كيف يمكن توليد الكهرباء

الطاقة الحرارية

يعدّ استخدام الحرارة من الأنظمة الشائعة في توليد الكهرباء، على الرغم من أنها تستلزم قدراً من المساحة والمعدات، وتعتمد هذه الطريقة على إنتاج البخار باستخدام الحرارة، واستخدامه لتحريك التوربين المشغِّل للمولد الكهربائي، وبالتالي إنتاج الكهرباء، كما يمكن استخدام المزدوجات الحرارية في حال عدم وجود أجزاء متحركة في النظام، حيث إنها تستغل التأثير الكهربائي الحاصل في المفاصل بين المعادن المختلفة، ويُذكَر بأن الأقمار الصناعية بين الكواكب تستخدم المولدات الحرارية الكهربائية للنظائر المشعة (بالإنجليزية: radioisotope thermoelectric generators) لتوليد طاقتها؛ والتي لا تحتوي على أجزاء متحركة، كما أنها تعتمد على استخدام مادة مشعة كالبلوتونيوم مثلاً من أجل إنتاج الحرارة، والتي تقوم المزدوجات الحرارية بتحويلها إلى كهرباء.[1]

الألواح الشمسية

تعدّ الطاقة الشمسية مصدراً بديلاً للطاقة، حيث استُخدمت الألواح الشمسية في المركبات الفضائية، وعلى جوانب الطرقات، والأسطح، ويتلخص عملها في تمكين الفوتونات الضوئية من الاصطدام بالإلكترونات المُتحرِّرة من الذرات لإنتاج تيار كهريائي، وتتشكل الألواح الشمسية من العديد من الخلايا الكهروضوئية الصغيرة المرتبطة معاً، والتي تقوم بتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء، حيث تُصنع كل خلية من مواد معينة مع شريحتين من مادة شبه موصلة كالسيليكون مثلاً، مما يؤدي إلى إنتاج مجال كهربائي، وبالتالي تكتسب كل شريحة شحنةً كهربائية سالبة أو موجبة.[2]

يُستخدم الفوسفور في الطبقة العليا من السيليكون بهدف إضافة المزيد من الإلكترونات، واكتساب شحنة سالبة، بينما يستخدم البورون في الطبقة السفلية لإنتاج عدد أقل من الإلكترونات واكتساب شحنة موجبة، مما يؤدي إلى إضافة مجال كهربائي عند اتصال طبقات السيليكون، كما يُستخدم مكونين آخرين بهدف تحويل هذه الإلكترونات إلى طاقة صالحة للاستخدام، فعندما تصطدم الفوتونات الضوئية بالإلكترونات الحرة فإن المجال الكهربائي يحرِّك الإلكترونات بعيداً عن نقاط اتصال طبقات السيليكون، ثم تقوم الصفائح المعدنية الموصلة على جانبي الخلايا بتجميع هذه الإلكترونات، ونقلها إلى الأسلاك الكهربائية، مما يؤدي إلى تدفق الإلكترونات كأي مصدر كهربائي آخر.[2]

طاقة الرياح

تمت الاستفادة من الرياح كمصدر طاقة لمدة تزيد عن ألف سنة، وبالرغم من استبدالها بالوقود الأحفوري في القرن العشرين، إلا أنه تم الرجوع إليها واستخدامها كمصدر للكهرباء حالياً، ويتلخص عملها في أن الرياح تدوّر شفرات التوربينات الهوائية لتحويل طاقة الرياح إلى طاقة دورانية ميكانيكية، والتي تتحول إلى طاقة كهربائية، ويُذكَر بأن هذه التوربينات لا تعمل عند أي سرعة رياح، إذ إذ إنها قد تتعطل في حال كانت الرياح قويةً، وبناءً على ذلك فإنه يتم تزويد التوربين بوحدة تحكم ميكانيكية، والتي يتم تشغيلها عندما تهب رياح أولية بسرعة تتراوح بين 13 و 90 كم/الساعة بهدف توليد الكهرباء، بينما تقوم وحدة التحكم بإيقاف التوربين إذا زادت سرعة الرياح عن ذلك الحدّ.[3]

الوقود الأحفوري

الوقود الأحفوري هو أي مادة هيدروكربونية ذات أصل بيولوجي موجودة في القشرة الأرضية، ويمكن استهلاكها كمصدر للطاقة، ويضم الوقود الأحفوري البترول، والفحم، والقطران، والغازات الطبيعية وغيرها، حيث يتم إحراق أيٍ من هذه الأنواع في الهواء لإنتاج الحرارة، وقد يتم استخدام هذه الحرارة في إنتاج البخار، والذي يفيد في تشغيل المولدات الكهربائية التي تنتج الكهرباء.[4]

طاقة المياه المتدفقة

يُمكن الاستفادة من المياه المتدفقة من خلال بناء خزان كبير، حيث يتم حجز مياه الأنهار بواسطة سد لإنتاج بحيرة اصطناعية، ثم توجيه المياه إلى أنفاق السد، وتُستغَل طاقة مياه الأنفاق المُتدفقة في تدوير التوربينات التي تقوم بتحريك المولدات الكهربائية المنتجة للكهرباء، ويُذكَر بأنّ المهندسين يتحكمون في كمية المياه المتدفقة عبر السد، حيث يتم فتح معظم الأنفاق المؤدية إلى التوربينات في حال الحاجة إلى المزيد من الطاقة، بينما يتم إغلاق بعضها عند الحاجة إلى طاقة أقل.[5]

طوّر المهندسون خلال القرن العشرين طرقاً عدّة من أجل استغلال حركة المد والجزر في توليد الكهرباء في المناطق التي يوجد فيها المد والجزر بشكل كبير، وتتضمن هذه الطرق استخدام مولدات خاصة من أجل تحويل طاقة المد والجزر إلى كهرباء، ولا تزال هذه الطريقة في بداياتها، كما أن كمية الطاقة المُنتجَة خلالها تعتبر قليلةً حتى الآن.[6]

الطاقة النووية

استُخدمت طاقة البخار لمئات السنين، وقد يُنتج المفاعل النووي البخار نتيجة الحرارة المتولدة من عملية الانشطار النووي، حيث تنطلق الطاقة من الانشطار النووي لليورانيوم المخصَّب، ويتم التحكم فيها في محطات توليد الطاقة النووية من خلال تحويل الحرارة الناتجة عن الانشطار إلى طاقة كهربائية عن طريق تجهيز الماء في قلب المفاعل النووي المحتوي على حزم اليورانيوم وتحويله إلى بخار، ثم استغلال البخار لتحريك التوربين الذي يشغّل المولد الكهربائي لإنتاج الطاقة.[7]

الكهرباء الضغطية

الكهرباء الضغطية (بالإنجليزية: Piezoelectricity) هي الطاقة الكهربائية الناتجة عن الضغط الميكانيكي الذي يشتمل على حركات مختلفة كالمشي مثلاً، حيث إنّ تعرُّض الجسم إلى الضغط قد يؤدي إلى تكوين شحنة موجبة على الجانب المضغوط، وشحنة سالبة على الجانب الآخر، وعند إزالة هذا الضغط يتدفق تيار كهربائي خلال المادة.[8]

المراجع

1. ↑ "?Is it possible to generate electricity directly from heat", www.science.howstuffworks.com, Retrieved 1-4-2018. Edited.
2. ^ أ ب Michael Dhar (6-12-2017), "?How Do Solar Panels Work"، www.livescience.com, Retrieved 1-4-2018. Edited.
3. ↑ "wind energy", www.nationalgeographic.org, Retrieved 1-4-2018. Edited.
4. ↑ Otto C. Kopp, "Fossil fuel"، www.britannica.com, Retrieved 1-4-2018. Edited.
5. ↑ "hydroelectric energy", www.nationalgeographic.org, Retrieved 1-4-2018. Edited.
6. ↑ "tidal energy", www.nationalgeographic.org, Retrieved 1-4-2018. Edited.
7. ↑ HOWSTUFFWORKS.COM CONTRIBUTORS, "?How is nuclear fission turned into electrical energy"، www.science.howstuffworks.com, Retrieved 1-4-2018. Edited.
8. ^ أ ب MARIA TRIMARCHI, "?Can house music solve the energy crisis"، www.science.howstuffworks.com, Retrieved 1-4-2018. Edited.