بشكل عام تعتبر الكهرباء جزءاً أساسياً ومهماً من حياتنا الطبيعة، وهي تعد أحد أكثر أشكال الطاقة استخداماً لدينا، حيث أننا نحصل على الكهرباء عادةً من تحويل مصادر الطاقة الأخرى مثل: الطاقة الشمسية والطاقة الكهرومائية وطاقة الرياح وطاقة الكتلة الحيوية والفحم والغاز الطبيعي والنفط وغيرها من الموارد الطبيعية، والتي قد تسمى المصادر الأولية، وإن الكهرباء موجودة في كل مكان حولنا، ومن الصعب الهروب منها في عالمنا الحديث، وحتى عندما نحاول الهروب من الكهرباء فإنها لا تزال تعمل في جميع أنحاء الطبيعة من البرق في عاصفة رعدية إلى نقاط الاشتباك العصبي داخل أجسامنا.
ما هي الكهرباء؟
هي عبارة عن شكل من أشكال الطاقة المهمة التي يمكن اكتشافها والشعور بها في الطبيعة، وتنشأ هذه الكهرباء عادةً نتيجةً لعملية تدفق أو تحرك بعض الشحنات الثابتة أو المتحركة، وقد تعمل الكهرباء على تشغل أجهزتنا الإلكترونية مثل الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر والأضواء ومكاوي اللحام ومكيفات الهواء، والكهرباء أيضاً عبارة عن ظاهرة طبيعية تحدث في جميع أنحاء الأرض وتتخذ أشكالاً مختلفة.
أشهر الطرق لتوليد الكهرباء
المولدات
يعد المولد جزءاً أساسياً من معظم محطات الطاقة الكهربائية، والمولد هو عبارة عن جهاز يعمل عادةً على تحويل الحركة الدورانية إلى طاقة (كهرباء)، حيث تدور ملفات الأسلاك النحاسية داخل المولد ويحدث مجال مغناطيسي قوي، وأثناء عملية تحرك الملفات قد يُنشئ المجال المغناطيسي تدفق للتيار المتردد (AC) داخل السلك، مما يؤدي إلى توليد الكهرباء، ولكن يجب أن تكون هذه الأسلاك قوية بما يكفي لتشغيل هذا المولد.
الكهرباء من البخار
تنتج محطة توليد الطاقة البخارية الكهرباء عن طريق حرق الوقود بما في ذلك الكتلة الحيوية أو الفحم الحجري أو البترول، حيث يتم تغذية البخار المتولد من العملية في التوربينات، ويتحول المحرك النحاسي (السلك) في المولد مع دوران التوربين، مما ينتج عنه تيار كهربائي، وخير مثال لمحطة الطاقة البخارية هي محطة (Big Bend Power Station) الموجودة في تامبا فلوريدا.
الطاقة الكهرومائية (المياه المتساقطة)
تعمل المياه المتساقطة على تدوير شفرات التوربينات الكهرومائية، والتي بدورها قد تعمل على تحريك المحرك النحاسي الموجود داخل المولد الكهربائي لإنتاج الكهرباء، وعلى سبيل المثال تعتبر محطة الطاقة الكهرومائية (سد جريت هوفر)، والتي تقع بالقرب من لاس فيجاس في الولايات المتحدة من أكبر محطات الطاقة الكهرومائية في العالم، حيث يوجد لديها ما مجموعه 19 توربينا، والتي قد تنتج كهرباء تكفي لخدمة أكثر من 1.3 مليون شخص سنوياً.
طواحين الهواء (الطاقة من الرياح)
تقوم محطة طاقة الرياح بتدوير شفرات التوربينات، والتي قد تحرك المحرك النحاسي الموجود داخل المولد لتوليد الكهرباء، حيث تم استخدام طواحين الهواء في الماضي لتدوير عجلات الطواحين لاستخدامها في العديد من المهام، وتعمل طواحين الهواء الحديثة على تحويل الطاقة الميكانيكية (المتولدة من الحركة) إلى طاقة كهربائية، وخير مثال على محطة كهرباء تعمل بالرياح هي مزرعة الرياح الواقعة بالقرب من بحيرة بينتون مينيسوتا (ولاية في وسط غرب الولايات المتحدة).
الطاقة الشمسية (الطاقة من أشعة الشمس)
تستخدم الخلايا الكهروضوئية طاقة ضوء الشمس لإنتاج الطاقة الكهربائية، حيث يتم توليد التيار المباشر (DC) من خلال الألواح الشمسية الثابتة التي تتكون من الخلايا الكهروضوئية، وبعد ذلك يتم استخدامها بشكل شائع للتطبيقات المحلية بما في ذلك: تشغيل مضخات الري الصغيرة أو لشحن الأجهزة التي تعمل بالبطاريات.
وتكتسب محطات الطاقة الشمسية على نطاق تجاري شعبية متزايدة حقاً مع زيادة أسعار الوقود الأحفوري، حيث أنها قد تعمل عن طريق حبس الطاقة الشمسية من خلال عاكسات كبيرة، ومن ثم يتم توجيه الطاقة المحتجزة إلى أجهزة استقبال تستخدم تقنيات لتوليد الكهرباء عن طريق تشغيل توربينات الغاز أو البخار.
طاقة الكتلة الحيوية
يعتبر روث الحيوانات ورقائق الخشب وأجزاء من النباتات مثل: الفروع والأوراق ومواد النفايات العضوية والكتلة الحيوانية المتحللة وما إلى ذلك أمثلة رئيسية على الكتلة الحيوية، ويمكن حرق هذه المواد من أجل توليد الحرارة، والتي تُستخدم أيضاً لإنتاج الطاقة الكهربائية، كما يتم تخمير المصادر لتوليد الغاز الحيوي – والذي يمكن حرقه بسهولة وتحويله إلى كهرباء بمساعدة معظم محطات توليد الغاز الحيوي، كما أن استخدام طاقة الكتلة الحيوية لأغراض توليد الكهرباء قد تزايد بشكل كبير خلال السنوات القليلة الماضية.
الكهرباء من الفحم
تتكون الخطوة الأولى من تأريض كتل الفحم بشكل متساوٍ لشظايا دقيقة ووضعها في فرن متصل بغلاية ماء، وبعد الخضوع للتسخين والاحتراق يغلي الماء، وقد يتم استخدام البخار الناتج لتشغيل التوربينات لتوليد الكهرباء، وإن الطريقة البديلة هي استخدام وقود طين ماء الفحم، مما يساعد على تحسين كفاءة توليد الطاقة، ومن إجمالي الكهرباء المولدة على كوكبنا يتم اشتقاق حوالي 40٪ من تسخين الفحم.
