اقرأ في هذا المقال
بشكل عام على مدار القرن الماضي كانت مصادر الطاقة المستخدمة لتوليد الكهرباء هي: الوقود الأحفوري والطاقة المائية والطاقة النووية، وعلى الرغم من التطور والنمو القوي لمصادر الطاقة المتجددة على مدى العقود القليلة الماضية، فإنه لا يزال الوقود الأحفوري هو المسيطر الأول على مستوى العالم لتوليد الطاقة الكهربائية، فعلى سبيل المثال في عام 2017 ولّد الوقود الأحفوري حوالي 64.5٪ من الكهرباء في جميع أنحاء العالم مقارنة بـ 61.9٪ في عام 1990.
ما المقصود بالوقود الأحفوري؟
هو عبارة عن مصدر من مصادر الطاقة غير المتجدد، والذي تشكل منذ حوالي ملايين السنين من معظم بقايا النباتات والحيوانات العضوية المتحللة، وعندما يحترق الوقود الأحفوري هذا فإنه يطلق الطاقة، حيث كان الوقود الأحفوري يوفر حوالي 85 بالمائة من متطلبات الطاقة في العالم، ويوجد هناك ثلاثة أنواع رئيسية من الوقود الأحفوري وهم: الفحم الحجري والنفط الخام والغاز الطبيعي، ويصنع الفحم من نباتات متحللة تعرضت لحرارة وضغط شديدين، ويتكون كل من النفط الخام والغاز الطبيعي من بقايا الحيوانات التي خضعت لنفس المعاملة.
جمع الوقود الأحفوري
لقد تم العثور على النفط الخام تحت سطح الأرض، وتحدد معظم شركات النفط موقع النفط باستخدام المسوحات الزلزالية للعثور على حقول النفط المحتملة، وبعد العثور على هذا النفط والموافقة على تصريح من الحكومة للحفر يتم حفر بئر لمضخة، وفي كثير من الأحيان تكون المضخة قادرة على إخراج النفط الخام إلى السطح، ومع ذلك في بعض الأحيان يجب حفر حفرة أخرى لضخ البخار في حقل النفط لتقليل الكثافة حتى يتم ضخه، كما تم العثور على الغاز الطبيعي في العديد من نفس المناطق مثل النفط، حيث يتم ضخها أيضاً إلى السطح وتنتقل عن طريق خط الأنابيب.
ويتم استخراج الفحم من تحت سطح الأرض من خلال عملية تسمى التعدين، حيث يتم إنشاء المناجم من الأعمدة المحفورة في المناطق التي قد تحتوي على الفحم، ويتم إخراج الفحم من هذه المناجم، ويوجد هناك تقنية أخرى للتعدين وهي تعدين الشريط والتي تعمل بدورها على إزالة كل التربة والصخور فوق الفحم ثم استبدال التربة والصخور بعد جمع الفحم.
كيف يتم تحويل الوقود الأحفوري إلى كهرباء؟
بمجرد تجميع الوقود الأحفوري يتم نقله إلى محطة الطاقة، ومن ثم يتم حرق الوقود الأحفوري أو استخدام الطاقة الحرارية لتسخين المياه، ثم يزداد ضغط بخار الماء مما قد يجبر التوربين على الدوران، ويستخدم التوربين لتدوير مغناطيس مغلف في مولد بسرعة عالية، وعندما يدور المغناطيس هذا يتم إنتاج الإلكترونات، وأخيراً تقوم هذه الإلكترونات بتشغيل شبكة الكهرباء.
– فيما يلي كيفية تحويل أنواع الوقود الأحفوري إلى كهرباء
تحويل النفط الخام إلى كهرباء
النفط هو أكبر مصدر للطاقة في بعض دول العالم مثل: الولايات المتحدة، حيث يوفر ما يقرب من حوالي 40 في المائة من إجمالي احتياجات الطاقة في البلاد، وعلى الرغم من أن معظم النفط الخام يستخدم لأغراض النقل أو التدفئة المنزلية، إلا أن نسبة صغيرة منه لا تزال تستخدم كوقود لمحطات توليد الكهرباء، ويوجد هناك مجموعة من التقنيات لتحويل النفط الخام إلى كهرباء:
- البخار التقليدي: يتم حرق النفط لتسخين المياه لتوليد البخار لتوليد الكهرباء.
- توربينات الاحتراق: يتم حرق النفط تحت الضغط لإنتاج غازات عادم ساخنة تقوم بتدوير التوربين لتوليد الكهرباء.
- تقنية الدورة المركبة: يُحرق النفط أولاً في توربينات الاحتراق باستخدام غازات العادم المسخنة لتوليد الكهرباء، وبعد استعادة غازات العادم هذه تقوم بتسخين المياه في غلاية، مما قد ينتج بخاراً لتشغيل التوربين الثاني والذي بدوره يولد الكهرباء.
تحويل الغاز الطبيعي إلى كهرباء
عندما يتم استخدام الغاز الطبيعي لتزويد المنازل والشركات بالطاقة فإنه ينتقل من خلال خطوط الأنابيب إلى الموقد، ويعمل اللهب الموجود في الموقد على تنشيط الغاز ليتم تحويله إلى حرارة، ومن ثم يتم استخدام هذه الحرارة لغلي الماء الذي يطلق البخار.
ويُسمح للبخار بتكوين الضغط ببطء حتى يتم تحريره فجأة، ومن ثم يتم تحرير ضغط البخار والتي عادةً تشق طريقها فوق التوربينات، مما يجبرها على الدوران، كما يتم ربط التوربين بمولد يتحول مع دوران التوربين، ودوران المولد هذا يولد الكهرباء.
تحويل الفحم الحجري إلى كهرباء
يستخدم الفحم الحجري في محطات الطاقة لتوليد الكهرباء، حيث يتم طحن الفحم أولاً إلى مسحوق ناعم، مما يزيد من مساحة السطح، ويسمح له بالحرق بسرعة أكبر، وتعمل الغازات الساخنة والطاقة الحرارية الناتجة على تحويل الماء الموجود عادةً في الأنابيب المبطنة للغلاية إلى بخار.
ويتم تمرير البخار عالي الضغط في توربين يحتوي على آلاف من الشفرات الشبيهة بالمروحة، ويدفع البخار هذه الشفرات مما يتسبب في دوران عمود التوربين بسرعة عالية، ومن ثم يتم تركيب المولد في أحد طرفي عمود التوربين، والذي قد يتكون من لفائف أسلاك ملفوفة بعناية، وأخيراً يتم توليد الكهرباء عندما يتم تدوير هذه الأسلاك بسرعة في مجال مغناطيسي قوي.
