توليد الكهرباء: الفرق بين النسختين

تم إضافة 135 بايت ، ‏ قبل شهر واحد
ط
بوت:إصلاح رابط (1)
ط (بوت:الإبلاغ عن رابط معطوب أو مؤرشف)
ط (بوت:إصلاح رابط (1))
'''[[توليد (توضيح)|توليد]] [[كهرباء|الكهرباء]]''' من مصادر [[طاقة أولية|الطاقة الأولية]] أول مرحلة في عملية إيصال الكهرباء لل[[مستهلك]]ين، يليها [[نقل الكهرباء|نقل]] و[[توزيع الكهرباء|توزيع]] الكهرباء، و[[تخزين الطاقة|تخزينها]] واستعادتها. وهي مجال اقتصادي تتاجر فيه [[صناعة الطاقة الكهربائية|شركات الكهرباء]].
 
تم اكتشاف المبادئ الأساسية لتوليد الكهرباء خلال العشرينات وأوائل الثلاثينات من القرن التاسع عشر من قبل العالم البريطاني [[مايكل فاراداي]]. ولا يزال منهجه الأساسي لتوليد الكهرباء يستخدم حتى اليوم: يتم توليد الكهرباء بواسطة تحريك عقدة (أنشوطة) من الأسلاك، أو قرص من النحاس بين قطبي [[مغناطيس]] <ref>[httphttps://www.theiet.org/aboutpublishing/libarclibrary-archives/the-iet-archives/biographies/michael-faraday.cfm/?utm_source=redirect&utm_medium=legacyredirects&utm_campaign=2019relaunch 'The Institution of Engineering & Technology: Michael Faraday'] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20110929004417/http://www.theiet.org/about/libarc/archives/biographies/faraday.cfm |date=29 سبتمبر 2011}}</ref>.
 
وغالباً ما يتم توليد الكهرباء في [[محطة توليد طاقة كهربائية|محطة لتوليد الطاقة]] من قبل [[مولد كهربائي|مولدات]] كهروميكانيكية، تسوقها في الأساس [[محرك حراري|محركات حرارية]] يتم تغذيها بواسطة عمليات [[احتراق|الاحتراق]] الكيميائية أو الانشطار النووي، ولكنها أيضاً قد يتم دفعها بواسطة وسائل أخرى لتوليد الطاقة الكهربية مثل [[طاقة حركية|الطاقة الحركية]] للمياه المتدفقة والرياح. وتشمل مصادر الطاقة الأخرى [[خلية كهروضوئية|الخلايا الكهروضوئية]] الشمسية و[[طاقة حرارية جوفية|الطاقة الحرارية الأرضية]] (الحرارة الجوفية).
== نبذة تاريخية ==
[[ملف:Electricity grid simple- North America.svg|400px|تصغير|رسم تخطيطي لمنظومة طاقة كهربائية، نظام التوليد الكهربى مبين باللون الأحمر.]]
أصبحت محطات الطاقة المركزية عملية اقتصادياً مع تطور طرق النقل الكهربي [[تيار متردد|للتيار المتردد]]، وذلك باستخدام ال[[محول]]ات الكهربية لنقل الكهرباء عند جهد عالي مع فقدان بسيط للطاقة. وتقوم محطات الطاقة المركزية بتوليد الكهرباء منذ عام 1881. وكانت أول محطة لتوليد الطاقة الكهربائية تعتمد على الطاقة المائية<ref>عام 1881، تحت رئاسة جاكوب شويلكوف، بنيت أول محطة [[طاقة كهرمائية|كهرمائية]] لتوليد كهرباء على [[شلالات نياجارا]]</ref> أو على الفحم،<ref>[httphttps://www.ieeeghnethw.org/wiki/index.php/Pearl_Street_Station Pearl Street Station: The Dawn of Commercial Electric Power] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20150212072439/http://www.ieeeghn.org/wiki/index.php/Pearl_Street_Station |date=12 فبراير 2015}}</ref> العالم اليوم يعتمد بشكل رئيسي على [[فحم (توضيح)|الفحم]] و[[طاقة نووية|الطاقة النووية]] و[[غاز طبيعي|الغاز الطبيعي]] و[[طاقة كهرمائية|الطاقة الكهرومائية]]، و[[عنفة رياح|توربينات الرياح]]، و[[نفط|البترول]]، مع كمية صغيرة من الطاقة يتم توليدها من [[طاقة شمسية|الطاقة الشمسية]] و[[طاقة المد والجزر]] ، ومصادر [[طاقة حرارية جوفية|الطاقة الحرارية الأرضية]].
 
وقد اعتمدت عملية توزيع الكهرباء بشكل ملحوظ على استخدام خطوط وأعمدة الكهرباء.
== طرق توليد الطاقة الكهربائية ==
[[ملف:2008 US electricity generation by source v2.png|تصغير|300px|مصادر الكهرباء في الولايات المتحدة في 2009<ref>[http://www.eia.doe.gov/cneaf/electricity/epm/table1_1.html Electric Power Monthly - U.S. Energy Information Administration<!-- عنوان مولد بالبوت -->] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20101118170547/http://www.eia.doe.gov/cneaf/electricity/epm/table1_1.html |date=18 نوفمبر 2010}}</ref> [[محطة طاقة وقود أحفوري|التوليد من الوقود الأحفوري]] (الفحم في المقام الأول) كان أكبر مصدر للطاقة الكهربية.]]
[[ملف:Sources of Electricity in France in 2006.PNG|تصغير|300px|مصادر الكهرباء في فرنسا في عام 2006؛<ref>{{frأيقونة iconفرنسية}} {{استشهاد ويب |مؤلف=DGEMP / Observatoire de l'énergie|شهر=April | سنة=2007|مسار=httphttps://www.industrieentreprises.gouv.fr/energiefr/statisti/pdf/elecindustrie-analyse-stat.pdfentreprise|عنوان=L’Electricité en France en 2006 : une analyse statistique.|تاريخ الوصول=2007-05-23|تنسيق=PDF| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20090326210736/http://www.industrie.gouv.fr/energie/statisti/pdf/elec-analyse-stat.pdf | تاريخ أرشيف = 26 مارس 2009 }}</ref> [[طاقة نووية|الطاقة النووية]] كانت أكبر مصدر للطاقة الكهربية.]]
هناك سبع طرق أساسية للتحويل المباشر لأشكال مختلفة من الطاقة إلى طاقة كهربائية:
* [[كهرباء سكونية|الكهرباء الساكنة]]، بواسطة الفصل المادي للشحنات الكهربائية ونقلها (أمثلة: [[كهرباء الاحتكاك]] و[[برق|البرق]])
* [[ظاهرة كهروضوئية|التأثير الكهروضوئي]]، وهو تحويل الضوء إلى طاقة كهربائية، كما هو الحال في [[خلية شمسية|الخلايا الشمسية]].
* [[التأثير الكهروحراري]]، وهو التحويل المباشر للاختلافات في درجة الحرارة إلى كهرباء، كما هو الحال في [[مزدوجة حرارية|المزدوجات الحرارية]]، [[عمود الحرارة|الركائز الحرارية]] (الترموبيلات)، و[[محول ثرميوني|المحولات الثرميونية]].
* [[كهرباء انضغاطية|تأثير الكهرضغطية]]، بواسطة الإجهاد الميكانيكي للجزيئات ال[[لا تجانس اتجاهي|لا متجانسة كهربياً في شتي الاتجاهات]] أو البلورات. وقد طور الباحثون في مختبر لورانس بيركلي الوطني (مختبر بيركلي) التابع للوزارة الأمريكية للطاقة مولد [[كهرباء انضغاطية|كهرضغطي]] كافي لتشغيل [[شاشة العرض البلوري السائل|عرض بلوري سائل]] باستخدام أغشية رقيقة من [[عاثية]] (بكتريوفاج) M13.<ref>{{استشهاد ويب |مسار=httphttps://timesofindia.indiatimes.com/home/science/Electricity-generated-from-harmless-viruses/articleshow/13133756.cms|عنوان= piezoelectric generator|تاريخ الوصول=2012-05-20|مسار أرشيف=https://archive.is/rBzW|تاريخ أرشيف=2012-07-17| وصلة مكسورة = yes }}</ref>
* التحويل النووي، وهو الإحداث والتسريع لجسيمات مشحونة (أمثلة: المولدات ال[[بيتافلطائي]]ة أو الانبعاث [[جسيم ألفا|الألفا جسيمي]])
 
مولدات الكهرباء الصغيرة غالباً ما تعمل بواسطة [[محرك متردد|محركات ترددية]] تحرق ال[[ديزل (توضيح)|ديزل]]، أو [[غاز حيوي|الغاز الحيوي]] أو الغاز الطبيعي. وغالباً ما تستخدم [[محرك ديزل|محركات الديزل]] في التوليد الاحتياطي للكهرباء، وعادة ما يكون ذلك عند جهود كهربية منخفضة. ومع ذلك فأن غالبية شبكات الكهرباء الكبيرة تستخدم [[مولد ديزل|مولدات الديزل]] أيضاً، ويتم توفيرها في الأساس كاحتياطي للطوارئ في منشأت معينة مثل المستشفيات، وأيضاً لتغذية الشبكة بالطاقة خلال ظروف معينة. وغالباً ما يتم حرق الغاز الحيوي حيثما يتم إنتاجه، مثل مواقع طمر النفايات أو محطات معالجة مياه الصرف الصحي، بواسطة محرك متردد أو ميكروتوربين، وهو عبارة عن توربين غازي صغير.
 
[[ملف:Mohave Generating Station 1.jpg|تصغير|محطة لتوليد الكهرباء تعمل بالفحم في لافلين، نيفادا، الولايات المتحدة الأمريكية. اصحاب هذه المحطة أوقفوا العمل فيها بعد أن خفضوا استثماراتهم في معدات مكافحة التلوث لكى تمتثل المحطة للوائح الحد في التلوث.<ref>{{استشهاد بخبر | مؤلف=Reuters News Service | عنوان=Mohave Power Plant in Nevada to Close as Expected | تاريخ=2005-12-30 | ناشر= | مسار =httphttps://www.planetark.com/dailynewsstory.cfm/newsid/34265/story.htm | عمل =Planet Ark | صفحات = | تاريخ الوصول = 2007-07-16| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20160306111738/http://planetark.com/dailynewsstory.cfm/newsid/34265/story.htm | تاريخ أرشيف = 6 مارس 2016 }}</ref>]]
 
=== ألواح الخلايا الشمسية ===
ولقد تمت دارسة وتطوير العديد من التكنولوجيات الأخرى لتوليد الطاقة. "التوليد ذو الحالة الصلبة" (بالإنجليزية: Solid-state generation) (بدون أجزاء متحركة) هو موضع اهتمام خاصة في التطبيقات المحمولة. ويهيمن على هذا المجال إلى حد كبير الأجهزة ال[[كهروحرارية]]، على الرغم من أن النظم ال[[محول ثرميوني|ثرميونية]] (أيونية حرارية) و[[كهروضوئية حرارية|الكهروضوئية الحرارية]] قد تطورت كذلك. في العادة، يتم استخدام الأجهزة الكهروحرارية عند درجات حرارة اقل من النظم الثرميونية والكهروضوئية حرارية. وتستخدم الأجهزة ال[[كهرباء انضغاطية|كهرضغطية]] لتوليد الطاقة من الإجهاد الميكانيكي، لا سيما في عملية "[[حصاد الطاقة]]". المولدات ال[[بيتافلطائية]] هي نوع آخر من مولدات الطاقة ذات الحالة الصلبة التي تنتج الكهرباء من الاضمحلال الإشعاعي. وقد تمت دراسة [[هيدروديناميكا مغناطيسية|الهيدروديناميكية المغنطيسية]] القائمة على السوائل لتوليد الطاقة كوسيلة لاستخراج الطاقة الكهربائية من [[مفاعل نووي|المفاعلات النووية]]، وأيضاً من أنظمة احراق الوقود الأكثر شيوعاً. في النهاية، [[طاقة تناضحية|الطاقة التناضُحية]] هي أيضاً فرضية أخرى يمكن دراستها واستغلالها في الأماكن التي يندمج عندها الماء المالح بالماء الحلو (مثل دلتا الأنهار، ...).
 
توليد الكهرباء ال[[كيمياء كهربائية|كهروكيميائية]] مهم أيضاً في التطبيقات المحمولة والنقالة. حالياً، معظم الطاقة الكهروكيميائية تأتي من خلايا كهروكيميائية مغلقة ("[[بطارية|بطاريات]]")،<ref>[httphttps://www.eere.energy.gov/newseere/archive.cfm/pubDate=%7Bd%20'2003office-09energy-24'%7Defficiency-renewable-energy#6490 World's Largest Utility Battery System Installed in Alaska] (press release, 2003-09-24), U.S. Department of Energy. ''"13,670 nickel-cadmium battery cells to generate up to 40 megawatts of power for about 7 minutes, or 27 megawatts of power for 15 minutes."'' {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20080627023319/http://www.eere.energy.gov/news/archive.cfm/pubDate={d%20'2003-09-24'} |date=27 يونيو 2008}}</ref> والتي يمكن القول عنها أنها تُستَخدم أكثر كأنظمة [[تخزين الكهرباء|تخزين]] منها كأنظمة توليد؛ ولكن الأنظمة الكهروكيميائية المفتوحة، والمعروفة باسم [[خلية وقود|خلايا الوقود]]، قد خضعت لقدر كبير من البحوث والتنمية في السنوات القليلة الماضية. خلايا الوقود يمكن استخدامها لاستخراج الطاقة أما من الوقود الطبيعي أو من الوقود المولف (ال[[هيدروجين]] الالكتروليتي في الأساس ) وهكذا يمكن أن ينظر لها باعتبارها إما أنظمة توليد أو أنظمة تخزين اعتماداً على استخدامها.
 
== اقتصاديات توليد وإنتاج الكهرباء ==
إذا كانت أسعار الغاز الطبيعي أقل من 3 دولارات لكل مليون [[وحدة حرارية بريطانية]]، فان توليد الكهرباء من الغاز الطبيعي يكون أرخص من توليد الطاقة عن طريق حرق الفحم.<ref>[http://www.forbes.com/sites/modeledbehavior/2013/03/22/will-natural-gas-stay-cheap-enough-replace-coal-and-lower-us-carbon-emissions/ Will Natural Gas Stay Cheap Enough To Replace Coal And Lower US Carbon Emissions<!-- عنوان مولد بالبوت -->] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20171102170549/https://www.forbes.com/sites/modeledbehavior/2013/03/22/will-natural-gas-stay-cheap-enough-replace-coal-and-lower-us-carbon-emissions/ |date=02 نوفمبر 2017}}</ref>
== الإنتاج العالمي ==
وصل إنتاج الكهرباء العالمى إلى 20,053 تيراواط ساعة في عام 2009. وكانت مصادر الكهرباء تتوزع بين الوقود الأحفوري 67٪، والطاقة المتجددة 16٪ (الطاقة الكهرومائية أساساً، والرياح، والطاقة الشمسية والكتلة الحيوية)، والطاقة النووية 13٪، و 3٪ لغيرها من المصادر. وكانت غالبية عمليات توليد الطاقة من الوقود الأحفوري تستخدم الفحم والغاز لتوليد الكهرباء. وكان استخدام النفط يشكل 5.5٪ فقط من إجمالي إنتاج الكهرباء العالمى، حيث أنه من أغلى السلع المعتادة التي تستخدم لإنتاج الطاقة الكهربائية. ووصل إنتاج الكهرباء من الطاقة الكهرومائية اثنان وتسعون في المئة (92٪) من اجمالى إنتاج الكهرباء من الطاقة المتجددة تليها الرياح بنسبة 6٪ والطاقة الحرارية الأرضية عند 1.8٪. وشكل إنتاج الكهرباء من الطاقة الضوئية الشمسية نسبة 0.06٪، ومن الطاقة الشمسية الحرارية نسبة 0.004٪. هذة البيانات مصدرها هو كتاب حقائق [[منظمة التعاون الاقتصادي والتنمية|منظمة التعاون والتنمية]] 12-2011 (بيانات 2009).<ref>[httphttps://www.oecd-ilibrary.org/sites/factbook-2011-en/06/01/04/index.html?contentType=&itemId=/content/chapter/factbook-2011-49-en&containerItemId=/content/serial/18147364&accessItemIds=&mimeType=text/h] OECD 2011-12 Factbook {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20170427200248/http://www.oecd-ilibrary.org/sites/factbook-2011-en/06/01/04/index.html?contentType=&itemId=/content/chapter/factbook-2011-49-en&containerItemId=/content/serial/18147364&accessItemIds=&mimeType=text/h |date=27 أبريل 2017}}</ref>
 
<!-- 8.76582 TWh/year = 1 GW -->
يتفق معظم العلماء على أن الانبعاثات الملوثة للبيئة والغازات التي تسبب الاحتباس الحراري الناتجة من توليد الكهرباء القائم على اساس حرق الوقود الأحفوري تمثل رصيد كبير من الانبعاثات الغازية المسببة لظاهرة الاحتباس الحراري على مستوي العالم؛ في الولايات المتحدة، توليد الكهرباء يشكل ما يقرب من 40٪ من تلك الانبعاثات، وهي أكبر من $1أي مصدر آخر. انبعاثات وسائل النقل تقترب من هذة النسبة، وتساهم في حوالي ثلث إنتاج الولايات المتحدة من [[ثنائي أكسيد الكربون|ثاني أكسيد الكربون]].<ref>{{استشهاد بخبر| مسار=http://seattletimes.nwsource.com/html/nationworld/2003732690_carbon03.html | عمل=The Seattle Times | عنوان=Carbon-emissions culprit? Coal | الأول=Seth | الأخير=Borenstein | تاريخ=2007-06-03| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20110831184109/http://seattletimes.nwsource.com/html/nationworld/2003732690_carbon03.html | تاريخ أرشيف = 31 أغسطس 2011 | وصلة مكسورة = yes }}</ref>
 
في الولايات المتحدة، عملية حرق الوقود الأحفوري لتوليد الطاقة الكهربائية هي المسؤولة عن 65٪ من جميع انبعاثات [[ثنائي أكسيد الكبريت|ثاني أكسيد الكبريت]]، والذي هو العنصر الأساسي في [[مطر حمضي|الأمطار الحمضية]].<ref>{{استشهاد ويب|عنوان=Sulfur Dioxide|ناشر=US Environmental Protection Agency|مسار=httphttps://www.epa.gov/airsites/sulfurdioxideproduction/files/signpost/index.html| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20150814185654/http://www.epa.gov/air/sulfurdioxide/ | تاريخ أرشيف = 14 أغسطس 2015 }}</ref> توليد الكهرباء، هو رابع أعلى مصدر مشترك ل[[أكسيد النيتروجين|أكاسيد النيتروجين]]، و[[أحادي أكسيد الكربون|أول أكسيد الكربون]]، و[[المواد جسيمانية في الغلاف الجوي|المواد جسيمانيّة]] في الولايات المتحدة.<ref>{{استشهاد ويب|عنوان=AirData|ناشر=US Environmental Protection Agency|مسار=httphttps://www.epa.gov/cgi-binsites/brokerproduction/files/signpost/index.html?_service=airdata&_program=progs.webprogs.emcatbar.scl&_debug=2&geotype=us&geocode=USA&geoname=United+States&epol=CO+NOX+VOC+SO2+PM25+PM10&years=2002&mapsize=zsc&reqtype=viewmap| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20150924043929/http://www.epa.gov/cgi-bin/broker?_service=airdata&_program=progs.webprogs.emcatbar.scl&_debug=2&geotype=us&geocode=USA&geoname=United+States&epol=CO+NOX+VOC+SO2+PM25+PM10&years=2002&mapsize=zsc&reqtype=viewmap | تاريخ أرشيف = 24 سبتمبر 2015 }}</ref>
 
في يوليو 2011، قُدم للبرلمان البريطاني اقتراحاً بأن "مستويات الانبعاثات (الكربونية) من الطاقة النووية كانت أقل ثلاث مرات تقريباً لكل [[كيلوواط ساعي|كيلو واط ساعة]] من تلك التي تولد بالطاقة الشمسية، وتنخفض أربع مرات عن الانبعاثات من الفحم النظيف وأقل 36 مرة من الفحم التقليدي".<ref>[http://www.parliament.uk/edm/2010-12/2061 Early day motion 2061 - NUCLEAR POWER AND CARBON EMISSIONS - UK Parliament<!-- عنوان مولد بالبوت -->] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20170308205848/http://www.parliament.uk/edm/2010-12/2061 |date=08 مارس 2017}}</ref>