طرق تقليدية وبديلة لتوليد الكهرباء

2024 مؤلف: Howard Calhoun | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-17 10:18

حاليًا ، تستخدم البشرية جميع الطرق الممكنة لتوليد الكهرباء. من الصعب المبالغة في تقدير أهمية هذا المورد. واستهلاكها يتزايد كل يوم. لهذا السبب ، يتم إيلاء المزيد والمزيد من الاهتمام للطرق غير التقليدية لتوليد الكهرباء. في الوقت نفسه ، لا يمكن لهذه المصادر في هذه المرحلة من التطور أن تلبي احتياجات سكان الأرض بشكل كامل. تستعرض هذه المقالة بإيجاز الطرق التقليدية والبديلة الرئيسية لتوليد الكهرباء.

الحصول على الكهرباء من محطات الطاقة الحرارية

هذه الطريقة لتوليد الكهرباء هي الأكثر شيوعًا. على سبيل المثال ، في الاتحاد الروسي ، تمثل مصادر الحرارة ما يقرب من 80 ٪ من الجيل الكامل من المورد الضروري. تمر السنواتيصرخ علماء البيئة بالفعل حول التأثير السلبي لمثل هذه الهياكل الهندسية على البيئة وصحة الإنسان ، لكن المحطات التي تم بناؤها في منتصف القرن الماضي (أو حتى ما قبل الثورة) تواصل إمداد المدن المأهولة بالسكان والمؤسسات الصناعية الكبيرة بالكهرباء.

مصادر الحرارة هي طرق تقليدية لتوليد الكهرباء. والآن ، لمدة ثلاثة أو أربعة عقود ، احتلوا مكانة رائدة في الترتيب من حيث الإنتاج. وذلك بالرغم من التطور السريع للطرق البديلة لتوليد الكهرباء.

من بين جميع المشاريع الهندسية ، يتم تمييز نوع خاص من الهياكل. هذه هي محطات تدفئة وتوليد مشتركة ، وتتمثل وظيفتها الإضافية في تزويد منازل وشقق المواطنين بالتدفئة. وفقًا للخبراء ، فإن كفاءة محطات الطاقة هذه منخفضة للغاية ، كما أن نقل المورد المتولد عبر مسافات طويلة يرتبط بخسائر كبيرة.

يتم توليد الطاقة على النحو التالي. يتم حرق الوقود الصلب أو السائل أو الغازي ، مما يؤدي إلى تسخين الماء في الغلاية إلى درجات حرارة عالية. تدفع قوة البخار شفرات التوربين ، مما يتسبب في دوران مولد التوربينات وتوليد الكهرباء.

محطات الطاقة الكهرومائية وسيلة واعدة لتوليد الكهرباء

بدأ بناء الهياكل الهندسية المعقدة المصممة لتحويل الطاقة المائية إلى كهرباء في الإمبراطورية الروسية. لقد مرت سنوات عديدة منذ ذلك الحين ، ولا يزال هذا المصدر نشطًا.تستخدم. خلال سنوات التصنيع في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية (ثلاثينيات القرن الماضي) ، نمت محطات الطاقة الكهرومائية العملاقة في جميع أنحاء البلاد. تم إلقاء جميع قوى دولة شابة وهشة في بناء هذه الشركات العملاقة (التي لا تساوي سوى محطة طاقة كهرومائية واحدة من Zaporizhzhya!). الهياكل الهندسية لتلك السنوات لا تزال قيد التشغيل وتولد كمية كبيرة من الكهرباء.

حاليا ، تراهن الدولة على تطوير طرق "خضراء" لتوليد الكهرباء. لذلك ، يتم تمويل بناء محطات الطاقة الكهرومائية الحديثة والمنتجة للغاية في جميع أنحاء البلاد. إن استراتيجية بناء منشآت متوسطة الحجم على روافد صغيرة للأنهار قد بررت نفسها تمامًا. يمكن لإحدى هذه المحطات أن تلبي احتياجات الكهرباء للمستوطنات الصغيرة المجاورة. على المستوى الوطني ، سيؤدي ذلك إلى زيادة كفاءة الاقتصاد الوطني والقدرة التنافسية للمصنعين المحليين للسلع الصناعية.

تشمل عيوب هذه التقنية التكلفة العالية لهذه الأشياء وفترات الاسترداد الطويلة جدًا. التكاليف الرئيسية لبناء السد. لكن من الضروري إقامة المبنى نفسه (المباني الإدارية والآلية) ، وبناء جهاز لتصريف المياه ، وما إلى ذلك. تعتمد معلمات وتكوين الهيكل على العديد من العوامل: الطاقة المركبة للمولدات وضغط الماء ، نوع محطة توليد الكهرباء (السد ، القناة ، التحويل ، التخزين ، المد والجزر). تحتوي محطات الطاقة الكهرومائية على الأنهار الكبيرة الصالحة للملاحة أيضًا على أقفال وقنوات معقدة قابلة للملاحة لضمان هجرة الأسماك إلى مناطق التفريخ.

صناعة الطاقة النووية

محطة للطاقة النووية اليوم لم تعد مفاجأة لأي شخص. بدأ إنشاء هذه المرافق بنشاط مرة أخرى في الاتحاد السوفياتي. لذلك تنتمي هذه التقنية إلى الأساليب التقليدية لتوليد الكهرباء.

لا تزال محطات الطاقة النووية قيد البناء ليس فقط في روسيا ، ولكن أيضًا في البلدان القريبة والبعيدة في الخارج. على سبيل المثال ، تمول شركة روساتوم ذات الجذور الروسية إنشاء مثل هذا المصدر في جمهورية بيلاروسيا. بالمناسبة ، ستكون هذه المحطة هي الأولى في هذه المنطقة.

موقف العالم من الطاقة النووية غامض للغاية. ألمانيا ، على سبيل المثال ، قررت بجدية التخلي تمامًا عن الذرة المسالمة. وهذا في الوقت الذي يستثمر فيه الاتحاد الروسي بنشاط في بناء مرافق جديدة من أحدث جيل.

لقد أثبت العلماء بشكل موثوق أن رواسب الوقود النووي في أحشاء الأرض أكبر بكثير من جميع احتياطيات المواد الخام الهيدروكربونية (النفط والغاز). يؤدي الطلب المتزايد باستمرار على الهيدروكربونات إلى ارتفاع أسعارها. هذا هو السبب في أن تطوير الطاقة النووية يؤتي ثماره.

طاقة الرياح

نشأت صناعة طاقة الرياح على نطاق صناعي مؤخرًا نسبيًا وأضيفت إلى قائمة الطرق غير التقليدية لتوليد الكهرباء. وهذه تقنية واعدة للغاية. مع وجود درجة عالية من الاحتمالية ، يمكن القول أنه في المستقبل البعيد ، ستولد طواحين الهواء قدرًا من الكهرباء بقدر ما تحتاجه البشرية. وهذه ليست كلمات فارغة ، لأنها حسب أكثر التقديرات تواضعًاالعلماء ، فإن إجمالي قوة الرياح على سطح الكرة الأرضية أكبر بما لا يقل عن مائة مرة من قوة جميع الموارد المائية.

المشكلة الرئيسية هي عدم تناسق تدفقات الهواء ، مما يجعل من الصعب التنبؤ بإنتاج الطاقة. تهب الرياح باستمرار على أراضي روسيا الشاسعة. وإذا تعلمت كيفية استخدام هذا المورد الذي لا ينضب بفعالية وكفاءة ، فيمكنك أكثر من تلبية جميع احتياجات الصناعات الثقيلة وسكان البلد.

على الرغم من الفوائد الواضحة لاستخدام طاقة الرياح ، فإن كمية الكهرباء التي تولدها مزارع الرياح لا تتجاوز واحد بالمائة من الإجمالي. المعدات لهذه الأغراض باهظة الثمن ، بالإضافة إلى أن مثل هذه المرافق لن تكون فعالة في كل منطقة ، ونقل الكهرباء لمسافات طويلة مرتبط بخسائر كبيرة.

الطاقة الحرارية الجوفية

شكل تطوير مصادر الطاقة الحرارية الأرضية علامة فارقة جديدة في تاريخ تطوير طرق بديلة لتوليد الكهرباء.

مبدأ توليد الطاقة هو إمداد الطاقة الحركية والمحتملة لبخار الماء الساخن من مصدر تحت الأرض إلى شفرات مولد التوربينات ، والتي تنتج تيارًا من خلال الحركات الدورانية. من الناحية النظرية ، فإن الاختلاف في درجات الحرارة على السطح وفي أعماق القشرة الأرضية هو سمة مميزة لأي منطقة. ومع ذلك ، فهو عادة ما يكون ضئيلاً للغاية ، ولا يمكن استخدامه لتوليد الكهرباء. بناء مثل هذه المحطات له ما يبرره فقط فيمناطق معينة من كوكبنا (نشطة زلزاليًا). آيسلندا رائدة في تطوير هذه الطريقة. يمكن أيضًا استخدام أراضي كامتشاتكا الروسية لهذه الأغراض.

مبدأ الحصول على الطاقة على النحو التالي. يأتي الماء الساخن من أحشاء الأرض إلى السطح. الضغط هنا أقل بكثير مما يؤدي إلى غليان الماء. يتم توجيه البخار المفصول عبر خط الأنابيب ويقوم بتدوير ريش توربينات المولد. من الصعب التنبؤ بمستقبل هذه الطريقة الحديثة لتوليد الكهرباء. ربما سيتم بناء مثل هذه المحطات على نطاق واسع على أراضي الاتحاد الروسي ، أو ربما ستنتهي هذه الفكرة بمرور الوقت ولن يتذكرها أحد.

تطوير الطاقة الحرارية للمحيطات

محيطات العالم مذهلة في نطاقها. لا يستطيع المتخصصون إعطاء تقدير تقريبي لكمية الطاقة الحرارية المتراكمة فيه. شيء واحد واضح - كمية هائلة من الموارد لا تزال غير مستخدمة. في الوقت الحاضر ، تم بالفعل بناء نماذج أولية لمحطات الطاقة التي تحول الطاقة الحرارية لمياه المحيط إلى تيار. ومع ذلك ، فهذه مشاريع تجريبية ، وليس هناك ما يقين من أن هذا المجال من الطاقة سيتم تطويره بشكل أكبر.

انحسار وتدفق في خدمة صناعة الطاقة الكهربائية

تحويل القوة الهائلة للمد والجزر إلى مشتقات قيمة هو طريقة جديدة لتوليد الكهرباء. إن طبيعة هذه الظواهر معروفة الآن ولا تسبب ذلك الرهبة الموقرة التي نشأت بين أسلافنا. هذا بسبب تأثير المجال المغناطيسيالقمر المخلص للكوكب - القمر.

تُلاحظ تيارات المد والجزر الأكثر وضوحًا في المياه الضحلة للبحار والمحيطات ، وكذلك في مجاري الأنهار.

تم بناء المحطة الأولى التي أعطت نتيجة حقيقية في عام 1913 في المملكة المتحدة بالقرب من ليفربول. منذ ذلك الحين ، حاولت العديد من الدول تكرار التجربة ، لكنها في النهاية تخلت عن هذا المشروع لأسباب مختلفة.

الطاقة الشمسية

في الواقع ، تم تشكيل جميع أنواع الوقود الأحفوري الطبيعي منذ ملايين السنين بمشاركة وتحت تأثير أشعة الشمس. وبالتالي ، يمكننا القول أن الجنس البشري قد استخدم منذ فترة طويلة المنتجات التي تم الحصول عليها من الشمس بنشاط. في الواقع ، نحن مدينون بوجود الأنهار والبحيرات لهذا المصدر الذي لا ينضب ، والذي يضمن تداول المياه. ومع ذلك ، ليس هذا هو المقصود بالطاقة الشمسية الحديثة. في الآونة الأخيرة نسبيًا ، تمكن العلماء من تطوير وإنتاج بطاريات خاصة. يولدون الكهرباء عندما يضرب ضوء الشمس سطحهم. تشير هذه التقنية إلى طريقة بديلة لتوليد الكهرباء.

ربما تكون الشمس أقوى مصدر لكل ما هو معروف حاليًا. في غضون ثلاثة أيام ، يتلقى كوكب الأرض نفس القدر من الطاقة التي لا توجد في جميع الرواسب المستكشفة والمحتملة لجميع أنواع الموارد الحرارية. ومع ذلك ، فإن ثلث هذه الطاقة فقط تصل إلى سطح القشرة الأرضية ، ويتبدد معظمها في الغلاف الجوي. ومع ذلك فإننا نتحدث عن أحجام هائلة. وفقا للخبراء ، خزان صغيريستقبل نفس القدر من الطاقة مثل محطة طاقة حرارية كبيرة إلى حد ما.

هناك منشآت في العالم تستخدم طاقة ضوء الشمس لإنتاج البخار. إنه يدير مولدًا ويولد الكهرباء. ومع ذلك ، فإن مثل هذه التثبيتات نادرة جدًا.

بغض النظر عن المبدأ الذي يتم بموجبه توليد الكهرباء ، يجب أن يكون التركيب مجهزًا بمجمع - جهاز لتركيز ضوء الشمس. بالتأكيد رأى الكثيرون الألواح الشمسية بأعينهم. يبدو أنهم تحت زجاج داكن. اتضح أن هذا الطلاء هو أبسط جامع. يعتمد مبدأ عملها على حقيقة أن مادة شفافة داكنة تنقل أشعة الشمس ، لكنها تؤخر وتعكس الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية. يوجد داخل البطارية أنابيب بها مادة عاملة. نظرًا لأن الإشعاع الحراري لا ينتقل من خلال الفيلم المظلم ، فإن درجة حرارة سوائل العمل أعلى بكثير من درجة الحرارة المحيطة. وتجدر الإشارة إلى أن مثل هذه الحلول تعمل بشكل فعال فقط في خطوط العرض الاستوائية ، حيث لا توجد حاجة لقلب المجمع بعد الشمس.

نوع آخر من الطلاء هو المرآة المقعرة. تعتبر هذه المعدات حلاً مكلفًا للغاية ، لذا لم تجد تطبيقًا واسعًا. يمكن لمثل هذا المجمع توفير تدفئة تصل إلى ثلاثة آلاف درجة مئوية.

هذا الاتجاه يتطور بسرعة. في أوروبا ، لن تفاجئ أي شخص بمنازل منفصلة عن الشبكات الكهربائية. ومع ذلك ، على نطاق صناعيلا يتم توليد الكهرباء بهذه الطريقة. تتباهى الألواح الشمسية على أسطح هذه المنازل. هذا استثمار مشكوك فيه للغاية. في أفضل الأحوال ، لن يؤتي تركيب هذه المعدات ثماره إلا بعد عشر سنوات من التشغيل.

استخدام التيارات البحرية

هذه طريقة غير معتادة لتوليد الكهرباء. بسبب اختلاف درجات الحرارة في المناطق الشمالية للمحيطات والجنوب (الاستوائية) ، تنشأ تيارات قوية في جميع أنحاء الحجم. إذا تم غمر التوربينات في الماء ، فإن تيارًا قويًا سوف يدورها. هذا هو أساس مبدأ تشغيل محطات الطاقة هذه.

ومع ذلك ، لا يتم استخدام مصدر الطاقة هذا بشكل نشط حاليًا. هناك العديد من التحديات الهندسية التي لم يتم حلها بعد. يتم تنفيذ العمل التجريبي فقط. البريطانيون هم الأكثر نشاطا في هذا الاتجاه. من الممكن أن تظهر مستعمرات محطات توليد الطاقة في المستقبل القريب قبالة سواحل بريطانيا العظمى ، والتي سيتم تحريك شفراتها بواسطة التيارات البحرية.

طرق للحصول على الكهرباء في المنزل

يمكن أيضًا توليد الكهرباء في المنزل. وإذا تعاملت مع هذه المشكلة بجدية ، يمكنك حتى تلبية احتياجات المنزل من الكهرباء.

بادئ ذي بدء ، تجدر الإشارة إلى أن بعض الطرق المذكورة لتوليد الكهرباء قابلة للتطبيق تمامًا في الاقتصاد الخاص. لذلك ، يقوم العديد من المزارعين وأصحاب العقارات الريفية فقط بتركيب طواحين الهواء على أراضيهم. أيضًا ، يمكن رؤية الألواح الشمسية أكثر فأكثر على أسطح المنازل الريفية.

هناك آخرونطرق إنتاج الكهرباء ، لكن تطبيقها العملي غير وارد. هذا أكثر للتسلية أو لغرض التجربة.