الطاقة المتجددة: مفهومها وأشكالها

الطاقة

الطاقة هي أحد المقومات الرئيسية للمجتمعات المتحضرة .وتحتاج إليها كافة قطاعات المجتمع بالإضافة إلى الحاجة الماسة إليها في تسيير' الحياة اليومية ، إذ يتم استخدامها في تشغيل المصانع وتحريك وسائل النقل المختلفة وتشغيل الأدوات المنزلية وغير ذلك من الأغراض . وكل حركة يقوم بها الإنسان تحتاج إلى استهلاك نوع من أنواع الطاقة ويستمدَّ الإنسان طاقته لإنجاز أعماله اليدوية والذهنية من الغذاء المتنوع الذي يتناوله كل يوم ، إذ يتمّ حرق الغذاء في خلايا الجسم ويتحول إلى طاقة . ويمكن تعريف الطاقة بأنها قابلية إنجاز تأثير ملموس (شغل) . وهي توجد على عدة أنواع منها طاقة الريح ، وطاقة جريان الماء ومسا قطها . ويمكن أن تكون الطاقة مخزونة في مادة كالوقود التقليدي (النفط ، الفحم، الغاز) .

المشاكل الناتجة عن استخدامات مصادر الطاقة التقلدية :

أ - ارتفاع حرارة مناخ الكرة الأرضية:
معظم المشاكل الناتجة عن الاستخدام المتزايد لمصادر الطاقة التقليدية هي مشاكل بيئية وأهمها ارتفاع درجة حرارة المحيط الذي نعيش فيه . ويعتقد معظم العلماء أن درجة الحرارة ترتفع بمعدل 0.3 درجة مئوية في كل عقد وذلك نتيجة لزيادة تركيز بعض الغازات في الجو . ويزعم بعض الباحثين أن أكثر الغازات سبباً في رفع درجة الحرارة هو غاز ثاني أو كسيد الكربون (Co2) الذي يتحرر نتيجة حرق الوقود التقليدي . إلاَّ أن هناك نظريات حديثة تشير إلى أن الأشعة الكونية المرتبطة بدورة النشاط الشمسي هي أحد الأسباب الرئيسية لارتفاع مناخ الأرض ، وأن حرارته ستشهد انخفاضاً يليه ارتفاع ودواليك .

ب - الأمطار الحِمضيّة:
من المخاطر الجانبية لحرق الوقود هو تساقط الأمطار الحمضية . فبعض الغازات التي تتحرر عند احتراق الوقود ، وبالأخص ثاني أكسيد الكبريت وأكسيد النيتروجين ، تتحد مع الماء في الجو مكونة حامض الكبريتيك وحامض النتريك . ونتيجة لهذا فإن أي مطر يتساقط على منطقة ما ستكون حامضاً ويسبب ذلك تلفاً للنباتات وتعطيلاً لنمو الغابات ، وتفتيت بعض أجزاء الأبنية وصدأ للمعادن .
أما الغاز الآخر الذي يسبب الأمطار الحمضية فهو أكسيد النيتروجين (NOx). وينتج هذا الغاز من عمليات الاحتراق ذات الدرجات الحرارية العالية وذلك نتيجة لوجود بعض المواد النيتروجينية في الوقود مثل الفحم والخشب أو تتكون جزئياً بواسطة أكسدة النيتروجين في الهواء . ويتحرر أكسيد النيتروجين بكميات كبيرة من مكائن شاحنات النقل والسيارات ومن محطات الطاقة الكهربائية

جـ - تلوث البحار بواسطة النفط:
إن محطات توليد الطاقة الكهربائية ، ومصافي النفط ، والمصانع الكبيرة يمكنها أن تكون أكثر الملوثات المنظورة ، وذلك بسبب روائحها المميزة. وليست كل الملوثات الضارة بالبيئة سببها حرق الوقود ، ولكن هنالك مسببات أخرى مثل نقل الوقود عبر البحار .

د - الإشعاع والمخلفات النووية:
كان من المتوقع أن تكون الطاقة النووية أحد المصادر الرئيسية في إنتاج الطاقة الكهربائية ولكن هذا لم يتم بسبب المعارضة الواسعة التي تواجه نصب هذه المحطات في مختلف أنحاء العالم . هذه المحطات تنتج حالياً 6% من الطاقة الكهربائية في العالم . وبعد حادثة تشرنوبل في الاتحاد السوفيتي السابق عام 1986 أصبح نصب مثل هذه المحطات محدوداً . ومن المشاكل المتعلقة بمحطات الطاقة النووية أن المواد المستخدمة في الانشطار النووي ذات إشعاع عالٍ جداً ، وقسم منها يبقى مشعاً إشعاعاً نووياً لعشرات الآلاف من السنين . كما أن طرق التخلص من النفايات النووية غير مضمونة ، وبالإضافة إلى ذلك فإن تفكيك المحطات التي انتهت أعمارها يسبب تسرب إشعاع نووي أيضا.

الطاقات المتجددة

الطاقات المتجددة هي الطاقات التي نحصل عليها من خلال تيارات الطاقة التي يتكرر وجودها في الطبيعة على نحو تلقائي ودوري، وهي بذلك على عكس الطاقات غير المتجددة الموجودة غالباً في مخزون جامد في الأرض لا يمكن الإفادة منها إلا بعد تدخل الإنسان لإخراجها منه.

تتمثل الطاقات المتجددة في العالم عموماً بالطاقة الشمسية وطاقة الرياح وطاقة المياه وطاقة الكتلة الحيوية. أما الطاقات المتجددة الأخرى، كطاقة الأمواج وطاقة الحرارة الجوفية، فإننا لن نتطرق إليها لاعتقادنا بأن استثمارها في المستقبل القريب غير ممكن أو أنها أقل أهمية استثمارية في الوقت الحاضر . وبغض النظر عن إمكان الحصول على طاقة كهربائية أو حرارية أو ميكانيكية من الطاقات المتجددة، فإنه يتوجب علينا في الحقيقة أن نفكر في العديد من الأسئلة قبل الشروع بالتحدث التفصيلي عن استخدام الطاقات المتجددة

مصادر الطاقة متجددة:

1- الطاقة الشمسية : تعتبر الطاقة الواردة إلينا من الشمس من أهم أنواع الطاقة التي يمكن للإنسان استغلالها ، فهي دائمة تشع علينا يومياً بنفس المقدار ، و لا ينتظر أن تفني طالما كانت الشمس تشرق علينا كل يوم و تبعث طاقة الشمس بمعدل ثابت تقريباً يسمي بالثابت الشمسي و يقدر بنحو 1.35 كيلو وات/ مربع المتر لا يصل من هذه الطاقة فقط سوي نحو 30% و الباقي 70% ينعكس إلي الفضاء ، لقد تطورت فكرة استخدام الإنسان للطاقة الشمسية من مجرد استخدامها في تجفيف بعض المحاصيل الزارعية لحفظها من التلف من الاف السنين إلي استخدام هذه الطاقة في الوقت الحاضر في تسخين المياه و توليد الكهرباء و تحريك الالات و تسير وسائل النقل .

2-طاقة الرياح : طاقة الرياح من أنواع الطاقات التي استخدمت قديماً في إدارة طواحين الهواءفي عدة دول و رفع مياه الأبار و طحن الحبوب الغذائية أما حديثاً فإن هذه الطاقة تستخدم في ضح المياه و التسخين و التبريد و إزالة ملوحة المياه و توليد الكهرباء .
3- الطاقة المائية : تعتبر الطاقة المستمدة من حركة المياه سواء مياه المجيطات أو البحار أو الأنهار أو أي مسطحات مائية مناسبة لطاقة متجددة و نظيفة و يجري العديد من البحوث و الدراسات لإنتاج ها النوع من الطاقة و بصفة خاصة الولايات المتحدة الأمريكية و بريطانيا و فرنسا .

4- طاقة الحرارة الجوفية للأرض : هي طاقة حرارية طبيعية مصدرها باطن الأرض المنصهر و يعزي وجود هذه الطاقة إلي انحلال بعض العناصر المشعة في الطبقات العميقة للأرض مثل : اليورانيوم و الثوريوم و البوتاسيوم و تمثل المواد المشعة مصدراً للحرارة لا يفني علي مر الزمان و من أشهر الدول اعتماداً علي هذه المصادر المتجددة هي ايطاليا و نيوزيلاندا و الولايات المتحددة الأمريكية و اليابان التي تتعرض إلي نشاط بركاني تستخدم ابخرته في توليد الكهرباء .

5- طاقة الكتلة الحيوية : يطلق مصطلح الكتلة الحيوية علي كتلة مجموعة من الكائنات الحية أو الميتة - نباتية أو حيوانية و الموجودة علي سطح الأرض و التي يمكن تحويلها أو تحويل نفايتها لإلي طاقة و تشمل الكتلة الحيويةالأشجار و الأعشاب و الطحالب و مخلفات المحاصيل الزراعية و روث الماشية و فضلات المنازل و المصانع ذات الأصل النباتي و الحيواني و توفر الكتلة الحيوية حالياً نسبة تتراوح بين 6% - 13% من إجمالي حاجات العالم من الطاقة و هي نسبة تعادل 8.5 مليون برميل من البترول في اليوم الواحد كما أن هذه الكتلة الحيوية تعتبر المصدر الرئيسي للطاقة في المناطق الرئيسية في البلدان النامية مثل : الصين و الهند و جهمورية مصر العربية.

استهلاك الطاقات المتجددة بنهايه عام 2008

الطاقة المتجددة: مفهومها وأشكالها Ren2008

الطاقة المتجددة: مفهومها وأشكالها Ren2008

الطاقة المتجددة: مفهومها وأشكالها Bsmla68_2

استخدام الطاقة الشمسية

استفاد الإنسان منذ القدم من طاقة الإشعاع الشمسي مباشرة في تطبيقات عديدة كتجفيف المحاصيل الزراعية وتدفئة المنازل كما استخدمها في مجالات أخرى وردت في كتب العلوم التاريخية فقد أحرق أرخميدس الأسطول الحربي الرماني في حرب عام 212 ق م عن طريق تركيز الإشعاع الشمسي على سفن الأعداء بواسطة المئات من الدروع المعدنية . وفي العصر البابلي كانت نساء الكهنة يستعملن آية ذهبية مصقولة كا لماريا لتركيز الإشعاع الشمسي للحصول على النار . كما قام علماء أمثال تشرنهوس وسويز ولافوازييه وموتشوت وأريكسون وهاردنج وغيرهم باستخدام الطاقة الشمسية في صهر المواد وطهي الطعام وتوليد بخار الماء وتقطير الماء وتسخين الهواء . كما أنشئت في مطلع القرن الميلادي الحالي أول محطة عالمية للري بوساطة الطاقة الشمسية كانت تعمل لمدة خمس ساعات في اليوم وذلك في المعادي قرب القاهرة . لقد حاول الإنسان منذ فترة بعيدة الاستفادة من الطاقة الشمسية واستغلالها ولكن بقدر قليل ومحدود ومع التطور الكبير في التقنية والتقدم العلمي الذي وصل إليه الإنسان فتحت آفاقا علمية جديدة في ميدان استغلال الطاقة الشمسية .

بالإضافة لما ذكر تمتاز الطاقة الشمسية بالمقارنة مع مصادر الطاقة الأخرى بما يلي :-
1.إن التقنية المستعملة فيها تبقى بسيطة نسبياً وغير معقدة بالمقارنة مع التقنية المستخدمة في مصادر الطاقة الأخرى .
2.توفير عامل الأمان البيئي حيث أن الطاقة الشمسية هي طاقة نظيفة لا تلوث الجو وتترك فضلات مما يكسبها وضعاً خاصا في هذا المجال وخاصة في القرن القادم.

تحويل الطاقة الشمسية

يمكن تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية وطاقة حرارية من خلال آليتي التحويل الكهروضوئية والتحويل الحراري للطاقة الشمسية ، ويقصد بالتحويل الكهروضوئية تحويل الإشعاع الشمسي أو الضوئي مباشرة إلى طاقة كهربائية بوساطة الخلايا الشمسية ( الكهروضوئية ) ، وكما هو معلوم هناك بعض المواد التي تقوم بعملية التحويل الكهروضوئية تدعى اشتباه الموصلات كالسيليكون والجرمانيوم وغيرها . وقد تم اكتشاف هذه الظاهرة من قبل بعض علماء الفيزياء في أواخر القرن التاسع عشر الميلادي حيث وجدوا أن الضوء يستطيع تحرير الإلكترونات من بعض المعادن كما عرفوا أن الضوء الأزرق له قدرة أكبر من الضوء الأصفر على تحرير الإلكترونات وهكذا . وقد نال العالم اينشتاين جائزة نوبل في عام 1921م لاستطاعته تفسير هذه الظاهرة .
وقد تم تصنيع نماذج كثيرة من الخلايا الشمسية تستطيع إنتاج الكهرباء بصورة علمية وتتميز الخلايا الشمسية بأنها لا تشمل أجزاء أو قطع متحركة ، وهي لا تستهلك وقوداً ولا تلوث الجو وحياتها طويلة ولا تتطلب إلا القليل من الصيانة . ويتحقق أفضل استخدام لهذه التقنية تحت تطبيقات وحدة الإشعاع الشمسي ( وحدة شمسية ) أي بدون مركزات أو عدسات ضوئية ولذا يمكن تثبيتها على أسطح المباني ليستفاد منه في إنتاج الكهرباء وتقدر عادة كفاءتها بحوالي 20% أما الباقي فيمكن الاستفادة منه في توفير الحرارة للتدفئة وتسخين المياه . كما تستخدم الخلايا الشمسية في تشغيل نظام الاتصالات المختلفة وفي إنارة الطرق والمنشآت وفي ضخ المياه وغيرها .

أما التحويل الحراري للطاقة الشمسية فيعتمد على تحويل الإشعاع الشمسي إلى طاقة حرارية عن طريق المجمعات ( الأطباق ) الشمسية والمواد الحرارية .فإذا تعرض جسم داكن اللون ومعزول إلى الإشعاع الشمسي فإنه يمتص لإشعاع وترتفع درجة حرارته . يستفاد من هذه الحرارة في التدفئة والتبريد وتسخين المياه وتوليد الكهرباء وغيرها . وتعد تطبيقات السخانات الشمسية هي الأكثر انتشاراً في مجال التحويل الحراري للطاقة الشمسية . يلي ذلك من حيث الأهمية المجففات الشمسية التي يكثر استخدامها في تجفيف بعض المحاصيل الزراعية مثل التمور وغيرها كذلك يمكن الاستفادة من الطاقة الحرارية في طبخ الطعام ، حيث أن هناك أبحاث تجري في هذا المجال لإنتاج معدات للطهي تعمل داخل المنزل بدلا من تكبد مشقة الجلوس تحت أشعة الشمس أثناء الطهي .

ورغم أن الطاقة الشمسية قد أخذت تتبوأ مكان هامة ضمن البدائل المتعلقة بالطاقة المتجددة ، إلا أن مدى الاستفادة منها يرتبط بوجود أشعة الشمس طيلة وقت الاستخدام أسوة بالطاقة التقليدية. وعليه يبدو أن المطلوب من تقنيات بعد تقنية وتطوير التحويل الكهربائي والحراري للطاقة الشمسية هو تقنية تخزين تلك الطاقة للاستفادة منها أثناء فترة احتجاب الإشعاع الشمسي . وهناك عدة طرق تقنية لتخزين الطاقة الشمسية تشمل التخزين الحراري الكهربائي والميكانيكي والكيميائي والمغناطيسي . وتعد بحوث تخزين الطاقة الشمسية من أهم مجالات التطوير اللازمة في تطبيقات الطاقة الشمسية وانتشارها على مدى واسع ، حيث أن الطاقة الشمسية رغم أنها متوفرة إلا نها ليست في متناول اليد وليست مجانية بالمعني المفهوم . فسعرها الحقيقي عبارة عن المعدات المستخدمة لتحويلها من طاقة كهرومغناطيسية إلى طاقة كهربائية أو حرارية . وكذلك تخزينها إذا دعت الضرورة . ورغم أن هذه التكاليف حالياً تفوق تكلفة إنتاج الطاقة التقليدية إلا أنها لا تعطي صورة كافية عن مستقبلها بسبب أنها أخذة في الانخفاض المتواصل بفضل البحوث الجارية والمستقبلية .

الصورة التالية توضح العناصر كاملة ومنها يمكن حساب التلكفه

ووظيفة منظم الشحن هو منع ارتداد التيار وتنظيم عملية الشحن

تكلفة الخلايا الشمسية حسب النوعية فمثلا شركة كيوسرا الأمريكية تبدأ الأسعار من 20 دولار إلى 800 دولار حسب الحجم والقدرة

أما المنظم فسعره ضمن سعر الخلية

أم المحول أو الكونفيرتر converter فسعره حوالي 150 دولار وهو أيضا حسب القدرة أي يوجد قدرات أكبر وأغلى بالسعر

البطاريات أيضا متنوعة سعر الحجم الكبير الجيد منها حوالي 120 دولار

طبعا يصعب حصر الأنواع والأسعار فهي ضمن كاتالوج أكثر من 100 صفحة متوفر لدي لمن يحب

لكن الأهم كيف نعرف كم نحتاج من الخلايا والبطاريات وبعدها تعرف كم السعر وهنا سوف نناقش الفكرة ونأخذ مثال أيضا

هل حاولتم يوما معرفة كم وات يستهلك المنزل يوميا أو شهريا كل ساعة؟

هناك حلان إما فاتورة الكهرباء فتأخذ قراءة آخر الشهر وقراءة أول الشهر وتطرحهم ثم تقسمهم على عدد أيام الشهر

أما الطريقة الثانية فهي كالتالي:

أولا يجب أن تعرف كم تستهلك أجهزة منزلك والجدول التالي يوضح أهم وأشهر الأجهزة الموجودة في المنازل وهي:

اضغط على الجدول لتكبيره

الآن املأ الجدول التالي وهو واضح جدا

اضغط على الجدول لتكبيره

الطريقة ليست صعبة لكن تحتاج لوقت والأسهل أن تذهب كما ذكرت سابقا لعداد الكهرباء وتأخذ القراءة منه مباشرة

المهم

بعد تعبئة الجدول السابق إليكم كيف نعرف عدد الخلايا الشمسية

وذلك كما في المثال التالي في ملئ الجدول

الجدول السابق يوضح أولا كم ساعة تبقى الشمس مشرقة وبقوة خلال اليوم وطبعا في دولنا العربية أكثر من 5 ساعات وبشدة أعلى لكن الجدول هو مجرد مثال عام

الثاني هو ما حسبته سابقا من جدول استهلاك المنزل بوحدة وات . ساعة / يوم

الثالث هو قسمة استهلاك المنزل على عدد ساعات وجود الشمس بقوة

أما الرابع فهو قدرة الخلايا الشمسية المتوفرة لديك وممكن تكون أكبر

أما الخامس فهو كم خلية من هذا النوع تحتاج = الخانة 3 تقسيم الخانة 4

مثلا هنا الجواب خليتين أو ثلاثة

أما لحساب عدد البطاريات

فالجدول التالي:

وهو كالتالي:

1- الاستهلاك المنزلي الذي حسبناه سابقا

2 -كم يوم يمكن لا تكون الشمس موجودة وعند الأجانب قد تكون أكثر من 7 أيام وربما أسابيع وعنا العرب نادرا جدا ما تغيب الشمس حتى في الشتاء

3 -الخانة هنا = خانة 1 مضروبة في خانة 2

4 -الخانة هنا تخص كفاءة البطارية فهي 80% لل lead acid و 50% لل optimum longevity وهو النوع الأشهر كبطاريات السيارات

وهنا تقسم خانة 3 على النسبة مثلا 0.5 وهي 50 %

5 -اضرب نتيجة 4 في معامل تصحيح خاص بدرجة الحرارة 1.11

6 -يخص نوع البطارية مثلا عندي بطارية Surrette
S-460 deep cycle,6 volts x 350 amp-hours = 2100 watt.hours

7 -الخانة هنا = الخانة 5 تقسيم الخانة 6

8 -تقرب الخانة السابقة للأكبر بعدد صحيح

وبالتالي تعرف كم بطارية تحتاج..

طاقة الرياح

ان استخدام الانسان لطاقة الرياح بدا منذ قرون طويلة , وذلك من خلال استغلال طاقه الرياح فى تسير المراكب الشراعيه ولاحقا فى ادارة المحركات التى تعمل فى طحن الغلال وضخ المياة , ان اول مضخة هوائية ظهرت فى العالم كانت بيزنطية فى القرن العاشر قبل الميلاد.
الرياح هو الهواء المتحرك ومعلوم ان اى كتلة متحركة تحمل بداخلها طاقة كامنة تسمى بطاقة الحركه. فالمراوح الهوائية او العنافات الريحية او التوربينات تقوم بتحويل تلك الطاقة الكامنة الى طاقة مكيانيكية يمكن الاستفاد منها.
المكونات الرئيسية لتوربين الرياح هي شفرات دوًّارة تحمل على عمود ومولد يعمل على تحويل الطاقة الحركية للرياح إلى طاقة كهربية، فعندما تمر الرياح على الشفرات تخلق دفعة هواء ديناميكية تتسبب في دوران الشفرات، وهذا الدوران يشغل المولد فينتج طاقة كهربية، كما جهزت تلك التوربينات بجهاز تحكم في دوران الشفرات (فرامل) لتنظيم معدلات دورانها ووقف حركتها إذا لزم الأمر.

تعتمد كمية الطاقة المنتجة من توربين الرياح على سرعة الرياح وقطر الشفرات؛ لذلك توضع التوربينات التي تستخدم لتشغيل المصانع أو للإنارة فوق أبراج؛ لأن سرعة الرياح تزداد مع الارتفاع عن سطح
الأرض.

ويتم وضع تلك التوربينات بأعداد كبيرة على مساحات واسعة من الأرض لإنتاج أكبر كمية من الكهرباء، تنتج الولايات المتحدة وحدها سنويًّا حولي 3 بليون كيلو وات في الساعة (تلك الكمية تكفي لسد احتياجات مليون شخص من الكهرباء)، وذلك من حقول الرياح الموجود معظمها في كاليفورنيا، عادة يتم تخزين الكهرباء الزائدة عن الاستخدام في بطاريات، ولأن هناك بعض الأوقات التي تقل فيها سرعة الرياح، مما يصعب معه إنتاج الطاقة الكهربية، فإن مستخدمي طاقة الرياح يجب أن يكون لديهم مولدًا احتياطيًّا يعمل بالديزل أو بالطاقة الشمسية لاستخدامه في تلك الأوقات. المكان الأفضل لوضع التوربينات (عمل حقل رياح) يجب ألا يقل متوسط سرعة الرياح فيه سنويًّا عن 12 ميل في الساعة.

وغير إنتاج الطاقة الكهربية فإن توربينات الرياح يمكنها إنتاج طاقة ميكانيكية تستخدم في عدد كبير من التطبيقات، مثل ضخ المياه، الري، تجفيف الحبوب وتسخين المياه.

أنواع التوربينات الهوائية

عادة مايتم تصنيفها حسب نوعيه محور الدوران فهى اما مراوح ذات محور افقى او محور عمودى.

**توربينات هوائية عمودية**

** توربينات هوائية أفقية**

اختيار الموقع

يجب ان يتم اختيار الموقع بعناية للحول على اكبر كمية ممكنه من الطاقة على مدار السنة ز ومن الضرورى ان ناخذ بعين الاعتبار حين اخيار الموقع تحديد طبيعتة الجغرافية والنظر فى العوامل التالية:
•ظاهرة القص الرياح: وتتنج عن احتكاك الهواء بالمبانى والنبات
•الاضطراب : عندما تصدم الرياح بالمبانى يحدث لها تغير مفاجئ فى سعرتها واتحاحها
•العجلة فوق الهضاب

تطبيقات طاقة الرياح

ان تطبيقات طاقة الرياح بالريف لة مردود ايجابى فى تنمية الريف. فيمكن توليد طاقة كهربائية لمقابلة احتياجات اهل الريف والمناق النانئة من الطاقة كالانارة وضخ المياة وتشغيل الاجهزة الصغيرة.
ولحظ ان توفر طاقة الرياح مطابق لكيفية الحاجة للطاقة خلال ساعات اليوم حيث تكون سرعة الرياح عالية فى الفترة من 7 ص ال 8 م حيث الحاجه للطاقة العالية لصخ المياة بالاضافة للاستخدامات الاخرى وتقل عنها فى الفترة الماسائية. مع هذا تكون الحاجة الى تخزين الطاقة مطلوية لتغطية الفترات التى تكون فيها الرياح هادءه
ان تطبيقات الرياح غالبا ما تنفسم الى قسمين
توليد الطاقة الكهربائيه (مولدات هوائية)
الاستخدام المباشر للطاقة الميكانكية (المضخات الهوائية)

مميزاتها وعيوبها

طاقة الرياح طاقة محلية متجددة ولا ينتج عنها غازات تسبب ظاهرة البيت الزجاجي أو ملوثات، مثل ثاني أكسيد الكربون أو أكسيد النتريك أو الميثان، وبالتالي فإن تأثيرها الضار بالبيئة طفيف.

95% من الأراضي المستخدمة كحقول للرياح يمكن استخدامها في أغراض أخرى مثل الزراعة أو الرعي، كما يمكن وضع التوربينات فوق المباني.

أظهرت دراسة حديثة أن كل بليون كيلو وات في الساعة من إنتاج طاقة الرياح السنوي يوفر من 440 إلى 460 فرصة عمل.

التأثير البصري لدوران التوربينات والضوضاء الصادرة عنها قد تزعج الأشخاص القاطنين بجوار حقول الرياح، ولتقليل هذه التأثيرات يفضل إنشاء حقول الرياح في مناطق بعيدة عن المناطق السكنية.

تتسبب التوربينات العملاقة أحيانًا في قتل بعض الطيور خاصة أثناء فترات هجرتهم، ويتم حاليًا دراسة تأثيرها على انقراض بعض أنواع الطيور، ولكن النتائج المبدئية تشير إلى أن التوربينات ليس لها هذا التأثير الشديد.
وأخيرًا يمكن القول: إن طاقة الرياح من الطاقات التي يمكن تطبيق استخدامها بسهولة في عالمنا العربي لتقليل نسب التلوث التي بدأت تتزايد، ورغم أن الفكرة بدأ تطبيقها فعلاً في بعض الدول العربية إلا أن المطلوب نشر التجربة في باقي الدول.

الطاقة المتجددة: مفهومها وأشكالها Ytb32

الطاقه المائيه

تقنيه المصادر المائيه تقنية معروقة ومستخدمة منذ عقود طويلة, يبلغ انتاجها العالمى اليوم خمس الانتاج العلمى الكلى للطاقة الكهربائية.
لقد تطورت هذة التقنية من دولاب خشبى يقوم بتحويل قسم قليل من طاقة المياه الى طاقة ميكانيكية ال توربين ومولد بسرعة 1500 لفة فى الدقيقة وينتج طاقة كهربائية بكفاءة تصل ل 90%.

مصادر الطاقة المائية:

الاشعة الشمسية الساقطة على البحار والمحيطات والتى تكون ثلاثة ارباع الاشعاع الشمسى الكلى الواصل الى سطح الارض تقوم بتبخير المياة. وقسم من هذة الكمية الكبيرة من الطاقة المخزونة يسقط الى الارض مرة اخرى فى شكل امطار وثلوج فتسبب جريان الانهار , والتى تصب بعد ذلك فى البحار والمحيطات.

أنواع استخدام الطاقة المائية

الدولاب المائى(Waterwheels‏)
الطاقة الكهرمائية (Hydroelectric energy‏)
طاقة المد والجزر (Tidal power‏)،
طاقة التيار المدي (Tidal stream power‏)
طاقة الأمواج ( Wave power‏)

الدولاب المائى

ان استخدام سرعة جريان المياة من اقدم مصادر الطاقة الستخلصة وذلك من خلال الدولاب المائى (Water Mills) والتى تستخدم فى رفع الياة وطحن الغلال .
انواع الدواليب المائية
هنالك ثلاثة انواع من الدواليب المائية الاكثر شيوعا

1-الدولاب الميسر بالدفع السفلى Undershot Water Wheel

الطاقة المتجددة: مفهومها وأشكالها UMDERWATER

يتحرك الدولاب بواسطة ضغط الماء على الجزء السفلى من الشفرات المغمروة فى الماء. وهذا النوع جيد فى الجداول والانهار الضحلة, وتظهر مساوئة اثناء الفيضانات اذ ينغمر كل الدولاب وتتوقف حركتة.

2- الدولاب الميسر بالدفع العلوى Overshot Water Wheel

الطاقة المتجددة: مفهومها وأشكالها Overshot

يتحرك الدولاب بواسطة ضغط الماء على الشفرات من اعلى . وهذا الدولاب لا يتأثر بالفيضان , ولكن له حدود وهو فرق الارتفاع بين دخول الماء وخروجه يجب ان يكون على الاقل مساويا لقطر الدولاب. كما يتطلب صنعه بمتانة لمقاومة وزن الماء الساقط من اعلى.

3- الدولاب الميسر الامامى الدفع Breastshot Water Wheel

الطاقة المتجددة: مفهومها وأشكالها Breastshot

هو حل وسط بين الدولابين السابقين. فالماء يمر خلال حيطان موازية ويضغط على الولاب لمستوى مساو لمحورة لتلافى عيوب الدولابين السابقين.

طاقة كهرمائية

الطاقة الكهرَمائية (نحتت من كهرباء-مائية), هي الطاقة الكهربائية التي يستفاد في توليدها من الطاقة المائية الكامنة. وهي بذلك تعد من أشكال الطاقة النظيفة المستخدمة في نطاق عالمي.
تعتمد طريقة التوليد على تحويل طاقة المياه الكامنة إلى طاقة حركية, ثم إلى شغل آلي فطاقة كهربائية. ولكل عملية تحويل تقنيتها الخاصة. والأكثر شيوعا هو التالي:

الطاقة المتجددة: مفهومها وأشكالها 575px-Hydroelectric_dam_svg

يصار إلى بناء سد على مجرى مائي, فتتكون بحيرة اصطناعية بسعة مائية كبيرة. وتعتمد الطاقة الكامنة في ذلك الخزان الكبيرعلى كمية المياه التي يحتويها (وبالتالي كتلتها), وعلى شدة الجاذبية الأرضية ومدى ارتفاع المياه عن معمل التوليد.تَختصر ذلك الصيغة الرياضية:
طاقة = كتلة × جاذبية × ارتفاع
عند فتح المنفذ المائي في السد, تتدفق المياه بتأثير الجاذبية, وتتحول طاقة الدفق الكامنة إلى طاقة حركية. وإذا أهملنا مقاومة الهواء خلال تدفق المياه من منفذها إلى معمل التوليد, يمكن القول إن الطاقة الكامنة تتحول بكاملها إلى طاقة حركية.
في معمل التوليد, تقوم الطاقة الحركية للمياه (قوة الدفع) بشغل آلي هو تدوير عنفات المولد.
يعتمد مردود هذه العملية على طريقة تدوير العنفات, ومقدار الطاقة المهدورة بالإحتكاك خلال التدوير.
تنقل طاقة التدوير الآلية إلى قلب المولد حيث تقوم مع المجال المغناطيسي العالي بتوليد الطاقة الكهربائية بالحث المغنطيسي, تماما كما في مولد الدراجة (يسمى أحيانا "الدينامو") أو السيارة.
أخيرا تنقل الطاقة الكهربائية المولدة إلى شبكة التغذية بتوتر عال لتقليل الهدر الناجم عن مقاومة التيار الكهربائي في الأسلاك.
تستعمل تقنيات أخرى في توليد الطاقة الكهرَمائية، كاستخدام طاقة المياه الحركية في الأمواج مثلا أو طاقة المد والجزر.

طاقة المد والجزر

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 والشمس ودوران الأرض حول محورها وعليه تـُصنف هذه الطاقة على انها طاقة متجددة.
الكثير من الدول الساحلية بدأت الاستفادة من هذه الطاقة الحركية لتوليد الطاقة الكهربائية وبالتالي تخفيف الضغط عن محطات الطاقة الحرارية، والنتيجة 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 التوربينات أو المراوح.
هذه التوربينات شبيهة بالمرواح التي تُستخدم لتوليد الطاقة من الريح ولكن 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 الرانس. تُنصب هذه المراوح تحت سطح المياه في فتحات وبفعل التيارات المائية تدور هذه التوربينات وعبر ناقل الحركة نقوم بمضاعفة عزم الدوران ومن ثم نستفيد من هذا العزم لتحريك المولد الذي وبفعل الحقل المغناطيسي يقوم بتوليد الطاقة الكهربائية.
هذه التوربينات قد تستخدم أيضاً الطاقة الفائضة من المحطات الأخرى ساعة الطلب الخفيف على الكهرباء، لأعادة 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.
وللاستفادة من تيارات المد والجزر التي هي بطبيعة الحال معكوسة الاتجاه، لابد من تركيب المروحة على رأس متحرك ليتناسب مع اتجاه التيارات وبالتالي رفع نسبة الاستغلال، ويميز هذه التكنولوجيا إذا ما قورنت بتكنولوجيا توليد الطاقة من الريح ان كثافة المياه أعلى من كثافة الهواء ،و بالتالي يكون توليد الطاقة من الجزر للمروحة الواحدة أعلى عنه بالمقارنة بتوليدالكهرباء 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 سيهوا بكوريا الجنوبية.
وفي إنجلترا توجد تحت التخطيط محطة عملاقة عند مصب نهر سيفرن Severn بين كاردف ومدينة بريستول 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 :

صورة توضح طريقة الأبراج، وهذه كانت تجريبية وبنيت عام 2003 بإيرلندا
تعتمد تلك الطريقة على تثبيت مروحة أو مروحتان على برج متين بحيث تكون تلك المراوح تحت سطح الماء. وبنفس الطريقة المشروحة أعلاه تتحول طاقة حركة المروحة بواسطة المولد الكهربائي إلى كهرباء. والصورة المجاورة توضح كيفية تثبيت المروحة على البرج وهي لمحطة تجريبة بـُنيت عام 2002 بشمال إيرلندا وقوتها 300 كيلوات تقريباً، ونلاحظ في الصورة أن المروحة قد رُفعت فوق سطح الماء لإجراء أعمال الصيانة.
أيضا في سترانجفورد بشمال إيرلندا بُني البرج الجديد ويسمى SeaGen، وقدبدأ 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.

شروط الاستخدام والمنفعة الاقتصادية

لابد من إن يكون ارتفاع المد والجزر لا يقل عن 5 متر ولذلك يوجد في العالم ١٠٠ موقع يتوفر فيها هذا الشرط. كما استخدام هذه التقانة في المياه المالحة يعرض القطع المعدنية المستخدمة إلى الصدأ وبالتالي لا بد من العناية والصيانة الدائمة وهذا ما قد يرفع من الأكلاف وبالتالي تدني الربح.

محطات التوليد

أول معمل وأكبرها بني عام 1961 في Saint-Malo فرنسا وبدأ العمل به في عام 1966 ويبلغ ارتفاع المد والجزر في هذ المنطقة بين 12 و16 متر. فقام الفرنسيين ببناء سد بطول 750 متر ونتجة عنه بحيرة بمساحة 22 كم مربع وبسعة 184 مليون متر مربع وفي هذا السد 24 فتحة في كل منها هناك عنفة بقدرة 10 ميغاواط. وبالتالي بقدرة 240 ميجاوات ككل، وقدرة توليد تساوي 600 مليون كيلو وات ساعة سنوياً، كما تجدر الاشاره بأن هذا السد يستخدم مبدأ تخزين الماء عبر الطاقة الكهربائية الفائضة من المعامل الأخرى في غير ساعات الذروة لإعادة استخدام هذ الطاقة المخزنة في الماء في أوقات الذروة.(هذا المبدأ تم شرحه أعلاه). في كندا هناك أيضاً معمل أخر بنية عام 1984 بقدرة إنتاج 20 ميجاوات وهذا المعمل يستخدم للابحاث فهو لا يستفيد إلا من حركة المد.

نسبة الاستغلال

تصل نسبة استغلال التيارات إلى ال80 في المائة إذا تم طبعا استخدام احدث التكنولوجيا وبالمقارنة مع نسبة الاستغلال في المعامل الحرارية فهي نسبة مرتفعة جداً.

هذه الطاقة تحظى بتصنيف "صديق للبيئة" فهي لا تصدر اي غازات أو مخلفات سامة كما أنها تاخذ بعين الاعتبار الثروة السمكية فالكثير من الابحاث حاولت التقليل من المخاطر التي قد يتعرض لها السمك نتيجة مروره بالقرب من التوربين وقد استطاع الفرنسيين بالفعل تخفيض نسبة الضرر على الاسماك المارة من 15 بالمائة إلى 5 بالمائة.
تتميز محطات القوى المائية الصغيرة بانها :
تقنية ناضجة وموثوقة.
مرونة عالية فى التشغيل وسريعة التدوير والتبطيل.
تاثيرها على البيئه ضعيف.
سريعة التنفيذ.
عمر تشغيلى طويل.
عمالة تشغلية قليلة.

تطبيقات طاقة المياة الصغيرة فى السودان:

هنالك تطبيق واحد فقط لطاقه المياه الصغيره بالسودان بمنطقه جبل مرة، علي شلال سوني حيث تم تركيب توربين من نوع فرانسيس بقدرة 15 كيلوواط وذلك عام 1958م بغرض تزويد محطه اتصالات الراديو بتلك المنطقه وهي تعمل حاليا

انتاج الطاقة بواسطة الماء والرياح معا

الطاقة المتجددة: مفهومها وأشكالها Fa9l-12-65

طاقة الحرارة الجوفية للأرض

وهي طاقة حرارية مرتفعة ذات منشأ طبيعي مختزنة في الصهارة في باطن الأرض. حيث يقدر أن أكثر من 99% من كتلة الكرة الأرضية عبارة عن صخور تتجاوز حرارتها 1000 درجة مئوية . ويستفاد من هذه الطاقة الحرارية بشكل أساسي في توليد الكهرباء. وفي بعض الأحيان تستخدم للتدفئة عندما تكون الحرارة قريبة من سطح الأرض أو على صورة ينابيع جارة.

هذة الطاقة المتجددة، نظريا، يمكن أن تكفي لتغطية حاجة العالم من الطاقة لمدة 100000 سنة قادمة إلا أن تحويلها إلى طاقة كهربائية هي عملية باهظة التكاليف، وذلك رغم أن الطاقة الأساسية (المادة الأولية) مجانية وهي متوفرة بكثرة لكن صعب الحصول عليها.
تعتبر الطاقة الحرارية الأرضية من مصادر الطاقة المتجددة التي استخدمت منذ فترة طويلة من خلال استغلال مياه الينابيع الحارة. حيث يرجع تاريخ استعمالها إلى أكثر من 10000 سنة عندما استخدم الهنود الحمر الينابيع الساخنة لطهي طعامهم.

لا تتوفر الطاقة الحرارية بصورة مباشرة في الطبيعة إلا في مصادر الحرارة الجوفية، وهذا ما يجعلها سهلة الاستغلال. ويقدر احتياطى الطاقة الحرارية الأرضية في حزام عمقه 2000 متر تحت سطح الأرض ما يعادل ما ينتجه 250 مليار طن من الفحم من الطاقة. نظريا يمكن أن يغطي هذا المقدار من الطاقة حاجة العالم من الطاقة لمدة 100000 سنة قادمة.

تقسم مصادر الحصول على الطاقة الحرارية الأرضية إلى قسمين: المياه الحارة الجوفية والصخور الحارة التي توجد في المناطق النشطة بركانيا أو في الأعماق البعيدة تحت سطح الأرض ويمكن الاستفادة من المياه الجوفية الحارة والصخورالحارة في توليد الطاقة الكهربائية وتسخين المياه التي تستخدم في التدفئة, بالإضافة إلى استعمالها في الكثير من ميادين الصناعة والزراعة الأخرى.

وكما ذكرنا مسبقا في كثير من أحيان تستخدم الطاقة الحرارية الأرضية في تدفئة المنازل عندما تكون الحرارة قريبة من سطح الأرض أو على صورة ينابيع جارة أو عندما تكون درجة حرارتها منخفضة (حوالي 65 مئوية)، حيث تكون تكلفة استخراجها واستعمالها معقولة. ففي أيسلندة تنتشر هذه الينابيع الحارة، ويتم توضيفها لأغراض التدفئة والتسخين.

توليد الكهرباء باستخدام الطاقة الحرارية الأرضية

رسم بياني يوضح آلية عمل محطات البخار الجاف

تعتبر الطريقة الأولى والأهم للاستفادة من الطاقة الحرارية الأرضية هي بتحويلها إلى طاقة كهربائية، ويتم ذلك في محطات توليد الكهرباء باستخدام الطاقة الحرارية الأرضية. هناك ثلاث أنواع من محطات توليد الكهرباء باستخدام الطاقة الحرارية الأرضية، وهي كالتالي:

محطات البخار الجاف:

هذه الطريقة هي أقدم الطرق واكثرها إنتشارا، وهي نفس الطريقة التي استخدمت في إيطاليا سنة 1904م. تستخدم هذه المحطات الماء الموجود بشكل طبيعي في الطبقات الأرضية العميقة والموجود تحت تأثير ضغط وحرارة عاليين، فيتم استخراجه بواسطة حفر آبار عميقة فيخرج على شكل بخار ماء بسبب حرارته العالية وبسبب فرق الضغط. يسير هذا البخار في أنابيب ثم يعرض لتوربينات تدور المولدات الكهربائية التي تنتج الطاقة الكهربائية. يضخ الماء المتكثف إلى الأرض عبر بئر آخر بسمى بئر الحقن.

محطات التبخير:

تستخدم هذه المحطات السوائل الموجودة بضغط عالي تحت الأرض حيث يتم تركزها في وعاء ذي ثقب صغير يؤدي إلى وعاء أخر ذي ضغط معتدل، فعند حركة السائل من الوعاء الأول إلى الثاني عبر الثقب يتبخر بسبب السرعة وفرق الضغط العالي. يحرك البخار التوربين فيحرك بدوره المولدات الكهربائية التي تنتج الكهرباء. يضخ الماء المتكثف المتبقي إلى الأرض عبر بئر الحقن.

محطات الدائرة المزدوجة:

تستخدم هذه المحطات السوائل الموجودة تحت الأرض ذات درجة غليان مرتفعة (حوالي 200 مئوبة) يتم ضخها إلى الأعلى حيث تقوم بتسخين الماء ذي درجة غليان عادية (100 مئوية) في أنبوب آخر يمر بمحاذات الأنبوب الساخن. يتبخر الماء الذي تم تسخينه بسبب درجة الحرارة المرتفعة للسائل في الأنبوب الآخر. يحرك البخار توربين المولد الكهربائي ويتكثف فيعود مجددا إلى محاذات الأنبوب الساخن، ويتحرك بهذه الطريقة في دوران مستمر. يضخ الماء المستخرج مجددا إلى الأرض عبر بئر الحقن.

سلبيات ومعوقات

رغم كل مميزات الطاقة الحرارية الأرضية، والتي جعلتها في طليعة مصادر الطاقة البديلة المستقبلية. إلا أن هناك بعض عوامل التي تصعب إنتشارها على الأقل في وقتنا الحالي. ومن أهم هذه الأسباب ارتفاع تكلفة إقامة محطات توليد الكهرباء باستخدام الطاقة الحرارية الأرضية. ويرجع السبب في ذلك إلى صعوبة حفر آبار بأعماق سحيقة ووسط درجات حرارة مرتفعة جدا.

الطاقة المتجددة: مفهومها وأشكالها 729579

موضووووووووووووع في غاااااااااااية الروعة

رغم أن الموضوع طويل إلا أنه جميل وشيق ومتكامل من ناحية الكتابة والصور والفيدوهات..

بصراحة أقف عاجزا عن وصف هذا الموضوع الرائع ..

للأمام دومًا وبانتظار ما تبقى منه

nabeelvista

محمد صلاح

شكرا لزيارتكم موضوعى

وده بعض مما عندكم

الكتلة الحيوية

استخدم الإنسان منذ القدم الكتل الحيوية والتي تشمل المخلفات النباتية والحيوانية ، فخلال قرون طويلة من الزمن لجأ الإنسان إلى حرق الأخشاب والحشائش والمخلفات النباتية والحيوانية للحصول على الطاقة الحرارية وعلى الضوء ، وقد أدى اكتشاف النفط والتوسع في استخدامه ، إلى تراجع الطلب على هذا المصدر المتجدد للطاقة.
وفي عام 1973 ، ونتيجة للنقص العالمي في مصادر الطاقة ، تجددت الآمال المعقودة على هذا المصدر ، وأجريت مئات الدراسات والأبحاث والتي دلت على إمكانية الاستفادة من هذه المخلفات ، عن طريق إتباع طرق تحويلية خاصة للحصول على الطاقة منها مثل المعالجات الكيميائية والتخمير والتفاعلات اللاهوائية ، والتي تعطي في النهاية ما يعرف بالوقود الحيوي ، ويشمل كل من الايثانول والديزل الحيوي والميثانول وغيرها من المركبات الكيميائية الهامة.
ويمكن تقسيم مصادر الكتل الحيوية إلى عدة أقسام هي :-

(الأخشاب والمخلفات النباتية، المخلفات الحيوانية ، محاصيل إنتاج الطاقة والفضلات المنزلية)

حيث أدى التطور التقني والعلمي إلى تطوير طرق الحصول على الطاقة من هذه المصادر المتنوعة ، ويعتبر الحرق المباشر أحد الطرق القديمة التي لجأ إليها الإنسان ، الا أن هناك دراسات بيئية صحية أجريت مؤخرا ، أكدت أن اكثر من 1.6 مليون إنسان يموتون سنويا بسبب استنشاقهم للدخان السام المنبعث من طهي الأطعمة بالطرق التقليدية البدائية ، كحرق الأخشاب والفحم والمخلفات الحيوانية ، وخلصت الدراسة إلى أن هذا الدخان يقتل سنويا أعدادا يصعب تقديرها في كل من الهند والصين وأفريقيا وبعض المناطق النائية.. يذكر هنا أن أكثر من ثلاثة مليارات نسمة يلجأون إلى حرق الأخشاب والفحم وغيرها الكثير من المواد للحصول على الطاقة اللازمة للتدفئة ولطهي طعامهم ولتسخين مياه الاستحمام في منازلهم ، وأن ما يدفعهم لذلك ، أنهم لا يستطيعون الحصول على بدائل أخرى للطاقة تكون نظيفة وآمنة كالتيار الكهربائي أو شبكات توزيع المياه الساخنة.. ويعلق على ذلك السيد أشوك خوسلا رئيس جماعة بدائل التنمية والمهتمة بنشر التكنولوجيا في المجتمعات الريفية في الهند بقوله ( إن مذبحة هائلة تحدث في العالم بسبب هذه الطرق البدائية للحصول على الطاقة ولا أحد يعيرها اهتماما ) .. ومن المفيد ذكرة هنا أن حرق كل من الوقود والمواد الصلبة وروث الحيوانات ينجم عنه انطلاق مجموعة هائلة من الغازات السامة كأول أكسيد الكربون وأكاسيد النيتروجين والفورملين والديوكسين وغيرها الكثير من السموم والتي تتسبب في الإصابة بالالتهابات الرئوية والعمى والسرطان والسل والموت المفاجئ.
ونظرًا للعواقب الكبيرة التي يمكن أن تنجم عن هذا التلوث البيئي تتَّجه الأنظار حاليًّا إلى كيفية إيجاد حلول مناسبة للحفاظ على سلامة البيئة والإنسان واستغلال مصادر الكتلة الحيوية استغلالا جيداً للحصول منها على ما يسمى بالوقود الحيوي او طاقة الكتلة الحيوية .

إشكالية مصادر الطاقة المتجددة ومزايا الوقود الحيوي

الوقود الحيوي هو وقود نظيف يعتمد إنتاجه في الأساس على تحويل الكتلة الحيوية سواء كانت ممثلة في صورة حبوب ومحاصيل زراعية مثل الذرة وقصب السكر أو في صورة زيوت وشحوم حيوانية مثل زيت فول الصويا وزيت النخيل، إلى إيثانول كحولي أو ديزل عضوي مما يعني إمكانية استخدامهما في الإنارة وتسيير المركبات وإدارة المولدات، وهذا حادث فعلاً وعلى نطاق واسع في دول كثيرة أبرزها أميركا والبرازيل وألمانيا والسويد وكندا والصين والهند، وبقدر مكًن دولة نامية مثل البرازيل من الاستغناء نهائيا عن استيراد النفط.
غير أن ميزة الوقود الحيوي الكبرى التي يؤمل تطويرها والتوسع فيها، أنه يمكن إنتاجه أيضاً من المخلفات والفضلات الحيوانية والنباتية سواء كانت بقايا الحيوانات وروثها أو كانت بقايا المحاصيل الزراعية ونشارة الخشب، وغيرها

الحصول على الطاقة الحيوية ( الغاز الحيوي) من كتلة المادة العضوية

تعتمد تقنية إنتاج الغاز الحيوي على تفكُّك المواد العضوية وتحلُّلها إلى مكوِّناتها العضوية، وذلك بواسطة بكتيريا الميثان الخاصة؛ وهذا ما يُعرَف بعملية التخمير، وهذه العملية يجب أن تتم في ظروف لاهوائية، في درجات حرارة ملائمة للعمليات الحيوية التي تقوم بها البكتيريا الموجودة في مُفاعِل الغاز الحيوي (حوض التخمير). فعملية التحلُّل اللاهوائي، التي تحدث عادةً في شكل طبيعي في أعماق البحيرات والتجمعات المائية وأعماق التربة وفي مكبَّات النفايات، تتم في المخمِّر على مراحل متعددة، المرحلة الأخيرة في سلسلة التفكُّك العضوي هي غازات الميثان التي تنتج بنسبة 55% إلى 65%، وغاز ثاني أكسيد الكربون بنسبة 35% إلى 45%، مع نسب ضئيلة جدًّا من الهيدروجين والأوكسجين والنتروجين ، وكذلك نسبة ضئيلة من كبريتيد الهيدروجين H2S.
وبناءً عليه، يمكن التمييز بين الطرق المختلفة التالية في إنتاج الغاز الحيوي:

توليد التيار الكهربائي عن طريق حوامل الطاقة الحيوية ذات الشكل الصلب:

مثلاً، عن طريق حَرْق الأخشاب. توجد في ألمانيا حوالى 80 محطة حَرْق، باستطاعة إجمالية قدرها 1.7 تيراوات ساعي في السنة. هذا وإن التحويل الغازي لمواد الاحتراق الصلبة (مثل الخشب) لا تزال في طور البحث والدراسة.

توليد التيار الكهربائي عن طريق حوامل الطاقة الحيوية ذات الشكل السائل:

يتم الحصول على التيار الكهربائي عن طريق عَصْر النباتات الزيتية ومعالجتها وفق خطوات تقنية مدروسة؛ وهذا ما يُعرَف بإنتاج مواد الاحتراق الحيوية، توجد في ألمانيا 130 محطة من هذا النوع، باستطاعة إجمالية تتراوح بين 9 إلى 11 ميغاوات كهربائي.. إن تكاليف توليد التيار الكهربائي بهذا الأسلوب مازالت مرتفعة جدًّا؛ ولذلك فإن حوامل الطاقة هذه يمكن استخدامها كمواد احتراق للمواصلات بالدرجة الأولى.

توليد التيار الكهربائي عن طريق حوامل الطاقة الحيوية ذات الشكل الغازي:

إن طريقة تحويل الكتلة العضوية إلى حوامل طاقية ذات شكل غازي تُعتبَر التقنية الأساسية للاستثمار المستقبلي للطاقة الحيوية، ويتم الحصول على التيار الكهربائي عن طريق تخمير بقايا المواد العضوية (أطعمة، روث، مياه الصرف الصحي، مياه المعالجة الصناعية، إلخ).

منشآت الغاز الحيوي ومكوِّناتها

لقد عُرِفَتْ منشآتُ معالجة المخلَّفات العضوية في عدد من دول العالم المختلفة، حيث يوجد اليوم حوالى 20 مليون منشأة صغيرة لتوليد الغاز الحيوي في الصين، وحوالى 200 ألف في الهند، وما لا يزيد عن 10 آلاف في البرازيل 2100 في المانيا.

ويمكن تلخيص المكوِّنات الأساسية للمنشأة بما يلي:

*حوض التخمير (مُفاعِل الغاز الحيوي): ويمثل النواة الأساسية في المنشأة، ويتم تشغيله في أغلب الأحيان تحت درجات حرارة ثابتة، حيث تقوم البكتريا بعملية تجزئة المادة العضوية التي قد تبقى في المخمِّر مدةً تتراوح بين 10 و35 يومًا، وتتم تغذية جهاز التخمير بشكل مستمر أو متقطِّع وغير منتظم.
يمكن بناء هيكل حوض التخمير بشكل أفقي أو عمودي؛ والمواد المستخدمة قد تكون من الصفائح الفولاذية بشكل قابل للفِّ، وأحيانا من البلاستيك .
*حوض (مستودع)تخزين المواد العفنة التي لا تُستثمَر مباشرة.
*حوض الإدخال:يفضَّل أن يكون على اتصال مباشر مع المخمِّر والمزرعة، مثلاً، أو الحظيرة أو حوض تجميع القمامة.
*أجهزة تفتيت (طحن) المواد العضوية وفَرْزِها وتنقيتها من العناصر غير المرغوبة.
* مضخات من أجل تغذية جهاز التخمير وتفريغه.
*أنابيب نقل الغاز، عدَّادات، مكثِّفات، خزانات وأجهزة وقاية وحماية وأمان.
*تجهيزات لاستخلاص المواد الكبريتية، مثل كبريتيد الهيدروجين H2S.
*حوض لتخزين الغاز الناتج.
*محطة لتوليد التيار الكهربائي والحراري الناتجين عن الغاز الحيوي.
*محرك احتراق داخلي لتشغيل المحطة.

ولقد بينت إحدى الدراسات التي أجريت في ألمانيا ،ان محتوى الطاقة في المتر المكعب الواحد من الغاز الحيوي هو 6.5 كيلووات ساعي؛ وهذا ما يعادل 0.6 لتر من الوقود، فإذا كان إنتاج البقرة الواحدة من الروث يعادل حوالى 12 كغ في اليوم؛ فقد تبين أن 100 بقرة تعطي في السنة الواحدة 62050 مترًا مكعبًا من الغاز الحيوي، أي بمعدل 620.5 مترًا مكعبًا لكلِّ بقرة في السنة، وبمعدل 1.7 مترًا مكعبًا في اليوم.
محتوى الطاقة الإجمالي الناتج عن 100 بقرة سنويًّا هو 403325 كيلووات ساعي من الكهرباء، أي ما يعادل 40000 لترًا من الوقود الحراري سنويًّا.
يمكن القول إن ناتج البقرة الواحدة من الطاقة يصل إلى حوالى 10 كيلووات في اليوم، وهذا يعني أن مزرعة مؤلَّفة من سبع بقرات قادرة على إمداد منشأة صغيرة لإنتاج 10 متر مكعب من الغاز الحيوي يوميًّا، أي ما يعادل 65 كيلووات ساعي، تكفي احتياجات أيِّ منزل مجهَّز تجهيزًا جيدًا بكافة اللوازم الكهربائية وتزيد عنها.
ولقد بيَّنت إحدى الدراسات أنه يمكن إنتاج حوالى 500 مترًا مكعبًا من الغاز الحيوي بمعالجة 1000 كغ من الفضلات العضوية الناتجة عن المخرجات اليومية لمدجنة مؤلَّفة من 12000 دجاجة.
كما بينت الدراسة ان تكلفة توليد الكيلووات الساعي الواحد أثناء توليد الحرارة تصل إلى حوالى 0.05 يورو، كما تبلغ تكاليف توليد التيار الكهربائي حوالى 0.1 يورو لكلِّ كيلووات ساعي.

الفوائد البيئية والاقتصادية الناتجة عن توليد الغاز الحيوي

* استعمال الحرارة الناتجة لأغراض التدفئة في المنازل وفي الزراعات المحمية وبعض عمليات التجفيف الصناعي والزراعي، مثل تجفيف الحبوب ومعالجة الفضلات أو هدرجة بعض بقايا الأطعمة. بالإضافة إلى ذلك، فإن جزءًا من الحرارة يتم استخدامه لعملية التخمير اللاهوائي، وذلك للمحافظة على درجة حرارة التخمير المطلوبة.
* توليد التيار الكهربائي وربْطِه إلى الشبكة الكهربائية العامة؛ وبذلك يمكن توليد الكهرباء بالدرجة الأولى في المناطق النائية والمزارع البعيدة.
* السماد الناتج عن عملية التخمير اللاهوائي يُعتبَر سمادًا ذا مواصفات ممتازة وقيمة غذائية عالية للتربة؛ كما يتميز بتركيب متجانس، يسهِّل استهلاك النباتات له، وبخلوِّه بنسبة 80% من الروائح وعدم جاذبيته للحشرات والذباب، ونتيجة لعمليات التخمير اللاهوائية، يتم استهلاك الكربون والأكسجين والهيدروجين من المخلَّفات العضوية الطازجة، وتبقى العناصر الغذائية المهمة للنبات، مثل البوتاسيوم والفوسفور والنتروجين، كما يتم القضاء أيضًا على الديدان الضارة وبذور الحشائش والنباتات الموجودة عادة في السماد غير المعالج.
* إن كمية السماد العضوي الناتجة عن عملية التخمير اللاهوائي تعادل نسبة 90% من كمية الفضلات العضوية الواردة إلى حوض التخمير، وتلعب نوعية السماد دورًا هامًّا في تحسين بنية التربة؛ وينعكس ذلك إيجابًا على مردودية الإنتاج الزراعي والوضع الصحي العام لبرامج تربية المواشي.
*استخدامه كوقود سواء للاستخدامات اليومية في المطابخ للطهي أو الإضاءة أو تشغيل مجموعات توليد كهرباء صغيرة بدلاً من الوقود التقليدي، .
أما من حيث التأثيرات الاجتماعية فتقنية الغاز الحيوي تمهد للاستغناء عن استخدام الاحتطاب والأخشاب في الوقود وبالتالي تزيد فرصة توفير العلف للحيوان وتقليل التصحر الذي ينتج عن قطع الأشجار، وزيادة المادة العضوية للتربة مما يزيد من إنتاجيتها مع التقليل من استخدام السماد الكيماوي وآثاره الضارة للتربة والمياه الجوفية كما يساعد على قتل الميكروبات المرضية الموجودة في المخلفات مما يحسن الصحة العامة.
* إن تقنية إنتاج الغاز الحيوي تتناسب مع الخبرات الفنية والتقنية ومع الموارد المحلِّية المتوفرة في البلدان النامية ومنها بلادنا، ويمكن استخدامها بتكاليف منخفضة ووسائل تكنولوجية بسيطة.
* يمكن تكييف بناء وحدات توليد الغاز الحيوي بحسب احتياجات أيِّ مجتمع (مدينة، بلدة، قرية)، بغضِّ النظر عن درجة تطوره، مما يساهم في إدخال اللامركزية إلى سياسة إدارة المخلَّفات وعدم وجوب نقلها إلى المطامر والمحارق، حيث إن تكلفة التخلص من أطنان القمامة المتزايدة يومًا بعد يوم عالية جدًّا، ناهيك عن أن المطامر والمكبَّات الموجودة لم تعد قادرة على سدِّ الحاجة؛ كما أن إقامة مطامر جديدة ليس هو الحل الصحيح، بالإضافة إلى الأضرار البيئية الناجمة عن إطلاق الغازات السامة (غاز الميثان) إطلاقًا عشوائيًّا إلى الغلاف الجوي .
* إن التخلص الآمن من المخلَّفات الزراعية والمنزلية باستخدام منشآت الغاز الحيوي يساهم مساهمة كبيرة في حماية المياه الجوفية من التلوث، كما يساهم في تحقيق المساندة الذاتية للمَزارع البيئية التي تسير في طريق التوجُّه نحو الزراعات البيئية والحيوية.
* إن إنتاج الطاقة الخضراء ( الغاز الحيوي ) واستخدامها يساهم مساهمة كبيرة في حماية البيئة، وخاصة الغلاف الغازي، من التلوث بالغازات الضارة التي تصدر عن تخمُّر المواد العضوية تخمرًا عشوائيًّا، بالإضافة إلى مساهمته الفعَّالة في تقوية الاقتصاد الزراعي وتأمين فرص عمل، مما له اثر كبير في تخفيض الكثافة السكانية في المدن عن طريق توفير فرص عمل في الأرياف، بالإضافة إلى تحسين الوضع الصحي العام وخلق حالة من الفهم البيئي في البنية التحتية.
واخيراً نقول ان تطويع تقنية الغاز الحيوي بحيث يتم توجيهها نحو استهلاك الفضلات والمخلفات الحيوانية والنباتية تمثل إحدى التقانات الملائمة للتنمية وخاصة التنمية الريفية وتحسين الظروف الصحية والبيئة في المجتمعات الريفية وتعمل على الحد من آثار التلوث البيئي الناتج عن المواد العضوية أيا كان مصدرها من خلال معالجة تلك المخلفات بوحدات خاصة لإنتاج الغاز الحيوي بمعزل عن الهواء مما يؤدي إلى القضاء على معظم الكائنات الممرضة والبذور الضارة الموجودة في المخلفات بفعل بكتريا خاصة ، هذا التوجه كفيل بجعل العالم والمعمورة بأسرها أكثر تقدماً وأكثر نظافة، وكفيل أيضاً بإضفاء لمحة من التفاؤل إلى مستقبل البشرية المعذبة حالياً بثلاثية الجوع والفقر والغلاء العالمي

إن استخدام الطاقة الطبيعية لتوفير التدفئة وتوليد الكهرباء في تزايد سريع كما أن شعبية هذا الاستخدام تزداد بين أرباب المنازل بشكل واسع. لكن ماذا عن بلداننا العربية؟

بعض المزايا والعيوب للطاقة البديلة:

في ما يلي باقة تحوي العديد من المزايا المتعلقة باتخدام الطاقة الطبيعية والمتجددة:

*الشمس، الرياح، المد والجزر ونشاطات الطاقة الجوفية كلها مصادر طاقة متجددة ومجانية أيضاً.

*سوف تدفع مرة واحدة فقط ثمن تركيب الأدوات الخاصة بكل من الطاقة الشمسة أو توربينات الهواء أو أي طاقة أخرى، ولن تدفع مجدداً وبشكل دوري فاتورة استخدامك لتلك الطاقة (إلا في حالات الصيانة)

*لن تهتم بعد الآن بارتفاع أسعار المحروقات العالمية التي تزيد من ثمن الفاتورة الشهرية، كما أنك سوف تستقل تماماً عن جلب الطاقة عبر الوسائل التقليدية مثل الوقود الأحفوري وبكفاءة عالية.

* لن تشعر بالهدر حيال استخدامك للطاقة المتجددة، فبالقدر الذي تحتاج من الطاقة سوف تولدها أنت.

*إن إمدادات النفط، الغاز والفحم وكل المصادر التي نستخرها من المرجح أنها ستزول يوماً ما، لكن إذا قمنا بإنشاء بنية تحتية لتوليد الطاقة من المصادر المتجددة قبل ذاك الوقت فباستطاعتنا الاعتماد على طاقة جديدة لا نهاية لها.

*التراخيص الحكومية مؤمنة في الغالب لبناء مشاريع الطاقة الطبيعية المنزلية ولكن هذا يحسب مكان الإقامة.

وفي ما يلي بعض العيوب:

*ارتفاع تكلفة إنتاجها

*صعوبة تخزين بعضها أو تحويله لطاقة كهربائية

*ضرورة توافر تضاريس أو ظروف مناخية محددة لإنتاجها

*عدم القدرة على توفير الطاقة البديلة فى صورة تمكّنها من توفير الطاقة لآليّات غير ثابتة ( يعنى زى السيارات و الطائرات )

الطاقة المتجددة: مفهومها وأشكالها Tm-b7dallah