الأرشيفات الشهرية: يناير 2015

PLC

888555

The basic elements of a PLC include input modules or points, a Central Processing Unit (CPU), output modules or points, and a programming device. The type of input modules or points used by a PLC depend upon the types of input devices used. Some input modules or points respond to digital inputs, also called discrete inputs, which are either on or off. Other modules or inputs respond to analog signals.

These analog signals represent machine or process conditions as a range of voltage or current values.

الطاقة النووية حل لانبعاث الكربون أم معضلة أخرى

الصين تبنى أول مفاعل لأضخم مشروع نووى

أعلنت الحكومة البريطانية أنها سمحت ببناء محطتين للطاقة نووية، ستوفران الكثير من الطاقة النظيفة ( الخالية من انبعاثات الكربون )  للبلاد مما سيدفعها للاستغناء عن الكثير من الطاقة القادمة من مصادر ملوثة للبيئة ( كتلك المعتمدة على النفط على سبيل المثال).

الخطوة البريطانية  أثارت مؤخراً الكثير من الجدل في أوساط الخبراء ممن تحدثوا عن خطر مثل هذا النوع من التكنولوجيا من جهة وبين من يشير إلى عدم فاعلية المحطات النووية كمنتج للطاقة.

من جهتهم يقول المتحفظون على استعمال المحطات النووية كمنتج للطاقة أن انتاج الطاقة سيكون مكلفاً جداً، ويأخذ وقتاً طويلًا قبل أن تظهر نتائجه. ويطرحون فكرة أن تقوم الحكومة بالاستثمار في حقول طاقة أكثر أمناً وأقل تكلفة على الصعيد المادي والسياسي. إذ أن محطات الطاقة النووية ستجلب الكثير من الجدل السياسي لانشائها وتكلفة حمايتها عالية جداً.

يقول الباحث البريطاني Craig Bennett: إن تقنية الطاقة النووية هي بالأصل تقنية قديمة، ونحن لم نعد بحاجة إليها مع ما نمتلكه من تكنولوجيا حديثة في الوقت الراهن، تجعلنا قادريين على تجاوز احتياجاتنا للطاقة المنتجة عبر هذه المحطات الباهظة الثمن.

في الجهة المقابلة يقول علماء الطاقة والمدافعون عن إنشاء مثل هذه المحطات أن المشكلة الحقيقية تكمن في الخوف من هذا النوع من الطاقة، لذلك فإن الاحتياطات والتدابير الأمنية – غير المبررة – هي ما يثقل كاهل الحكومات عند إنشاء مثل هذا النوع من المحطات، لكننا نستطيع أن نتخلص من الكثير من الأعباء المادية في حال قبلنا تخفيف أنظمة الحماية المتبعة حالياً.

ويطرح العلماء خيارات أخرى، قد تكون أكثر أمنا وأكثر قدرة على حل مشكلة تزايد الطلب على الطاقة، ومن هذه الحلول المطروحة استخدام الغاز كوسيلة لانتاج الطاقة الكهربائية، حيث يمكن أن نحصل على الغاز الطبيعي من باطن الأرض كما يمكننا انتاج الغاز في بعض الأحيان من مخلفات الإنسان. وتعمل كثير من الدول على إنشاء محطات لتوليد الغاز من المخلفات العضوية.

لكن التوجه إلى الغاز لن يلغي المشكلة الأساسية وهي مشكلة انبعاث الكربون التي يعتقد العلماء أنها من أهم مسببات الاحتباس الحراري، فتوليد الطاقة عن طريق الغاز سيرفع نسبة الكربون في الجو وهي مشكلة تحاول الدول الكبرى الالتفاف عليها من خلال التوجه إلى الطاقة النووية.

من جانبه قال الدكتور Simon Jenkins: إن الحل الذي يراه مناسباً لهذه المرحلة هو سلة متكاملة من الحلول لا تعتمد على حل واحد بل تقوم على أساس انتاج عدد كبير من الحلول، تكون الطاقة النووية احدى هذه الحلول، بينما يستخدم الغاز والطاقة الشمسية وطاقة الرياح وغيرها من أنواع الطاقة لحل مشكلة الطلب المتزايد على الطاقة وفي نفس الوقت خفض تكلفة الإنتاج.

كما ذكر الدكتور: أن الطاقة النووية حتى الأن تعتبر أرخص بكثير من طاقة الرياح و الطاقة الشمسية مؤكداً أننا نستطيع أن نخفض هذه الكلفة أكثر في حال وفرنا أكثر في سبل الحماية غير الضرورية بحسب رأيه.

في الحقيقة إن تكلفة إنتاج الطاقة اعتمادا على الطاقة النووية لم تتراجع في الستين عاما الماضية، بل إنها ارتفعت أكثر خاصة بعد زلزال اليابان والذي أثر على محطات الطاقة النووية هناك. بينما تشير الأبحاث إلى أن تكنولوجيا انتاج الطاقة النظيفة المعتمدة على أساليب أخرى غير النووي تشهد تراجعا ملحوظاً خلال الفترة الماضية.

يذكر أن 29 دولة حول العالم تعتمد على الطاقة النووية الآمنة و الصديقة للبيئة لتوليد الطاقة الكهربائية. كما يوجد حوالي 441 محطة طاقة نووية تنتج 14% من الطاقة الكهربائية في العالم. وتشير بعض الإحصائيات إلى أن 61 محطة طاقة نووية يتم بناؤها الأن تتوزع على ١٥ بلد حول العالم. – حسب احصائية تقدمت بها وكالة الطاقة النووية الإماراتية.

يعتمد 16 بلداً على الطاقة النووية في انتاج ربع احتياجاتها، على الأقل، من مجمل الطاقة الكهربائية، بما في ذلك:

فرنسا 78%

كوريا الجنوبية 39%

اليابان 30%

الولايات المتحدة الأمريكية 20%

اقة نووية يتم بناؤها الأن تتوزع على ١٥ بلد حول العالم. – حسب احصائية تقدمت بها وكالة الطاقة النووية الإماراتية.

يعتمد 16 بلداً على الطاقة النووية في انتاج ربع احتياجاتها، على الأقل، من مجمل الطاقة الكهربائية، بما في ذلك:

  • فرنسا 78%

  • كوريا الجنوبية 39%

  • اليابان 30%

  • الولايات المتحدة الأمريكية 20%

6 أمور لا تعرفها عن الطاقة الشمسية

20097_0 (1)

6 – لو تم إستغلال الطاقة الشمسية بشكل صحيح فإننا قادرين على توفير طاقة للأرض أكثر من إحتياجها بشكل كبير. حيث يصل الأرض حوالي 173،000 تيراواط من الموجات الشمسية باستمرار. وهذا أكثر بأضعاف ما نستخدمه من طاقة كهربائية في العالم.

5 – أول خلايا وقود تعمل بالطاقة الشمسية أنتجت عام 1954 في معمل Bell في أمريكا، وهو ما أعلنت عنه حينها مجلة التايمز الأمريكية. لتشكل قفزة نوعية في حلم عظيم للبشرية وهو الحصول على مصدر طاقة غير متناهي.

4 – تبنت صناعة الفضاء في وقت مبكر الإعتماد على الطاقة الشمسية، وذلك في العام 1960، حيث بدأت بإستخدام الألواح الشمسية في الفضاء لإنتاج الطاقة. مركبة  The Vanguard 1 هي أقدم قمر صناعي إستخدم الطاقة الشمسية – ولا يزال في المدار حتى يومنا هذا – حيث سجل أكثر من 6 مليارات ميل.

3 – الطلب على الألواح الشمسية عامليا في تزايد دائم، وهو الأسرع ضمن الطاقة البديلة، في الربع الأول من عام 2012 قام حوالي 85 بالمئة من المطورين بإستخدام الألواح الشمسية. منشآت الولايات المتحدة تستخدم إجمالي 3،300 ميجاوات في العام مما يجعلها رابع أكبر سوق في العالم.

2 – الطاقة الشمسية تشهد إنخفاض كبير في أسعار البناء والتشغيل، حتى أنه بات بإمكان أصحاب المنازل والشركات الصغيرة تذويد منازلهم ومنشئاتهم بالكهرباء بشكل يومي، بل و بيع الفائض منها في وقت الذروة للشبكة الوطنية.

1 – الولايات المتحدة الأمريكية تبني في ولاية كاليفورنيا صحراء موهافي، أكبر مشروع للطاقة الشمسية في العالم. و  يعتمد المشروع على تقنية تعرف باسم الطاقة الحرارية الشمسية. والذي يقوم على أساس مرايا تعكس ضوء الشمس على غلايات للماء تقوم بتسخين الماء إلى درجة الغليان ليتم توليد الكهرباء بعد ذلك من توربينات تعمل على البخار و سيكون المشروع قادر على توفير الطاقة النظيفة لأكثر من 140 ألف منزل في الولاية.

في ايس لاند، مولدات طاقة الرياح أنتجت أكثر من المتوقع

Wind turbines farm

عادة ما توجه للطاقة البديلة إتهامات كثيرة لكونها غير قادرة على تلبية الإحتياجات المطلوبة منها بشكل جيد. وأنها غير فعالة بما يكفي كالوقود الإحفوري.

في أيس لاند، محطة تعالج مياه الصرف الصحي، قررت إستخدام طاقة الرياح للتوفير في فواتير الكهرباء التي تصلهم سنويا والتي كانت تبلغ حوالي 2.5 مليون دولار. وكان متوقع لطاقة الرياح أن توفر منها حوالي المليوم دولار سنويا.

إلا ان المفاجئة كانت حين عملت المولدات الثلاث، بطريقة مختلفة فولدت حوالي 41.6 من الطاقة، بينما كان متوقع منها أن تنتج 40% فقط، الفرق لم يكن كبيرا جدا، إنه 1.6% من إجمالي الإنتاج، إلا ان هذا يفتح الباب على دراسات أكبر تفكر جديا في الطاقة المتجددة كمصدر حقيقي من مصادر الطاقة.

لكن الشهر الماضي، إستطاعت هذه التوربينات الثلاث توليد نصف الطاقة المطلوبة لتشغيل المحطة.

التجربة الألمانية في مجال الطاقة

Germany-1024x671-e1420013489494

 

الطاقة .. الهاجس الأكبر للإنسان في القرن الحادي والعشرين. فالجميع يتحدث عن نقص متوقع في الطاقة، وأزمات وصراعات بسبب الطاقة، وربما حروب على مصادر الطاقة التي تنضب مواردها –الغير متجددة- بمرور الوقت. بجانب هذا يتحدث الجميع عن البيئة وتدميرها في سعي الإنسان الحديث نحو الطاقة واستغلالها من أجل رفاهيته. وفي ظل الصراع القائم بين البحث عن الطاقة والتوسع في تدمير البيئة، وبين الحفاظ على البيئة والحد من الطاقة وبالتالي رفاهية البشر؛ تبزغ التجربة الألمانية في مجال الطاقة كأمل جديد لحل أزمة الطاقة والحفاظ على بيئة نظيفة في الوقت ذاته.(Energiewende) هو الشعار الذي رفعته ألمانيا عام 2010 في مجال الطاقة، والذي يعني بالعربية “ثورة الطاقة”. حيث قررت الحكومة الألمانية القيام بثورة في مجال الطاقة عبر التحول من الاعتماد على الوقود الأحفوري كمصدر للطاقة إلى استخدام مصادر الطاقة المتجددة النظيفة بشكل رئيسي بحلول منتصف القرن الحادي والعشرين. وذلك من أجل الحفاظ على بيئة نظيفة مستدامة عبر خفض نسبة “غازات الاحتباس الحراري” (Green house Gases) عن مثيلتها عام 1990 بنسبة 40% بحلول عام 2020، وزيادة نسبة الانخفاض حتى تصل إلى 80% عام 2050.

قد تبدو تلك الثورة صعبة ومستحيلة خاصة في أكبر دولة صناعية بقارة أوروبا، وأحد أكبر الاقتصاديات الصناعية في العالم؛ حيث تعد مسألة الطاقة وتوفيرها مسألة بقاء وإثبات وجود. لكن الألمان مقتنعون أنهم قادرون على فعلها؛ خاصةً وأنه في عام 2011 بلغت مصادر الطاقة المتجددة ما يقارب 20% من إنتاج الطاقة بألمانيا، بعد أن كانت 6% فقط عام 2000.

إن التحديات الرئيسية التي تواجه ثورة الطاقة تلك تكمن في بناء محطات لتوليد الكهرباء اعتماداً على موارد متجددة للطاقة على نطاق واسع، وبكلفة معقولة ومقبولة، بجانب العمل على ترشيد وخفض استهلاك الطاقة. كل هذا مع عدم المساس بالطاقة الموجهة للصناعة الألمانية التي يقوم عليها الاقتصاد الألماني –والمتوفرة حالياً بكميات معقولة وبسعر مقبول.

وقد زادت تلك التحديات جسامة وصعوبة بعد اتخاذ الحكومة الألمانية إجراءات حاسمة تجاه الاعتماد على الطاقة النووية كمصدر لتوليد الكهرباء بعد كارثة مفاعل “فوكوشياما” الياباني. فقد قامت الحكومة الألمانية بإغلاق أقدم 8 مفاعلات نووية بالبلاد، والسير في خطة ممنهجة لإغلاق 9 مفاعلات نووية هي المتبقية بالبلاد بحلول عام 2022. مما حدا بالحكومة الألمانية اللجوء إلى حرق الفحم خاصة فحم “الليجنيت” –والذي يعد أقذر أنواع الوقود الأحفوري والأشد تلويثاً للبيئة- من أجل توليد الكهرباء؛ وتعويض نقص الطاقة الناتج عن إغلاق المفاعلات النووية لتستمر عجلة الصناعة كما كانت ولا يتأثر اقتصاد البلاد بذلك الإجراء. وبالطبع هذا يوثر سلباً على البيئة، ويزيد من نسبة غازات الاحتباس الحراري في الغلاف الجوي؛ وهو ما يتنافى مع مبادئ الثورة الألمانية في مجال الطاقة.

ورغم كل هذه التحديات والصعوبات التي تواجه ثورة الطاقة الألمانية؛ فقد أعد الألمان عدتهم لمواجهة الأمر وإنجاح ثورتهم من خلال عدة استراتيجيات.

الإستراتيجية الأولى التي اعتمدتها ألمانيا خاصةً لمواجهة نقص الطاقة الناتج عن إغلاق المفاعلات النووية؛ هي التوسع في بناء مزارع لتوليد الكهرباء من طاقة الرياح، وزيادة الاعتماد على الطاقة الشمسية لتوليد الكهرباء. حيث قامت ألمانيا ببناء 22 ألف طاحونة هوائية توربينية في شمال البلاد بالقرب على شواطئ بحر الشمال لتوليد الكهرباء واستغلال طاقة الرياح العاتية في تلك المنطقة. بالإضافة إلى هذا شجعت الحكومة الألمانية سكان مدن الجنوب على تركيب ألواح شمسية في بيوتهم لتحويل الطاقة الشمسية لكهرباء يمكنها الاعتماد عليها، كما تدعم الحكومة الألمانية البحث العلمي في مجال أبحاث تطوير الخلايا الشمسية لتصبح أكثر كفاءة وفاعلية وأقل تكلفة. لكن للأسف الأمر ليس بهذه البساطة؛ فأحياناً تشتد الرياح بسواحل بحر الشمال مما يتسبب في إغلاق التوربينات للحفاظ عليها من التلف، ولعدم وجود إمكانية لتصريف الطاقة الزائدة المتولدة حينها. كما أن سطوع الشمس جنوب البلاد ليس دائماً طوال العام مما قد يتسبب في انقطاع الكهرباء أحياناً.

الإستراتيجية الثانية التي تنتهجها الحكومة الألمانية هو بناء بنية تحتية جديدة ملائمة لهذا التحول في سياسات إنتاج الطاقة. ويتوقع العديد من مراكز الدراسات الاقتصادية الألمانية أن تكلفة تطوير تلك البنية التحتية سيتراوح بين 125 مليار دولار أمريكي و250 مليار دولار أمريكي يتم إنفاقها خلال 8 سنوات؛ وهذا المبلغ الضخم يساوى حوالي 3.5 إلى 7% من إجمالي الناتج القومي الألماني لعام 2011. ومن أجل هذا قامت الحكومة الألمانية بزيادة في رسوم الكهرباء قدرها 10% كضريبة إضافية على المواطنين لدعم الطاقة المتجددة. قد يبدو الأمر مكلفاً للغاية لكن على الجانب الآخر فإن دعم الطاقة المتجددة وتطوير العمليات الصناعية والتكنولوجية الخضراء الصديقة للبيئة قد وفر صادرات للبلاد بقيمة 12 مليار دولار أمريكي قابلة للزيادة.

الإستراتيجية الثالثة لمواجهة تحديات ثورة الطاقة الألمانية تعتمد بشكل كبير على القطاع الخاص. حيث تقوم شركتي “سيمنس” (Siemens) و”ألمانيا للطاقة” (GE) بتطوير وسائل جديدة لتخزين الطاقة على نطاق كبير. حيث تم إنشاء 31 محطة لتخزين الطاقة بواسطة الماء عبر البلاد؛ حيث يتم رفع المياه ليلاً إلى خزانات في أماكن مرتفعة بتلك المحطات، ثم تركها تهوي من تلك المرتفعات صباحاً لتدير قوة المياه المندفعة توربينات لتوليد الطاقة الكهربية –كما بالسد العالي بمصر. بالإضافة إلى ذلك تقوم تلك الشركات بتطوير بطاريات “أيون الليثيوم” –كالموجودة في هواتفنا النقالة- ضخمة لتخزين الطاقة، لكن العامل الأساسي الذي يمنع استخدام تلك البطاريات هو تكلفتها العالية التي ينبغي خفضها إلى أكثر من النصف لتكون عملية وقابلة للتطبيق.

الإستراتيجية الرابعة والأخيرة تعتمد بشكل كبير على العقول الألمانية والحلول الإبداعية التي تقدمها دائماً لمواجهة التحديات التي تواجه ثورتها في مجال الطاقة. أحد تلك الحلول هي “مزارع الطاقة الافتراضية” التي ابتكرتها شركة (RWE) إحدى كبريات الشركات الألمانية في مجال الطاقة. تعتمد تلك المزارع الافتراضية على برنامج حاسوبي ذكي يتحكم في العديد والعديد من المصادر الصغيرة والمتنوعة للطاقة وعبر التنسيق بينها تتحول إلى مصدر ضخم للطاقة. وقد تم تطبيق تلك الفكرة بمدينة “دورتموند” حيث تم إنشاء شبكة لتوصيل 120 مصدر لتوليد كمية صغيرة من الطاقة تتنوع بين توربينات الرياح والخلايا الشمسية والكتلة الحيوية معاً ليتحكم فيها برنامج حاسوبي؛ هذا البرنامج يتحكم في تشغيل وإطفاء المصادر الصغيرة للطاقة بناءاً على معلومات عن سرعة الرياح وسطوع الشمس وحالة الطقس لتظل في النهاية الطاقة الكلية الناتجة ثابتة وكافية للاحتياجات المطلوبة.

وعلى الرغم من أن الحكومة الألمانية تؤمن بأن تلك الاستراتيجيات هي السبيل لتحقيق أهداف ثورتها إلا أن هناك العديد من المعارضين لتلك الفكرة من أساسها و تعلو أصواتهم من وقت لآخر. ويعتقد هؤلاء المعارضين أن الطاقة الخضراء النظيفة عبر الاعتماد على موارد الطاقة المتجددة لن يمكنها تعويض احتياجات المجتمع الألماني الصناعي. كما أن إغلاق المفاعلات النووية ذات التكلفة الرخيصة والاعتماد على الخلايا الشمسية المكلفة سيزيد من إرهاق الاقتصاد الألماني عبر التأثير في النشاط الصناعي؛ مما يؤدي إلى خفض تنافسية الشركات الصناعية الألمانية مما سيؤثر بالسلب على الأجور والرواتب. وقد حدا كل هذا بالعديد من الشركات الألمانية إلى إنشاء مصانع لها خارج البلاد تخوفاً من حدوث أزمة مستقبلية بالطاقة.

أياً يكن فإن العالم يراقب ألمانيا ويتابع تجربتها الثورية عن كثب. فإذا نجحت سيكون النجاح مدوياً وستتبع ألمانيا العديد من الدول لبناء ثورتها الخاصة؛ وبالطبع ستكون ألمانيا هي النموذج الذي سيحتذى ويحتفى به في مجال الطاقة. أما في حال الفشل فإن السقوط سيكون مدوياً حيث سيتأثر الاقتصاد الألماني القائم على الصناعة بشدة؛ إلا أن عهدنا دوماً بالألمان أنهم لا يفشلون.

الملاحظة الأخيرة أن الهدف الرئيسي من تلك الثورة هي البيئة التي نعيش فيها. فثورة (Energiewende) قامت من أجل إصلاح ما أفسدته الثورة الصناعية بكوكبنا الأرضي، ومن أجل التسامح والتصالح بين البشر وحضارتهم مع البيئة التي تحضنهم. فهنيئاً للشعوب المتقدمة والمتحضرة إبداعهم و لا عزاء للمتخلفين .. عن الركب.

اعتمدت ألمانيا على موارد الطاقة المتجددة
بنسبة 17% لتوليد احتياجاتها من الكهرباء عام 2010.
تطمح ألمانيا بحلول عام 2020 أن تولد 35%
من طاقتها الكهربائية من مصادر متجددة للطاقة.

 

 

تشكل مزارع الرياح أكثر من 40% من مصادر الطاقة المتجددة
لتوليد الكهرباء في ألمانيا عام 2010.
إنشاء منصات عملاقة للتحكم في مزارع طاقة الرياح
بالقرب من شواطىء بحر الشمال بألمانيا.

هل نحن أمام أطفال لمفاعلات نووية؟

الصين تبنى أول مفاعل لأضخم مشروع نووى

محطات نووية جديدة في لندن صغيرة الحجم وتنشئ تحت الأرض بشكل كامل، فهل نحن أمام جيل جديد من المفاعلات النووية؟ أصغر حجما و أقل كلفة؟

بدى السباق محموما على إنتاج مفاعلات نووية جديدة في لندن قادرة على إنتاج الطاقة المطلوبة منها لكنها صغيرة الحجم وقليلة التكلفة بحيث من الممكن أن توضع في باطن الأرض. هذه المفاعلات تذود بالوقود مرة كل عقد من الزمان.

المفاعلات الصغيرة، أو ما بات يعرف ب SMRs بات ينظر إليهم في عالم التجارب الننوية أنهم أكثر التكنلوجيات النووية الواعدة في المستقبل القريب. لأن معاير السلامة فيهم أعلى من غيرهم. ولأنهم أسهل في البناء وأسرع بشكل كبير. فيما تبقى تكلفة بنائهم منخفضة أيضا.

ولأنهم في باطن الأرض، هذا سيجعل أي هجوم إرهابي محتمل عليهم أصعب بكثير، فيما ستمنحهم الأرض حاضنة أكبر من أجل عمليات تبريد أكثر دقة. وفي حالات الكوارث تستطيع هذه المفاعلات ان تحافظ على حراتها لمدة 7 أيام بدون تدخل بشري.

وضع الباحثون حوالي 20 تصميما لمفاعلات نووية من هذا النوع، بعضها يعمل في إطار منظومة متكاملة مع مولدات الطاقة الأخرى ( الأكثر محافظة على البيئة ) مما يعني إلغاء مولدات الكهرباء العاملة بالديزل بشكل كلي والحد من إنبعاثات الكربون.

لماذا نعتقد ان الطاقة الشمسية هي المستقبل

British Petroleum (BP) Station with Solar panels on roof, Sydney, Australia

الكثير منا لا يزال يعتقد ان الخلايا المعتمدة على الطاقة الشمسية لتوليد الكهرباء لا يزال الإعتماد عليها لإنتاج الطاقة بشكل كبير حلما لن نحصل عليه بسهولة، وإن كان في الأمر شي من مصداقية إلا أن الأمر ليس بهذا القدر من التشاؤم.

نظرة واحدة على الرسم البياني المبين في الأسفل سيجلعك تغير رأيك تماما عن هذه الفرضية. ويجعلك أكثر إيمانا بالخلايا الشمسية لإنتاج الطاقة المستدامة. قد إنخفض سعر إنتاج الواط عبر الألواح الشمسية أكثر من مئة مرة خلال 35 سنة الماضية. حيث كان السعر أكثر من 76 دولارا في عام 1977 ليصل الأن إلى ما يقارب 74 سنتا في عام 2013.

لكن هذا الإنخفاض في سعر إنتاج الطاقة الشمسية عبر الألواح التي لا تتسبب بأي إنبعاثات كربونية لا يزال غير منافس لطرق الإنتاج التقليدي للكهرباء المعتمدة على النفط و الغاز، لكن العديد من العلماء يعتقدون أن السنوات القليلة القادمة ( ربما سنتين أو ثلاثة ) ستشهد منافسة حقيقية بين تكلفة إنتاج الواط من الكهرباء النظيفة وغير النظيفة.

تخزين الطاقة قفزة جديدة للإعتماد على الشمس

BSES_S1-e1418544481711

توريسول حقل للطاقة الشمسية أسس في الجنوب الإسباني من قبل الشركة الإسبانية الهندسية “سينا” و الشركة الرائدة عربيا في هذا المجال “مصدر”. وذلك لإنشاء ما بات يعرف بالخلايا الشمسة المركزة CSPs. وذلك لإنتاج المزيد منها على مستوى العالم في المستقبل.

مستفيدين من أن الشمس تشرق في هذا الجزء من العالم 12 ساعة يوميا، ومستفيدين من الطلب المتواصل على الطاقة أوروبيا، تعمل كل من مصدر و سينا على إنتاج إبتكارات جديدة قابلة لوضع حلول إستراتيجية لمشاكل الطاقة.

الحقل الشمسي توريسول من المتوقع له أن ينتج حوالي 50 ميجا واط من الكهرباء، ويتم العمل هناك بسرعة عالية جدا، حيث عمل المهندسون على إنشاء 180 كيلو متر من الخلايا الشمسية في أقل من أربعة أشهر ما يعادل كيلو متر واحد كل يوم.

تعتمد الفكرة على تركيز أشعة الشمس بشكل كبير على أنابيب يمر الزيت من خلالها، ليصل الزيت بعد ذلك لدرجة حرارة عالية ينقلها بدوره إلى خزانات من الماء تصل بدورها لدرجة الغليان و التبخر، والإستفادة من تبخر المياه هذا لتحريك توربين ضخم لإنتاج الطاقة.

 

يبدو كل شي حتى الأن عاديا، فهذا بالفعل ما تقوم به العديد من مراكز البحث ولكن المهم هنا أن المهندسين وصلوا إلى طريقة جديدة لتخزين الطاقة وإستخدامها في أوقات أخرى. فكيف يتم ذلك؟

بطارية ملحية تختزن الطاقة في داخلها لتعيد إرسالها لمحطات توليد الكهرباء فيما بعد.

تعتمد الفكرة على الإستفادة من الطاقة المنتجة من أنابيب الزيت وتحول جزء منها إلى مستودعات للملح، حيث تقوم الحرارة العالية بصهر هذا الملح المكون من نترات الصوديوم والبوتاسيوم وبالتالي تختزن الحرارة داخل هذه النترات. وحين تغيب الشمس يكون بمقدور المهندسين الإستفادة من حرارة هذه الأملاح لإنتاج الطاقة مرة اخرى. الأمر كله اشبه ببطارية ملحية كبيرة.

 

الأجهزة الحرارية تحول الحرارة الزائدة إلى طاقة كهربائية للسيارات

Image_1_JPG

تشير التقديرات أن حوالي نصف الطاقة المنبعثة من المركبات والمعدات الثقيلة في الولايات المتحدة ، يتم صرفها بشكل حرارة، وأغلب هذه الحرارة المنبعثة يتم تصريفها عن طريق الهواء، إلّا أن هذه الحقيقة على وشك أن تتغير، وهذا بفضل المبدعين الحراريين من أمثال (غانغ تشن)، وهو أستاذ في هندسة القوى في مؤسسة كارل ريتشارد سودربرغ ورئيس قسم الهندسة الميكانيكية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.

انطلاقاً من مبدأ أن المعدات الحرارية تقوم بتحويل الاختلافات في درجة الحرارة إلى جهد كهربائي، قام (تشن) منذ حوالي العقد من الزمن باستخدام تكنولوجيا النانو لإعادة هيكلة الأجهزة التي تتألف من مثل هذه المواد ودعم فعاليتها بشكل كبير، ممهداً بذلك الطريق لصناعة الأجهزة الحرارية المنخفضة التكلفة، وباستخدام هذا المبدأ أيضاً، قامت شركة (GMZ) للطاقة، وهي شركة تعاونية تأسست بالتشارك ما بين (تشن) مع (تشى فنغ رن)من جامعة هيوستن، بابتكار مولدة كهربائية حرارية تدعى بـ (TEG)، تقوم بتحويل الحرارة الفائضة المنبعثة من المركبات إلى كهرباء، وبذلك توفر المزيد من الطاقة لتلك المركبات.

تقوم (TEG) بتوليد الكهرباء عن طريق دخول الحرارة إلى الجزء العلوي من الوحدة، حيث تنتقل من خلال أشباه الموصلات إلى الجانب الأكثر برودة، ومن خلال الحركة الناتجة عن الإلكترونات في أشباه الموصلات التي تحدث نتيحة لتفاوت درجات الحرارة، يتم إنتاج جهد يؤدي إلى توليد الكهرباء، كما قامت شركة (GMZ) بمعالجة مشكلة تسرب الحرارة في المولدات الحرارية التي تنجم عن الاهتزازات الذرية في المواد عند الإنتقال من المنطقة الساخنة إلى الباردة، حيث قامت بإبطاء التسرب الحراري، مما أدى إلى زيادة أداء المولدات الحرارية بنسبة تتراوح بين 30-60%.

runningonwas

يمكن لـ (TEG) تحمل درجة حرارة تصل إلى 600 درجة مئوية على الجانب المخصص لدرجات الحرارة المرتفعة من الجهاز – السطح العلوي – في حين أنها تحافظ على الحرارة بدرجة 100 مئوية في الجانب الأكثر برودة من المولدة –الوجه السفلي – ومن خلال هذا التدرج الذي يحدث بين الدرجات / 500 درجة/ ، تقوم الوحدة بإنتاج 7.2 واط من الطاقة، فإذا ما تم تثبيت هذه المولدة قرب عادم السيارة، فسيكون بإمكانها توفير الطاقة للقطع الكهربائية لهذه السيارة، وفي الوقت ذاته تقوم بتقليل الحمل على بطارية السيارة، مما يؤدي إلى تقليل تكاليف الوقود وتخفيض الانبعاثات بشكل عام.

تعود فكرة الكهرباء الحرارية لعام 1821، حيث تعتمد على تأثير “سيباك” -تبعاً لمكتشفه (توماس سيباك)-، حيث يقوم المبدأ على تسخين إحدى نهايتي مادة ناقلة من أشباه الموصلات، لدفع الالكترونات لتتحرك إلى النهاية الثانية الأكثر برودة، مما يؤدي إلى توليد تيار كهربائي، وبتطبيق هذا التيار على المادة في المقابل، يؤدي إلى نقل الحرارة من الناحية الحارة إلى الناحية الباردة من المادة، وفي تسعينيات القرن الماضي بدأ الباحثون باستخدام تكنولوجيا النانو لإعادة هيكلة المواد الحرارية لزيادة كفاءتها، وقد استمر تطور هذه التقنية على يد (تشن) لعدة عقود حتى استطاع التوصل بمساعدة زملاء له لإعادة هيكلة التقنية وذلك بإدخال مواد تؤدي إلى إبطاء مرور الفوتونات بشكل كبير، وهذا الأمر أدى إلى كبح التسرب في الحرارة، وفي الوقت ذاته السماح للإلكترونات أن تدفق بشكل حر.

أخيراً يمكن اعتبار  (TEG)وسيلة مهمة لتطوير سوق توليد الكهرباء من الحرارة بشكل عام، حيث يرى (تشن) أن شركة GMZتقوم بخطوات كبيرة للمساعدة في خلق عالم أكثر كفاءة في استخدام الطاقة.

الطاقة من المياه أحدث صرعات الطاقة

arkaplan-e1409640449152

قام البروفيسور (هونغ جيه داي) وهو استاذ كيمياء في جامعة ستانفورد مع زملائه، بتطوير جهاز كهربائي رخيص وعديم الانبعاثات يستخدم بطارية 1.5 فولت، لفصل الماء إلى مكوناته الأولية من الهيدروجين والأكسجين، وبذلك يمكن استخدام غاز الهيدروجين لتزويد خلايا الوقود بالطاقة في السيارات عديمة الانبعاثات –وخلايا الوقود هي خلايا تنتج الكهرباء من خلال تفاعل كهربائي كيميائي باستخدام الهيدروجين والأوكسجين -، حيث أنه سيتم في عام 2015 طرح سيارات تعمل بتقنية خلايا الوقود من قبل شركات عديدة كـ (Toyota) وغيرها من الشركات المصنعة، وعلى الرغم من أن هذه المركبات تم وصفها بأنها مركبات عديمة الانبعاثات، إلّا أن معظم سيارات ستستعمل الهيدروجين المستخرج من الغاز الطبيعي، وهو وقود أحفوري يساهم في ظاهرة الاحتباس الحراري.

يقوم هذا الجهاز الذي طوره علماء من جامعة ستانفورد والذي يعمل باستخدام بطاريات ذات القياس ( AAA) العادية، على  إنتاج الهيدروجين عن طريق التحليل الكهربائي للماء، حيث تقوم البطاريات بإرسال تيار كهربائي عبر قطبين لفصل الماء السائل الى غاز الهيدروجين والأكسجين، وعلى العكس من أجهزة فصل المياه الأخرى التي تستخدم المعادن النفيسة كمواد محفزة، فإن الجهاز الجديد يستخدم أقطاباً مصنوعة من النيكل والحديد وهي مواد متوفرة بكثرة وغير مكلفة، وبحسب تعبير البروفيسور (هونغ جيه داي) فإن استخدام النيكل والحديد جعل المحفزات الكهربائية نشطة بما يكفي لفصل المياه في درجة حرارة الغرفة، باستخدام بطارية واحدة ذات استطاعة 1.5 فولت، وهذه هي المرة الأولى التي يتم فيها استخدام المعادن الغير الثمينة كمواد محفزة لفصل المياه بأقل مجهود ممكن.

وبالإضافة لإنتاج الهيدروجين، يمكن استخدام جهاز فصل المياه في تصنيع غاز الكلور وهيدروكسيد الصوديوم،  وهي مادة كيميائية صناعية مهمة.

طالما اعتبرت شركات صناعة السيارات خلايا وقود الهيدروجين بديلاً واعداً لمحرك البنزين، فتكنولوجيا خلايا الوقود تقوم بالأساس على مبدأ فصل المياه، حيث تقوم خلايا الوقود بالجمع بين غاز الهيدروجين المخزّن والأكسجين الذي تحصل عليه من الهواء لانتاج الكهرباء، ويتم تزويد السيارة بالطاقة من الكهرباء المنتجة، ويكون ناتج هذا التفاعل هو الماء فقط، أما احتراق البنزين فإنه يؤدي إلى انبعاث ثاني أكسيد الكربون، وهو غاز يساهم في الاحتباس الحراري.

الجدير بالذكر أن شركة (Hyundai) بدأت في وقت مبكر من هذا العام بتأجير السيارات التي تعمل بخلايا الوقود في جنوب كاليفورنيا، وستبدأ شركتي (Toyota) و((Hondaببيع هذا النوع من السيارات في 2015، ولكن معظم هذه السيارات سوف تعمل على الوقود المصنع في المصانع الكبيرة التي تنتج الهيدروجين عن طريق الجمع بين البخار الساخن جداً والغاز الطبيعي، وهي عملية تتطلب كمية كبيرة من الطاقة، وتؤدي إلى انبعاث ثاني أكسيد الكربون كناتج ثانوي، أما عملية فصل الماء لتوليد الهيدروجين فإنها لا تتطلب استخدام الوقود الأحفوري، ولا تصدر عنها اي انبعاثات غازية مسببة للاحتباس الحراري.

الفضل بهذا الاكتشاف يعود لأحد طلاب ستانفورد للدراسات العليا (مينغ جونغ)، الذي اكتشف أن المحفز القائم على النيكل له ذات فعالية البلاتين، حيث وجد أن مركب (معدن النيكل  /أكسيد النيكل) هو أكثر نشاطاً من معدن النيكل النقي أو أكسيد النيكل النقي كل على حدى، كما أن استخدام مركب (معدن النيكل  /أكسيد النيكل) كمحفز، يقلل بشكل كبير من الجهد المطلوب لفصل المياه، الأمر الذي يمكن أن يوفّر في نهاية المطاف مليارات الدولارات تبعاً لتخفيض التكلفة الكهربائية الكبيرة التي كانت متطلبة سابقاً لانتاج الهيدروجين، إلّا أنه على الرغم من أن الأقطاب المستخدمة حالياً في الجهاز مستقرة إلى حد ما، لكنها تتحلل ببطئ مع مرور الوقت، ولذلك فمن المحتمل أن يعمل الجهاز الحالي لعدة أيام فقط، ولهذا يعمل الباحثون حالياً على تحسين هذه المدة لتصبح أسابيعاً أو شهوراً، وهو هدف ممكن ضمن المعطيات الحالية.

أخيراً، فإن الباحثين يخططون لتطوير جهاز لفصل المياه يعمل على الكهرباء المنتجة بواسطة الطاقة الشمسية، وذلك لتطوير العمل بالهيدروجين، الذي يشكل وقوداً مثالياً لتزويد المركبات والمباني بالطاقة وتخزين الطاقة المتجددة في الشبكات الكهربائية.

 

Page 1 of 41234»