طاقة حرارية أرضية
الطاقة الحرارية الأرضية (Geothermal power) هي مصدر طاقة بديل نظيف ومتجدد، 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 [1]. ويستفاد من هذه الطاقة الحرارية بشكل أساسي في توليد الكهرباء. و في 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.
تاريخ استخدام الإنسان للطاقة الحرارية الأرضية
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[2]
نظرة عامة
لا تتوفر الطاقة الحرارية بصورة مباشرة في الطبيعة إلا في مصادر الحرارة الجوفية، وهذا ما يجعلها سهلة الإستغلال. ويقدر احتياطى الطاقة الحرارية الأرضية في حزام عمقه 2000 متر تحت سطح الأرض ما يعادل ما ينتجه 250 مليار طن من الفحم من الطاقة[3]. نظريا يمكن أن يغطي هذا المقدار من الطاقة حاجة العالم من الطاقة لمدة 100000 سنة قادمة[1].
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 و يمكن الاستفادة من المياه الجوفية الحارة والصخورالحارة في توليد الطاقة الكهربائية وتسخين المياه التي تستخدم في التدفئة, بالإضافة إلى استعمالها في الكثير من ميادين الصناعة و الزراعة الأخرى[4].
و كما 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 إستخراجها واستعمالها معقولة. ففي أيسلندة تنتشر هذه الينابيع الحارة، ويتم توضيفها لأغراض التدفئة والتسخين[5].
إيجابيات هذه الطاقة
يعتبر مصدر الطاقة هذا محط أنظار الكثير من الدول المتقدمة، ويرتب عليها خطط وآمال مستقبلية كبيرة، وذلك للكثير من إيجابيات هذه الطاقة الفتية.
و من أهم إيجابيات هذه الطاقة :
* كونها طاقة متجددة، فهي من مصادر الطاقة التي لاتنفد على الأقل للأجيال القادمة.
* كونها طاقة نظيفة غير مضرة بالبيئة، ولا تسبب أي تلوث سواء في إستخراجها أو في تحويلها أو إستعمالها.
* توفرها بكميات كبيرة جدا وفي مساحات شاسعة ولأغلب بلدان العالم.
* قلة تكاليف إنتاج الطاقة بعد التكاليف الأولية لإنتاج المحطة (والتي يمكن أن تكون باهضة).
* المردود العالي للطاقة المستخرجة.
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 إستخراجه 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 الارض 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.
طاقة متجددة
الطاقة المتجددة: هي الطاقة المستمدة من الموارد الطبيعية التي تتجدد أو التي لا يمكن ان تنفذ (الطاقة المستدامة ). ومصادر الطاقة المتجددة، تختلف جوهريا عن الوقود الأحفوري من بترول و فحم والغاز الطبيعي ، أو الوقود النووي الذي يستخدم في المفاعلات النووية. ولا تنشأ عن الطاقة المتجددة في العادة مخلفات كثاني أكسيد الكربون أو غازات ضارة أو تعمل على زيادة الإنحباس الحراري كما يحدث عند احتراق الوقود الأحفوري أو المخلفات الذرية الضارة الناتجة من مفاعلات القوي النووية .
وتنتج الطاقة المتجددة من الرياح والمياه والشمس, كما يمكن إنتاجها من حركة الأمواج و المد والجزر أو من حرارة الأرض الباطنية وكذلك من المحاصيل الزراعية والأشجار المنتجة للزيوت . إلا أن تلك الأخيرة لها مخلفات تعمل على زيادة الانحباس الحراري . حاليا ًأكثر إنتاج للطاقة المتجددة يـُنتج في محطات القوي الكهرمائية بواسطة السدود العظيمة أينما وجدت الأماكن المناسبة لبنائها على الأنهار ومساقط المياه ، وتستخدم الطرق التي تعتمد على الرياح والطاقة الشمسية طرق على نطاق واسع في البلدان المتقدمة وبعض البلدان النامية ؛ لكن وسائل إنتاج الكهرباء باستخدام مصادر الطاقة المتجددة أصبح مألوفا في الآونة الاخيرة ، وهناك بلدان عديدة وضعت خططا لزيادة نسبة إنتاجها للطاقة المتجددة بحيث تغطي احتياجاتها من الطاقة بنسبة 20 % من استهلاكها عام 2020 . وفي مؤتمر كيوتو باليابان إتفق معظم رؤساء الدول علي تخفيض إنتاج ثاني أكسيد الكربون في الأعوام القادمة وذلك لتجنب التهديدات الرئيسية لتغير المناخ بسبب التلوث واستنفاد الوقود الأحفوري ، بالإضافة للمخاطر الاجتماعية والسياسية للوقود الأحفوري والطاقة النووية.
يزداد مؤخراً ما يعرف باسم تجارة الطاقة المتجددة الذي هي نوع الأعمال التي تتدخل في تحويل الطاقات المتجددة إلى مصادر للدخل والترويج لها، التي على الرغم من وجود الكثير من العوائق غير اللاتقنية التي تمنع انتشار الطاقات المتجددة بشكل واسع مثل كلفة الاستثمارات العالية البدائية وغيرها[1] إلا أن ما يقارب 65 دولة تخطط للاستثمار في الطاقات المتجددة، وعملت على وضع السياسات اللازمة لتطوير وتشجيع الاستثمار في الطاقات المتجددة.
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 و الشمس 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 و بالتالي تخفيف الضغط عن محطات الطاقة الحرارية ، و النتيجة 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 (أنظر الصورة أسفله). 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 و لكن 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 و بفعل التيارات المائية تدور هذه التوربينات و عبر ناقل الحركة نقوم بمضاعفة عزم الدوران و من ثم نستفيد من هذا العزم لتحريك المولد الذي و بفعل 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.
* و للاستفادة من تيارات المد و الجزر التي هي بطبيعة الحال معكوسة الاتجاه، لابد من تركيب المروحة على رأس متحرك ليتناسب مع اتجاه التيارات و بالتالي رفع نسبة الاستغلال ، و يميز هذه التكنولوجيا اذا 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 : تعتمد تلك الطريقة على تثبيت مروحة أو مروحتان على برج متين بحيث تكون تلك المراوح تحت سطح الماء . و بنفس الطريقة المشروحة أعلاه تتحول طاقة حركة المروحة بواسطة المولد الكهربائي إلى كهرباء
* 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 الإستخدام والمنفعة الإقتصادية
لابد من إن يكون ارتفاع المد والجزر لا يقل عن 5 متر ولذلك يوجد في العالم ??? 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 و بالتالي تدني الربح .
محطات التوليد
أول معمل وأكبرها بني عام ??6? في Saint-Malo فرنسا وبدأ العمل به في عام ??66 ويبلغ ارتفاع المد والجزر في هذ المنطقة بين ?? و?6 متر . فقام الفرنسيين ببناء سد بطول 75? متر ونتجة عنه بحيرة بمساحة ?? كم مربع وبسعة ??4 مليون متر مربع وفي هذا السد ?4 فتحة في كل منها هناك عنفة بقدرة ?? ميغاواط. وبالتالي بقدرة ?4? ميجاوات ككل، وقدرة توليد تساوي 6?? 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 ???4 بقدرة إنتاج ?? ميجاوات وهذا المعمل يستخدم للابحاث فهو لا يستفيد إلا من حركة المد.
نسبة الاستغلال
تصل نسبة استغلال التيارات إلى ال80 في المائة اذا تم طبعا استخدام احدث التكنولوجيا و بالمقارنة مع نسبة الاستغلال في المعامل الحرارية فهي نسبة مرتفعة جداً
بيئيا
هذه الطاقة تحظى بتصنيف "صديق للبيئة" فهي لا تصدر اي غازات أو مخلفات سامة كما انها تاخذ بعين الاعتبار الثروة السمكية فالكثير من الابحاث حاولت التقليل من المخاطر التي قد يتعرض لها السمك نتيجة مروره بالقرب من التوربين و قد استطاع الفرنسيين بالفعل تخفيض نسبة الضرر على الاسماك المارة من 15 بالمائة إلى 5 بالمائة.
من الاخطار التي يتعرض لها السمك المار:
* انخفاض الضغط
* الاصطدام بالمراوح الخ
إن العالم بأسره يتطلع إلى مصادر بديلة للطاقة التقليدية ( فحم-غاز-وقود) طاقة نظيفة ومتجددة فكانت هذه التطلعات إلى المصادر المتاحة حولنا وهي الشمس-الرياح-الماء. وكانت المحيطات و البحار ومنذ فترة طويلة كانت المصدر المحتمل للطاقة البديلة حيث تحمل حركة المحيط طاقة على شكل مد وجزر وموجات وتيارات مائية حيث أن العالم يعتمد على 90% من طاقته الكهربائية على المصادر التقليدية و هناك بعض الدول التي كانت سباقة إلى استعمال هذه التقنية الحديثة مثل فرنسا و انكلترا و الولايات المتحدة الأمريكية . منذ أربعين عاما مضت كان هناك اهتمام ثابت في تسخير قدرة المد و الجزر وتم تركيز الاهتمام على مصبات الأنهار حيث تعبر حجوم كبيرة من الماء خلال قنوات ضيقة مما يزيد من سرعة الجريان ولكن كان هناك مشاكل بيئة كبيرة واجهت العلماء لتنفيذ هذه التقنية سوف نورد ذكرها لاحقا, لذلك لجأ العلماء إلى النظر إلى إمكانية استخدام التيارات الساحلية و في التسعينيات تم انتشار الأسيجة المدية في القنوات بين الجزر الصغيرة وكان ذلك خيارا فعالا أكثر من وجودهما على مصبات الأنهار . وان الفرضية المحتملة الأخرى للحصول على الطاقة من المحيطات والبحار هي الاعتماد على فرق درجات الحرارة بين المياه السطحية والمياه الأعمق ولا تزال هذه الطريقة قيد الدراسة . على كل حال ما تزال التقنيات الصناعية لتجهيزات الطاقة المدية والجزرية في بدايتها أو طفولتها إن صح التعبير و سيكون هناك وقت طويل قبل أن تقدم هذه الطاقة الجديدة مساهمتها في توليد الطاقة أو دخولها في الاستغلال التجاري . ونريد التنويه هنا بأن توليد الطاقة باستخدام تدفق الماء ليس فكرة جديدة فقد سجل الفرنسي GIRARD أول براءة اختراع على الإطلاق باستخدامه أداة طاقة الموجة في شهر تموز 1799.
أجزاء و مكونات المحطات المد الجزرية
إن مبدأ عمل المحطات المدية الجزرية يشبه إلى حد ما المحطات الإلكترومائية إلى أن السد في محطة المد والجزر أكبر بكثير من المحطة المائية . وتتكون المحطة المدية الجزرية من المكونات الرئيسية التالية:
مكونات المحطة المدية
* إن المكون الأول لمركز توليد الطاقة المدية هو الحوض المدي أو المصب إن إيجاد المكان المناسب الذي يحتوي على المصب ضروري لنجاح هذه المحطة و هذا المصب لا يكون من صنع الإنسان وإنما يكون طبيعيا وان الحوض المدي يكون ميزة جغرافية و ليس من السهولة إيجاده أو تصنيعه فالمصب المناسب يجب أن يكون مجسما ضخما من الماء المحاط كليا بالأرض مع فتحة صغيرة إلى البحر إن كمية الطاقة التي يمكن أن تولدها من هذه المحطة يتبع لحجم املصب فكلمى زاد حجم المصب تزيد كمية الطاقة.
* إن المكون أو العنصر الثاني يؤثر في توليد الطاقة المدية هو الحاجز المدي هذا الحاجز يبدو مثل الحائط الذي يفصل الحوض المدي عند باقي البحر أسفل هذا الحاجز يكون مثبتا على قاع البحر وقيمة هذا الحاجز تكون فوق أعلى مستوى يمكن أن يصل إليه الماء من المد الأعظمي. الحاجزالمدي يؤدي غرض قطع مياه البحرعن الماء في مصب النهر لذا فالماء يمكن أ ن يحصر بطريقة أو أسلوب مفيد من أجل أحداث الطاقة المدية وهذا ماسنبحثه في عمل العنفات المدية .
* المكون الثالث لهذه المحطات هو بوابات التحكم وهي مناطق من الحاجز يستطيع الماء أن يتدفق بحرية من وإلى خارج الصب هذه البوابات ليست مفتوحة بشكل دائم حيث يتم التحكم بها بواسطة مشغلي مركز الطاقة لتحديد التدفق الناسب من الماء إلى العنفات المدية وهذه البوابات ليس لها موقع محدد على الحاجز المدي ، البعض منها يكون محددا بشكل مباشر أمام وخلف العنفات المدية ويسمح للماء بالتدفق خلال العنفات و توليد الكهرباء و البعض الأخر يكون بعيدا عن العنفة للسماح لمشغلي المركز بملء أو إفراغ المصب عند الرغبة . 4- المكون الرابع في مركز توليد الطاقة المدية هي العنفات المدية نفسها هذه العنفات مرتبة ضمن الحاجز المدي و تستقر بالقرب من قاع أرضية البحر وتصمم هذه العنفات بأسلوب مماثل للعنفة البخارية . تقع العنفات بين موضع بوابات التحكم على كلا المصب وجانب البحر من الحاجز المدي عندما تفتح هذه البوابات يندفع الماء خلالها إلى العنفات ليسرع الشفرات و توليد الكهربا ء .
الدول التي تستفيد من هذه الطاقة
الدولة
المنطقة
الارتفاع الوسطي للمد و الجزر (m)
مساحة المد و الجزر (km²)
الطاقة القصوى (MW)
أرجنتين
San Jose
5.9
-
6800
أستراليا
Secure Bay
10.9
-
?
كندا
Cobequid
12.4
240
5338
Cumberland
10.9
90
1400
Shepody
10.0
115
1800
Passamaquoddy
5.5
-
?
الهند
Kutch
5.3
170
900
Cambay
6.8
1970
7000
كوريا الجنوبية
Garolim
4.7
100
480
Cheonsu
4.5
-
-
مكسيك
Rio Colorado
6-7
-
?
Tiburon
-
-
?
بريطانيا
Severn
7.8
450
8640
مارسيي
6.5
61
700
Strangford Lough
-
-
-
Conwy
5.2
5.5
33
الولايات المتحدة
Passamaquoddy Bay, Maine
5.5
-
?
Knik Arm, الاسكا
7.5
-
2900
Turnagain Arm, الاسكا
7.5
-
6501
Golden Gate, California[1]
?
-
?
روسيا[2]
Mezen
9.1
2300
19200
Tugur
-
-
8000
Penzhinskaya Bay [3][4]
6.0
20,500
87,000
جنوب أفريقيا
Mozambique Channel
?
?
?
نيو زلندا
Kaipara Harbour
2.10
947
200+
طاقة شمسية
يُقصد بالطاقة الشمسية الضوء المنبعث والحرارة الناتجة عن الشمس اللذان قام الإنسان بتسخيرهما لمصلحته منذ العصور القديمة باستخدام مجموعة من وسائل التكنولوجيا التي تتطور باستمرار.تُعزى معظم مصادر الطاقة المتجددة المتوافرة على سطح الأرض إلى و الإشعاعات الشمسية بالإضافة إلى مصادر الطاقة الثانوية، مثل طاقة الرياح وطاقة الأمواج والطاقة الكهرومائية والكتلة الحيوية.. من الأهمية هنا أن نذكر أنه لم يتم استخدام سوى جزء صغير من الطاقة الشمسية المتوافرة في حياتنا. يتم توليد طاقة كهربية من الطاقة الشمسية بواسطة محركات حرارية أو محولات فولتوضوئية.وبمجرد أن يتم تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربية، فإن براعة الإنسان هي فقط التي تقوم بالتحكم في استخداماتها.ومن التطبيقات التي تتم باستخدام الطاقة الشمسية نظم التسخين والتبريد خلال التصميمات المعمارية التي تعتمد على استغلال الطاقة الشمسية، والماء الصالح للشرب خلال التقطير والتطهير، واستغلال ضوء النهار، والماء الساخن، والطاقة الحرارية في الطهو، ودرجات الحرارة المرتفعة في أغراض صناعية. تتسم وسائل التكنولوجيا التي تعتمد الطاقة الشمسية بشكل عام بأنها إما أن تكون نظم طاقة شمسية سلبية أو نظم طاقة شمسية إيجابية وفقًا للطريقة التي يتم استغلال وتحويل وتوزيع ضوء الشمس من خلالها.وتشمل التقنيات التي تعتمد على استغلال الطاقة الشمسية الإيجابية استخدام اللوحات الفولتوضوئية والمجمع الحراري الشمسي، مع المعدات الميكانيكية والكهربية، لتحويل ضوء الشمس إلى مصادر أخرى مفيدة للطاقة.هذا، في حين تتضمن التقنيات التي تعتمد على استغلال الطاقة الشمسية السلبية توجيه أحد المباني ناحية الشمس واختيار المواد ذات الكتلة الحرارية المناسبة أو خصائص تشتيت الأشعة الضوئية،
وتصميم المساحات التي تعمل على تدوير الهواء بصورة طبيعية.
حجم الطاقة الشمسية القادمة إلى الأرض
يستقبل كوكب الأرض 174 بيتا وات من الإشعاعات الشمسية القادمة إليه (الإشعاع الشمسي) عند طبقة الغلاف الجوي العليا.[1][1] وينعكس ما يقرب من 30% من هذه الإشعاعات عائدة إلى الفضاء بينما تُمتص النسبة الباقية بواسطة السحب والمحيطات والكتل الأرضية. ينتشر معظم طيف الضوء الشمسي الموجود على سطح الأرض عبر المدى المرئي وبالقرب من مدى الأشعة تحت الحمراء بالإضافة إلى انتشار جزء صغير منه بالقرب من مدى الأشعة فوق البنفسجية.[2] تمتص مسطحات اليابس والمحيطات والغلاف الجوي الإشعاعات الشمسية، ويؤدي ذلك إلى ارتفاع درجة حرارتها. يرتفع الهواء الساخن الذي يحتوي على بخار الماء الصاعد من المحيطات مسببًا دوران الهواء الجوي أو انتقال الحرارة بخاصية الحمل في اتجاه رأسي.وعندما يرتفع الهواء إلى قمم المرتفعات، حيث تنخفض درجة الحرارة، يتكثف بخار الماء في صورة سحب تمطر على سطح الأرض، ومن ثم تتم دورة الماء في الكون. تزيد الحرارة الكامنة لعملية تكثف الماء من انتقال الحرارة بخاصية الحمل، مما يؤدي إلى حدوث بعض الظواهر الجوية، مثل الرياح والأعاصير والأعاصير المضادة.[3] وتعمل أطياف ضوء الشمس التي تمتصها المحيطات وتحتفظ بها الكتل الأرضية على أن تصبح درجة حرارة سطح الأرض في المتوسط 14 درجة مئوية.[4] ومن خلال عملية التمثيل الضوئي الذي تقوم به النباتات الخضراء، يتم تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية، مما يؤدي إلى إنتاج الطعام والأخشاب والكتل الحيوية التي يُستخرج منها الوقود الحفري.
يصل إجمالي الطاقة الشمسية التي يقوم الغلاف الجوي والمحيطات والكتل الأرضية بامتصاصها إلى حوالي 3.850.000 كونتليون جولفي العام.[5][6]وفي عام 2002، زادت كمية الطاقة التي يتم امتصاصها في ساعة واحدة عن كمية الطاقة التي تم استخدامها في العالم في عام واحد.[11][12]يستهلك التمثيل الضوئي حوالي 3.000 كونتليون جول من الطاقة الشمسية في العام في تكوين الكتل الحيوية.[8]تكون كمية الطاقة الشمسية التي تصل إلى سطح الأرض كبيرة للغاية، لدرجة أنها تصل في العام الواحد إلى حوالي ضعف ما سيتم الحصول عليه من مصادر الطاقة المتجددة الموجودة على الأرض مجتمعة معًا، كالفحم والبترول والغاز الطبيعي واليورانيوم الذي يتم استخراجه من باطن الأرض.[13]سوف يظهر في الجدول الخاص بمصادر الطاقة أن الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح أو طاقة الكتلة الحيوية ستكون كافية لتوفير كل احتياجاتنا من الطاقة، ولكن الاستخدام المتزايد لطاقة الكتلة الحيوية له تأثير سلبيعلى الاحتباس الحراري وزيادة أسعار الغذاء بصورة ملحوظة بسبب استغلال الغابات والمحاصيل في إنتاج الوقود الحيوي.[14]لقد أثارت طاقة الرياح والطاقة الشمسية موضوعات أخرى، باعتبار أنها من مصادر الطاقة المتجددة.
تطبيقات على استخدام الطاقة الشمسية
تشير الطاقة الشمسية بصورة أساسية إلى استخدام الإشعاعات الشمسيةفي أغراض عملية. على أية حال، تستمد كل مصادر الطاقة المتجددة، باستثناء طاقة المد والجزروطاقة الحرارة الأرضية، طاقتها من الشمس.
تتسم التقنية التي تعتمد على الطاقة الشمسية بشكل عام بأنها إما أن تكون سلبية أو إيجابية وفقًا للطريقة التي يتم استغلال وتحويل وتوزيع ضوء الشمس من خلالها. وتشمل تقنية الطاقة الشمسية الإيجابية استخدام اللوحات الفولتوضوئية والمضخات والمراوح في تحويل ضوء الشمس إلى مصادر أخرى مفيدة للطاقة. هذا، في حين تتضمن تقنية الطاقة الشمسية السلبية عمليات اختيار مواد ذات خصائص حرارية مناسبة وتصميم الأماكن التي تسمح بدوران الهواء بصورة طبيعية واختيار أماكن مناسبة للمباني بحيث تواجه الشمس. تتسم تقنيات الطاقة الشمسية الإيجابية بإنتاج كمية وفيرة من الطاقة، لذا فهي تعد من المصادر الثانوية لإنتاج الطاقة بكميات وفيرة، بينما تعتبر تقنيات الطاقة الشمسية السلبية وسيلة لتقليل الحاجة إلى المصادر البديلة. وبالتالي فهي تعتبر مصادر ثانوية لسد الحاجة إلى كميات زائدة من الطاقة
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.
عشان كدة الاقرص الصلبة بتبوظ بسرعة
المفضلات