طاقة المستقبل: الواقع والخيال. مصادر طاقه بديله. طاقة بديلة
الطاقة البديلة هي الطاقة ، مصدرها يختلف عن تلك التي اعتدنا استخدامها (الفحم ، الغاز ، الوقود النووي ، النفط ، إلخ) ؛ غالبًا ما تستخدم في سياق التوافر المحدود للوقود الأحفوري ووجود مثل هذه الانبعاثات من غازات الاحتباس الحراري الضارة في الغلاف الجوي. الطاقة البديلة هي صناعة جديدة نسبيًا (حيث لم تكن هناك حاجة للبحث عن شيء أقل كفاءة ، ولكن أنظف من الفحم ، على سبيل المثال) لا تجد عددًا كبيرًا من المؤيدين ، لكن الانتقال إليها أمر لا مفر منه. عندما نجد طرقًا لإنتاج كمية كبيرة من الكهرباء (بدلاً من تخزينها) ، واستخدام الهيدروجين وعناصر أخرى ، والطاقة الشمسية أو الطاقة الحرارية النووية الفعالة لتحل محل المصادر المعتادة ، سيتغير العالم بشكل لا يمكن التعرف عليه.
منذ عام 2006 ، تعمل مدينة خفي الصينية على تطوير "شمس اصطناعية" لمحاكاة عملية الاندماج النووي ، التي يولد بواسطتها الطاقة الحالية. للحصول على مصدر بديل وغير محدود للطاقة ، يقوم العلماء بتسخين البلازما لتسجيل درجات الحرارة داخل حجرة خاصة تسمى توكاماك. في نوفمبر ، تمكن الباحثون من تسخين البلازما إلى درجة حرارة 100 مليون درجة مئوية ، وأصبح معروفًا الآن أن "الشمس" الصينية ستكتمل بالكامل في عام 2019.
الطاقة البديلة هي مجموعة من الأساليب الواعدة للحصول على الطاقة ، والتي ليست منتشرة مثل الطرق التقليدية ، ولكنها ذات أهمية بسبب ربحية استخدامها مع انخفاض مخاطر التسبب في ضرر للبيئة.
طاقة بديلة- مجموعة من الأساليب الواعدة للحصول على الطاقة ، والتي ليست منتشرة مثل الطرق التقليدية ، ولكنها ذات فائدة بسبب ربحية استخدامها مع انخفاض مخاطر التسبب في ضرر بالبيئة.
مصدر طاقة بديل- طريقة أو جهاز أو هيكل يسمح لك بالحصول على الطاقة الكهربائية (أو أي نوع آخر من الطاقة المطلوبة) واستبدال مصادر الطاقة التقليدية العاملة على النفط والغاز الطبيعي والفحم المنتجين.
أنواع الطاقة البديلة:الطاقة الشمسية ، طاقة الرياح ، طاقة الكتلة الحيوية ، طاقة الأمواج ، طاقة درجة الحرارة المتدرجة ، تأثير ذاكرة الشكل ، طاقة المد والجزر ، الطاقة الحرارية الأرضية.
طاقة شمسية- تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء بالطرق الكهروضوئية والديناميكية الحرارية. بالنسبة للطريقة الكهروضوئية ، تُستخدم المحولات الكهروضوئية (PECs) مع التحويل المباشر لطاقة الكميات الضوئية (الفوتونات) إلى كهرباء.
تحتوي التركيبات الديناميكية الحرارية ، التي تحول طاقة الشمس أولاً إلى حرارة ، ثم إلى طاقة ميكانيكية ثم إلى طاقة كهربائية ، على "غلاية شمسية" وتوربين ومولد. ومع ذلك ، فإن الإشعاع الشمسي الساقط على الأرض له عدد من السمات المميزة: كثافة تدفق الطاقة المنخفضة ، الدورية اليومية والموسمية ، والاعتماد على الظروف الجوية. لذلك ، يمكن أن تؤدي التغييرات في الظروف الحرارية إلى فرض قيود خطيرة على تشغيل النظام. يجب أن يحتوي هذا النظام على جهاز تخزين لاستبعاد التقلبات العشوائية في أوضاع التشغيل أو لضمان التغيير الضروري في إنتاج الطاقة بمرور الوقت. عند تصميم محطات الطاقة الشمسية ، من الضروري إجراء تقييم صحيح لعوامل الأرصاد الجوية.
الطاقة الحرارية الأرضية- طريقة لتوليد الكهرباء عن طريق تحويل الحرارة الداخلية للأرض (طاقة مصادر المياه البخارية الساخنة) إلى طاقة كهربائية.
تعتمد طريقة توليد الكهرباء هذه على حقيقة أن درجة حرارة الصخور تزداد مع العمق ، وعند مستوى 2-3 كيلومترات من سطح الأرض ، تتجاوز 100 درجة مئوية. هناك عدة مخططات لتوليد الكهرباء في محطة لتوليد الطاقة الحرارية الأرضية.
المخطط المباشر: يتم إرسال البخار الطبيعي عبر الأنابيب إلى التوربينات المتصلة بالمولدات الكهربائية. مخطط غير مباشر: يتم تنظيف البخار مبدئيًا (قبل دخول التوربينات) من الغازات التي تسبب تدمير الأنابيب. المخطط المختلط: يدخل البخار الخام إلى التوربينات ، ثم يتم إزالة الغازات غير المذابة فيه من الماء المتكون نتيجة التكثيف.
يتم تحديد تكلفة "الوقود" لمحطة الطاقة هذه من خلال تكلفة إنتاج الآبار ونظام تجميع البخار وهي منخفضة نسبيًا. في الوقت نفسه ، تكلفة محطة الطاقة نفسها ليست عالية ، حيث لا يوجد بها فرن ومصنع غلاية ومدخنة.
تشمل عيوب التركيبات الكهربائية الحرارية الأرضية إمكانية الهبوط المحلي للتربة وإيقاظ النشاط الزلزالي. وقد تحتوي الغازات المتسربة من الأرض على مواد سامة. بالإضافة إلى ذلك ، هناك حاجة لظروف جيولوجية معينة لبناء محطة لتوليد الطاقة الحرارية الأرضية.
قوة الرياحهو فرع من فروع الطاقة متخصص في استخدام طاقة الرياح (الطاقة الحركية للكتل الهوائية في الغلاف الجوي).
مزرعة الرياح هي منشأة تقوم بتحويل الطاقة الحركية للرياح إلى طاقة كهربائية. وتتكون من توربينات الرياح ، ومولد للتيار الكهربائي ، وجهاز آلي للتحكم في تشغيل توربينات الرياح ومولد كهربائي ، ومنشآت لتركيبها وصيانتها.
للحصول على طاقة الرياح ، يتم استخدام تصميمات مختلفة: "الإقحوانات" متعددة الشفرات ؛ مراوح مثل مراوح الطائرات ؛ دوارات عمودية ، إلخ.
تعتبر مزارع الرياح رخيصة جدًا في التصنيع ، ولكن قدرتها صغيرة وتشغيلها يعتمد على الطقس. بالإضافة إلى ذلك ، فهي صاخبة جدًا ، لذا يجب إيقاف تشغيل مزارع الرياح الكبيرة في الليل. بالإضافة إلى ذلك ، تتداخل مزارع الرياح مع الحركة الجوية وحتى موجات الراديو. يتسبب استخدام محطات طاقة الرياح في إضعاف محلي لقوة تدفق الهواء ، مما يتعارض مع تهوية المناطق الصناعية بل ويؤثر على المناخ. أخيرًا ، يتطلب استخدام مزارع الرياح مساحات شاسعة ، أكثر بكثير من الأنواع الأخرى من مولدات الطاقة.
طاقة الأمواج- طريقة للحصول على الطاقة الكهربائية عن طريق تحويل الطاقة الكامنة للأمواج إلى طاقة حركية للنبضات وتشكيل نبضات إلى قوة أحادية الاتجاه تدور عمود مولد كهربائي.
بالمقارنة مع طاقة الرياح والطاقة الشمسية ، تتمتع طاقة الأمواج بكثافة طاقة أعلى بكثير. لذا ، فإن متوسط قوة البحار والمحيطات ، كقاعدة عامة ، يتجاوز 15 كيلو واط / م. مع ارتفاع الموجة 2 م ، تصل الطاقة إلى 80 kW / m. أي عند تطوير سطح المحيطات ، لا يمكن أن يكون هناك نقص في الطاقة. يمكن استخدام جزء فقط من طاقة الأمواج في الطاقة الميكانيكية والكهربائية ، ولكن بالنسبة للمياه ، يكون معامل التحويل أعلى منه بالنسبة للهواء - حتى 85 بالمائة.
طاقة المد والجزر ، مثل الأنواع الأخرى من الطاقة البديلة ، هي مصدر للطاقة المتجددة.
تستخدم محطات الطاقة من هذا النوع طاقة المد والجزر لتوليد الكهرباء. لبناء أبسط محطة لتوليد الطاقة من المد والجزر (TES) ، هناك حاجة إلى بركة - خليج مسدود بواسطة سد أو مصب نهر. يحتوي السد على قنوات وتوربينات هيدروليكية تقوم بتدوير المولد.
عند ارتفاع المد ، يدخل الماء إلى المسبح. عندما يتساوى منسوب المياه في الحوض والبحر ، تُغلق المجاري. مع بداية انخفاض المد ، ينخفض مستوى المياه في البحر ، وعندما يصبح الضغط كافياً ، تبدأ التوربينات والمولدات الكهربائية المتصلة به في العمل ، ويغادر الماء من البركة تدريجياً.
يعتبر من المجدي اقتصاديًا بناء محطات طاقة المد والجزر في المناطق التي يقل فيها مستوى المد والجزر عن 4 أمتار. وتعتمد القدرة التصميمية لمحطة طاقة المد والجزر على طبيعة المد في منطقة إنشاء المحطة ، على حجم ومساحة حوض المد والجزر وعدد التوربينات المركبة في جسم السد.
عيب محطات توليد الطاقة من المد والجزر أنها تُبنى فقط على شواطئ البحار والمحيطات ؛ علاوة على ذلك ، فهي لا تطور طاقة عالية جدًا ، ولا يوجد مد وجزر إلا مرتين في اليوم. وحتى هم ليسوا صديقين للبيئة. إنها تعطل التبادل الطبيعي للملح والمياه العذبة وبالتالي تعطل الظروف المعيشية للحياة البحرية. كما أنها تؤثر على المناخ ، لأنها تغير إمكانات الطاقة لمياه البحر وسرعتها ومنطقة حركتها.
طاقة درجة حرارة متدرجة... تعتمد طريقة إنتاج الطاقة هذه على الاختلافات في درجات الحرارة. انها ليست منتشرة جدا. بمساعدتها ، من الممكن توليد كمية كبيرة إلى حد ما من الطاقة بتكلفة معتدلة لإنتاج الكهرباء.
تقع معظم محطات الطاقة ذات درجات الحرارة المتدرجة على شاطئ البحر وتستخدم مياه البحر للعمل. تمتص محيطات العالم ما يقرب من 70٪ من الطاقة الشمسية التي تسقط على الأرض. يُعد اختلاف درجات الحرارة بين المياه الباردة على عمق عدة مئات من الأمتار والمياه الدافئة على سطح المحيط مصدرًا ضخمًا للطاقة ، يقدر بنحو 20-40 ألف تيراواط ، منها 4 تيراواط فقط يمكن استخدامها عمليًا.
في الوقت نفسه ، تساهم محطات الطاقة الحرارية البحرية ، المبنية على الاختلاف في درجات حرارة مياه البحر ، في إطلاق كمية كبيرة من ثاني أكسيد الكربون ، وتسخين وخفض ضغط المياه العميقة وتبريد المياه السطحية. وهذه العمليات لا يمكن إلا أن تؤثر على المناخ والنباتات والحيوانات في المنطقة.
طاقة الكتلة الحيوية... عندما تتحلل الكتلة الحيوية (السماد الطبيعي ، والكائنات الميتة ، والنباتات) ، يتم إطلاق الغاز الحيوي الذي يحتوي على نسبة عالية من الميثان ، والذي يستخدم للتدفئة ، وتوليد الطاقة ، وما إلى ذلك.
هناك شركات (خنازير وحظائر أبقار ، إلخ) تزود نفسها بالكهرباء والتدفئة نظرًا لوجود العديد من "الأواني" الكبيرة ، حيث يتم التخلص من كميات كبيرة من روث الحيوانات. في هذه الخزانات محكمة الغلق ، يتحلل الروث والغازات المنبعثة لتلبية احتياجات المزرعة.
ميزة أخرى لهذا النوع من الطاقة هي أنه نتيجة لاستخدام السماد الرطب لإنتاج الطاقة ، تبقى بقايا جافة من السماد ، وهو سماد ممتاز للحقول.
أيضًا ، يمكن استخدام الطحالب سريعة النمو وبعض أنواع النفايات العضوية (سيقان الذرة والقصب وما إلى ذلك) كوقود حيوي.
يعد تأثير ذاكرة الشكل ظاهرة فيزيائية اكتشفها لأول مرة العالمان السوفييت كورديوموف وخوندروس في عام 1949.
لوحظ تأثير ذاكرة الشكل في السبائك الخاصة ويتكون من حقيقة أن أجزاء منها تستعيد شكلها الأولي بعد تشوهها تحت تأثير حراري. عند استعادة الشكل الأصلي ، يمكن تنفيذ عمل يفوق بكثير ما تم إنفاقه على التشوه في الحالة الباردة. وهكذا ، تولد السبائك قدرًا كبيرًا من الحرارة (الطاقة) عند استعادتها إلى شكلها الأصلي.
تشمل مصادر الطاقة غير التقليدية طاقة الشمس والرياح وكذلك تلك التي تنتجها جهود العضلات البشرية. اكتشف التفاصيل أدناه.
مصادر الطاقة البديلة هي مجموعة متنوعة من الطرق الواعدة للحصول على الكهرباء المستلمة ونقلها. علاوة على ذلك ، فإن مصادر الطاقة هذه متجددة ولا تسبب ضررًا كبيرًا للبيئة. تشمل مصادر الطاقة هذه الألواح الشمسية ومحطات الطاقة الشمسية.
وهي بدورها مقسمة إلى 3 أنواع من إنتاج الطاقة بمساعدة:
- ضوئية.
- الألواح الشمسية
- خيارات مجتمعة.
من الشائع استخدام أنظمة المرايا التي تسخن المياه إلى درجات حرارة عالية ، مما ينتج عنه بخار ، والذي يمر عبر نظام الأنابيب ، ويحول التوربينات. تولد طواحين الهواء ومزارع الرياح تيارًا من طاقة الرياح ، والتي تدير ريشًا خاصة متصلة بالمولدات.
الاستخدام الشائع لطاقة الأمواج وكذلك المد والجزر.
أظهرت التجارب أن محطات الطاقة هذه قادرة على توليد حوالي 15 كيلوواط ، وهو ما يتفوق بشكل كبير في الطاقة على محطات الطاقة الشمسية وطاقة الرياح.
من الينابيع الحرارية الأرضية ، يستخدم الماء الساخن على نطاق واسع لتوليد الكهرباء. من المثير للاهتمام استخدام الطاقة الحركية في بعض الغرف ، على سبيل المثال ، في الصالات الرياضية ، حيث يتم توصيل الأجزاء المتحركة من أجهزة المحاكاة بواسطة قضبان بالمولدات ، والتي تولد الكهرباء نتيجة لحركة الأشخاص.
مصادر الطاقة غير التقليدية: طرق الحصول عليها
المصادر غير التقليدية لإمدادات الطاقة هي ، أولاً وقبل كل شيء ، الحصول على الكهرباء باستخدام الرياح ، وضوء الشمس ، وطاقة موجات المد والجزر ، وكذلك استخدام المياه الحرارية الجوفية. ولكن إلى جانب ذلك ، هناك طرق أخرى لاستخدام الكتلة الحيوية وطرق أخرى.
يسمى:
- الحصول على الكهرباء من الكتلة الحيوية.تتضمن هذه التقنية إنتاج الغاز الحيوي من النفايات ، والذي يتكون من الميثان وثاني أكسيد الكربون. تقوم بعض التركيبات التجريبية (المرطب من مايكل) بمعالجة السماد ، القش ، مما يجعل من الممكن الحصول على 10-12 م 3 من الميثان من 1 طن من المواد.
- الحصول على الكهرباء بطريقة حرارية.تحويل الطاقة الحرارية إلى كهرباء عن طريق تسخين بعض أشباه الموصلات المترابطة المكونة من عناصر حرارية وتبريد أخرى. نتيجة لاختلاف درجات الحرارة ، ينتج تيار كهربائي.
- خلية الهيدروجين.هذا جهاز يسمح بالحصول على كمية كبيرة بما فيه الكفاية من خليط الهيدروجين والأكسجين من الماء العادي عن طريق التحليل الكهربائي. في الوقت نفسه ، تكلفة إنتاج الهيدروجين ضئيلة. لكن مثل هذا الإنتاج للكهرباء لا يزال في مرحلة التجارب فقط.
نوع آخر من توليد الكهرباء هو جهاز خاص يسمى محرك ستيرلينغ. يوجد غاز أو سائل داخل اسطوانة خاصة بها مكبس. مع التسخين الخارجي ، يزداد حجم السائل أو الغاز ، ويتحرك المكبس ويجبر المولد على العمل بدوره. علاوة على ذلك ، يتم تبريد الغاز أو السائل ، الذي يمر عبر نظام الأنابيب ، ويدفع المكبس للخلف. هذا وصف بدائي إلى حد ما ، لكنه يعطي فكرة عن كيفية عمل هذا المحرك.
خيارات الطاقة البديلة
في العالم الحديث ، بسبب بعض القيود على الموارد الطبيعية للحرارة والكهرباء ، يستخدم بعض الناس مصادر طاقة بديلة. أحد الاتجاهات الرئيسية للطاقة البديلة هو البحث عن الأنواع والمصادر غير التقليدية واستخدامها.
مصادر الكهرباء:
- قابلة للتجديد.
- يمكنهم استبدال التقليدية بنجاح ؛
- التحسين والتطوير والبحث باستمرار.
يسمح تجهيز عناصر كهرضغطية عالية الطاقة للأبواب الدوارة في المترو وفي محطات السكك الحديدية ، عند الدوس على لوحات خاصة ، بتوليد الكهرباء من ضغط الوزن البشري. تم تثبيت مثل هذه المنشآت العاملة كتجربة في بعض المدن في الصين واليابان.
الطاقة الخضراء - إنتاج الغاز الحيوي ، والذي يمكن استخدامه لاحقًا لتدفئة المنازل من الأعشاب البحرية. لقد ثبت أنه يمكن الحصول على ما يصل إلى 150.000 م 3 من الغاز من هكتار واحد من سطح الماء الذي تشغله الطحالب الخضراء. باستخدام طاقة البراكين الخاملة ، يتم ضخ الماء في البركان ، تحت تأثير الحرارة ودرجات الحرارة المرتفعة ، يتحول إلى بخار يتدفق عبر أنابيب خاصة إلى التوربين ويحوله. حاليًا ، لا يوجد سوى 2 من هذه المنشآت التجريبية في العالم. يؤدي استخدام مياه الصرف بمساعدة الخلايا الخاصة ، التي تحتوي على بكتيريا خاصة تعمل على أكسدة المواد العضوية ، إلى إنتاج الإلكترونات ، ونتيجة لذلك ، الكهرباء أثناء العمليات الكيميائية.
مصادر الطاقة المنزلية: خيارات
فيما يتعلق بارتفاع أسعار الطاقة ، بدأ الكثير من الناس في التفكير ليس فقط في توفير الطاقة ، ولكن أيضًا في مصادر الطاقة الإضافية. يفضل بعض الأشخاص القيام بذلك بأنفسهم ، ويفضل البعض نوعًا من الحلول الجاهزة التي قد تنطبق عليها خيارات معينة.
يسمى:
- تركيب الألواح الشمسية على الزجاج ذات الشفافية العالية بحيث يمكن وضعها حتى في المباني متعددة الطوابق. لكن في الوقت نفسه ، لا تتجاوز كفاءتها حتى في الطقس المشمس الصافي 10٪.
- لإضاءة بعض مناطق الغرفة ، يتم استخدام مصابيح LED ومصابيح LED في البطاريات الصغيرة المتصلة بلوحة شمسية. يكفي شحن البطارية نهاراً حتى تضيء البطارية في المساء.
- تركيب الألواح الشمسية التقليدية التي تسمح لك بشحن البطاريات ومن خلال العاكس ، تشغيل الأجهزة المنزلية والمصابيح جزئيًا. من الممكن أيضًا توليد الماء الساخن خلال الأشهر الأكثر دفئًا عن طريق تركيب مضخة تفريغ ومجمع حرارة على السطح.
لسوء الحظ ، يتمتع السكان الذين يعيشون في المناطق الحضرية بخيار محدود من مصادر الطاقة الإضافية ، على عكس أولئك الذين يعيشون في منازل ريفية. في منزل خاص ، هناك الكثير من الفرص لإنشاء مصدر طاقة مستقل. وأيضًا قم بعمل أنظمة تدفئة مستقلة ذاتية لمنزل ريفي أو في الريف.
تدفئة منزل خاص: مصادر طاقة بديلة
تعد طاقة الرياح من أكثر الطرق شيوعًا لتوليد الكهرباء. يكفي وضع سارية عالية ذات شفرات متحركة متصلة بمولد بالقرب من منزل ريفي لتلقي التيار الكهربائي وشحن البطاريات.
للحصول على الحرارة ، يمكنك استخدام المضخات الحرارية ، عند استخدامها ، يمكنك أخذ الحرارة من أي مكان تقريبًا:
- هواء؛
- ماء؛
- الارض.
مبدأ عملها هو نفسه كما هو الحال في الثلاجة ، فقط عندما يتم ضخ الهواء أو الماء من خلال مضخة ، يتم الحصول على الحرارة. التصاميم محلية الصنع ليست بأي حال من الأحوال أدنى من التصميمات الصناعية. في المنزل ، يمكنك إنشاء مثل هذه الهياكل بنفسك ، يكفي العثور على رسومات وإنشاء توربينات رياح للحصول على كهرباء رخيصة من فراغ حرفيًا. هناك أنواع وإمكانيات أخرى للحصول على الكهرباء والتدفئة لمنزل خاص.
من الفعال استخدام مولد عادي ، لا سيما في المناطق الشمالية من روسيا ، نظرًا لعدم وجود ضوء الشمس ، فإن الألواح ببساطة غير مجدية.
الأمر نفسه ينطبق على المسخنات الحرارية ، المصممة لتسخين الماء. من الأسهل إلى حد ما استخدام غلاية الوقود الحيوي لتوليد الحرارة ؛ تستخدم نشارة الخشب المضغوطة والكريات ، بما في ذلك تلك المصنوعة من القش والجفت ، كمواد للفرن. لكن غلايات الوقود الحيوي هذه أغلى إلى حد ما من تلك التي تعمل بالغاز.
التيار والحرارة DIY: طاقة بديلة للمنزل
لطالما كانت الكهرباء المجانية لشقة أو منزل خاص موضع اهتمام الناس ، منذ أن تزايدت رسوم التدفئة والكهرباء في السنوات الأخيرة فقط. ومن أجل توفير المال ، يحاول العديد من الأشخاص إيجاد خيارات للحصول على التدفئة والطاقة مجانًا. للقيام بذلك ، يصنعون أنظمة مختلفة ، بما في ذلك محاولة اختراع مصدر أبدي ، والتوصل إلى طرق غير عادية وجديدة للحصول على التيار والحرارة.
الطاقة الحرة النسبية (تجميع الألواح الشمسية DIY):
- يمكنك شراء أجزاء الألواح الشمسية في الصين ؛
- اجمع كل شيء بنفسك ؛
- كقاعدة عامة ، يتم تضمين مخطط التجميع مع كل مجموعة.
- كل هذا يسمح لك بتجميع لوحة ودائرة إمداد الطاقة بشكل مستقل ، على وجه الخصوص شقة أو منزل خاص.
يتم الحصول على الطاقة الخالية من الوقود من الموجات الكهرومغناطيسية - يمكن تحويل أي اهتزازات إلى كهرباء. صحيح أن كفاءة هذه الدوائر منخفضة جدًا ، ولكن مع ذلك ، بمساعدة الأجهزة المصنوعة خصيصًا ، يمكنك شحن الهواتف والأجهزة المنزلية الصغيرة الأخرى.
ومع ذلك ، سيستغرق الشحن وقتًا طويلاً.
للحصول على الحرارة ، يستخدم بعض الحرفيين الميثان ، والذي يتم الحصول عليه بدوره من روث الحيوانات والنفايات الأخرى. يعد النظام المصمم بشكل صحيح خيارًا جيدًا لتوليد الحرارة وتدفئة منزلك وللطهي.
الشمس والرياح كأشكال بديلة للطاقة
يعتبر البديل للحصول على كل من الحرارة والكهرباء مناسبًا لكثير من الناس ، فالطاقة الشمسية الصغيرة هي استخدام الخلايا الشمسية القائمة على السيليكون ، وتعتمد كمية الطاقة المستلمة على عدد البطاريات أو خط عرض المنزل أو المباني الأخرى.
تقنية مثيرة للاهتمام لتوليد الطاقة باستخدام المولدات ، يكفي توصيل جهاز التحكم بالشحن بالمولد ، وتوصيل الدائرة بأكملها بالبطاريات ، حتى تتمكن من الحصول على كمية كافية من الطاقة.
إن استخدام المحولات الكهروحرارية الخاصة للطاقة الحرارية في الكهرباء ، بمعنى آخر ، استخدام المزدوج الحراري لأشباه الموصلات ، أمر فعلي. يسخن جزء من البخار ، والثاني يبرد ، ونتيجة لذلك يتم توليد الكهرباء المجانية ، والتي يمكن استخدامها في الحياة اليومية. يمكن استخدامه لتوليد الطاقة للأطفال ، ويكفي توصيل أرجوحة بدينامو في الملعب للحصول على نسبة صغيرة من الكهرباء ، والتي يمكن استخدامها لإضاءة الملعب.
كهرباء DIY مجانية (فيديو)
مولد التيار المتردد ، أو ببساطة ، مولد إمداد الطاقة هو الطريقة الأكثر شيوعًا للحصول على الطاقة الكهربائية. لكن على الرغم من ذلك ، هناك العديد من الفرص لتوليد الكهرباء باستخدام مصادر بديلة حول العالم.
في السنوات الأخيرة ، أصبحت الطاقة البديلة موضوع اهتمام مكثف ومناقشات محتدمة. مهددًا بتغير المناخ وحقيقة أن متوسط درجات الحرارة العالمية يستمر في الارتفاع كل عام ، نما بشكل طبيعي السعي لإيجاد أشكال من الطاقة من شأنها أن تقلل الاعتماد على الوقود الأحفوري والفحم والعمليات الملوثة الأخرى.
في حين أن معظم المفاهيم ليست جديدة ، إلا أنه خلال العقود القليلة الماضية فقط أصبحت هذه القضية ذات صلة. مع التقدم في التكنولوجيا والتصنيع ، انخفضت تكلفة معظم أشكال الطاقة البديلة بينما زادت الكفاءة. ما هي الطاقة البديلة إذا تحدثنا بكلمات بسيطة ومفهومة ، وما هو احتمال أن تصبح الطاقة الرئيسية؟
من الواضح أن بعض الجدل لا يزال قائما حول معنى "الطاقة البديلة" وماذا يمكن تطبيق العبارة. من ناحية أخرى ، يمكن أن يُعزى هذا المصطلح إلى أشكال الطاقة التي لا تؤدي إلى زيادة البصمة الكربونية للبشرية. لذلك ، يمكن أن تشمل المنشآت النووية ، ومحطات الطاقة الكهرومائية ، وحتى الغاز الطبيعي و "الفحم النظيف".
من ناحية أخرى ، يستخدم المصطلح أيضًا للإشارة إلى ما يعتبر حاليًا طرق طاقة غير تقليدية - الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة الحرارية الأرضية والكتلة الحيوية والإضافات الحديثة الأخرى. يستثني هذا التصنيف طرق إنتاج الطاقة مثل محطات الطاقة الكهرومائية ، التي كانت موجودة منذ أكثر من مائة عام وهي شائعة جدًا في بعض مناطق العالم.
عامل آخر هو أن مصادر الطاقة البديلة يجب أن تكون "نظيفة" ولا تنتج ملوثات ضارة. كما لوحظ ، يشير هذا غالبًا إلى ثاني أكسيد الكربون ، ولكن يمكن أن ينطبق أيضًا على انبعاثات أخرى - أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت وأكسيد النيتريك وغيرها. وفقًا لهذه المعايير ، لا تعتبر الطاقة النووية مصدرًا بديلاً للطاقة ، حيث إنها تنتج نفايات مشعة شديدة السمية ويجب تخزينها بشكل مناسب.
ومع ذلك ، في جميع الحالات ، يستخدم المصطلح للإشارة إلى أنواع الطاقة التي ستحل محل الوقود الأحفوري والفحم باعتباره الشكل السائد لإنتاج الطاقة في العقد المقبل.
أنواع مصادر الطاقة البديلة
بالمعنى الدقيق للكلمة ، هناك العديد من أنواع الطاقة البديلة. مرة أخرى ، توقفت التعريفات هنا ، لأنه في الماضي ، كان يُطلق على "الطاقة البديلة" أساليب ، لم يكن استخدامها أساسيًا أو معقولًا. ولكن إذا أخذت التعريف بمعناه الواسع ، فسوف يشمل بعض أو كل هذه النقاط:
الطاقة الكهرومائية. هذه هي الطاقة التي تولدها السدود الكهرومائية عند سقوط المياه وتدفقها (في الأنهار والقنوات والشلالات) التي تمر عبر جهاز يدير التوربينات ويولد الكهرباء.
الطاقة النووية. الطاقة التي يتم إنتاجها أثناء تفاعلات الانشطار المتأخرة. تعمل قضبان اليورانيوم أو العناصر المشعة الأخرى على تسخين الماء وتحويله إلى بخار ، ويقوم البخار بتحويل التوربينات لتوليد الكهرباء.
الطاقة التي يتم تلقيها مباشرة من الشمس ؛ (تتكون عادة من رقاقات سيليكون مرتبة في مصفوفات كبيرة) تحول أشعة الشمس مباشرة إلى طاقة كهربائية. في بعض الحالات ، يتم استخدام الحرارة الناتجة عن ضوء الشمس أيضًا لتوليد الكهرباء ، وهذا ما يعرف بالطاقة الحرارية الشمسية.
طاقة الرياح. الطاقة المتولدة من تدفق الهواء ؛ تعمل توربينات الرياح العملاقة بواسطة الرياح وتوليد الكهرباء.
الطاقة الحرارية الأرضية. يتم توليد هذه الطاقة من الحرارة والبخار الناتج عن النشاط الجيولوجي في القشرة الأرضية. في معظم الحالات ، يتم وضع الأنابيب في الأرض فوق المناطق النشطة جيولوجيًا ، وتمرير البخار عبر التوربينات ، وبالتالي توليد الكهرباء.
طاقة المد والجزر. يمكن أيضًا استخدام تيارات المد والجزر على طول الخطوط الساحلية لتوليد الكهرباء. يؤدي التغيير اليومي في المد والجزر إلى تدفق المياه ذهابًا وإيابًا عبر التوربينات. يتم توليد الكهرباء وتحويلها إلى محطات الطاقة البرية.
الكتلة الحيوية.ينطبق هذا على الوقود الذي يتم الحصول عليه من النباتات والمصادر البيولوجية - الإيثانول والجلوكوز والطحالب والفطريات والبكتيريا. يمكنهم استبدال البنزين كمصدر للوقود.
هيدروجين.الطاقة المشتقة من العمليات التي تنطوي على غاز الهيدروجين. وتشمل هذه المحولات الحفازة ، التي تتفكك فيها جزيئات الماء وتتجمع أثناء التحليل الكهربائي ؛ خلايا وقود الهيدروجين ، حيث يستخدم الغاز لتشغيل محرك احتراق داخلي أو لتدوير التوربينات الساخنة ؛ أو الاندماج النووي ، حيث تندمج ذرات الهيدروجين في ظل ظروف خاضعة للرقابة ، وتطلق كمية لا تصدق من الطاقة.
مصادر الطاقة البديلة والمتجددة
في كثير من الحالات ، تكون مصادر الطاقة البديلة متجددة أيضًا. ومع ذلك ، فإن هذه المصطلحات ليست قابلة للتبادل تمامًا لأن العديد من أشكال مصادر الطاقة البديلة تعتمد على مورد محدود. على سبيل المثال ، تعتمد الطاقة النووية على اليورانيوم أو العناصر الثقيلة الأخرى التي يجب تعدينها أولاً.
في الوقت نفسه ، تعتمد طاقة الرياح والطاقة الشمسية والمد والجزر والطاقة الحرارية الأرضية والطاقة الكهرومائية على مصادر متجددة بالكامل. أشعة الشمس هي المصدر الأكثر وفرة للطاقة على الإطلاق ، وعلى الرغم من محدودية الطقس والوقت من اليوم ، إلا أنها لا تنضب من وجهة نظر صناعية. الرياح أيضًا لا تذهب إلى أي مكان ، وذلك بفضل التغيرات في الضغط في غلافنا الجوي ودوران الأرض.
تطوير
حاليًا ، لا تزال الطاقة البديلة تشهد شبابها. لكن هذه الصورة تتغير بسرعة تحت تأثير عمليات الضغط السياسي والكوارث البيئية العالمية (الجفاف والمجاعات والفيضانات) والتحسينات في تقنيات الطاقة المتجددة.
على سبيل المثال ، اعتبارًا من عام 2015 ، لا تزال احتياجات العالم من الطاقة تُلبى أساسًا بالفحم (41.3٪) والغاز الطبيعي (21.7٪). استحوذت محطات الطاقة الكهرومائية والطاقة النووية على 16.3٪ و 10.6٪ على التوالي ، بينما شكلت "مصادر الطاقة المتجددة" (الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والكتلة الحيوية وما إلى ذلك) - 5.7٪ فقط.
لقد تغير هذا كثيرًا منذ عام 2013 ، عندما بلغ الاستهلاك العالمي للنفط والفحم والغاز الطبيعي 31.1٪ و 28.9٪ و 21.4٪ على التوالي. شكلت الطاقة النووية والكهرمائية 4.8٪ و 2.45٪ ، بينما شكلت مصادر الطاقة المتجددة 1.2٪ فقط.
بالإضافة إلى ذلك ، كانت هناك زيادة في عدد الاتفاقيات الدولية للحد من استخدام الوقود الأحفوري وتطوير مصادر الطاقة البديلة. على سبيل المثال ، التوجيه بشأن الطاقة المتجددة ، الذي وقع عليه الاتحاد الأوروبي في عام 2009 ، والذي حدد أهدافًا لاستخدام الطاقة المتجددة لجميع الدول الأعضاء بحلول عام 2020.
في جوهرها ، تعني هذه الاتفاقية ضمناً أن الاتحاد الأوروبي سوف يلبي ما لا يقل عن 20٪ من إجمالي احتياجاته من الطاقة باستخدام الطاقة المتجددة بحلول عام 2020 وما لا يقل عن 10٪ من وقود النقل. في نوفمبر 2016 ، راجعت المفوضية الأوروبية هذه الأهداف ووضعت بالفعل 27٪ من الحد الأدنى لاستهلاك الطاقة المتجددة بحلول عام 2030.
أصبحت بعض الدول رائدة في تطوير الطاقة البديلة. على سبيل المثال ، توفر طاقة الرياح في الدنمارك ما يصل إلى 140٪ من احتياجات الدولة من الكهرباء ؛ يتم شحن الفائض إلى الدول المجاورة ، ألمانيا والسويد.
أيسلندا ، بفضل موقعها في شمال المحيط الأطلسي وبراكينها النشطة ، وصلت إلى اعتماد 100٪ على مصادر الطاقة المتجددة بالفعل في عام 2012 من خلال مزيج من الطاقة المائية والطاقة الحرارية الأرضية. في عام 2016 ، تبنت ألمانيا سياسة للتخلص التدريجي من اعتمادها على النفط والطاقة النووية.
تعد الآفاق طويلة المدى للطاقة البديلة إيجابية للغاية. وفقًا لتقرير عام 2014 من وكالة الطاقة الدولية (IEA) ، ستشكل الطاقة الشمسية الكهروضوئية والطاقة الحرارية الشمسية 27٪ من الطلب العالمي بحلول عام 2050 ، مما يجعلها أكبر مصدر للطاقة. ربما بفضل التقدم في الاندماج ، سيكون الوقود الأحفوري قد عفا عليه الزمن بشكل ميؤوس منه بحلول عام 2050.
عندما يتحدث الناس عن الطاقة البديلة ، فإنهم يقصدون عادةً منشآت لإنتاج الكهرباء من مصادر متجددة - ضوء الشمس والرياح. في هذه الحالة ، تستثني الإحصائيات المحطات التي تستخدم قوة المد البحري والمحيط ، وكذلك محطات الطاقة الحرارية الأرضية. على الرغم من أن مصادر الطاقة هذه متجددة أيضًا. ومع ذلك ، فهي تقليدية وقد تم استخدامها على نطاق صناعي لسنوات عديدة.
فكرة تسخير طاقة الرياح والطاقة الشمسية لتوليد الكهرباء جذابة للغاية. بعد كل شيء ، هذا سوف يلغي استخدام الوقود. حتى المشهد المعتاد يجب أن يتغير. ستختفي أنابيب محطات الطاقة الحرارية والتوابيت النووية. لن تعتمد العديد من البلدان بشكل دائم على مشتريات الوقود الأحفوري. بعد كل شيء ، الشمس والرياح في كل مكان على الأرض.
ولكن هل ستحل هذه الطاقة محل الطاقة التقليدية؟ يعتقد المتفائلون أن هذا سيحدث. المتشائمون لديهم وجهة نظر مختلفة عن المشكلة.
تظهر الإحصاءات في جميع أنحاء العالم ذلك يتراجع نمو الاستثمارات في الطاقة البديلة منذ عام 2012... حتى أن هناك انخفاض في الأرقام المطلقة. كان الانخفاض على نطاق عالمي يرجع بشكل رئيسي إلى الولايات المتحدة الأمريكية ودول أوروبا الغربية. لا يمكن حتى تعويضه من خلال نمو الاستثمارات اليابانية والصينية.
ربما تكون الإحصائيات مشوهة إلى حد ما ، لأنه من الناحية العملية ، لا يمكن حساب المنتجين النقطيين للطاقة البديلة - الألواح الشمسية الفردية على أسطح المباني السكنية ، وتركيبات الرياح التي تخدم المزارع الفردية. ووفقًا للخبراء ، فإنهم يمثلون حوالي ثلث إجمالي الطاقة البديلة.
تعتبر ألمانيا بحق رائدة في إنتاج الكهرباء من المصادر المتجددة.من نواح كثيرة ، يعد قطاع الطاقة الخاص بها نوعًا من أرض الاختبار لتطوير نماذج واعدة. القدرة المركبة لتوليد الطاقة الشمسية وطاقة الرياح 80 جيجاواط. 40 في المائة من القدرة ملك للأفراد ، حوالي 10 - للمزارعين. ونصف فقط - للشركات والدولة.
يمتلك كل مواطن ألماني ثاني عشر تقريبًا محطة طاقة بديلة. تقريبا نفس الأرقام تميز إيطاليا وإسبانيا. محطات الطاقة الشمسية متصلة بشبكة مشتركة ، لذلك ينتج أصحابها الكهرباء ويستهلكونها في نفس الوقت.
في السنوات السابقة ، كان بإمكان المستهلكين الحصول على طاقة بديلة فقط في الطقس المشمس ، ولكن في الوقت الحالي ، يتوسع استخدام المجمعات بأكملها بنشاط ، حيث تُستكمل البطاريات الشمسية بالبطاريات - الرصاص التقليدي أو الليثيوم الحديث. وبالتالي ، يصبح من الممكن تجميع الطاقة الزائدة لاستخدامها لاحقًا في الظلام أو في الأحوال الجوية السيئة.
يقدر الخبراء أن مثل هذا المزيج يسمح للأسرة الأوروبية المتوسطة ، التي تتكون من أربعة أشخاص ، بتوفير 60 في المائة من الكهرباء المستهلكة. سيتم توفير 30٪ وفورات مباشرة عن طريق الألواح الشمسية وثلاثين بطارية أخرى.
المدخرات كبيرة ، لكن تكلفة هذه الطاقة مرتفعة للغاية. تبلغ تكلفة البطارية التي تبلغ سعتها ستة كيلووات في الساعة 5000 يورو في المتوسط.إذا قمت بإضافة تكاليف التركيب والصيانة والضرائب والتكاليف الأخرى ، فستتكلف ستة كيلووات في الساعة بين عشرة وعشرين ألف يورو. تبلغ تعرفة الكهرباء في ألمانيا الآن حوالي 25 سنتًا. لذلك ، ستكون فترة الاسترداد لوحدة الأسرة الواحدة البديلة حوالي ثلاثين عامًا.
من الواضح أنه لن تدوم أي بطارية كل هذا الوقت. لكن هذا صحيح فقط بالنسبة لتكنولوجيا اليوم. وفقًا للخبراء ، ستنخفض تكلفة بطاريات التخزين والألواح الشمسية ، بينما ستزيد رسوم الكهرباء. هذه هي رؤية أصحاب العديد من الشركات وعلى رأسها جوجل. هذه الشركة هي الشركة الرائدة في الاستثمارات في تطوير الطاقة البديلة في الولايات المتحدة. لإبراز هذه الحقيقة ، تم تركيب الألواح الشمسية في ساحة انتظار السيارات في مكتبها المركزي.
في أوروبا الغربية ، يقول بعض المصاهر ومنتجي الأسمنت إنهم مستعدون لاستخدام الطاقة الشمسية جزئيًا في المستقبل القريب.
يتوقع عدد من الخبراء حدوث انخفاض حاد في الطلب على الأنواع التقليدية للطاقة واختفاء الطاقة النووية في المستقبل المنظور. على الأرجح ، تستمع شركات الطاقة الأمريكية أيضًا إلى مثل هذه التقييمات. لذلك ، في السنوات الأخيرة في الولايات المتحدة ، لم توافق اللجنة التي تنظم الطاقة النووية على أي من مشاريع محطات الطاقة النووية.
ومع ذلك ، مع كل الآفاق المشرقة ، تطرح الطاقة البديلة أسئلة لا توجد إجابات واضحة عليها حتى الآن. تتمثل إحدى المشكلات الرئيسية في أن تطوير الصناعة يتم بشكل أساسي بدعم حكومي هائل.ومن عدم اليقين بشأن ما إذا كان هذا الوضع سيستمر في السنوات القادمة ، وتسبب في انخفاض اهتمام المستثمرين في الولايات المتحدة ، وهو ما كتب عنه في وقت سابق. ولوحظت الصورة نفسها في إيطاليا ، حيث خفضت الحكومة الرسوم الجمركية الخضراء من أجل تقليل عجز الميزانية.
تنتج ألمانيا حوالي ربع الكهرباء من مصادر بديلة بل وتصدرها. المشكلة هي أن هذه الطاقة لها الأولوية لدخول السوق. وهذا يمثل بالفعل تمييزًا ضد الموردين التقليديين ، ويتعدى على مصالحهم الاقتصادية. تدعم الدولة الإنتاج باستخدام التكنولوجيا البديلة ، لكن الأموال المخصصة للإعانات يتم أخذها من خلال زيادة الرسوم الجمركية. حوالي 20٪ من تكلفة الكهرباء للألمان هي دفعة زائدة.
كلما زاد إنتاج الكهرباء الخضراء ، زادت صعوبة بقاء شركات الطاقة التقليدية. أعمالهم في ألمانيا مهددة بالفعل. كبار منتجي الطاقة ، الذين استثمروا في توليد الطاقة البديلة ، وقعوا أنفسهم في شركهم. أدت حصة كبيرة من الكهرباء الخضراء بالفعل إلى انخفاض أسعار الجملة.
لا يمكن أن توفر الألواح الشمسية ومنشآت الرياح الطاقة في الأيام الملبدة بالغيوم ، في حالة عدم وجود الرياح ، لذلك لا يزال من غير الواقعي التخلي عن محطات الطاقة الحرارية ، ولكن نظرًا لأولوية الكهرباء البديلة ، تضطر قدرات التوليد الخاصة بالطاقة الحرارية إلى التوقف عن العمل. الطقس المشمس وفي الأيام العاصفة وهذا يزيد من تكلفة جيلهم ويؤثر على المستهلكين.
الجدال حول الكهرباء البديلة ، لتبرير اقتصادها في المستقبل ، عادة ما يعمل فقط على تكلفة التركيبات نفسها. ولكن لكي يعمل نظام الطاقة بأكمله ، ويتلقى المستهلك الكهرباء دون انقطاع ، فمن الضروري الاحتفاظ بالقدرات التقليدية جاهزة ، ونتيجة لذلك ، سيتم تحميلها فقط إلى خمس طاقاتها التوليدية ، وهذا هو تكلفة إضافية. بالإضافة إلى ذلك ، من الضروري إجراء تحديث جذري لشبكة الطاقة لجعلها "ذكية" من أجل ضمان تدفق الكهرباء فيها على أساس مبادئ جديدة. كل هذا يتطلب استثمارات بمليارات الدولارات ، ولم يتضح بعد على حساب من سيتولون.
في الصحافة ، يتم تقديم الطاقة البديلة على أنها صناعة خالية من المشاكل تقريبًا وتَعِد بتلقي كهرباء رخيصة وصديقة للبيئة في المستقبل ، لكن الأعمال التجارية الجادة تتفهم المخاطر المرتبطة بها. دعم الدولة ليس مصدرًا موثوقًا به للتمويل ؛ من المخاطرة الرهان عليه. يمكن أن يجف مثل هذا "الربيع" في أي لحظة.
وهناك مشكلة أخرى أكثر أهمية. تتطلب منشآت الطاقة الشمسية وطاقة الرياح عزل مساحات شاسعة من الأرض. إذا لم تكن هذه مشكلة كبيرة بالنسبة لظروف الولايات المتحدة ، فإن أوروبا الغربية مكتظة بالسكان. لذلك ، لم يتم تنفيذ المشاريع الكبيرة المتعلقة بالطاقة البديلة بعد.
شركات الطاقة ، التي تسعى لتقليل المخاطر ، تستثمر مع مختلف الصناديق ، بما في ذلك شركات التقاعد والتأمين. ولكن حتى في ألمانيا ، فإن جميع المشاريع الجارية ليست كبيرة الحجم ، ولكنها صغيرة الحجم. لا توجد حتى الآن خبرة في إنشاء وتشغيل طويل الأمد لقدرات التوليد الكبيرة في العالم.
بينما يتم مناقشة مشاكل الطاقة البديلة ، يتم مناقشة مخاطرها بشكل رئيسي من قبل الخبراء ، وبالتالي لا تبدو ذات صلة بالمجتمع. الطاقة ، مثل أي نظام آخر معقد ومتفرّع وراسخ ، لديها خمول كبير. وفقط سنوات من تطوير أي اتجاه جديد يمكن أن ينقله من مكانه. لهذا السبب ، على الأرجح ، سيستمر تطوير الطاقة البديلة بدعم من الدولة وستتمتع بمعاملة الدولة الأكثر تفضيلًا.
أصبح اللوبي الأخضر في الولايات المتحدة أكثر نشاطًا. حتى الباحثين الجادين يراهنون على الطاقة البديلة. لذلك ، وفقًا لتقرير صادر عن جامعة ستانفورد ، يمكن لولاية نيويورك بحلول عام 2030 تلبية احتياجات الكهرباء بالكامل من منشآت الطاقة الشمسية وطاقة الرياح. في الوقت نفسه ، يشير التقرير إلى أنه إذا كانت موجودة بشكل صحيح في جميع أنحاء الولاية ، فلا داعي للاحتفاظ بقدرات توليد حراري قابلة للتشغيل. صحيح أن مؤلفي التقرير لا يقترحون التخلي تمامًا عن هندسة الطاقة التقليدية.
لم تعد الطاقة البديلة غريبة ، فهي موجودة بالفعل. من الواضح أنه مع تطوره ، سيزداد عدد المشاكل المرتبطة به.