أنواع الطاقة المتجددة الأكثر شيوعًا مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة الكهرومائية والطاقة الحرارية الأرضية، التي يمكن أن تحل محل الوقود الأحفوري، محط اهتمام رئيسي للدول في جميع أنحاء العالم، كوسيلة لخفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.
وعلى الرغم من النمو الأخير لمصادر الطاقة المتجددة، لا يزال الوقود الأحفوري يهيمن على مزيج الطاقة العالمي، ومعظم البلدان في المراحل الأولى من تحول الطاقة، ولا يحصل سوى عدد قليل منها على أجزاء كبيرة من احتياجاتها من الكهرباء من مصادر نظيفة، ومع ذلك، قد يشهد العقد الحالي نموًا أكبر من السنوات الأخيرة التي حطمت الأرقام القياسية.
وتتوقع وكالة الطاقة الدولية أنه بحلول عام 2026 ستنمو قدرة الكهرباء المتجددة العالمية بنسبة 60٪ من مستويات عام 2020 إلى أكثر من 4800 جيجاوات، أي ما يعادل إنتاج الطاقة الحالي من الوقود الأحفوري والنووي مجتمعين. لذا، وبغض النظر عن الموعد الذي ستتولى فيه مصادر الطاقة المتجددة زمام الأمور، فمن الواضح أن اقتصاد الطاقة العالمي سيستمر في التغير.
مفهوم الطاقة عامة
أنواع الطاقة المتجددة تأتي ضمن مفهوم الطاقة بصفة عامة، والتي تعرف بأنها القدرة على القيام بالعمل، فالحضارة الحديثة قامت لأن الناس تعلموا كيفية تغيير الطاقة من شكل إلى آخر، ومن ثم استخدامها للقيام بالعمل.
يستخدم الناس الطاقة في مجموعة متنوعة من الأشياء، مثل المشي وركوب الدراجات، وتحريك السيارات على طول الطرق والقوارب عبر المياه، ولطهي الطعام على المواقد، ولصنع الثلج في المُجمدات، ولإضاءة منازلنا ومكاتبنا، ولتصنيع المنتجات.
وهناك أشكال عديدة للطاقة مثل الحرارة، ضوء، حركة، الكهرباء، المواد الكيميائية، الجاذبية، ويمكن تجميع أشكال الطاقة هذه في نوعين عامين هما الطاقة المحتملة أو المخزنة والطاقة الحركية أو العاملة.
ويمكن تحويل الطاقة من شكل إلى آخر، على سبيل المثال، يحتوي الطعام الذي تتناوله على طاقة كيميائية، ويقوم جسمك بتخزين هذه الطاقة حتى تستخدمها كطاقة حركية أثناء العمل أو اللعب، ويمكن تحويل الطاقة الكيميائية المخزنة في الفحم أو الغاز الطبيعي والطاقة الحركية للمياه المتدفقة في الأنهار إلى طاقة كهربائية يمكن تحويلها إلى ضوء وحرارة.
وترتبط جميع أشكال الطاقة بالحركة، على سبيل المثال، أي جسم لديه طاقة حركية إذا كان في حالة حركة، فالجهاز المشدود مثل القوس، رغم أنه في حالة سكون، لديه القدرة على خلق الحركة؛ فهو يحتوي على طاقة محتملة بسبب تكوينه، وبالمثل فإن الطاقة النووية هي طاقة محتملة لأنها تنتج من تكوين الجسيمات دون الذرية في نواة الذرة.
الطاقة لا تفنى ولا تستحدث من العدم ولكنها تتحول من شكل إلى آخر فقط. يُعرف هذا المبدأ باسم حفظ الطاقة أو القانون الأول للديناميكا الحرارية. على سبيل المثال، عندما ينزلق صندوق إلى أسفل التل، فإن الطاقة الكامنة التي يمتلكها الصندوق من موقعه عاليًا على المنحدر تتحول إلى طاقة حركية، أي طاقة الحركة. عندما يتباطأ الصندوق حتى يتوقف بسبب الاحتكاك، تتحول الطاقة الحركية الناتجة عن حركة الصندوق إلى طاقة حرارية تعمل على تسخين الصندوق والمنحدر.
يمكن تحويل الطاقة من شكل إلى آخر بطرق أخرى مختلفة. على سبيل المثال، يتم إنتاج الطاقة الميكانيكية أو الكهربائية القابلة للاستخدام بواسطة أنواع كثيرة من الأجهزة، بما في ذلك المحركات الحرارية التي تعمل بحرق الوقود، والمولدات، والبطاريات، وخلايا الوقود، والأنظمة الهيدروديناميكية المغناطيسية.
وهناك العديد من مصادر الطاقة المختلفة، ولكن يمكن تقسيمها جميعًا إلى فئتين، مصادر الطاقة المتجددة ومصادر الطاقة غير المتجددة، ويمكن استخدام الاثنين كمصادر طاقة أولية لإنتاج طاقة مفيدة مثل الحرارة، أو يمكن استخدامهما لإنتاج مصادر طاقة ثانوية مثل الكهرباء والهيدروجين.
ما هي الطاقة المتجددة؟
أنواع الطاقة المتجددة تندرج تحت المورد المتجدد، وهو المورد الذي يمكن تجديده بشكل طبيعي مع مرور الوقت، ونتيجة لذلك فهي مستدامة على الرغم من استهلاكها من قبل البشرية، وتعتبر الموارد المتجددة ذات أهمية خاصة لقدرتها على استبدال الموارد غير المتجددة أو المحدودة في إنتاج الطاقة، بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن توفر الموارد المتجددة حلول طاقة أنظف من تلك التي توفرها الموارد غير المتجددة مثل الفحم والوقود الأحفوري.
المورد المتجدد هو المورد الذي يوجد به إمدادات لا نهاية لها لأنه يمكن تجديده، وتعتبر الشمس والرياح والحرارة الأرضية أشياء لا تنضب، وبالتالي فهي أمثلة على الموارد المتجددة، كما تعتبر المياه مورداً طبيعياً متجدداً طالما تساقطت الأمطار. أظهرت أنماط المناخ المتغيرة الحاجة إلى جهود الحفظ لحماية إمدادات المياه.
وتعتبر معظم المعادن الثمينة متجددة لأنها قابلة لإعادة الاستخدام. ونظرًا لعدم تدميرها أثناء استخراجها واستخدامها، فيمكن إعادة تدويرها، وعلى عكس الموارد المتجددة، بمجرد استنفاد الموارد غير المتجددة، لا يمكن استعادتها. مع استمرار نمو السكان البشري وتزايد ندرة الموارد المحدودة، يزداد الطلب على الموارد المتجددة.
وتعتبر الطاقة الناتجة عن الموارد المتجددة غير محدودة تقريبًا بسبب قدرة هذه الموارد على التجدد بشكل طبيعي، ويمكن لها أن تقلل الضغط على الإمدادات المحدودة من الوقود الأحفوري، والتي تعتبر موارد غير متجددة.
غالبًا ما يستغرق تكوين مصادر الطاقة غير المتجددة آلاف السنين، ويجب إخراجها من الأرض وحرقها لإنتاج الطاقة التي تنتج الكهرباء، وعندما يتم حرقها، فإنها تطلق أيضًا غازات دفيئة خطيرة مثل ثاني أكسيد الكربون، وقد نتج الفحم والغاز الطبيعي والنفط من البقايا المدفونة للنباتات والحيوانات البحرية التي عاشت منذ ملايين السنين.
وينتج اليورانيوم الطاقة النووية؛ عندما تنقسم الذرات (الانشطار النووي) فإنها تخلق مصدر طاقة غير متجدد لإنتاج الحرارة، وفي النهاية الكهرباء، ويعتقد العلماء أن اليورانيوم تم تصنيعه منذ مليارات السنين عندما تم صنع النجوم، يوجد اليورانيوم في قشرة الأرض، لكن معظمه صعب أو مكلف للغاية بحيث لا يمكن استخراجه وتحويله إلى وقود لمحطات الطاقة النووية.
وتم استخدام الوقود الأحفوري منذ أواخر ثمانينيات القرن التاسع عشر لإنتاج الطاقة التي نستخدمها. وقد تم استخدام الموارد المتجددة مثل الطاقة الكهرومائية والخشب لفترة أطول، وفي الواقع كانا المصدرين الأساسيين للطاقة المتجددة حتى التسعينيات، وفي السنوات التي تلت ذلك، أصبح إنتاج الطاقة المتجددة يأتي بشكل متزايد من موارد الكتلة الحيوية والطاقة الحرارية الأرضية والطاقة الشمسية والمياه وطاقة الرياح.
أنواع الطاقة المتجددة الأكثر شيوعًا
أنواع الطاقة المتجددة هي المصدر الرئيسي للطاقة في معظم تاريخ البشرية، حيث كان يتم الاعتماد على الكتلة الحيوية للنباتات، وتهدف الكثير من الدول إلى تعزيز استخدام الطاقة المتجددة كوسيلة لخفض ومنع انبعاثات ثاني أكسيد الكربو، وفيما يلي الأنواع الرئيسية للطاقة المتجددة.
1.الطاقة الشمسية
الطاقة الشمسية هي الطاقة التي يتم حصادها من الشمس من خلال الخلايا الكهروضوئية، ربما تعرفها بشكل أفضل باسم الألواح الشمسية. تقوم هذه الأجهزة بتحويل الطاقة الضوئية الصادرة عن ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية وإيداعها في حزم البطاريات، حيث يمكن بعد ذلك عكسها إلى تيار متردد لتشغيل الشبكة الكهربائية والمنازل والمزيد.
هناك أيضًا طاقة شمسية حرارية مركزة (CSP)، حيث تعمل مجموعة من المرايا المتحركة، المعروفة باسم الهليوستات، على تركيز ضوء الشمس على برج مركزي، مما يولد كمية هائلة من الحرارة في نقطة واحدة، ويتم نقل هذه الحرارة إلى سائل الملح المنصهر عبر مبادل حراري، والذي يقوم بعد ذلك بغلي الماء لتشغيل توربين بخاري وتوليد الطاقة.
وتنمو الطاقة الشمسية بسرعة بفضل انخفاض تكلفة معدات الطاقة الشمسية وزيادة الطلب والاستثمار، وهي إجمالًا جذابة لأن ضوء الشمس مجاني، وفير، ولا يتطلب أي تكرير أو استخلاص، وهو آمن بشكل عام، وتتمثل عيوبها بشكل أساسي في حاجتها إلى مساحات كبيرة من الأراضي لوضع الألواح.
لذا في الدول الصحراوية هي مثالية للغاية، نظرًا لارتفاع معدل السطوع الشمسي ووفرة الأراضي غير المجدية اقتصاديًا في الزراعة، ومع ذلك لا يمكن أن يكون للطاقة الشمسية أي آثار على استخدام الأراضي من خلال تركيبها على أسطح المباني.
2.الطاقة الحرارية الأرضية
تعمل الطاقة الحرارية الأرضية على زيادة الاختلافات في درجات الحرارة بين سطح الأرض ودرجات الحرارة المرتفعة الموجودة تحت الأرض بالقرب من مصادر الحرارة الأرضية مثل الينابيع الساخنة والمناطق البركانية الأخرى، وتقع خزانات الطاقة الحرارية الأرضية عادةً بالقرب من حدود الصفائح التكتونية وخطوط الصدع وأماكن أخرى حيث يكون غطاء الأرض شديد الحرارة أقرب إلى القشرة.
في بعض المصانع، يتم نقل السائل العامل من السطح إلى الأرض حيث يمتص الحرارة، ويعود لنقل تلك الحرارة إلى الماء، وتحويله إلى بخار يقوم بعد ذلك بتدوير التوربين لتوليد الكهرباء. تأخذ محطات أخرى الماء الساخن أو البخار مباشرة من منطقة الطاقة الحرارية الأرضية وتضخه في توربينات، أو تقوم بضغط وإزالة ضغط المياه الحرارية المائية لتحويلها إلى بخار لتشغيل التوربينات.
وعلى الرغم من أنها ليست لتوليد الطاقة، إلا أن المضخات الحرارية الأرضية (GSHPs) هي تقنية أخرى للطاقة الحرارية الأرضية تهدف إلى تقليل الطلب على طاقة التدفئة والتبريد، وتستفيد المضخات من حقيقة أن درجات الحرارة تظل ثابتة طوال العام في الأرض الضحلة حوالي 4-12 مترًا، عند 10-15 درجة مئوية، ويتم تمرير سائل التبريد عبر مبادل حراري ذو حلقة أرضية ضحلة ينقل الحرارة من المنزل إلى الأرض أو ينقل الحرارة من الأرض إلى المنزل حسب الموسم.
وعلى الرغم من أن الطاقة الحرارية الأرضية نظيفة وآمنة بشكل استثنائي، إلا أنها تتمتع بتكلفة استثمار أولية عالية وهي خاصة بمناطق الطاقة الحرارية الأرضية، وهذه المناطق عددها محدود في العالم.
3.طاقة الرياح
تعمل طاقة الرياح على تحويل الطاقة الميكانيكية للرياح إلى طاقة كهربائية، وهي مستخدمة منذ القدم حيث أبحرت المراكب الشراعية بقوة دفع الرياح البحرية ، كما استخدمت طاحونة الهواء في الأراضي الزراعية التي تم تطهيرها.
واستغلال طاقة الرياح يجري في المناطق التي تتعرض لقوى رياح شبه ثابتة، وتولد عملية الدوران طاقة كهربائية يتم توجيهها إلى خزان البطارية. ويمكن أن تدور شفرات طاحونة الهواء لتتناسب مع تقلبات سرعة الرياح. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لجهاز استشعار اتجاه الرياح أن يملي على الطاحونة بأكملها أن تتجه لمواجهة الرياح السائدة.
وعلى الرغم من إمكانية الوصول إليها، هناك العديد من الجوانب السلبية لطاقة الرياح. ويعتمد الأمر إلى حد ما على الموقع، حيث ليست كل الأماكن مناسبة لمزارع الرياح. بالإضافة إلى ذلك، تنتج طواحين الهواء ضوضاء منخفضة المستوى، ويمكن أن تشكل تهديدات لبعض الحيوانات البرية، كما أنها غير موثوقة وأكثر عرضة للفشل بسبب البيئة شديدة الضغط.
4.طاقة الكتلة الحيوية
تستخدم طاقة الكتلة الحيوية الطاقة الموجودة في النباتات والحيوانات ومشتقاتها، ورغم استغلالها منذ القدم إلا أنها تتمتع بقيمة هائلة اليوم بفضل الكمية الكبيرة من المنتجات الثانوية العضوية (البقايا والنفايات) مثل الزيوت الصناعية والصرف الصحي والنفايات الزراعية ونفايات الخشب وغيرها.
وعلى الرغم من أنه لا يستخدم غالبًا لتوليد الكهرباء بسبب انخفاض كثافة الطاقة لكل وحدة، فهو مفيد للغاية لتدفئة المنازل وكوقود للمعدات القائمة على البتروكيماويات، حيث يتم تخليق الوقود الحيوي(الإيثانول في الأساس) المشتق من الكتلة الحيوية.
والكتلة الحيوية وفيرة ومتجددة ورخيصة، وهي وسيلة ذكية لإعادة تدوير ما قد يتعفن في مكب النفايات، ومع ذلك فإنها تنتج انبعاثات عند حرقها، ويجب حصادها من بالوعات الكربون مثل الأشجار والنباتات وغيرها من المواد الواقية التي تساهم عند حصادها في إزالة الغابات وبالتالي تغير المناخ.
5.الطاقة الكهرومائية
تعمل الطاقة الكهرومائية على تحويل الطاقة الحركية للمياه المتدفقة إلى طاقة كهربائية، وتكتسب المياه قدرًا كبيرًا من الطاقة أثناء تحركها إلى أسفل، وبالتالي يتم إنشاء السدود لزيادة الارتفاع وسرعة التدفق لتعظيم جمع الطاقة.
والسد هو الوسيلة الأكثر استخدامًا، حيث تتدفق المياه من خزان كبير على ارتفاع عالٍ وتمر على توربينات على ارتفاع منخفض، لتدوير مولد وإنتاج الطاقة الكهربائية، وهناك أيضًا محطات تحويل مجرى النهر، التي تأخذ بعض أجزاء من مياه الأنهار والسدود وتوجهها عبر قناة إلى محطة توليد الطاقة على ارتفاع منخفض، ومن ثم توليد الكهرباء.
الطاقة الكهرومائية نظيفة وفعالة من حيث التكلفة، وهي تقنية حقيقية خارج الشبكة، ومصدر طاقة مستقر أثناء انقطاع الكهرباء، وتساعد في التحكم في الري وإمدادات المياه، إلا أنها تنطوي على تكاليف استثمار أولية عالية، سواء من الناحية المالية أو من حيث انبعاثات الكربون. وتشمل العيوب الأخرى ميلها إلى تهجير كل من البشر والكائنات الحية وتغيير البيئة وذلك عندما يتم منع التدفق الطبيعي للنهر.
6.طاقة المد والجزر
عادة ما يتم تصنيف طاقة المد والجزر على أنها طاقة كهرومائية، لأنها تعمل وفق نفس المبدأ، وهو تحويل إمكانات الماء إلى كهرباء، إلا أن المياه هنا لا تتعلق بالأنهار وإنما بالمحيطات والبحار الكبيرة نوعًا ما، حيث تتسبب جاذبية الشمس والقمر في تدفق المد والجزر والمياه داخل وخارج المناطق الساحلية.
وطاقة المد والجزر وطاقة تيار المد والجزر هما النوعان الرئيسيان لهذه الطاقة، وتتضمن عملية طاقة “تيارات المد والجزر” وضع توربينات في المناطق ذات تيارات المد والجزر القوية، حيث تعمل المياه المتحركة على تشغيل التوربينات، والتي تقوم بعد ذلك بتوليد الكهرباء، ومن ناحية أخرى فإن طاقة “المد والجزر” هي عملية بناء السدود على جزء من الخط الساحلي، وإطلاق المياه من خلال التوربينات.
وطاقة المد والجزر قوية ويمكن أن تولد الكثير من الكهرباء. وهذا يجعلها خيارًا متجددًا ممتازًا لتوليد الطاقة على نطاق واسع، ويمكن لتوربينات المد والجزر التقاط ما يصل إلى 80% من الطاقة في المد والجزر، مما يجعلها مصدرًا فعالاً للطاقة.
7.الطاقة الهيدروجينية
يتم توليد طاقة الهيدروجين عندما يتم تقسيم الماء إلى الأجزاء المكونة له، الأكسجين والهيدروجين، وتتم العملية من خلال التحليل الكهربائي، الذي يستخدم الكهرباء لتقسيم العنصرين، وتعد الطاقة الهيدروجينية خيارًا مستدامًا تتزايد شعبيته في جميع أنحاء العالم، ويتم استخدامه لتشغيل السيارات والحافلات وأنواع المركبات الأخرى.
وطاقة الهيدروجين متجددة، مما يعني أنه يمكن استخدامها مرارا وتكرارا، ولا تولد انبعاثات ضارة، ومحطات الهيدروجين غير ملوثة وتعمل بهدوء، ما يجعلها خيارا مثاليا في المناطق الحضرية.
يمكن لخلايا الوقود الهيدروجيني تحويل ما يصل إلى 60% من الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية.
فوائد أنواع الطاقة المتجددة
أنواع الطاقة المتجددة جميعها لها فوائد عظيمة، رغم كلفتها المرتفعة نوعًا ما في مرحلة الإنشاء، إلا أن ذلك يتم تعويضه بمرور الوقت، كم أن التكنولوجيا الحديثة تعمل على تخفيض تكاليف الإنتاج، وفيما يلي أهم هذه الفوائد.
انخفاض ظاهرة الاحتباس الحراري: الاختراق في الوقود الأحفوري ينتج هته ثاني أكسيد الكربون (CO2) هو غاز الدفيئة الأكثر انتشارًا، ولكن ملوثات الهواء الأخرى مثل الميثان تسبب أيضًا ظاهرة الاحتباس الحراري، وفي المقابل، فإن معظم مصادر الطاقة المتجددة تنتج القليل من انبعاثات الاحترار العالمي أو لا تنتج أي انبعاثات على الإطلاق.
تحسين الصحة العامة: يرتبط تلوث الهواء والماء المنبعث من محطات الفحم والغاز الطبيعي بمشاكل صحية عديدة ،وتأتي معظم هذه الآثار الصحية السلبية من تلوث الهواء والماء الذي لا تنتجه تكنولوجيات الطاقة النظيفة، بينما تعمل أنظمة الرياح والطاقة الشمسية والطاقة الكهرومائية على توليد الكهرباء دون أي انبعاثات تلوث للهواء.
مورد مستدام: يمكن للرياح القوية، والسماء المشمسة، والمواد النباتية الوفيرة، والحرارة من الأرض، والمياه سريعة الحركة أن توفر إمدادات هائلة ومتجددة باستمرار من الطاقة.
وظائف وفوائد اقتصادية: بالمقارنة مع تقنيات الوقود الأحفوري، التي عادة ما تكون ميكانيكية وكثيفة رأس المال، فإن صناعة الطاقة المتجددة أكثر كثافة في العمالة، وهذا يعني أنه في المتوسط يتم خلق المزيد من فرص العمل لكل وحدة من الكهرباء المولدة من مصادر متجددة مقارنة بالوقود الأحفوري.
وبالإضافة إلى الوظائف التي يتم خلقها بشكل مباشر في صناعة الطاقة المتجددة، فإن النمو في الطاقة النظيفة يمكن أن يخلق تأثيرات اقتصادية إيجابية. على سبيل المثال، ستستفيد الصناعات في سلسلة توريد الطاقة المتجددة، وستستفيد الشركات المحلية غير ذات الصلة من زيادة دخل الأسر والشركات .
استقرار أسعار الطاقة: توفر الطاقة المتجددة الكهرباء بأسعار معقولة، ويمكن أن تساعد في استقرار أسعار الطاقة في المستقبل، ورغم أن مرافق الطاقة المتجددة تتطلب استثمارات أولية لبنائها، فإنها يمكن أن تعمل بعد ذلك بتكلفة منخفضة للغاية، فبالنسبة لأغلب تكنولوجيات الطاقة النظيفة، فإن الوقود مجاني، ونتيجة لذلك، يمكن أن تكون أسعار الطاقة المتجددة مستقرة للغاية مع مرور الوقت.
