – يتم استخدام تقنية خليّة الوقود للحصول الهيدروجين.
-
الحرارة: – يتم استخدام تقنيّات متعدّدة للحصول على الطاقة الحرارية.
مصادر الطاقة النهائيّة
المقصود بالمصادر النهائيّة للطاقة هي الاستفادة النهائيّة من الطاقة لدى المستهلك، على سبيل المثال الإضاءة في المنزل تعتبر مصدرًا نهائيًا للطاقة، بمعنى أنه أصبح لدينا طاقة ضوئية (طاقة نهائية)، كذلك طاقة حرارة سخّان الماء وطاقة حركة دوران غسّالة الملابس تعتبران من المصادر النهائيّة للطاقة، لذلك نجد المصادر النهائيّة للطاقة هي الطاقة التي يتم استخدامها في الأجهزة والمعدّات التي عادة تستخدم في: –
-
الاستهلاك المنزلية.
-
استهلاك وسائل النقل.
-
الاستهلاك التجاري.
-
الاستهلاك الصناعي.
-
الاستهلاك الزراعي.
-
وغيرها من الاستهلاكات الأخرى.
احصائيات استخدام الطاقة في العالم
يختلفُ استخدام مصادر الطاقة في العالم من دولة إلى أخرى، وهذا يعتمد على توفر نوعيّة مصادر الطاقة وكذلك على نوعيّة استخدام الطاقة، لذلك نجد اختلافًا في نسب استخدام كلّ نوعيّة من مصادر الطاقة المتوفّرة في العالم. الشيء المشترك بين كلّ دول العالم هو أنّ الطلب على استخدام الطاقة في زيادة مستمرة، ومع مرور الوقت هناك جهود تُبذل من أجل تطوير وتنويع مصادر الطاقة.
مصادر الطاقة في العالم حسب نوعيّة المصدر عام 2020م
بعض الدول تعتمد بشكل كبير على استخدام الوقود الأحفوري مثل الفحم والنفط والغاز الطبيعي وهذه المصادر تعتبر من المصادر التقليدية (مصادر غير متجدّدة)، وبعض الدول تسعى من أجل تنويع استخدام مصادر الطاقة بالتوجّه نحو مصادر الطاقة غير التقليديّة (مصادر الطاقة المتجدّدة)، بناء على الإحصائيات المنشورة في تقرير Energy-our world in data)) لعام 2021م. الشكل يوضّح نسب استخدام مصادر الطاقة بشكل عام في العالم في عام 2020م.
مصادر توليد الطاقة الكهربائيّة في العالم حسب نوعية المصدر عام 2020م
كذلك كون الطاقة الكهربائيّة تعتمد على المصادر الأوّلية للطاقة بنوعيها المتجدّدة وغير المتجدّدة، فإنّ مصادرالوقود الأحفوري (الفحم- النفط- الغاز) وهي ما تعرف بالمصادر غير المتجدّدة مازالت هي المصادر الأساسيّة المستخدمة في توليد الطاقة الكهربائية. بناء على الاحصائيات المنشورة في تقرير ((Energy-our world in data لعام 2021م، الشكل يوضّح نسب المصادر التي يتم استخدامها في توليد الطاقة الكهربائية على مستوى العالم في العام 2020م.
