بسم الله الرحمن الرحيم والصلاة والسلام على أشرف الأنبياء والمرسلين سيدنا محمد صلى الله عليه وسلم وعلى آله وصحبه أجمعين ، وبعد :
الطاقة هي كل ما يمدّ بالنور ويعطينا الدفء وينقلنا من مكان إلى آخر ، وهي تتيح لنا استخراج طعامنا من الأرض وتحضيره ، وكذلك هي التي تضع الماء بين أيدنا وتدير عجلة الآلات التي تخدمنا .
فقد عرف الإنسان الطاقة كيف يتحكّم بالماء والريح ، وقد خطا خطوات في مجال تسخير الطاقة ، فاخترع الآلة البخاريّة مهيئاً بذلك وسيلة لاستغلال الطاقة ترتبّ عليها تحقيق عدد كبير من المنجزات في مجال الصناعة ثم اكتشف مصادر هائلة من النفط .
حيث أننا نجد الطاقة في أشكالها المختلفة سواءً أكانت فحماً أو غازاً أو نفطاً أو كهرباء ........الخ .
فأصبح بعد ذلك النفط من المصادر الرئيسية للطاقة في هذا الوقت ، ولكن نجد أن مصادر هذه الطاقة قابلة للنضوب على الرغم من وجود احتياطي كبير .
وبالتالي لابد من البحث عن مصادر جديدة للطاقة .
لذلك قد بدأ العلماء في البحث عن بدائل للوقود الأحفوري سميت بالطاقة المتجددة تتميز عن الوقود الأحفوري بأنها لا تنضب مقارنة مع النفط الذي يتوقع له أن ينضب خلال القرن القادم .
كما أن استغلال الطاقة النووية في توليد الكهرباء محفوف بالمخاطر البيئية إضافة إلى أن مصادر اليورانيوم في العالم محدودة ولكن تكفي لمدة طويلة .
واستغلال الطاقة المتجددة ومنها الطاقة الشمسية وطاقة الرياح وطاقة الكتلة الحيوية وطاقة المساقط المائية والطاقة الحرارية وطاقة المدّ والجزر وطاقة الهيدروجين .
ربما تفي ببعض احتياجات البشر من الطاقة لفترة طويلة من الزمن ، وإن كانت مساهمة هذه الأنواع في توليد الطاقة من إجمالي الطاقة المستهلكة في العالم لا يزال محدوداً لأن هذه الأنواع من الطاقة المتجددة تحتاج إلى مزيد من التطور التقني لتحسين التكلفة الاقتصادية وبالتالي يتوقع أن تساهم الطاقة المتجددة بصورة فعّالة في ترشيد الكهرباء وكذلك في التنقل .
وقد تطرقنا في هذا البحث عن مصادر الطاقة وأنواعها وكيفية الاستفادة من الطاقة المتجددة وطرق البحث عن تلك الطاقة الغير ناضبة .
أولاً:
تعريف الطاقة
لقد فكر الإنسان بثلاث مراحل كبيرة في تصوره للطاقة وهي :
المرحلة الأولى :
كان مفهوم الطاقة ممزوجاً مع الطاقة الروحية كما هو في مفهوم النفس والروح.
المرحلة الثانية :
رأى الإنسان أن بعض المواد الجامدة قادرة على أن تنشأ الحركة دون تكوين الحياة .
المرحلة الثالثة :
بدأت بعد انشتاين وتلامذته ، فالطاقة ليست بالنسبة لنا مادة خاصة وإنما هي صفة ملازمة لكل مادة جامدة أو حية تجعلها قادرة على أن تتحول وأن تتغير وأن تولد حالات فيزيائية وكيميائية جديدة , وأن تؤثر على غيرها من المواد في هذه العملية .
ففي مرحلة انشتاين , اختفت الحدود بين المادة الجامدة والحياة , وتركت المجال لعدد كبير من الحالات المبهمة .
إذاً الطاقة هي كيان مجرد لا يُعرف إلا من خلال تحولاته .
وتعرف الطاقة بأنها هي عبارة عن كمية فيزيائية تظهر على شكل حرارة أو على شكل حركة ميكانيكية أو كطاقة ربط في أنويه الذرة بين البروتون والنيترون .
وكذلك يمكن حساب الطاقة الناتجة من تحويل الكتلة إلى طاقة وذلك حسب علاقة انشتاين النسبية كالتالي:
الطاقة = الكتلة × مربع السرعة
حيث أن E هي الطاقة .
وm كتلة المادة التي يمكن تحويلها إلى طاقة .
وc سرعة الضوء وتساوي .
وتقاس الطاقة بوحدات متعددة ففي الوحدات الدولية SI تقاس بالجول ، حيث أن الطاقة لا تستحدث ولا تفنى وإنما تتحول إلى شكل آخر سواء كلياً أو جزئياً ، أي بمعنى آخر إذا تغيرت الطاقة الداخلية لمجموعة معزولة فإن الطاقة الداخلية الكلية تظل ثابتة ، فعند تشغيل جهاز كهربي مثل المضخة فإن الطاقة الكهربية تتحول إلى طاقة ميكانيكية بالإضافة إلى طاقة حرارية وهو عبارة عن جزء ضئيل يعمل على تسخين تلك المضخة .
أنواع الطاقة :
تصنف الطاقة إلى عدة أنواع وهي :
1- طاقة كيميائية .
2- طاقة ميكانيكية.
3- طاقة حرارية.
4- طاقة شمسية.
5- طاقة نووية.
6- طاقة كهربية .
7- طاقة ضوئية.
ومن الملاحظ أن هذه الأشكال من الطاقة يستلزم جميعها الحركة ، فالحرارة هي عبارة عن هياج للجزيئات ، والتفاعلات الكيميائية تقتضي اتحاد أو تفكك الذرات والإلكترونات التي تربط بينها ,أي أنها حركة , وكذلك الطاقة النووية هي إعادة تنظيم للنويات التي تدخل إلى نواة الذرة أو تخرج منها , وبالتالي فالطاقة تُنقل وتُحمل بشكل حركة أو اصطدامات تعطي الحركة بشكل دائم ، وكل شيء في الكون هو عبارة عن حركة .
فنور الشمس يتحول إلى حرارة بعدما كان قد تخزن داخل المواد بشكل كيميائي ، والجدير بالذكر أن كل ما استعمله الإنسان من طاقة حتى اليوم كان ناتجاً عن هذا التحول .
والطاقة النووية بحد ذاتها تقسم إلى شكلين مختلفين هما :
الانشطار والانصهار , ويمثل الانشطار التحول النووي – النووي ،أما الانصهار فيمثل الانصهار التحول الحراري – النووي .
لقد أصبح من البديهي أن نسبة نمو السكان الحالية على الأرض لن تستطيع أن تحافظ على معدل ثابت وبالتالي يؤدي ذلك إلى زيادة الطاقة ، فتظهر الحاجة هنا إلى البحث عن مصادر بديلة عن مصادر الطاقة الغير متجددة .
(1) الطاقة الكيميائية :
هذا النوع من الطاقة متوفر في الطبيعة ومن أهم أنواع الوقود الموجود مثل النفط والفحم والغاز الطبيعي وكذلك الخشب ، والطاقة الكيميائية هي الطاقة التي تربط بين ذرات الجزيء الواحد بعضها ببعض في المركبات الكيميائية أو مكونات النواة في العناصر التي تدخل ضمن تفاعلات الانشطار والاندماج النووي .
وتتم عملية تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة حرارية عن طريق إحداث تفاعل كامل بين المركب الكيميائي وبين الأكسجين لتتم عملية الحرق وينتج من ذلك الحرارة . وحيث أن كل جزيء في أي مركب لديه مخزون من الطاقة يسمى بالمحتوى الحراري وهو عبارة عن مجموعة من طاقة الجهد الناتجة عن قوى التجاذب والطاقة الحركية الناتجة عن الحركة الانتقالية للجزيئات .
فإن جميع المواد الهيدروكربونية يرافق تفاعلها مع الأكسجين انبعاث حراري وهي تصلح وقوداً.
(2) الطاقة الميكانيكية :
وهي الطاقة الناتجة من حركة الأجسام من مكان إلى آخر حيث أنها قادرة نتيجة لهذه الحركة على بذل شغل ويصاحب هذا الانتقال اختلاف في طاقة الوضع Potential Energy ، وطاقة حركية Kinetic Energy ، والأمثلة الطبيعية لهذا النوع من الطاقة هي :
حركة الرياح ، و ظاهرة المد والجزر ، ويمكن أن تنشأ الطاقة الميكانيكية بتحويل نوع من الطاقة إلى آخر ، فقد تستخدم المروحة الكهربية في تحويل الطاقة الكهربية إلى طاقة ميكانيكية .
ووحدة قياس الطاقة الميكانيكية هي الجول. ويوجد هناك نوع آخر من الطاقة الميكانيكية هي:
الطاقة الصوتية ويحدث الصوت عند اهتزاز مصدر صوتي بتردد معين ، وتنتقل طاقة منه إلى وسط مادي مجاور بصورة دورية حتى تصل إلى أذن السامع ، والصوت لا ينتقل في الفراغ وإنما يحتاج إلى وسط مادي لكي تنتقل الموجة الميكانيكية .
والصوت ينتشر على شكل أمواج ميكانيكية تؤثر في الوسط الذي ينتشر فيه مما ينتج عنه اضطراب دوري تتولد تبعاً لذلك طاقة صوتية .
وللطاقة الصوتية لها استخدامات كثيرة فيمكن أن تستخدم في المجال العسكري لإحداث ضوضاء في البنية التحتية ، ويحاول الإنسان حالياً استخدام الطاقة الصوتية للهجوم العسكري.
وكذلك تستخدم الطاقة الصوتية في المجال الطبي .
(3) الطاقة الحرارية :
تعتبر الطاقة الحرارية من الصور الأساسية للطاقة التي يمكن أن تتحول كل صور الطاقة إليها ، والطاقة الحرارية هي عبارة عن الطاقة الحركية التي تمتلكها جزيئات وذرات المادة .
فعند تشغيل الآلات المختلفة باستخدام الوقود الهيدروكربونية تكون أول خطوة هي حرق الوقود ، والحصول على طاقة حرارية تحول بعد ذلك إلى طاقة ميكانيكية أو إلى أي نوع من أنواع الطاقة.
ولا تتوفر الطاقة الحرارية بصورة مباشرة في الطبيعة إلا في مصادر الحرارة الجوفية ، ومن المعروف أن جزيئات المادة لها كتلة وسرعة ، ومن ثم تكون لها طاقة حركية وطاقة وضع ومجموع هاتين الطاقتين تعرف بالطاقة الداخلية له .
وكذلك الاستفادة من الطاقة الحرارية من أشعة الشمس ويتم ذلك عن طريق تحويل الطاقة الإشعاعية إلى طاقة حرارية .
والطاقة الحرارية لها القدرة على الاختراق والنفاذ خلال الأوساط المادية التي تنقسم إلى ثلاثة أنواع وهي :
(أ) وسط شفاف حراري : وهو الوسط الذي يسمح بنفاذ الإشعاعات الحرارية .
(ب) وسط نصف شفاف: وهو الوسط الذي يسمح بنفاذ بعض الإشعاعات الحرارية وتستخدم هذه الظاهرة في تشييد البيوت المحمية التي تستخدم في زراعة بعض المحاصيل الزراعية التي تكون مصنوعة من الزجاج الذي يسمح بنفاذ بعض من تلك الإشعاعات الحرارية .
(ج) وسط معتم حرارياً : وهو الوسط الذي لا تنفذ منه الإشعاعات الحرارية بل يمتص معظمها من الأجسام الساخنة المحيطة به . وترتفع درجة حرارته مما يؤدي ذلك إلى زيادة في الطاقة الداخلية ، التي بدورها تتحول إلى طاقة حرارية ويصبح مصدراً لانبعاث الإشعاعات الحرارية .
(4) الطاقة الشمسية :
الطاقة الشمسية هي مصدر للطاقة لا ينضب ولكنها تصل إلينا بشك مبعثر إذ يبلغ منها بواسطة الإشعاع أو الانعكاس أكثر من 77% وبالتالي لا يمكن إلا استرجاع قسم ضئيل منها .
والطاقة الشمسية طاقة نظيفة فلا ينتج عن استعمالها غازات أو نواتج ضارة بالبيئة كما هي الحال في أنواع الوقود التقليدي .
(5) الطاقة النووية :
هي الطاقة التي تربط بين مكونات النواة أي ( بروتونات أو نيترونات ) وهي تنتج نتيجة تكسر تلك الرابطة وتؤدي إلى إنتاج طاقة حرارية كبيرة جداً وذلك حسب علاقة انشتاين كما تقدم .
(6) الطاقة الكهربية :
لا يوجد مصدر طبيعي للكهرباء ، والسبب في ذلك أن جميع المواد تكون متعادلة كهربائياً ، والطاقة الكهربية لا تنشأ إلا بتحويل نوع من أنواع الطاقة إلى طاقة كهربية .ومثال على ذلك تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربية كما هو الحال في المولد الكهربائي.
كما توجد أنواع أخرى لتوليد الطاقة الكهربية بتحويل الطاقة النووية إلى طاقة كهربية ، أو استخدام الطاقة الشمسية وذلك عن طريق الخلايا الكهروضوئية ، أو تحويل الطاقة الكيميائية كما هو في البطاريات .
(7) الطاقة الضوئية :
يتم تحويل الطاقة الضوئية إلى أنواع أخرى من الطاقة وذلك حسب الحاجة المراد بها، مثل الطاقة الكهربية في الخلايا الضوئية ، أو الطاقة الحرارية في عمليات التسخين الحراري كما هو الحال في تسخين المياه .
ويستخدم النبات الطاقة الضوئية مباشرة لعمليات التمثيل البنائي لإنتاج مركبات عضوية تختزن طاقة كيميائية .
والطاقة الضوئية هي عبارة عن موجات كهرومغناطيسية تحتوي كل منها على حزم من الفوتونات تعطى بالعلاقة التالية :
حيث أن هي الطاقة .
و ثابت بلانك ويساوي
و تردد الحركة الموجية المصاحبة لحركة الفوتون .
وتختلف الموجات الكهرومغناطيسية في خواصها الفيزيائية باختلاف الأطوال الموجية ، فمثلاً نجد أن الموجات ذات الطول الموجي الذي يتراوح بين عدة كيلومترات إلى عدة سنتيمترات يستخدم في الدوائر الإلكترونية ومحطات الإرسال والاستقبال التلفزيوني ، بينما يشغل الطيف المرئي للعين البشرية طولا موجياً يتراوح بين إلى .
وتتميز الأشعة السينية x-ray وأشعة جاما بتردد عالي جداً وبالتالي تكون ذات طاقة عالية لها القدرة على النفاذ خلال الأوساط المادية .
الأشعة السينية : وهي عبارة عن أشعة غير مرئية ذات طول موجي قصير جداً ، وتستخدم في المجال الطبي وكذلك في دراسة البلورات لمعرفة خصائصها .
أشعة جاما : وهي عبارة عن أشعة لا تتأثر بالمجالات الكهربية أو المغناطيسية ولها القدرة على النفاذ وهي تعتبر من الأشعة الخطرة .
ثانياً :
تقسيم مصادر الطاقة
من خلال تعريف الطاقة نجد أن مصادر الطاقة يمكن أن تقسم إلى مصدرين رئيسيين هما:
1- مصادر غير متجددة . 2- مصادر متجددة
أولاً :
مصادر الطاقة الغير متجددة :
وهي عبارة عن المصادر الناضبة أي أنها سوف تنتهي عبر زمن معين لكثرة الاستخدام ، وهي متوفرة في الطبيعة بكميات محدودة وغير متجددة وتشمل الوقود الأحفوري مثل النفط والغاز والفحم بكل الأنواع التي تكونت عبر السنين الماضية في جوف الأرض .
وهي ذات أهمية لأنها تختزن طاقة كيميائية من السهل إطلاقها كطاقة حرارية أثناء عملية الاحتراق .
وتشمل هذه المصادر الطاقة النووية التي تستخدم في عملية توليد الكهرباء عن طريق استخدام الحرارة الناتجة عن عمليات الانشطار النووي في المفاعلات النووية .
وكذلك نجد أن مصادر هذه الطاقة بجانب أنها ناضبة فإنها ملوثة للبيئة .
ثانياً :
مصادر الطاقة المتجددة :
وهي عبارة مصادر طبيعية دائمة وغير ناضبة ومتوفرة في الطبيعة سواء أكانت محدودة أو غير محدودة ولكنها متجددة باستمرار ، وهي نظيفة لا ينتج عن استخدامها تلوث بيئي ومن أهم هذه المصادر الطاقة الشمسية التي تعتبر في الأصل هي الطاقة الرئيسية في تكوّن مصادر الطاقة وكذلك طاقة الرياح وطاقة المد والجزر والأمواج والطاقة الحرارية الجوفية والطاقة وطاقة المساقط المائية وطاقة البناء الضوئي والطاقة المائية للبحار والمحيطات .
وكذلك نلاحظ أن المصادر المائية وطاقة المد والجزر وطاقة الرياح هي عبارة مصادر طبيعية للطاقة الميكانيكية .
وسوف نتكلم عن تلك المصادر بالتفصيل
المصادر الغير متجددة
أولاً:
الوقود الأحفوري:
وهو يشمل النفط والغاز الطبيعي والفحم وتعرف بمصادر غير متجددة لأنها ناضبة .
والوقود الأحفوري هو عبارة المركبات العضوية الناتجة عن عمليات البناء الضوئي حيث أن المواد العضوية للنباتات والحيوانات لم تتحلل تحليلاً كامل ، بل طمرت تحت طبقات من التربة الرملية والطينية والجيرية ، مما نتج عنه تكوّن النفط والغاز الطبيعي والفحم الحجري وطاقة الوقود الأحفوري هي طاقة كيميائية كامنة في البترول والغاز الطبيعي والفحم المخزون في باطن الأرض وهذه الطاقة هي أصلاً من الطاقة الشمسية التي قامت عليها النباتات بواسطة عملية البناء الضوئي منذ ملايين السنين .
وقد كان الفحم من أهم المصادر الطبيعية للطاقة خلال القرن الماضي ومازال يستعمل حتى يومنا هذا ، ويساهم حالياً بحوالي 28 % من الطاقة من الاستهلاك العالمي .
حيث يقدر الفحم الموجود داخل الأرض بعدة مئات من البلايين من الأطنان .
(أ) الفحم الحجري :
وهو من أهم مصادر الطاقة الأحفورية من حيث حجم احتياطه ، فالفحم الحجري يتكون داخل باطن الأرض على مدى ملايين السنين وذلك بسبب تحلل مصادر نباتية بسب العمليات البيولوجية في أماكن ذات الضغط الشديد والحرارة ومعزولة عن الهواء .
ويعتبر النفط أكبر منافس للفحم الحجري ، ومن أسباب قلة استخدام الفحم الحجري مصدراً للطاقة هو أن مصادره تتركز في عدد قليل من الدول .
كما أن استخدام الفحم الحجري وقوداً مباشرة يستلزم أموال باهظة التكلفة لمحطات التوليد . ومن الأسباب في عدم استخدام الفحم على نطاق واسع هو أثره السيء على البيئة والإنسان إذ أنه مصدر رئيسي لتلوث الهواء وما يسببه من مشاكل صحية .
والتعدين السطحي للفحم الحجري يخلّف وراءه أراضي وعرة مما تؤدي إلى تشويه التربة وعدم صلاحيتها للزراعة كما أن احتراق الفحم الحجري قد يؤدي إلى تجمع غاز ثاني أكسيد الكربون الذي يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الجو وهي تعتبر من المشاكل الرئيسية التي تواجه سكان العالم وذلك بسبب ما يعرف بالاحتباس الحراري .
ويوضح الجدول التالي :
احتياطات الفحم الحجري في العالم
البلدان 1986
مجموع دول العالم 1017,6(طن)
أمريكا الشمالية 70,6 (طن)
أمريكا الجنوبية 7,0 (طن)
أوربا الغربية 95,4 (طن)
أفريقيا 65,4(طن)
آسيا وأستراليا 578,7 (طن)
وتحتوي البلدان العربية على كميات قليلة مقارنة بالاحتياطيات المؤكدة العالمية ويأتي الفحم الحجري في المرتبة الأخيرة بين مصادر الطاقة المستخدمة في الدول العربية ومن هذه الدول هي مصر والجزائر والمغرب ومن أهم الأحواض المكتشفة في هذه البلدان هي :
حوض جرادة :
ويقع هذا الحوض في الشمال الشرقي للمغرب وعلى بعد 60 كيلومتر مدينة وجدة ويقدر احتياطه بنحو 38,5 مليون طن .
حوض عيون موسى :
ويقع على بعد 14 كيلومتر جنوب غرب مدينة السويس في مصر ويقدر احتياطه بنحو 40 مليون طن .
حوض المغارة :
ويقع شمال سيناء على بعد 90كيلومتر جنوب غرب العريش ويقدر احتياطه بنحو 35,5 مليون طن .
حوض بدعة وثورة :
يقع هذا الحوض في الجزء الغربي الأوسط من سيناء ويقدر احتياطه بنحو 15مليون طن .
ويوضح الجدول التالي :
احتياطي الفحم الحجري في الدول العربية بالطن
الأحواض الاحتياطي المؤكد القابل للاستخراج الاحتياطي الإضافي الإجمالي
جرادة في المغرب 38،5 140 178,5
المغادرة في مصر 35 31 66,5
عيون موسى في مصر - 40 40
بدعة وثورة في مصر - 60 60
بشار قنادسه في الجزائر 15 - 15
جبل ميزاريف في الجزائر - 164 164
(ب) النفط :
يعتبر النفط من أهم مصادر الطاقة وأكثرها انتشارها ، وتوجد نظريتان توضحان كيف تكوّن النفط في جوف الأرض وهما :
النظرية العضوية :
وهي نظرية تفترض أن النفط قد تكوّن من مادة عضوية عبارة عن مواد مكوّنة من الهيدروجين والكربون ، وقد تكوّنت من النباتات والحيوانات التي كانت تعيش منذ ملايين السنين سواء أكانت على اليابسة أو البحار فعندما ماتت هذه الكائنات الدقيقة ترسبت في قاع البحار القديمة التي كانت تغطي مساحات شاسعة من الأراضي اليابسة وعلى مدى السنين تحللت تلك الكائنات وذلك بفعل الحرارة والضغط في جوف الأرض ليتكوّن النفط الخام وكانت من العوامل المساعدة هي أنواع من البكتريا والمواد المشعة .
أما النظرية الأخرى هي النظرية الغير عضوية :
هي تفترض أنه قد تم اتحاد بين عنصري الهيدروجين والكربون تحت ضغط وحرارة عاليين في أعماق الأرض .
مما أدى إلى تكوّن النفط والغاز الطبيعي ، ويوجد النفط في فجوات كثيرة من الصخور الرسوبية ويتكوّن النفط من نسب وزنية مختلفة لعدة عناصر هي (الكربون – الهيدروجين – الأوكسجين – النتروجين – الكبريت ) .
وقد بينت الأبحاث النظرية التي تمت في مناطق مختلفة في جميع أنحاء العالم أن تكوّن النفط في القشرة الأرضية يرتبط ارتباطاً وثيقاً بالصخور الرسوبية التي اكتشفت فيها أكثر من 99.9% من تراكمات النفط .
والنفط هو عبارة عن سائل أسود كثيف سريع الاشتعال ومكون من خليط من المركبات العضوية والتي تتكوّن أساساً من عنصري الكربون والهيدروجين وتعرف باسم الهيدروكربونات وتبلغ نسبة الهيدروكربونات في بعض أنواع النفط نحو 50 % من تركيبه الكلي وقد تصل 98 % .
ويساهم النفط اليوم بحوالي 39 % من استهلاك الطاقة العالمي وتحتوي منطقة الشرق الأوسط على أغنى مخزون للنفط في العالم .
وتعتبر المملكة العربية السعودية أكبر دولة في العالم تحتوي على أعلى نسبة من مخزون النفط في أراضيها . وتشير التوقعات إلى أن الإنتاج العالمي للنفط سوف يزداد خلال السنوات القادمة وذلك في حالة اكتشاف مكامن جديدة للبترول .
وكذلك تطوير طرق حفر الآبار حيث أنه عادة يتم استخراج نحو 40% من النفط والجزء الأكبر يظل داخل باطن الأرض وذلك لأنه يستعصي استخراجه .
ومن أهم أسباب انتشار النفط هو سهولة نقله وتحويله إلى مشتقات تتفاوت في خصائصها ، وكذلك من أهم أسباب انتشار النفط هو انخفاض سعره وتوفره في كثير من البلدان التي لا تستهلك إلا القليل منه . ونجد أن النفط من الثروات الطبيعية المحدودة والناضبة فنجد أنه يفسر تهافت الدول الصناعية المتقدمة على زيادة استيراده من الدول الناتجة والتي لم تكن تستهلك إلا كميات قليلة منه نظراً لمحدودية التنمية الصناعية لديها .
إنتاج النفط الخام من أوبك :
تمثل منظمة أوبك مجموعة من الدول المنتجة والمصدرة للنفط وهي تهدف إلى تنسيق وتنظيم النفط وتضم إحدى عشر دولة وهي :
السعودية – الكويت – العراق – الجزائر – إيران – ليبيا – إندونيسيا – نيجيريا – قطر – الإمارات – وفنزويلا .
ويبلغ إنتاج أوبك حوالي 8,27 مليون برميل يومياً أي في حدود 40 % من الإمدادات العالمية .
إنتاج النفط الخام من أوابك :
تعتبر منظمة الدول العربية المصدرة للنفط (أوابك ) منظمة عربية تهدف إلى تشجيع التعاون بين دول الأعضاء في المجالات الهيدروكربونية وإيجاد الوسائل للمحافظة على مصالح أعضائها المشروعة في صناعة النفط وتوفير الجهود لتأمين وصول النفط إلى أسواق الاستهلاك وكذلك توفير البيئة الملائمة للاستثمارات البترولية وتضم المنظمة أغلب الدول العربية المنتجة للنفط ، وعلى مستوى الدول العربية فإن التوقعات تشير إلى أن إجمالي استهلاك الطاقة في الوطن العربي سوف يستمر في التزايد مما يؤدي إلى الزيادة في قطاعات النقل والكهرباء والصناعة .
وعلى الرغم من التطور الهائل في الأبحاث حول إمكانية تخفيض تكلفة الطاقة من المصادر المنافسة للنفط إلا أن النفط سوف يبقى المصدر الرئيسي للطاقة دون منافس في استخدامات معينة وذلك بسبب أن :
1- يعتبر النفط المصدر الرئيسي دون منافس في استخدامات معينة مثل المواصلات والنقل وكمادة أولية لإنتاج الزيوت المعدنية والشموع وغيرها .
2- أهميته في الصناعات البتر وكيماوية .
3- يدخل كمادة خام في صناعة البلاستيك واللدائن والألياف الصناعية والأصباغ .
4- يعتبر النفط من أنظف مصادر الطاقة مقارنة مع الفحم الحجري والوقود النووي .
5- سهولة نقله وتخزينه .
6- أهمية النفط لمعظم الصناعات الحديثة .
كل هذه الأسباب أدت إلى زيادة الطلب المتزايد على النفط أعطت النفط أهمية كبيرة .
(ج) الغاز الطبيعي :
يعتبر الغاز من أهم المصادر الأحفورية للطاقة لأنه يحتوي على وحدات حرارية أعلى بكثير من الفحم الحجري حيث يعتبر أن وقوده نظيف نسبياً .ويوجد الغاز في الطبيعة في باطن الأرض منفرداً أو مختلطاً مع النفط ويتكون الغاز الطبيعي من خليط من المركبات الغازية أهمها :
الميثان و الأيثان و البروبان و البيوتان وكذلك إن المعالجات اللازمة لإعداده وقوداً نظيفاً أقل بكثير مما يحتاجه إعداد الفحم أو النفط فكل ما يجب عمله هو إزالة الشوائب مثل الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون .والغاز الطبيعي يدخل وقوداً في الصناعات ذات الاستخدام الكثيف للطاقة مثل صناعة الأسمنت وإنتاج الكهرباء وصناعة الحديد والصلب والألمنيوم ويعتبر أيضاً مصدراً مهماً لصناعة بعض الأسمدة والمنتجات البتر وكيمائية الأساسية .
ونظراً لكفاءة اقتصاديات استخدام الغاز الطبيعي في محطات توليد الطاقة والعوامل المرتبطة بالمحافظة على البيئة من التلوث يعتبر من أهم الأسباب التي أدت إلى أن يصبح الغاز الطبيعي أسرع وقود أحفوري من حيث معدل نمو الاستهلاك على المستوى العالمي .
وقد بلغ احتياطيات الغاز في عام 1994م حوالي 141 تريليون قدم مكعب .وبالنظر إلى إنتاج النفط فإننا نلاحظ أنه يصاحبه إنتاج الغاز الطبيعي ، وقد كان نقل الغاز الطبيعي الجاف يتم عن طريق خطوط الأنابيب إلى أن أصبح نقله عبر المحيطات صعباً فتم تطوير ناقلات للغاز الطبيعي المسال في أوائل الستينات فأصبح تسويق الغاز الجاف المسال حول العالم أمراً ممكناً.
الغاز الطبيعي في المناطق العربية :
لقد شهدت احتياطيات الغاز الطبيعي في الدول العربية زيادة مستمرة خلال السنوات الأخيرة حيث قد ارتفعت الاحتياطيات المؤكدة من حوالي 9,8 تريليون متر مكعب عام 1970 م إلى حوالي 5, 29 تريليون متر مكعب في نهاية 1993 م وهو ما يزيد عن 20% من الاحتياطيات العالمية .
وتتوزع هذه الاحتياطيات بين الغاز المرافق للنفط والغاز الحر وقد تراوحت نسبة الغاز المرافق في السنوات الأخيرة بين 32 و35% وبلغت عام 1992 م حوالي 31,7 % بينما بلغت نسبة الغاز الحر حوالي 68,3 % وتتركز احتياطيات الغاز الحر بشكل رئيسي في قطر والإمارات العربية المتحدة والجزائر .
فقد أزداد حجم الغاز المسوق في الدول العربية من حوالي 9 مليار متر مكعب عام 1970 م إلى حوالي 165 مليار متر مكعب عام 1992 م لتصبح نسيته إلى إجمالي الغاز المنتج 54% كانت حصة الجزائر حوالي 34 % والمملكة العربية السعودية حوالي 21 % والإمارات العربية المتحدة حوالي 17,5 % ولقد زاد الإنتاج العالمي من الغاز الطبيعي لمعظم دول العالم .
ثانياً:
الطاقة النووية : طاقة الذرة : بدأت قصة الذرة بتجربة وذلك عندما كان وليام كروكس يبحث في سلوك الكهرباء في الهواء وعلى ضغط منخفض وكان جهازه مكوناً من أنبوب من زجاج مفرغ من الهواء يمرُّ فيه سلكان متصلان بتوتر عالٍ .
بدأ التيار الكهربي بالتحرك داخل الأنبوب وتم اكتشاف الأشعة الكاثودية المؤلفة من الإلكترونات . وكان لابد بعد ذلك من انتظار اكتشاف المواد الأشعة بواسطة بيكريل الفرنسي .
وتتكون مادة هذا الكون من مجموعة من العناصر الكيميائية لكل منها خواصها الفيزيائية والكيميائية المتميزة حيث يتكون كل عنصر من وحدات متناهية في الصغر تسمى ذرات .
وللذرة شكل كروي ويختلف نصف قطر الذرة من عنصر إلى آخر .
ويوجد مركز الذرة النواة وهي أصغر من حجم الذرة بحوالي عشرة آلاف مرة , وتحتوي النواة على جسيمات أولية هي :
البروتون : وهو ذو شحنة موجبة قيمتها وكتلة تساوي 1.007277 amu .
النيوترون : وهو متعادل الشحنة وكتلته 1.008665 amu .
والجزء الأكبر من الذرة يعتبر فراغ ، وهناك قوة هائلة تربط بين النيوكلونات المكونة للنواة وتمنعها من الخروج من حيز النواة على الرغم من وجود التنافر بين البروتونات وتعرف هذه القوة بقوة الربط النووي وتتميز بأنها أكبر بكثير من جميع القوى المعروفة مثل قوة الجاذبية أو القوة الكهربية وهي ذات مدى محدود جداً . إذ أنها توجد فقط داخل النواة وتنعدم خارجها .
وتحتوي أنوية العنصر الواحد على نفس العدد من البروتونات إلاّ أنها قد تحتوي على أعداد مختلفة من النيوترونات ويقال في هذه الحالة إن للعنصر الواحد عدة نظائر .
وحيث أن الخواص الكيميائية للعنصر تعتمد على العدد الذري فتكون الخصائص الكيميائية لنظائر العنصر الواحد ثابتة .
كما وجد أن النشاط الإشعاعي الطبيعي لا ينحصر في أنوية اليورانيوم بل يوجد في كثير من الأنوية خاصة الثقيلة منها وتقسم الأنوية من حيث النشاط الإشعاعي إلى نوعين :
1- أنوية مستقرة :
وهي عبارة عن الأنوية التي لا ينبعث منها أي إشعاعات بصورة طبيعية .
2- أنوية غير مستقرة :
وهي الأنوية التي لها نشاط إشعاعي بصورة طبيعية .
وتتميز جميع الأنوية ذات العدد الذري الكبير بالنشاط الإشعاعي وذلك بسبب زيادة عدد البروتونات في النواة عن عدد النيوترونات مما يزيد قوة التنافر بين البروتونات ذات الشحنات المتشابهة مما يؤدي إلى تفكك النواة عن طريق انبعاث الإشعاعات .
والنشاط الإشعاعي للأنوية الثقيلة أهمية في إحداث تفاعلات الانشطار والاندماج النووي ومن ثم يمكن اعتباره وقوداً نووياً.
الانشطار النووي والاندماج النووي :
توجد هناك طريقتان لإطلاق طاقة الذرة وهي طريقة الانشطار النووي وطريقة الانصهار النووي وهاتين الطريقتين تعتمد أساساً على مبدأ أن أنوية الذرات متوسطة الحجم أكثر استقراراً من الأنوية الكبيرة جداً أو الأنوية الصغيرة جداً أي أن انشطار نواة ذرة اليورانيوم 237 يمكن أن تنشطر إلى عدة أنوية متوسطة الحجم بتعرضها لسيل من النيوترونات وتطلق كمية عالية من الطاقة ويسمى بالانشطار النووي .
أما عندما تندمج نويات بعض العناصر مثل الديتريوم والتريتيوم ليكونا ذرة أكبر وتطلق طاقة عالية فيسمى هذا التفاعل بالاندماج النووي .
المفاعلات النووية :
تتم عملية الانشطار للنواة في جهاز خاص يعرف بالمفاعل النووي والمهمة الرئيسية للمفاعل هو التحكم في عملية الانشطار وإطلاق الطاقة الناتجة بصورة تدريجية حتى يمكن الاستفادة من تلك الطاقة للأغراض السلمية وتجنب حدوث الأخطاء .
ويوجد نوعان من المفاعلات الحرارية والمفاعلات السريعة والاختلاف بين النوعين هو أن الأول يعطي طاقة هيئة حرارية يمكن استغلالها في توليد البخار وفي بعض الأغراض الصناعية وفي توليد الكهرباء .
أما النوع الثاني من المفاعلات فهي تستطيع أن توفر كمية من الإشعاع يمكن استعماله في صنع بعض النظائر المشعة التي تستخدم في علاج بعض الأمراض وبعض التطبيقات العملية وكذلك لإنتاج بعض أنواع الوقود النووي الأخرى .
استخدام الطاقة النووية :
تشكل الطاقة النووية المستخدمة اليوم كمية ضئيلة من مقدار الطاقة المستخدمة في العالم ولقد ساهمت الطاقة النووية بجزء أكبر في قطاع الطاقة الكهربية حيث وصلت إلى 16 % عام 1986 م ويتوقع أن تصل هذه النسبة إلى 35 % عام 2000 م .
وللمفاعلات النووية فوائد أخرى غير توليد الكهرباء فقد استخدمت المفاعلات في تسيير السفن والغواصات واستخدمت في تحضير بعض النظائر المشعة التي لا توجد في الطبيعة وستخدم هذه النظائر في الطب لعلاج بعض الأمراض .
البطارية النووية ومبدأ اشتعالها :
أنها عبارة عن مفاعل نووي ويسمى بالفرن لأن الغاية منه ومن التفاعل الذي يحدث فيه ، إنما هي إنتاج الحرارة لاستخدامها في إنتاج الكهرباء .
ويرتكز اشتعال الطاقة النووية عملياً على تفاعل أساسي هو انشطار إحدى ذرات اليورانيوم الذي تحتوي نواته على (235) جزئية أو نويَّات .
فعندما تصطدم نواة اليورانيوم بنيوترون ، تنشق إلى قسمين لهما نفس الوزن وهذا الانشطار لا يخضع لقانون مسبق وإنما لقوانين الاحتمالات والصدف مما يجعل نوى الأجسام الناتجة عن الانشطار تختلف بين مرة وأخرى ولكنها تنحصر بمجموعها في منتصف جدول تصنف العناصر المعروف .
وإذا قمنا بحساب لمجموع وزن الذرتين الحاصلتين والنيوترونات الناتجة لوجدنا رقماً ينقص قليلاً عن وزن ذرة اليورانيوم (235) ،وهذا الوزن المفقود يساوي كمية الطاقة الناتجة عن الانشطار وفقاً لمعادلة انشتاين ويمكن إرجاعها إلى أشعة جاما أو إلى الطاقة الناتجة عن تسارع شظايا الانشطار .
لكن هذه الشظايا أو المخلفات هي بحد ذاتها غير مستقرة أي أنها تعطي إشعاعات مختلفة وبالتالي تتحلل إلى جزيئات مختلفة وإلى كميات من الطاقة حتى تتوصل أخيراً إلى وضع ثابت أي مستقر وذلك خلال فترة من الوقت تختلف باختلاف أنواعها .
ونعود الآن إلى كمية الطاقة المحررة حيث أنها كمية هائلة جداً حيث أن ذرة واحدة من اليورانيوم (235) قادرة على إعطاء طاقة تعادل (200) مليون إلكترون فولت أي أن جراماً واحداً منه يعطي ما يعادل (200000) كيلو وات – ساعة .
والانشطار النووي كما قلنا يكون عادة مصحوباً بإعطاء عدد معين من النيوترونات بمعدل (2,5) نيوترون لكل انشطار تقريباً وذلك تكون الظروف ملاءمة حيث أن إحداث تفاعلات جديدة تنتهي عادة بالتفاعل النووي المستمر أي المتسلسل .
إلا أن شروط أيجاد نوع من هذا التفاعلات القدرة على إعطاء كميات كبيرة من الطاقة ذات إمكانيات ضئيلة ويتطلب تحقيقها إعداداً تقنياً مدروساً ومعقداً .
البرامج النووية وأنواع المفاعلات :
قلنا أن إنتاج الحرارة داخل مفاعل نووي عادي يتم بواسطة انشطار ذرة اليورانيوم من جراء اصطدامها بالنيوترونات التي يتوجب تخفيف سرعتها من أجل زيادة احتمالات الانشطار نفسه وهذا هو دور الكابح
أما الحرارة فينبغي تصريفها للخارج لإدارة محرك بخاري وإنتاج الكهرباء .
وهذا هو دور السائل المبرد والسائل الناقل للحرارة .
لذا فالمجموعة المكونة من الكابح ، والسائل الناقل للحرارة ، ونوع معين من الوقود تشكل طريقة معينة أو نموذجاً معيناً لإعطاء الطاقة من الطاقة النووية ويمكن أن نتخيل عدد لا يحصى من هذه النماذج .
لكن المعمول به اليوم هو عدد محدد منها . وهي تنقسم فيما بينها سوق المفاعلات ذات القدرة العالية كما يلي :
1- المفاعل العامل بالمياه المضغوطة (Pressurized water Reactor ) :
وهو يستخدم اليورانيوم الغني بنسبة (2 إلى 4 %) مقابل (0,7 %) في اليورانيوم الطبيعي ، وهذه المفاعلات تبرد وتكبح فيها النيوترونات بالماء الطبيعي وهذه المياه تحفظ تحت ضغط معين لتحافظ على حالة السيولة على درجات مرتفعة من الحرارة أثناء خروجها من المفاعل .
ثم تنقل حرارتها إلى دورة مياه ثانية حيث لا تلبث أن تمر بحالة الغليان وتعمل على إدارة المحركات . و هذا النوع منتشر كثيراً في كافة أرجاء العالم .
2- المفاعل العامل بالمياه الغالية (Boiling water Reactor ; B.W.R) :
وهو بحد ذاته منافس للأول ولا يختلف عنه إلا ببساطة دورات المياه لأنها غير مضغوطة وبالتالي فإنها تغلي وتساهم في إدارة التوربينات بطريقة مباشرة .
3- المفاعلات من نوع (CANDU) .
4- المفاعل الذي يعمل بالغرافيت والغاز :
وهو مفاعل يعمل باليورانيوم الطبيعي والكابح فيه هو الغرافيت والمبرد هو ثاني أكسيد الكربون.
5- المفاعل ذو الحرارة المرتفعة <<High Temp . Reactor >> .H.T.R :
وهو يستخدم مزيجاً من اليورانيوم الغني والتوريوم . والكابح فيه من الغرافيت ، والسائل المبرّد هو الهليوم .
وهذا النوع يستطيع توليد درجة عالية من الحرارة وبالتالي يتيح تحسين المردود في إنتاج الكهرباء .
6- المفاعل العامل بالنيوترونات السريعة :
المبرّد هو الصوديوم السائل ولا يوجد هنا كابح .
طاقة الاندماج النووي أو( الانصهار النووي )
المصدر الآخر للطاقة الذي تتوجه إليه أنظار الدول المتقدمة هو الانصهار الحراري المضبوط فهو مصدر للطاقة كان منذ عشرين سنة محطة آمال الجميع وفي الوقت نفسه كانت المشاكل الناجمة عنه موضع تساؤل من الجميع .
فقد قام العلماء بإنشاء عدد كبير من الآلات بهدف التوصل إلى ترويض تفاعلات الانصهار الحراري .
حيث يأمل الإنسان أن يكون قادراً على تغذية شبكاته الكهربائية بمفاعلات تعمل على مبدأ الانصهار الحراري .
ولكي تتحد البروتونات أو النويات ببعضها البعض ينبغي توفر شروط في الضغط والحرارة وهي نفسها الموجودة داخل النجوم والتي تتلخص بضغط يعادل ملايين المرات مقدار الضغط الجوي ودرجة حرارة تساوي مئات الملايين من الدرجات وقد تحقق بالفعل في المختبرات بتحقق شرط واحد .
والطاقة النووية المستخدمة في الوقت الحاضر للأغراض السلمية يتم توليده عن طريق تفاعل الانشطار أما تفاعل الاندماج فما زالت استخداماته لتوليد الطاقة في الأغراض السلمية موضع البحث والتطوير ويرجع السبب في ذلك لوجود بعض الصعوبات الفنية في إيجاد مواد مناسبة لبناء المفاعلات التي يتم فيها التفاعل الاندماجي بحيث يتحمل الحرارة الهائلة التي يجب توفيرها لإحداث النشاط الاندماجي التي تقدر بملايين الدرجات المئوية .
وقد صحب إنتاج الطاقة النووية توسعاً هائلاً في تطبيقات التقنيات النووية في مختلف المجالات كالطب والزراعة والصناعة وهذا بحد ذاته ثمرة التوسع في استغلال الطاقة النووية فأجهزة الفحص والتحليل والمعالجة التي تطبق النووية يكاد لا يخلو منها أي مستشفى متقدم وعمليات التعقيم للإبر والأدوات الطبية تجري الآن على نطاق واسع وذلك عن طريق تعريضها لحزم من أشعة جاما لإبادة الجراثيم والميكروبات .
غير أن كثيراً من التطبيقات النووية تستخدم الآن في مكافحة الحشرات والآفات الزراعية وفي تحسين نوعية المحاصيل الزراعية ، وقياس التربة والرطوبة وفي مجالات مصادر المياه الجوفية وغيرها من الاستخدامات التي لا يمكن حصرها .
والتوسع في إنتاج الطاقة النووية لا يعني أنها وسيلة مأمونة فهناك الكثير من العوامل التي تحدّ من تعميمها وانتشارها فأخطار الأشعة على البيئة والإنسان عاقة في الأذهان وهي تبدأ في مناجم استخراج وتعدين الوقود النووي مارّة بعمليات تشغيل المفاعلات النووية التي لا تخلو من تعرض العاملين فيها لجرعات إشعاعية وتنتهي بمشكلات التخلص من النفايات والمخلفات الإشعاعية التي تزداد وتتعقد مع التوسع في إنتاج الطاقة النووية التي وصلت إلى حوالي 5% من كمية الطاقة المستهلكة في عام 1980 م.
ثم من المتوقع أن تصل إلى حوالي 19% في عام 2000م .
مصادر الطاقة المتجددة
توجد أنواع كثيرة من المصادر المتجددة الغير ناضبة فنحن نعيش في مرحلة يأتي معظم الطاقة فيها من مناجم الفحم وآبار النفط وغيرها من الطاقة التي تم الحديث عنها سابقاً فإن هذا الوقود سوف يُستهلك بسرعة كبيرة حيث يمكن أن ينضب معها جميع الاحتياطي الموجود خلال مدة لا تتعدى قرناً واحداً من الزمن .
لذا فمن الواجب البحث عن مصادر طبيعية متجددة أي غير ناضبة ولا تحدث تلوث بيئي ومن هذه المصادر ما يلي :
1- الطاقة الشمسية :
تعتبر الشمس مصدر الطاقة اللازمة للحياة على الأرض وهي نجم صغير في مجرتنا وتنتج طاقة الشمس نتيجة التفاعل الاندماجي عند اتحاد ذرات الهيدروجين لتكوين الهليوم .
والقدرة الإشعاعية المنبعثة من الشمس تقدر بحوالي ويصل منها إلى الأرض حوالي .
وينتقل الإشعاع الشمسي في الفراغ إلى الغلاف الجوي للأرض ومن خلاله إلى سطح الأرض ، ويؤثر سمك الغلاف الجوي ومكوناته على الطاقة الإشعاعية المؤثرة على منطقة ما على سطح الأرض وتكون أقل من مثيلتها لو حل الفراغ محا الغلاف الجوي وذلك لأن الغلاف الجوي يبعثر ويعكس إلى الفراغ الخارجي جزءاً من الإشعاع الشمسي الساقط .
ويعرف الثابت الشمسي بأنه تدفق الإشعاع الشمسي في الفراغ على بعد يساوي متوسط المسافة بين الأرض والشمس على مدار العام يساوي وحدة مسافة فلكية ( ) والقيمة التقريبية للثابت الشمسي يساوي وهي تمثل القيمة المتوسطة للإشعاع الشمسي خارج الغلاف الجوي للأرض .
وتتغير المسافة بين الشمس والأرض لأن حركة الأرض حول الشمس تكون على شكل قطع ناقص وليس على شكل دائرة ، وبالتالي تتغير قيمة تدفق الإشعاع خارج الغلاف الجوي على مدار العام نقصاً أو زيادة عن قيمة الثابت الشمسي تغير قيمة الإشعاع الشمسي خارج الغلاف على مدار العام , ونسبته إلى القيمة المتوسطة الممثلة بالثابت الشمسي . ويتضح أن تدفق الإشعاع الشمسي خارج الغلاف الجوي يتغير في حدود من القيمة المتوسطة تقريباً خلال العام .
وتحدث أعلى قيمة لتدفق الإشعاع في شهر يناير عندما تكون الشمس أقرب ما يمكن من سطح الأرض ، بينما تكون أدنى قيمة له في شهر يونيو عندما تكون الشمس عند أبعد مسافة من الأرض .
وتعتبر الشمس ذات أهمية كبرى وذلك لوجود الحياة على سطح الأرض وحيث أن أنواع الوقود الأحفوري مثل النفط والغاز والفحم تعتبر من بعض العمليات الطبيعية عن طريق خزن جزء من الطاقة الشمسية بواسطة عمليات التمثيل الضوئي أي أنها أصلاً طاقة مستمدة من طاقة الشمس . ويمتد تاريخ استخدام الطاقة الشمسية إلى عصور ما قبل التاريخ حيث استعمل الإنسان الشمس لتدفئة جسمه والوقاية من البرد وإن فكرة استخدام الطاقة الشمسية في التسخين أو في تحريك الآلات ليست جديدة حيث كانت هناك بعض المحاولات للاستفادة من هذه الطاقة في الحياة اليومية .
ولقد شهد عام 1930 م تقدماً ملحوظاً في الاهتمام بالطاقة الشمسية حيث سجلت اليابان العديد من البراءات لأفكار تتعلق بالسخانات الشمسية الحرارية فوق أسطح المنازل حيث بلغ عدد السخانات المستعملة فوق أسطح المنازل حوالي ربع مليون وحدة عام 1960 م .
لقد ساعدت الأبحاث الفضائية إلى زيادة الاهتمام بالخلايا الشمسية حيث تم إرسال أول خلية شمسية إلى الفضاء عام 1957 م وفي عام 1958م حمل القمر الصناعي فان جارد عدد من الخلايا الشمسية بلغت 108 خلية لتزويد محطة اللاسلكي بالطاقة اللازمة ثم توالت البحوث العملية والاكتشافات العلمية في مجال الطاقة الشمسية مما أدى إلى تطورها تطوراً كبيراً .
إن طاقة الشمس تعتبر المصدر الرئيسي للطاقة في كوكب الأرض ومنها توزعت وتحولت إلى مصادر الطاقة الأخرى سواء ما كان منها مخزون في طاقة الرياح والطاقة الحرارية في جوف الأرض والطاقة المولدة من مساقط المياه والطاقة الشمسية وغيرها من مصادر الطاقة كالفحم الحجري والأخشاب ، وبما أن الطاقة الشمسية هي أهم مصادر الطاقة المتجددة خلال القرن القادم فإن جهود كثير من الدول تتوجه لها بمختلف صورها وترصد لها المبالغ اللازمة لتطوير المنتجات والبحوث الخاصة باستغلال الطاقة الشمسية كإحدى أهم مصادر الطاقة البديلة للنفط والغاز .
وقد أعطى النصيب الأوفر في البحوث والتطبيقات لمجال تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء وهو ما يعرف باسمPhotovoltaic وهذا المصدر من الطاقة هو أمل الدول النامية في التطور حيث أصبح توفر الطاقة الكهربائي من أهم العوامل الرئيسية لإيجاد البنى الأساسية فيها ولا يتطلب إنتاج الكهرباء من الطاقة الشمسية إلى مركزية التوليد بل تنتج الطاقة وتستخدم بنفس المنطقة أو المكان وهذا ما سوف يوفر كثيراً من تكلفة النقل والمواصلات وتعتمد هذه الطريقة بصورة أساسية على تحويل أشعة الشمس إلى طاقة كهربائية ، وتوجد في الطبيعة مواد كثيرة تستخدم في صناعة الخلايا الشمسية والتي تجمع بنظام كهربائي وهندسي محدد لتكوين ما يسمى باللوح الشمسي والذي يعرض لأشعة الشمس بزاوية معينة لينتج أكبر قدر من الكهرباء.
مراحل تطور تكنولوجيا توليد الطاقة الكهربائية من الشمس :
بما أن الطاقة الشمسية تعتبر من المجالات والتخصصات العلمية الحديثة حيث يعود تاريخ الاهتمام بالطاقة الشمسية كمصدر للطاقة في بداية الثلاثينات حيث تركز التفكير حين ذاك علي إيجاد مواد وأجهزة قادرة على تحويل طاقة الشمس إلى طاقة كهربائية وقد تم اكتشاف مادة تسمى السيلينيوم التي تتأثر مقاومتها الكهربائية بمجرد تعرضها للضوء وقد كان هذا الاكتشاف بمحض الصدفة حيث أن أساس البحث كان لإيجاد مادة مقاومتها الكهربائية عالية لغرض تمديد كابلات للاتصالات في قاع المحيط الأطلسي.
واخذ الاهتمام بهذه الظاهرة يتطور حتى بداية الخمسينات حين تم تطوير شرائح عالية القوة عن مادة السليكون تم وضعها بأشكال وأبعاد هندسية معينة وقادرة على تحويل أشعة الشمس إلى طاقة كهربائية بكفاءة تحويل (6٪) ولكن كانت التكلفة عالية جداً ، هذا وقد كان أول استخدام للألواح الشمسية المصنعة من مادة السليكون في مجال الاتصالات في المناطق النائية ثم استخدامها لتزويد الأقمار الصناعية بالطاقة الكهربائية حيث تقوم الشمس بتزويد الأقمار الصناعية بالطاقة الكهربائية حيث تكون الشمس ساطعة لمدة (24) ساعة في اليوم ولازالت تستخدم حتى يومنا هذا ولكن بكفاءة تحويل تصل إلى ( 16٪) وعمر افتراضي يتجاوز العشرون عاماً.ولقد زاد الاهتمام بالطاقة الشمسية كحل مناسب لأزمة الطاقة مستقبلاً نتيجة لأن النفط والغاز لن يستمرا لمدة طويلة، ولقد كانت أزمة الطاقة العالمية أثناء الحرب بين العرب وإسرائيل وزيادة أسعار النفط دور كبير في الاتجاه إلى اكتشاف مصادر جديدة للطاقة والاهتمام بها خاصة إذا ما قورنت بالأخطار الناتجة عن استخدام الطاقة النووية والتي تعتبر حالياً المصدر الثاني للطاقة بعد النفط .
كل هذه الأمور أدت إلى الاهتمام بالطاقة الشمسية ، كذلك نجد أن الطاقة الشمسية تتميز عن غيرها من أنواع الطاقة بمميزات منها :
1- استخدام الطاقة النووية يؤدي أحياناً إلى أخطار جسيمة وذلك ناتج عن استخدام المواد المشعة التي تشكل خطراً على الإنسان والبيئة مما يشكل تهديداً لأمن وسلامة البلدان ، أما الطاقة الشمسية فهي طاقة نظيفة لا تلوث البيئة ولا تحتاج لكميات كبيرة من المياه مثلما تحتاجه الطاقة النووية خلال عمليات التبريد اللازمة .
2- استخدام الطاقة الشمسية لا يحتاج إلى تقنية معقدة مثلما تحتاجه الطاقة النووية وخاصة ما يرتبط منها ينظم التحكم والأمان الدقيقة .
3- من المشاكل الرئيسية التي تواجه الطاقة النووية صعوبة التخلص من النفايات النووية الناتجة عن استهلاك المواد المشعة بينما الطاقة الشمسية لا تترك مخلفات أو فضلات كبيرة تلوث البيئة .
4- صعوبة توفير الوقود التقليدي اللازم لتشغيل مولدات الكهرباء في المناطق النائية والمناطق الجبلية الوعرة حيث تكون الطاقة الشمسية ميزة مهمة لهذه المناطق من الناحية الاقتصادية حيث توفر تكاليف الوقود واليد العاملة وصيانة الآلات في تلك المناطق .
5- يؤدي استخدام الطاقة الشمسية إلى عدم الاعتماد على الدول الصناعية وتدّعم من الاستقلالية السياسية والاقتصادية بينما الطاقة النووية تحتاج إلى وقود اليورانيوم المخصب مما يؤدي إلى اعتماد دول العالم الثالث على الدول الصناعية للحصول على اليورانيوم المخصب بصورة مستمرة.
الإشعاع الشمسي عند سطح الأرض :
يتبعثر بعض الإشعاع الشمسي عند مروره خلال الغلاف الجوي ، كما يمتص بعضه في الغلاف الجوي وينعكس بعضه إلى الفضاء خارج الغلاف الجوي ، وبالتالي يكون الإشعاع الشمسي الذي يصل
19/4/2024, 23:26 من طرف ابو عبد الرحمن الزموري
>
