تسعة
إنتاج الكهرباء كيفية توليد الكهرباء
الرئيسية » اعرف اكثر » كيف تتم عملية إنتاج الكهرباء ونقلها إلى أماكن الاستهلاك؟

كيف تتم عملية إنتاج الكهرباء ونقلها إلى أماكن الاستهلاك؟

كيفية توليد الكهرباء : تعرف بشيء من التفصيل على الأساليب المختلفة لعملية إنتاج الكهرباء ، وكذلك عملية نقل هذه الطاقة المهمة والحيوية إلى مناطق الاستهلاك

رغم أن أول إنتاج للكهرباء يمكن أن يدعى إنتاجًا فعليًا تم عبر أسلوب التفاعل الكيميائي ، حيث اخترع العالم الإيطالي فولتا الخلية الكهربائية في أوائل القرن التاسع عشر ، إلا أن معظم الإنتاج الحالي للكهرباء يعتمد على المولدات الكهربائية الضخمة التي تقوم بإنتاج كميات كبيرة من الكهرباء كل يوم ، تغطي الاستخدامات البشرية لهذه الطاقة الحيوية . في هذا المقال سنتعرف على الأساليب المختلفة لعملية إنتاج الكهرباء او كيفية توليد الكهرباء، وكذلك عملية نقلها إلى مناطق الاستهلاك .

كيفية توليد الكهرباء : الطرقة المختلفة لعملية إنتاج الكهرباء

تعريف الكهرباء

تعريف الكهرباءالكهرباء ، بمعناها العام لا الفيزيائي ، هي نوع من أنواع الطاقة السارية ، تنشأ نتيجة لوجود فرق في الجهد بين قطبين ، تحتاج الكهرباء حتى تسري إلى دائرة مغلقة من القطب الموجب إلى القطب السالب (اصطلاحًا ، وإلا فالحقيقة أن الشحنات تنتقل من القطب السالب إلى القطب الموجب) يتم إنتاج الكهرباء باستخدام مجموعة متنوعة من الطرق ، ويمكن تقريبًا تحويل الكهرباء إلى أي نوع آخر من أنواع الطاقة بشكل سهل جدًا ، حيث من الممكن أن تتحول إلى طاقة حركية في المحركات الكهربائية ، وإلى طاقة ضوئية في المصابيح ، وإلى طاقة حرارية في المواقد والسخانات الكهربائية ، وإلى طاقة كيميائية في عملية شحن البطاريات . كما من الممكن إنتاج الكهرباء عبر مجموعة مختلفة من أنواع الطاقة ، مثل الطاقة الحركية كما في المولدات الكهربائية ، والطاقة الكيميائية ، كما في البطاريات ، والطاقة الضوئية كما في الخلايا الشمسية .

تاريخ إنتاج الكهرباء

تاريخ إنتاج الكهرباءإدراك الناس لوجود الكهرباء أمر مثبت تاريخيًا منذ أزمنة كبيرة ، فقد عرفت بعض الشعوب الأسماك التي تنتج شحنات كهربائية قوية ، وأسموها الأسماك الصاعقة ، أيضًا الكهرباء الساكنة التي تنتج من احتكاك بعض الأجسام كان القدماء على دراية بها وسجلوا ملاحظات كثيرة بشأنها ، أيضًا ظاهرة البرق كانت من الأمور التي أولاها القدماء الكثير من الدراسة ، ومن المعروف أن البرق ينتج بسبب ظواهر كهربائية . لكن الإدراك الحقيقي للكهرباء لم يحدث إلى بعد أن اخترع العالم الإيطالي فولتا في أوائل القرن التاسع عشر الخلية الكهربائية ، التي كانت عبارة عن أقطاب من الزنك والنحاس موضوعة في سائل حمضي ، والتي هي مشابهة جدًا في أسلوب عملها للبطاريات الحالية ، وقد بدأ من هذا الوقت الاهتمام بالكهرباء كأمر جديد مثير للاهتمام .

الانتقال إلى الكهرباء المنتجة عبر المولدات

الكهرباء المنتجة عبر المولداتظل التيار الكهربائي الذي يتم إنتاجه عبر الخلية الكهربائية ضعيفًا جدًا ولا يسمح إلا بإجراء بعض التجارب العلمية عليه ، لكن اكتشاف العلاقة بين المغناطيسية وبين الكهرباء أدى إلى ابتكار مايكل فارادي المولد الكهربائي ، الذي كانت فكرته تعتمد على تحريك ملف في مجال مغناطيسي مما يسمح بإنتاج تيار كهربائي متفاوت القوة (تيار متردد) ، وجدير بالذكر أن فكرة المولد الكهربائي هي نفس فكرة المحرك الكهربائي ، لكن مع عكس العملية . كان المولد الذي اكتشفه مايكل فارادي غير عملي ولا يمكن استخدامه في إنتاج الكهرباء بشكل تجاري ، لكنه على أي حال كان أول آلة تقوم بالاستفادة بالعلاقة بين المغناطيسية والكهربية من أجل إنتاج الكهرباء ، تطور مولد فارادي كثيرًا منذ ذلك الوقت ، ولكن ظلت الفكرة التي ابتكرها مستخدمة حتى اليوم في عمليات إنتاج الكهرباء التي تتم في العالم بأكمله .
تستخدم المولدات الكهربائية كما أسلفنا لإنتاج معظم الطاقة الكهربائية المستخدمة على مستوى العالم ، لكن هناك دومًا حاجة إلى مصدر لتزويد المولدات الكهربائية بالطاقة الحركية اللازمة من أجل عملها ، مصدر الحصول على هذه الطاقة يختلف باختلاف نوع المولد الكهربائي ، في السطور الآتية نورد الأنواع الأكثر استخدامًا من المولدات الكهربائية من أجل إنتاج الكهرباء على مستوى العالم:

المولدات التي تعمل عن طريق الفحم

كان الفحم من أوائل المواد التي استخدمت في إدارة التوربينات البخارية من أجل إنتاج الكهرباء ، حيث يتميز الفحم بكونه مصدرًا رخيصًا جدًا للطاقة ، وما يزال الفحم هو الوقود الأكثر استخدامًا على مستوى العالم من أجل إنتاج الكهرباء ، حيث تنتج حوالي 40% من الكهرباء عالميًا من مولدات تعتمد على الفحم ، رغم انخفاض محتوى الفحم من الطاقة ، إلا أنه يعتبر من أرخص المواد وأكثرها توافرًا لتشغيل المولدات الكهربائية ، من ناحية أخرى ، يعتبر الفحم من أكثر أنواع الوقود تلويثًا للبيئة ، فعند القيام بعملية حرق الفحم للحصول على الطاقة تخرج كمية من الانبعاثات الغازية والكربونية أعلى بكثير من غيره من أنواع الوقود الأخرى .

المولدات التي تعمل عن طريق الغاز

سمحت الاكتشافات الغازية الكبيرة مؤخرًا لنمو صناعة إنتاج الكهرباء عن طريق الغاز الطبيعي ، يتميز الغاز الطبيعي بمحتواه الحراري العالي مقارنة بالفحم والبترول ، وهو أيضًا من أفضل أنواع الوقود الحفري من ناحية ملائمته للبيئة ، حاليًا تبلغ حصة الغاز الطبيعي من إنتاج الكهرباء حوالي 20% ، وهي في ازدياد مستمر ، نظرًا للاكتشافات الكبيرة التي يتم الكشف عنها كل يوم ، وأيضًا بسبب الدعوات المتزايدة لاستخدامه بدلاً من الفحم الملوث للبيئة .

المولدات التي تعمل عن طريق البترول

البترول هو أحد أنواع الوقود المستخدمة في إنتاج الكهرباء ، من ناحية تلويث البيئة ، يقع البترول بين الفحم وبين الغاز ، لكنه على أي حال لا يمثل إلا 5% من الإنتاج العالمي للكهرباء ، إذ يشيع استخدامه في السيارات والسفن والطائرات ، لأنه الوقود الأكثر ملائمة لوسائل النقل المتحركة .

المولدات التي تعمل عن طريق الطاقة النووية

منذ أن تم اكتشاف الطاقة النووية ، تم استخدامها بشكل متزايد في إنشاء محطات توليد كهرباء تعمل باستخدام الطاقة الحرارية الهائلة التي يتم الحصول عليها في قلب المفاعل النووي ، تعتبر الطاقة النووية نظيفة إلى حد كبير في إنتاج الكهرباء ، لكنها تحتاج إلى الكثير من المعرفة العلمية وإجراءات السلامة من أجل الحفاظ على سلامة المنشآت النووية ومنع الوقود النووي أو المخلفات النووية من التسرب إلى البيئة المحيطة بالمفاعل ، حاليًا يبلغ إسهام الطاقة النووية 13% من إجمالي إنتاج الكهرباء في العالم ، وهناك دول تعتمد بشكل أساسي على الطاقة النووية في إنتاج الكهرباء داخل أراضيها ، مثل فرنسا التي تنتج حوالي 77% من احتياجاتها من الطاقة الكهربائية عن طريق المفاعلات النووية ، وسلوفاكيا التي تنتج 56 .8% ، وهنجاريا التي تنتج 53 .6 ، بينما تنتج الولايات المتحدة 19 .5% فقط من طاقتها الكهربائية من المولدات النووية .

المولدات التي تعمل عن طريق المصادر المتجددة

الطاقة المتجددة هي أفضل وأنظف أنواع الطاقة ، وكذلك هي أكثرها كفاءة اقتصادية ، الطاقة المتجددة هي تلك الطاقة التي يتم الحصول عليها من مصادر طبيعية أو مرتبطة بمصادر طبيعية ، مثل حركة المياه عبر السدود ، والطاقة المنتجة من الرياح ، والطاقة الحرارية الموجودة في باطن الأرض ، والطاقة الشمسية ، تشكل هذه الطاقة حوالي 16% فقط من إنتاج الكهرباء على المستوى العالمي ، لكن هناك أصوات تتعالى شيئًا فشيئًا للاستفادة من الطاقة المنتجة عن طريق الطاقة المتجددة في إنتاج الكهرباء ، للحفاظ على البيئة من الانبعاثات الحرارية التي تخرج من أنواع الوقود الحفري الذي يتم حرقه بشكل دوري من أجل إنتاج الكهرباء ، وهناك دول بالفعل وصلت إلى مرحلة الاكتفاء الذاتي من الكهرباء عن طريق المصادر المتجددة ، مثل ليسوتو ، وبوتان ، وباراجواي ، وألبانيا ، وموزمبيق ، وزامبيا ، والكونغو ، ونيبال ، وإثيوبيا ، وبوروندي ، كل هذه الدول اعتمدت بشكل أساسي على السدود المائية الموجودة في أراضيها من أجل إنتاج الكهرباء ، أيضًا آيسلندا تستخدم السدود مع الطاقة الحرارية الموجودة في باطن الأرض من أجل إنتاج معظم الطاقة الكهربائية فيها . في ما يلي بعض مصادر إنتاج الطاقة الكهربائية عن طريق المصادر المتجددة:

الطاقة المنتجة عن طريق السدود

تعتبر هذه الطاقة أكبر مصدر للطاقة المتجددة المستخدمة لإنتاج الكهرباء ، حيث يتم استغلال تدفق المياه من خلف السد في تدوير توربينات عملاقة تستخدم لإنتاج الكهرباء ، أكبر دولة تقوم بإنتاج الطاقة الكهربائية عن طريق السدود هي الصين ، التي تنتج ما يقارب من 1000 جيجاوات من الطاقة سنويًا ، تليها البرازيل ، التي تنتج حوال 450 جيجاوات سنويًا ، أما الدول العربية ، فمنها مصر ، التي تنتج 15 جيجاوات عن طريق السد العالي ، والسودان التي ينتج 7 جيجاوات ، والعراق التي ينتج 5 .3 جيجاوات ، وسوريا التي تنتج 3 .2 جيجاوات سنويًا .

الطاقة المنتجة عبر توربينات الرياح

تعتبر هذه الطاقة واعدة جدًا ، حيث أصبحت حصتها من عمليات إنتاج الطاقة عن طريق المصادر المتجددة تزداد عامًا بعد آخر ، والتقنيات المستخدمة في إنتاج الطاقة الكهربائية عبر الرياح تتطور بشكل مستمر ، من أهم الدول في إنتاج الطاقة الكهربائية عبر الرياح ، الولايات المتحدة ، التي تنتج 140,000 ميجاوات من الطاقة عن طريق الرياح سنويًا ، والصين التي تنتج 95,000 ميجاوات ، ومن الدول العربية ، مصر ، التي تنتج 1260 ميجاوات ، والمغرب التي تنتج 728 ميجاوات ، والأردن التي تنتج 60 ميجاوات .

الطاقة المنتجة عبر الخلايا الشمسية

الطاقة المنتجة عبر الخلايا الشمسية مكلفة جدًا ، واستخداماتها تنحصر في الأماكن النائية التي يصبح من غير الاقتصادي القيام بالتوصيلات الكهربائية إليها ، لكن التقنيات المستخدمة في إنتاج الطاقة عبر الخلايا الشمية تتطور يومًا بعد يوم ، ومن الدول الرائدة في إنتاج الطاقة عن طريق الخلايا الشمسية ، ألمانيا ، التي تنتج 26,000 ميجاوات سنويًا ، وإيطاليا التي تنتج 19,000 ميجاوات سنويًا ، ومن الدول العربية ، مصر التي تنتج 237 ميجاوات سنويًا .

الطاقة المنتجة عن طريق الوقود الحيوي

الوقود الحيوي هو الوقود الذي يتم الحصول عليه من المنتجات الزراعية ، وهو يعتبر وقودًا متجددًا ، ﻷن الزراعة مستمرة ولا تتوقف ، حيث يمكن زراعة الأرض لآلاف من المرات أو من المخلفات الحيوية ، مثل الجيف ، والبقايا النباتية وكذلك المخلفات المنزلية والصناعية ، هناك بعض المحاصيل التي يتم استخدامها في الحصول على الوقود مثل الذرة ، واستخدام هذا الوقود يساهم في تنظيف البيئة من بعض المخلفات ، من الدول الرائدة في استخدام الوقود الحيوي ، الولايات المتحدة التي تنتج 71,000 ميجاوات سنويًا من الكهرباء باستخدام الوقود الحيوي ، والصين التي تنتج 44,000 ميجاوات ، ومن الدول العربية ، السودان ، التي تنتج 510 ميجاوات ، والمغرب التي تنتج 500 ميجاوات ،

التيار المتردد والتيار المستمر

كيفية توليد الكهرباء التيار المتردد والتيار المستمرهناك نوعين أساسيين من التيار الكهربائي المستخدم بشكل تجاري:

التيار المتردد

وهو التيار المتغير في الشدة ، حيث توجد علاقة بين شدة التيار (وفرق الجهد أيضًا) وبين الزمن ، هذا التيار هو المستخدم في المنازل بشكل عام ، وهو التيار الذي يتم الحصول عليه من المولدات الكهربائية ، يمكن استخدام هذا التيار المتردد بشكل مباشر ، في الإضاءة على سبيل المثال ، حيث أن تردد التيار يكون غير ملحوظ (تردد التيار في المنازل يتراوح بين 50 إلى 60 هرتز في الثانية ، وهو ما يعني أن التيار يهبط من أعلى قيمة له إلى أقل قيمة 50 أو 60 مرة في الثانية الواحدة) هذا التردد الكبير لا تستطيع العين البشرية ملاحظته ، لذلك من الممكن استخدامه بشكل مباشر في الإضاءة وفي تشغيل المحركات وغير ذلك من الاستخدامات ، لكن هناك بعض التطبيقات تحتاج إلى التيار المستمر .

التيار المستمر

هو التيار الذي يتم إنتاجه عن طريق البطاريات ، وهو تيار ثابت الشدة ، يمكن تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر عن طريق استخدام المحولات الكهربائية ، وهذا التيار هو الذي تعمل عليه الأجهزة الإلكترونية الدقيقة ، بدءًا من التلفاز والراديو ، وأجهزة الكمبيوتر ، والهواتف المحمولة ، ويتم التحويل إلى هذا النوع من التيار الكهربائي عن طريق المحولات التي تستخدم مع هذه الأجهزة .

تخزين الكهرباء أم نقلها ؟

تخزين الكهرباء أم نقلهاتخزين الكهرباء

أحد المشاكل الرئيسية في الطاقة الكهربائية أنه لا يمكن تخزينها بشكل مباشر ، لذلك لجأ بعض العلماء إلى التفكير في تحويل الطاقة الكهربائية إلى أنواع أخرى من الطاقة ، ومن ثم إعادة تحويلها إلى كهرباء عند الحاجة ، أشهر الطرق لفعل ذلك هي البطاريات القابلة للشحن ، حيث يتم عن طريق تفاعلات كيميائية معينة تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية مخزنة في البطارية ، ومن ثم بعكس التفاعل الكيميائي يتم الحصول على الطاقة الكهربائية مرة أخرى ، عيب هذه الطريقة أنها مكلفة جدًا ، ولا تصلح لتخزين كميات كبيرة من الكهرباء ، استخدام البطاريات القابلة للشحن فقط يقتصر في الوقت الحالي على تشغيل الأجهزة الإلكترونية الصغيرة ، مثل الهواتف المحمولة ، وأجهزة اللابتوب ، وماكينات الحلاقة ، والكشافات اليدوية ، السيارات الكهربائية ما تزال تحت التطوير ، حيث يسعى العلماء إلى التغلب على معوقات مثل ، ارتفاع الزمن اللازم لشحن البطارية ، وزيادة الطاقة المخزنة فيها ، وصناعة بطاريات تدوم لفترات أطول ، وأيضًا التغلب على موضوع غلاء ثمن البطاريات .

نقل الكهرباء

بالنظر إلى الصعوبات التي تحدثنا عنها بشأن تخزين الكهرباء ، وجد العلماء أن أفضل الطرق للاستفادة من الطاقة الكهربائية هي نقلها بشكل آني بعد إنتاجها ، واستخدامها من قبل المستهلكين بشكل مباشر ، هذه الطريقة تمكن من الاستفادة من الكهرباء بدون الحاجة إلى القيام بعملية التخزين المكلفة والتي تحتاج إلى تجهيزات تكنولوجية خاصة ، يتم نقل الكهرباء باستخدام أسلاك معدنية من مناطق الإنتاج عبر شبكة ضخمة تنتهي بالمستهلكين المباشرين ، سواءً كان المستهلك هو شقة سكنية ، أو مصنع ، أو غير ذلك .

تقليل شدة التيار الكهربائي وزيادة فرق الجهد قبل نقل الكهرباء

وجد العلماء أن الطاقة المفقودة تقل كثيرًا إذا ما تم زيادة فرق الجهد بين مناطق الإنتاج والتوزيع ، حيث أن الطاقة الكهربائية تتناسب مع فرق الجهد ، لكنها تتناسب مع مربع شدة التيار الكهربائي فقط ، لذلك يتم خفض شدة التيار الكهربائي ، وزيادة فرق الجهد حتى يصل إلى آلاف من الفولتات ، ومن ثم يتم إعادة القيم الملائمة للاستخدام مرة أخرى عبر المحولات الكهربائية الموجودة بقرب مناطق الاستخدام . بهذه الطريقة يتم تقليل الفقد في الطاقة الكهربائية إلى أقل حد ممكن .

كما رأينا ، الكهرباء هي نوع من أنواع الطاقة السارية ، وقد بدأ إنتاج الكهرباء في بداية القرن التاسع عشر ، عن طريق الخلية الكهربائية ، لكن في الوقت الحالي أغلب إنتاج الكهرباء في العالم يتم عبر المولدات الكهربائية ، ووضحنا الأساليب المختلفة لإنتاج الكهرباء عبر المولدات ، بعد ذلك تطرقنا أيضًا إلى نوعي التيار الكهربائي: المتردد والمستمر ، وكذلك تطرقنا إلى أسلوب تخزين الكهرباء في مقابل أسلوب نقلها مباشرة من مناطق الإنتاج إلى مناطق الاستهلاك ، وأوضحنا أنه يتم تقليص شدة التيار الكهربائي وزيادة فرق الجهد قبل إجراء عملية نقل الكهرباء .

ابراهيم جعفر

محرر موقع تسعة : مبرمج، وكاتب، ومترجم. أعمل في هذه المجالات احترفيًا بشكل مستقل، ولي كتابات كهاوٍ في العديد من المواقع على شبكة الإنترنت، بعضها مازال موجودًا، وبعضها طواه النسيان. قاري نهم وعاشق للسينما، محب للتقنية والبرمجيات، ومستخدم مخضرم لنظام لينكس.

1 تعليق

تسعة عشر − 16 =