طرق توليد الطاقة الكهربائية: كيف يتم توليد الكهرباء

طرق توليد الطاقة الكهربائية , هل تعرف كيف تشرح بسرعة وسهولة كيف يتم إنتاج الكهرباء؟ الحقيقة هي أن أصلها ورحلتها إلى منزلك لجعل الحياة كما نعرفها تعمل هي لغز للكثيرين ، على الرغم من مدى قربنا من الطاقة.

طرق توليد الطاقة الكهربائية

تضع إصبعك على مفتاح ، وتضغط وتبدأ الأمور في الحدوث ، إذا فكرت في الأمر بجدية ، تبدو وكأنها سحر.

الأضواء التي تضيء كل شيء من حولك ، والدفء الذي تحتاجه لطهي الطعام والحفاظ على دفء منزلك. الكثير من الأدوات والأدوات والأجهزة الإلكترونية التي تعمل.

كما لو كان عن طريق السحر ، يبدو أنه من العدم تماما ، يتم تغذية منزلك وحياتك بالكيلووات. أين الحيلة؟

هدفنا هنا بسيط: أن نشرح من أين تأتي الكهرباء وكيف تصل إليك ، بغض النظر عن أصلها. لذلك ، لنبدأ من البداية:

ما هي الكهرباء؟

ليس من الممكن عدم استخدامه في عالمنا المعولم ، ولكن من يعرف حقا كيفية تعريفه؟

بطريقة بسيطة ، يمكننا القول أن الكهرباء هي تلك الطاقة القادرة على تسليط المصابيح الكهربائية ، وتحريك السيارات الأكثر كفاءة وإعطاء الحياة لوحش فرانكشتاين. إذا تعمقنا في المفهوم الأكثر تقنية ، فهو الطاقة الناتجة عن حركة الإلكترونات الموجبة والسالبة داخل المواد الموصلة.

وما هذا؟ المادة ، ذرات صغيرة جدا ، أجزاؤها ، إذا كانت متعارضة ، تجذب بعضها البعض. وتستكمل شحناتها الموجبة والسالبة بإنشاء نوعين من الكهرباء: الكهرباء الساكنة (المولدة عن طريق الاحتكاك) والكهرباء الديناميكية (التي يتصورها التيار).

إنه لأمر رائع ولكن ليس من السهل الوصول إلى منزلك. ينطوي الضغط على المفتاح على عملية ليست بسيطة على الإطلاق. لا أحد في العالم يستطيع أن يجادل حول ما إذا كانت القدرة على توليد الكهرباء هي أعظم اختراع في تاريخ البشرية. لا يمكن تصور المجتمع الحديث بدون كهرباء ، وتعتمد حياتنا على الطاقة لأسباب عديدة.

هل تساءلت يوما من أين تأتي الكهرباء القادمة إلى منزلك

من أين تأتي الكهرباء؟

رحلة الكهرباء إلى المقبس الخاص بك سريعة جدا وطويلة جدا.

على الرغم من أنه يبدو كذلك ، إلا أنه ليس سحريا. العملية خطوة بخطوة هي كما يلي:

توليد الطاقة: يتم إنشاء الكهرباء في المحطات القادرة على الحصول على الكهرباء من الطاقات الأولية. ما يسمى بالطاقات الأولية المتجددة هي الرياح والإشعاع الشمسي والمد والجزر وغير المتجددة هي الفحم والغاز الطبيعي والنفط. تقوم الشركات ببناء مرافق توليد الطاقة وامتلاك (كليا أو جزئيا) ما يسمى بمحطات الطاقة والبنية التحتية. إنهم يبيعون الطاقة المولدة للشركات التي تسوقها (الموردين).

نقل الطاقة: بمجرد الحصول على الطاقة وبعد تحويلها إلى كهرباء ، يتم نقلها عن طريق خطوط الطاقة العلوية (المعلقة بواسطة الأبراج) أو تحت الأرض ، من محطات توليد الطاقة إلى المحطات الفرعية. هناك عناصر أخرى هناك ، تسمى المحولات ، والتي تستخدم لضمان الجهد الكهربائي الكافي. المحطات الفرعية ضرورية لمعالجة الكهرباء والحفاظ على الجهد المناسب وعادة ما تكون في الهواء الطلق بالقرب من محطات توليد الطاقة و / أو في محيط المدن. إذا لم تكن كبيرة الحجم ، فيمكنك العثور عليها بشكل استثنائي في المدينة نفسها ، داخل مبنى.

توزيع الطاقة: يتم إرسال الكهرباء إلى المنازل في أقرب منطقة من المحطات الفرعية. بصفتك متلقيا للطاقة ومستهلكا ، لا يمكنك اختيار الموزع الخاص بك ، حيث يتم تعيين واحد أو آخر لك اعتمادا على المنطقة التي تعيش فيها. ستكون الشركة التي تحصل عليها مسؤولة عن ضمان وصول الكهرباء إلى منزلك بشكل صحيح وستعتني بأي أعطال. كما أنه مالك عداد الكهرباء الخاص بك ، ويرسل قراءاته إلى المورد الخاص بك (وهو الذي يفرض عليك رسوما).

تجارة الطاقة: المورد الخاص بك هو الذي يمكنك دائما اختياره وسيكون دائما هو الذي يرسل لك الفواتير ، لأنه هو الذي يشتري الطاقة من شركات التوليد ويبيعها لك. سيقدم لك الموردون تعريفات وصفقات مختلفة ، على الرغم من وجود سوق حرة في إسبانيا حيث تدفع وفقا لشروط عقدك ، كما هو الحال في أي تعريفة خدمة أخرى (الهاتف المحمول ، واي فاي ، إلخ) وسوق منظم (تدفع ما تم إنشاؤه بواسطة نظام صممته الحكومة).

"الشركة التي تجعل الكهرباء تصل إلى منزلك ليست هي نفسها التي تفرض عليك الفواتير".

ما هي أنواع محطات الطاقة الموجودة؟

لتوليد الكهرباء ، نحتاج إلى الطاقة الموجودة في المواد الأولية ليتم إطلاقها ، كما نعلم بالفعل ، ولكن كيف نفعل ذلك؟

يعتمد ذلك كليا على نوع محطة الطاقة التي نتحدث عنها ، حيث يعتمد ذلك على كيفية حصولنا على الطاقة ، وسوف نتعامل مع واحدة أو أخرى:

محطات الطاقة الكهروحرارية التقليدية (الفحم والديزل والغاز الطبيعي): يتم حرق الفحم أو الغاز الطبيعي أو الديزل في هذه المصانع. عند حرقها ، فإنها ترفع درجة حرارة خزان المياه ، وتحوله إلى بخار ، مما يؤدي إلى تحرك التوربينات. هذه الحركة، حركة التوربين، هي التي تولد الكهرباء عن طريق مولد التيار المتردد الذي يحول الطاقة الميكانيكية إلى كهرباء. أي أن الحركة تتحول إلى كهرباء. أخيرا ، يذهب البخار إلى مكثف ليصبح ماء مرة أخرى ويبدأ الدورة مرة أخرى.

محطات توليد الطاقة الكهروحرارية ذات الدورة المركبة (الفحم والديزل والغاز الطبيعي): تعمل هذه المحطات بطريقة مماثلة لمحطات توليد الطاقة ذات الدورة التقليدية. مثل هذه ، لديهم توربين يتحرك مع بخار الماء الساخن. ولكن لديهم أيضا توربين مختلف يتحرك بالهواء المأخوذ من الغلاف الجوي ويتم تسخينه بواسطة الوقود الأحفوري. مزاياها العظيمة على محطات توليد الطاقة ذات الدورة التقليدية هي أنها أكثر كفاءة وأكثر مرونة (يمكن أن تعمل بحمولة كاملة أو "بنصف غاز" حسب الاحتياجات) وأكثر إيكولوجية (انبعاثات أقل في الغلاف الجوي).

محطات الطاقة النووية: بنفس الطريقة كما في الأمثلة السابقة ، فإن الحرارة المنبعثة من الانشطار النووي في المفاعل تسخن كميات كبيرة من الماء عند ضغط عال. ينتج البخار المنبعث الكهرباء عن طريق المرور عبر توربين متصل بمولد. الفرق الأساسي ، بصرف النظر عن قوتها العالية ، هو الوقود الذي تستخدمه ، وعادة ما يكون اليورانيوم.

محطات الطاقة الحرارية الأرضية: يشبه النظام الأنظمة السابقة (يتم تسخين الماء لينبعث منه بخار يحرك التوربينات) ولكن في هذه الحالة يتم استخدام الحرارة الطبيعية لداخل الأرض من خلال أنابيب في باطن الأرض.

نباتات الكتلة الحيوية: في هذه الحالة ، يتم توليد الحرارة بعد حرق المواد العضوية ، سواء كانت نباتية أو جميع أنواع النفايات (الحيوانية والصناعية والزراعية والحضرية).

محطات الطاقة الكهرومائية: هذه لا تحتاج إلى حرارة ، لأن هذه الأنواع من محطات الطاقة هي التقدم من الطواحين القديمة. ما يفعلونه هو استخدام شلال كبير لنقل التوربينات الهيدروليكية. وعادة ما يتم بناؤها في السدود والخزانات.

مزارع الرياح: بنفس الطريقة ، تولد الحركة الكهرباء ، والتي يتم إنشاؤها في هذه الحالة بواسطة الرياح. إنه يقود توربين يتم الحصول منه على الكهرباء.

محطات الطاقة الشمسية: هناك نوعان. ما تفعله محطات الطاقة الشمسية الحرارية هو استخدام حرارة الشمس لتسخين المياه واستخدام البخار المتولد لتحريك التوربينات. ما تفعله المحطات الكهروضوئية هو تحويل الطاقة الشمسية مباشرة إلى كهرباء ، وذلك بفضل الخلايا الكهروضوئية.

محطات توليد الطاقة المدية: حركات المياه الناتجة عن ارتفاع وانخفاض المد والجزر تدفع التوربينات التي ستنتج الكهرباء من خلال مولد.

محطات توليد الطاقة الموجية: على غرار ما سبق ، ولكن باستخدام الأمواج بدلا من المد والجزر.

بالعودة إلى الاختلافات بين الطاقة المتجددة وغير المتجددة ، سنواجه واحدة أو أخرى ، اعتمادا على الطاقة الأولية التي يتم استخدامها لتوليد الكهرباء. إذا كان عليك "تجديد" "الوقود" المذكور ، فسيكون غير متجدد ولكن إذا لم يكن ضروريا لأن الطبيعة توفره مجانا ، فسيكون متجددا.

حاليا المصانع الأكثر انتشارا غير متجددة ، لأنها تستخدم الطاقات الأولية التي يجب استخراجها من الأرض (بما في ذلك الفحم والغاز الطبيعي واليورانيوم). لكن المستقبل يعني فقط أننا نحتاج بشكل متزايد إلى كل الطاقة التي نستهلكها لتكون متجددة.

"الكهرباء متجددة إذا لم يكن من الضروري تجديد الوقود المستخدم لتوليدها".

كيف يتم إنتاج طاقة الرياح؟

طاقة الرياح هي واحدة من أنظف الطرق لتوليد الكهرباء. وهو ينطوي أساسا على تحويل القوة التي تمارسها الرياح على طواحين الهواء ذات المراوح الثلاثة إلى كهرباء ، مما يخلق طاقة ميكانيكية يتم نقلها إلى سلسلة من الأسلاك النحاسية ، حيث يتم توليد الكهرباء.

العناصر التي تحول الرياح إلى طاقة هي ما يسمى توربينات الرياح. يتم تجميعها مع مولد كهربائي في الداخل مع أنظمة التحكم الخاصة بها والاتصال بالشبكة.

"إسبانيا ، إلى جانب الدنمارك وهولندا ، هي واحدة من الدول التي لديها أعلى معدل لتوليد الرياح."

من اين يأتي الرياح؟

ربما لم نفكر أبدا في ذلك. الشمس لها عدد من التأثيرات على عالمنا ، وأحدها هو الرياح. ما بين 1٪ و 2٪ من الإشعاع الشمسي الذي يمتصه الكوكب ينتهي به المطاف إلى رياح. وذلك لأن قشرة الأرض تنقل كمية أكبر من الطاقة الشمسية إلى الهواء ، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارتها ، وتصبح أقل ضخامة ، وتتوسع. في الوقت نفسه ، يتم تشغيل الهواء الأكثر برودة وأثقل - الذي يأتي من البحار والأنهار والمحيطات - ليأخذ المكان الذي يتركه الهواء الدافئ. هذه التقلبات تنتج الهواء المتحرك والرياح ليست سوى الهواء المتحرك.

كل كتلة من الهواء تنتقل من مناطق الضغط الجوي العالي إلى مناطق الضغط الجوي المنخفض من خلال سرعات تتناسب مع اختلافات الضغط بين المنطقتين (كلما زاد الفرق ، كلما كانت الرياح أقوى) تعتبر رياحا.

كيف يتم تحويل الشمس الى كهرباء؟ 

تأتي طاقة الشمس من أشعة الشمس والحرارة. لتحويلها إلى طاقة ، هناك حاجة إلى صفائح معدنية أشباه الموصلات: الخلايا الكهروضوئية.

هذه الخلايا مغلفة بزجاج شفاف يسمح للإشعاع بالمرور ويقلل من فقدان الحرارة ، ولها طبقة واحدة أو أكثر من مادة أشباه الموصلات. بفضل هذه العناصر ، يمكنهم إدارة كل تلك الطاقة الشمسية.

على نحو متزايد ، يمكننا أن نرى الألواح الشمسية على أسطح المنازل والمباني. تتشكل هذه الألواح بالكامل بواسطة هذه الخلايا الكهروضوئية.

يقال إن تثبيته مكلف ، لكن البيانات تظهر أن عملية الشراء تدفع لنفسها ، مع توفير حوالي 30٪ من الاستهلاك ، مما يعني على المدى الطويل (25 عاما) دفع ما بين 20000 يورو و 30000 يورو أقل ، مما يجعلها ذات قيمة كبيرة على المدى المتوسط إلى الطويل. ميزة أخرى هي أنها لا تحتاج إلى الكثير من الصيانة.

وكيف تعمل الألواح الشمسية؟

أساسا من خلال أشعة الشمس. تتكون هذه من فوتونات تصل إلى الخلايا الكهروضوئية للصفيحة ، وتولد مجالا كهربائيا بينها وبالتالي دائرة كهربائية. كلما كان الضوء أكثر كثافة ، زاد تدفق الكهرباء.

الخلايا الكهروضوئية هي المسؤولة عن تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء في شكل تيار مباشر ومع تخرج يتراوح بين 380 و 800 فولت. يمكن تحسين النتيجة التي تم الحصول عليها باستخدام العاكس ، وهو المسؤول عن تحويل هذه الطاقة إلى تيار متناوب ، وهو ما نستخدمه في منازلنا.

وأخيرا، يمر هذا التيار المتناوب عبر عداد يحدد كميته ويزوده بشبكة الكهرباء العامة.

"ستكون الطاقة الشمسية الكهروضوئية أرخص مصدر للكهرباء في العالم."

الطاقة الهيدروليكية

وفقا لوكالة ناسا ، وجدت إحدى دراساتها أن أصل الحياة يمكن أن يكون في الكهرباء المولدة بشكل طبيعي في قاع البحر قبل 4 مليارات سنة. كل من الماء والحركة هي مصدر للحياة وبالتالي مصدر للطاقة.

في العصور القديمة ، استخدم البشر بالفعل تيار النهر لنقل الطواحين الكبيرة. أدى تقدم المطاحن إلى إنشاء محطات لتوليد الطاقة الكهرومائية. في الواقع ، يؤدي تشغيل السد إلى سد نهر بواسطة جدار خرساني ، مما يؤدي إلى إغراق المنطقة المحيطة بالموقع وإنشاء بحيرة اصطناعية. الماء ، كقوة من قوى الطبيعة ، حتى عندما يتم تقييده ، يحتوي على إمكانات هائلة للطاقة.

يمكن تحويل التيار الناتج عن هذا الانسداد إلى طاقة حركية (طاقة جسم متحرك) إذا تم استخدام قوة الجاذبية. هذا أمر بسيط للغاية لفهمه: الماء يسقط إلى أسفل على طول سلسلة من الأنابيب الكبيرة تسمى قنوات الضغط. وبهذه الطريقة ، فإنه يدور مراوح التوربينات الموضوعة بشكل استراتيجي بسرعة عالية لتلقي الحركة من السقوط.

يمكن تشغيل السد بواسطة طاقته الميكانيكية الخاصة.

طاقة المد والجزر

طاقة المد والجزر هي نوع مختلف من الطاقة الكهرومائية غير المعروفة جيدا.

يستخدم هذا النظام الحركة الرأسية لمياه البحر الناتجة عن قوة الجاذبية التي يمارسها القمر والشمس عليها. المد والجزر يولد طاقة المد والجزر.

يوجد حاليا ثلاثة أنواع من طاقة المد والجزر:

سدود المد والجزر: يتم بناؤها عند مصبات الأنهار وتبدو تشبه إلى حد كبير السدود الكهرومائية.

يتم استغلال الفرق في الارتفاع بين المد والجزر العالي والمنخفض من خلال توليد الطاقة الكامنة التي تنشأ مع الحركة. على الرغم من أنها تولد كميات كبيرة من الطاقة ، إلا أن بنائها وصيانتها يكلف الكثير من المال.

مولد تيار المد والجزر: في هذه الحالة ، تحول التيارات سلسلة من التوربينات المحورية ، على غرار طواحين الهواء ، التي تولد الطاقة الميكانيكية. إنها أبسط وأرخص طريقة ولها أقل تأثير على الطبيعة. من خلال عدم الحاجة إلى بناء سد ، فإنه لا يغير النظام البيئي البحري.

"تذكر أن طاقة المد والجزر تأتي من حركة المياه الناجمة عن دورة المد والجزر العالية / المنخفضة"

الطاقة الحرارية الأرضية

يتم الحصول على الطاقة الحرارية الأرضية من خلال نظام يستخدم الحرارة المخزنة على الأرض ، إما في الصخور و / أو الينابيع الساخنة ، لتوليد الطاقة.

الطاقة الحرارية الموجودة تحت أقدامنا عملاقة. إذا قمت بالحفر على عمق حوالي 10 أمتار ، فستجد درجات حرارة تبلغ حوالي 17 درجة مئوية على مدار العام ، بسبب القصور الذاتي الحراري للتربة.

تستخدم المضخات الحرارية الأرضية لتوليد هذه الطاقة ، أو استخراج أو نقل الحرارة إلى الأرض ، اعتمادا على ما إذا كنت ترغب في تسخين البيئة أو تبريدها أو الحصول على الماء الساخن.

واحدة من أكثر التقنيات دقة هي حقن الماء السائل في المنطقة الداخلية للأرض لرفع درجة حرارتها: يتم تحويل الماء إلى بخار ويعود إلى محطة توليد الكهرباء المليئة بالطاقة وجاهزة للتحويل إلى كهرباء.

يعتمد تطبيق هذه الطاقة على خصائص كل مصدر:

تستخدم موارد درجات الحرارة العالية (أكثر من 150 درجة مئوية) لتوليد الضوء.

أقل من 100 درجة مئوية يتم استخدامها لتزويد الكهرباء لأنظمة التدفئة / تكييف الهواء.

مع درجات حرارة منخفضة جدا (أقل من 30 درجة مئوية) استخدامه يذهب مباشرة للمياه الساخنة.

"يكفي حفر حوالي 10 أمتار للعثور على درجات حرارة مستقرة تبلغ 17 درجة مئوية على مدار العام".