- ما هو توليد الطاقة الكهربائية؟
- كيف يتم إنتاج الطاقة الكهربائية؟
- مراحل قطاع الكهرباء
- أنواع توليد الكهرباء
- طاقة متجددة
نفسر ما هو توليد الطاقة الكهربائية وأنواعها وكيف يتم إنتاجها. بالإضافة إلى مراحل قطاع الكهرباء.
ما هو توليد الطاقة الكهربائية؟
جيل الطاقة الكهربائية يشمل مجموعة العمليات المختلفة التي يمكن من خلالها إنتاجه كهرباء، أو ما هو نفسه ، تحويل أشكال أخرى من طاقة متوفر في طبيعة سجية (الطاقة الكيميائية, حركية, حراري, خفيفة, نووي، إلخ) في الطاقة الكهربائية القابلة للاستخدام.
القدرة على إنتاج الكهرباء هي واحدة من الاهتمامات الرئيسية إنسانية المعاصرة ، منذ ذلك الحين استهلاك لقد أصبح منتشرًا وطبيعيًا منذ اكتشافه في القرن التاسع عشر ، إلى حد أصبح لا غنى عنه في حياتنا اليومية. منازلنا ، الصناعاتتعتمد الإضاءة العامة ، حتى أجهزتنا الشخصية ، على إمداد ثابت ومستقر للطاقة الكهربائية.
وبالتالي ، فإن استهلاك الطاقة في العالم آخذ في الارتفاع. بينما في عام 1900 كان الاستهلاك العالمي للطاقة 0.7 تيراوات فقط (0.7 × 1012 واط) ، فقد قُدر بالفعل في عام 2005 بحوالي 500 إكساجول (5 × 1020 جول) ، أي ما يعادل 138.900 تيراوات.
القطاع الصناعي هو أكبر مستهلك للجميع ، وبالتالي فإن العالم المتقدم (ما يسمى بالعالم الأول) هو المسؤول عن أعلى نسب الاستهلاك. الولايات المتحدة ، على سبيل المثال ، تستهلك 25٪ من الطاقة المولدة في جميع أنحاء العالم.
لذلك ، فإن البحث عن طرق جديدة وأكثر فاعلية للحصول عليها هو مجال يتم فيه استثمار موارد علمية وتكنولوجية هائلة ، خاصة في وقت تتأثر فيه الآثار المناخية تصنيع ومن الاحتراق الوقود الحفري لم يصبح واضحًا فحسب ، بل أصبح مقلقًا.
كيف يتم إنتاج الطاقة الكهربائية؟
يتم إنتاج الكهرباء بشكل عام في منشآت كبيرة تسمى محطات توليد الطاقة أو محطات الطاقة ، والتي تستفيد من أنواع مختلفة من مواد خام أو العمليات الطبيعية "تصنيع" الكهرباء.
لهذا ، تحتوي معظم محطات الطاقة على مولدات ، وهي أجهزة كبيرة تولد التيار المتناوب. إنها مكونة من ملف ، وهو عبارة عن لفافة كبيرة من المواد الدوارة موصل كهربائي مرتبة في المواضيع ، و مغناطيس الذي لا يزال ثابتًا.
عن طريق تدوير الملف داخل المغناطيس بسرعات عالية ، تحدث ظاهرة تسمى الحث الكهرومغناطيسي: حقل مغناطيسي النتيجة تحشد إلكترونات المادة الموصلة ، مما يخلق تدفقًا للطاقة يجب "تحضيره" بعد ذلك للتوزيع عبر سلسلة من المحولات.
المشكلة إذن هي كيفية جعل الملف يدور بسرعات عالية وثبات. في التجارب التي أجريت في القرن التاسع عشر على الكهرباء ، تم توليدها عن طريق تحريك دراجة هوائية ، والتي أنتجت كمية ضئيلة فقط بالطبع.
في حالة محطات الطاقة ، هناك حاجة إلى شيء أكثر تعقيدًا: التوربينات ، وهي عبارة عن جهاز دوار قادر على الإرسال الطاقة الميكانيكية إلى الملف ، مما يجعله يدور ، من استخدام قوة أخرى.
على سبيل المثال ، يمكنك استخدام الماء المتساقط في الشلال ، أو النفخ المستمر للرياح ، أو في معظم الحالات ، بخار كمية تصاعدية من كمية جيدة من الماء المغلي ، والتي بدورها من الضروري توليد كمية ثابتة منها الحرارة، عن طريق الإحتراق لأنواع مختلفة من المواد.
كما سنرى ، فإن العملية الكاملة لتوليد الطاقة الكهربائية ليست أكثر من تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة حرارية (احتراق) ، لتحويلها لاحقًا إلى حركية وميكانيكية (عن طريق تعبئة التوربين) ، ثم إلى كهرومغناطيسية لاحقًا ، أي في الكهرباء.
مراحل قطاع الكهرباء
قطاع الكهرباء هو المسؤول عن كامل دائرة إنتاج الكهرباء ، منذ نشأتها وحتى استهلاكها في كل من منازلنا على سبيل المثال. تتضمن دورة إنتاج الطاقة الكاملة في هذا القطاع المراحل التالية:
- توليد. تتكون المرحلة الأولى منطقيا من الحصول على الكهرباء من خلال الوسائل المتاحة ، في أي نوع من أنواع محطات توليد الكهرباء الموجودة.
- تحويل. بمجرد الحصول على الكهرباء ، فإنها تخضع عادة لعملية تحويل تهيئها للنقل على طول شبكة الطاقة ، حيث لا يمكن تخزين الكهرباء ، على عكس المنتجات والسلع الأخرى ، للاستهلاك لاحقًا ، ولكن يجب نقلها على الفور.
ما يسمى بالمحطات الفرعية أو محطات المحولات ، الواقعة بالقرب من محطات الطاقة ، وكذلك مراكز التحويل ، القريبة من محطات الطاقة ، هي المسؤولة عن ذلك. السكان المستهلكين ، حيث أن مهمتها هي تعديل الجهد الكهربائي لجعل الكهرباء قابلة للنقل (الجهد العالي) والاستهلاك (الجهد المنخفض).
- توزيع. يجب أخيرًا توفير الكهرباء لمنازلنا أو للصناعات التي تستهلكها من خلال شبكة الأسلاك المعروفة باسم خطوط الطاقة ، والتي عادة ما يتم التعامل معها من قبل شركات توزيع وتسويق الطاقة المختلفة.
- استهلاك. أخيرًا ، يوجد في كل منزل استهلاكي أو مصنع صناعي وصلة ربط تربط شبكات التوزيع بالمرافق الداخلية ، مما يسمح بوجود الطاقة أينما احتجنا إليها.
أنواع توليد الكهرباء
يُصنف توليد الكهرباء ، عادةً ، حسب نوع محطة الطاقة التي يتم إنتاجها فيها ، أو ما هو نفسه ، وفقًا للإجراء المحدد المستخدم ، كما أوضحنا سابقًا ، لتعبئة التوربين لتدوير الملف بدوره. الوقت يولد الكهرباء. وهكذا لدينا:
- الطاقة الحرارية الوقود الحفري. المحطات الكهروحرارية هي تلك التي تنتج الكهرباء من الطاقة الحرارية ، أو تغلي كميات كبيرة من الماء ، أو تسخين غازات أخرى بالمثل ، وذلك بفضل احتراق المواد المختلفة عضوي (فحم، البترول, غاز طبيعي أو أنواع الوقود الأحفوري الأخرى) في غلاية داخلية. في هذه الحالات ، يكون الغاز المتوسع مسؤولاً عن تحريك التوربين ، ثم يتم تبريده ليتمكن من تكرار الدورة.
- الطاقة النووية الحرارية. لا يختلف مبدأ تشغيل الطاقة الحرارية النووية عن مبدأ الكهروحرارية ، باستثناء أن الحرارة اللازمة لتدوير التوربينات يتم الحصول عليها من خلال مختلف العمليات الكيميائية انشطار ذرات ثقيل ، أي قصف نوى ذرية معينة عناصر، لإجبارها على أن تصبح عناصر أخف وزنا وتحرر كمية هائلة من الطاقة. في هذه المصانع ، المعروفة باسم المفاعلات ، يكون نفس منطق قنبلة ذرية، لكنها تقدمت للأغراض السلمية. العيب هو أنه ينتج نفايات مشعة يصعب التعامل معها وهي شديدة السمية.
- الطاقة الحرارية الأرضية. مرة أخرى ، في هذه الحالة ، يخضع تشغيل محطة الطاقة للنموذج الكهروحراري ، ولكن دون الحاجة إلى الوقود أو الغلايات ، حيث يتم استخدام الحرارة الداخلية لمحطة الطاقة. القشرة الارضية. لهذا ، مطلوب موقع تكتوني مناسب ، أي منطقة ذات نشاط تكتوني يسمح بصب الماء في أعماق الأرض والاستفادة من البخار الناتج لتعبئة التوربينات الكهربائية.
- الطاقة الحرارية الشمسية. على غرار الحالات السابقة ، يستفيد هذا النوع من محطات الطاقة من ضوء الشمس، وتركيزه وتركيزه عن طريق نظام مرايا معقد لتسخين السوائل عند درجات الحرارة بين 300 و 1000 درجة مئوية ، وبالتالي بدء عملية التوليد الكهروحراري.
- الطاقة الكهروضوئية. يتم الحصول على هذا النوع من الطاقة أيضًا من خلال الاستفادة من ضوء الشمس ، ولكن بمعنى مختلف: عن طريق الحقول الكبيرة من الخلايا الكهروضوئية ، المكونة من ثنائيات حساسة لأشعة الشمس ، والتي تولد فروقًا صغيرة محتملة في نهاياتها. مواقع كبيرة مطلوبة لهذه الألواح الشمسية لتوليد الكهرباء ، ولكن في نفس الوقت يتم ذلك دون الحاجة إلى المواد الخام وبدونها لتلويث كثيرا بيئة.
- طاقة هيدروالكترونية. في هذه الحالة ، لا يتم تحريك التوربينات الكهربائية لمحطة التوليد بفعل الحرارة ، ولكن من خلال الاستفادة من الطاقة الميكانيكية لشلال. لهذا السبب ، أ طبوغرافيا خاصة بهذا ، مثل إعتام عدسة العين أو الشلالات أو الأنهار العظيمة أو المسطحات المائية التي يمكن فيها زرع السدود أو السدود. وراء التعديل الوحشي لهذه المسطحات المائية و النظم البيئية الخاصة ، هو شكل من أشكال الطاقة النظيفةورخيصة وآمنة.
- طاقة مياه البحر أو قوة الموجة. هذا هو الاسم الذي يطلق على محطات الحصول على الطاقة الكهربائية من المد والجزر أو أمواج البحر ، من خلال المرافق الساحلية التي ، من خلال الأجهزة العائمة ، تستفيد من دفع المياه لتعبئة التوربينات. ومع ذلك ، فهي ليست طرقًا قوية جدًا وليست مربحة للغاية للحصول على الطاقة ، على الأقل في الوقت الحالي.
- قوة الرياح. إذا تم في الحالات السابقة الاستفادة من الحركة الطبيعية للمياه ، في محطات طاقة الرياح ، يتم الاستفادة من قوة الرياح ، خاصة في المناطق من حيث أنها تهب باستمرار ، مثل المناطق الساحلية أو السهول الكبرى أو ما شابه. لهذا ، لديهم مجالات كاملة من المراوح العملاقة ، الحساسة لمرور الرياح ، والتي عند نقلها تنقل الطاقة الميكانيكية إلى التوربينات الكهربائية. إنه شكل غير مكلف وآمن نسبيًا لإنتاج الكهرباء ، ولكنه للأسف قليل جدًا وله تكلفة كبيرة من حيث تنسيق الحدائق.
طاقة متجددة
يعتبر الحصول على الكهرباء عملية معقدة وتتطلب الكثير تأثير بيئي، لا سيما في أشكاله التقليدية ، مثل الوقود الأحفوري. بالإضافة إلى ذلك ، في الحالات الأخيرة ، يكون للوقود المتاح احتياطيات محدودة ، نظرًا لأن الفحم والنفط لهما أصل جيولوجي بطيء جدًا وطويل الأمد ، مما لا يسمح لنا بتجديد مخزون الكواكب بنفس المعدل الذي نستهلكه بهما.
لهذا السبب ، يتم استثمار العديد من جهود قطاع الطاقة في البحث عن مصادر متجددة محتملة ، أو في تحسين تلك الموجودة بالفعل ، مثل الطاقة الشمسية والطاقة الكهرومائية والطاقة الحرارية الأرضية.
ومع ذلك ، فإن الآمال الكبيرة للبشرية في مسائل الطاقة تشير إلى إمكانية الاندماج الذري كمصدر آمن وموثوق وغير ملوث ومتجدد للطاقة: يتم أخذ ذرات الهيدروجين ، وهي العنصر الأكثر وفرة في العالم. كون، والاندماج لتوليد كميات هائلة من الطاقة ، تمامًا كما يحدث في قلب النجوم في الفضاء.
لسوء الحظ ، نعيم تكنولوجيا لا يزال بعيدًا عن متناول أيدينا ، لذلك سيتعين على البشرية بذل جهود أكبر لتكييف استهلاكها للطاقة مع إمكانيات العالم ، أو المخاطرة بتدميرها تمامًا في رغبتنا في الحصول على طاقة كهربائية غير محدودة.