أكثر

12.3: مصادر الطاقة المتجددة - علوم الأرض

12.3: مصادر الطاقة المتجددة - علوم الأرض


الطاقة الكهرومائية

تعتبر الطاقة الكهرومائية (الكهرومائية) مصدرًا نظيفًا ومتجددًا للطاقة نظرًا لأنها لا تنتج انبعاثات ملوثات الهواء مباشرة ويتم تجديد مصدر الطاقة. في عام 2003 ، كانت القدرة الإنتاجية 96000 ميغاواط ويقدر أن 30 ألف ميغاواط غير متطورة.

الشكل ( PageIndex {1} ): منظر لمحطة توليد الطاقة في هوفر لمحطة هوفر للطاقة على نهر كولورادو كما هو موضح أعلاه. المصدر: وزارة الداخلية الأمريكية

يمكن أن يعيق هجرة الأسماك إلى مناطق التفريخ في المنبع عن طريق السد الذي يستخدم لإنشاء خزان أو لتحويل المياه إلى محطة توليد الطاقة الكهرومائية الجارية في النهر. يمكن أن يؤثر الخزان وتشغيل السد على موائل المياه الطبيعية بسبب التغيرات في درجات حرارة المياه ، والكيمياء ، وخصائص التدفق ، وأحمال الطمي ، وكل ذلك يمكن أن يؤدي إلى تغييرات كبيرة في البيئة والخصائص الفيزيائية للنهر أعلى النهر وأسفله. قد يتسبب بناء الخزانات في تغطية المناطق الطبيعية والمزارع والمواقع الأثرية وإجبار السكان على الانتقال. تقتل التوربينات المائية وتجرح بعض الأسماك التي تمر عبر التوربينات على الرغم من وجود طرق لتقليل هذا التأثير. في المناطق التي يجب أن ينتقل فيها السلمون إلى المنبع لتفرخ ، مثل على طول نهر كولومبيا في واشنطن وأوريجون ، تعترض السدود الطريق. يمكن التخفيف من هذه المشكلة جزئيًا باستخدام "سلالم السمك" التي تساعد السلمون في بناء السدود.

قد يتشكل ثاني أكسيد الكربون والميثان أيضًا في الخزانات حيث يكون الماء أكثر ركودًا وينبعث في الغلاف الجوي. الكمية الدقيقة لغازات الدفيئة الناتجة من خزانات محطة الطاقة الكهرومائية غير مؤكدة. إذا كانت الخزانات موجودة في المناطق الاستوائية والمعتدلة ، بما في ذلك الولايات المتحدة ، فقد تكون هذه الانبعاثات مساوية أو أكبر من تأثير الاحتباس الحراري لانبعاثات ثاني أكسيد الكربون من كمية مكافئة من الكهرباء المولدة باستخدام الوقود الأحفوري (EIA ، 2011).

أنظمة الطاقة الكهرمائية الصغيرة

غالبًا ما يتم انتقاد مشاريع الطاقة الكهرومائية واسعة النطاق للسدود بسبب تأثيرها على موائل الحياة البرية ، وهجرة الأسماك ، وتدفق المياه وجودتها. ومع ذلك ، فإن المشاريع الصغيرة التي تجري على ضفاف النهر خالية من العديد من المشاكل البيئية المرتبطة بأقاربها على نطاق واسع لأنها تستخدم التدفق الطبيعي للنهر ، وبالتالي تنتج تغييرًا طفيفًا نسبيًا في قناة التدفق والتدفق. السدود التي تم بناؤها لبعض مشاريع مجرى النهر صغيرة جدًا ولا تستوعب سوى القليل من المياه - والعديد من المشاريع لا تتطلب سدًا على الإطلاق. وبالتالي ، فإن التأثيرات مثل استنفاد الأكسجين ، وزيادة درجة الحرارة ، وانخفاض التدفق ، ورفض مساعدات الهجرة إلى المنبع مثل سلالم الأسماك ليست مشاكل للعديد من مشاريع جري النهر.

الشكل ( PageIndex {2} ): نظام الطاقة الكهرومائية الصغيرة. على الرغم من وجود عدة طرق لتسخير المياه المتحركة لإنتاج الطاقة ، فإن أنظمة جريان النهر ، التي لا تتطلب مساحات تخزين كبيرة ، غالبًا ما تستخدم في المشاريع المائية الصغيرة ، وأحيانًا للمشاريع المائية الصغيرة. بالنسبة لمشروعات الطاقة المائية في مجرى النهر ، يتم تحويل جزء من مياه النهر إلى قناة أو خط أنابيب أو خط أنابيب مضغوط (قلم جاف) يسلمه إلى عجلة مائية أو توربين. يقوم الماء المتحرك بتدوير العجلة أو التوربين ، والذي يدور عمودًا. يمكن استخدام حركة العمود في العمليات الميكانيكية ، مثل ضخ المياه ، أو يمكن استخدامها لتشغيل مبدل أو مولد لتوليد الكهرباء.

تقدم مشاريع الطاقة الكهرومائية الصغيرة حلول طاقة خالية من الانبعاثات للعديد من المجتمعات النائية في جميع أنحاء العالم - مثل تلك الموجودة في نيبال والهند والصين والبيرو - وكذلك للبلدان عالية التصنيع ، مثل الولايات المتحدة. صغير-هيدرو الأنظمة هي تلك التي تولد ما بين 0.01 إلى 30 ميغاواط من الكهرباء. غالبًا ما تسمى أنظمة الطاقة الكهرومائية التي تولد ما يصل إلى 100 كيلووات من الكهرباء مايكرو هيدرو أنظمة (الشكل أعلاه). معظم الأنظمة المستخدمة من قبل أصحاب الأعمال المنزلية والصغيرة ستكون مؤهلة لأنظمة ميكروهيدرو. في الواقع ، يمكن لنظام 10 كيلو واط بشكل عام أن يوفر طاقة كافية لمنزل كبير أو منتجع صغير أو مزرعة هواية.

النفايات البلدية الصلبة

تكتسب عمليات تحويل النفايات إلى طاقة اهتمامًا متجددًا لأنها يمكن أن تحل مشكلتين في وقت واحد - التخلص من النفايات مع انخفاض سعة مدافن النفايات وإنتاج الطاقة من مورد متجدد. تتشابه العديد من التأثيرات البيئية مع تلك الخاصة بمحطة الفحم - تلوث الهواء ، وتوليد الرماد ، وما إلى ذلك. نظرًا لأن مصدر الوقود أقل توحيدًا من الفحم ، فقد تكون المواد الخطرة موجودة في النفايات الصلبة البلدية (MSW) ، أو القمامة ، والمحارق ، و تحتاج محطات توليد الطاقة من النفايات إلى طاقة إلى تنظيف غازات المداخن من المواد الضارة. تنظم وكالة حماية البيئة الأمريكية هذه المصانع بصرامة شديدة وتتطلب تركيب أجهزة مضادة للتلوث. أيضًا ، أثناء الحرق في درجة حرارة عالية ، قد تتحلل العديد من المواد الكيميائية السامة إلى مركبات أقل ضررًا.

قد يحتوي الرماد من هذه النباتات على تركيزات عالية من المعادن المختلفة التي كانت موجودة في النفايات الأصلية. إذا كان الرماد نظيفًا بدرجة كافية ، فيمكن "إعادة تدويره" كغطاء لطمر النفايات الصلبة البلدية أو لبناء طرق ، وكتل أسمنتية وشعاب مرجانية اصطناعية

الكتلة الحيوية

الكتلة الحيوية مشتقة من النباتات. تشمل الأمثلة نشارة الخشب ، أو حمأة مصانع الورق ، أو نفايات الفناء ، أو قشور الشوفان من مصنع معالجة دقيق الشوفان. يتمثل التحدي الرئيسي للكتلة الحيوية في تحديد ما إذا كانت حقًا خيارًا أكثر استدامة. غالبًا ما يتطلب الأمر طاقة لتوليد الطاقة وتعد الكتلة الحيوية أحد الأمثلة حيث قد لا يتم تعويض عملية المعالجة من خلال الطاقة التي تنتجها. على سبيل المثال ، قد يؤدي احتراق الكتلة الحيوية إلى زيادة أو تقليل انبعاث ملوثات الهواء اعتمادًا على نوع الكتلة الحيوية وأنواع الوقود أو مصادر الطاقة التي تحل محلها. تقلل الكتلة الحيوية من الطلب على الوقود الأحفوري ، ولكن عندما تزرع النباتات التي تمثل مصادر الكتلة الحيوية ، يتم التقاط كمية مكافئة تقريبًا من ( ce {CO2} ) من خلال عملية التمثيل الضوئي ، وبالتالي تقوم بإعادة تدوير الكربون. إذا تمت زراعة هذه المواد وحصادها بطريقة مستدامة ، فلن يكون هناك زيادة صافية في انبعاثات ( ce {CO2} ). يجب تقييم كل نوع من أنواع الكتلة الحيوية من حيث تأثيره البيئي والاجتماعي من أجل تحديد ما إذا كان يعمل بالفعل على تعزيز الاستدامة وتقليل الآثار البيئية.

الشكل ( PageIndex {3} ): تُظهر صورة الرقائق الخشبية كومة من رقائق الخشب ، وهي نوع من الكتلة الحيوية. المصدر: Ulrichulrich

الكتلة الحيوية الصلبة: حرق الخشب

يمكن أن يحل استخدام الخشب والفحم المصنوع من الخشب للتدفئة والطهي محل الوقود الأحفوري وقد يؤدي إلى انخفاض انبعاثات ( ce {{2} ). إذا تم حصاد الأخشاب من غابات أو مناطق غابات يجب تخفيفها أو من أشجار حضرية تتساقط أو تحتاج إلى قطع على أي حال ، فإن استخدامها للكتلة الحيوية لا يؤثر على تلك النظم البيئية. ومع ذلك ، يحتوي دخان الخشب على ملوثات ضارة مثل أول أكسيد الكربون والجسيمات. بالنسبة للتدفئة المنزلية ، فهي أكثر كفاءة وأقل تلويثًا عند استخدام موقد خشبي حديث أو مدخنة مصممة لإطلاق كميات صغيرة من الجسيمات. ومع ذلك ، في الأماكن التي يكون فيها الخشب والفحم من أهم أنواع وقود الطهي والتدفئة كما هو الحال في البلدان غير المتطورة ، قد يتم حصاد الأخشاب بشكل أسرع من نمو الأشجار مما يؤدي إلى إزالة الغابات.

يتم استخدام الكتلة الحيوية أيضًا على نطاق أوسع ، حيث توجد محطات طاقة صغيرة. على سبيل المثال ، تمتلك كلية كولجيت غلاية تعمل بحرق الأخشاب منذ منتصف الثمانينيات ، وفي عام واحد قامت بمعالجة ما يقرب من 20000 طن من رقائق الخشب المقطوعة محليًا وبشكل مستدام ، أي ما يعادل 1.17 مليون جالون (4.43 مليون لتر) من زيت الوقود ، وتجنب 13757 طنًا من الانبعاثات ، وتوفير أكثر من 1.8 مليون دولار من تكاليف التدفئة للجامعة. يلبي مرفق حرق الأخشاب المولّد بالبخار بالجامعة الآن أكثر من 75 بالمائة من حرارة الحرم الجامعي واحتياجات الماء الساخن المنزلي.

الكتلة الحيوية الغازية: غاز المكبات أو الغاز الحيوي

يعتبر غاز المكب والغاز الحيوي نوعًا من الغاز "الحيوي" من صنع الإنسان كما نوقش أعلاه. يتكون الميثان وثاني أكسيد الكربون نتيجة للعمليات البيولوجية في محطات معالجة مياه الصرف الصحي ، ومدافن النفايات ، والتسميد اللاهوائي ، وأنظمة إدارة روث الماشية. يتم التقاط هذا الغاز وحرقه لإنتاج حرارة أو كهرباء للتوليد في الموقع عادةً. قد تحل الكهرباء محل الكهرباء الناتجة عن حرق الوقود الأحفوري وتؤدي إلى صافي انخفاض في انبعاثات ( ce {CO2} ). الآثار البيئية الوحيدة هي من إنشاء المحطة نفسها ، على غرار مصنع الغاز الطبيعي.

الوقود الحيوي السائل: الإيثانول والديزل الحيوي

يمكن اعتبار الوقود الحيوي محايدًا للكربون لأن النباتات المستخدمة في صنعه (مثل الذرة وقصب السكر للإيثانول وفول الصويا وأشجار زيت النخيل للديزل الحيوي) تمتص ( ce {CO2} ) أثناء نموها وقد يعوض ( ce {CO2} ) الناتج عند صنع الوقود الحيوي وحرقه. يعد حساب صافي الطاقة أو ( ce {CO2} ) المتولدة أو المخفضة أثناء عملية إنتاج الوقود الحيوي أمرًا بالغ الأهمية لتحديد تأثيره على البيئة. حتى إذا كان التأثير البيئي إيجابيًا ، يجب مراعاة الآثار الاقتصادية والاجتماعية لزراعة نباتات الوقود ، حيث يمكن استخدام الأرض والأسمدة والطاقة المستخدمة في زراعة محاصيل الوقود الحيوي لزراعة المحاصيل الغذائية بدلاً من ذلك. يمكن أن يؤدي التنافس على الأرض على الوقود مقابل الغذاء إلى زيادة أسعار الغذاء ، مما يؤثر سلبًا على المجتمع. يمكن أن يقلل أيضًا من الإمدادات الغذائية مما يؤدي إلى سوء التغذية والمجاعة على مستوى العالم. قد يتم اشتقاق الوقود الحيوي من أجزاء من النباتات غير المستخدمة في الغذاء (الكتلة الحيوية السليلوزية) وبالتالي تقليل هذا التأثير. تشمل المواد الأولية من الإيثانول السليلوزي أعشاب البراري الأصلية ، والأشجار سريعة النمو ، ونشارة الخشب ، وحتى نفايات الورق. أيضًا ، في بعض أنحاء العالم ، تم قطع مساحات كبيرة من الغطاء النباتي الطبيعي والغابات لزراعة قصب السكر لإنتاج الإيثانول وفول الصويا وأشجار زيت النخيل لإنتاج وقود الديزل الحيوي. هذا ليس استخدامًا مستدامًا للأرض.

يحل الوقود الحيوي عادة محل البترول ويستخدم لتشغيل المركبات. على الرغم من أن الإيثانول يحتوي على نسبة أعلى من الأوكتان ومخاليط الإيثانول والبنزين التي تحترق أنظف من البنزين النقي ، إلا أنها أيضًا أكثر تطايرًا وبالتالي لها "انبعاثات تبخيرية" أعلى من خزانات الوقود ومعدات التوزيع. تساهم هذه الانبعاثات في تكوين طبقة الأوزون والضباب الدخاني الضارة على مستوى الأرض. يتطلب البنزين معالجة إضافية لتقليل انبعاثات التبخر قبل مزجه بالإيثانول.

يمكن تصنيع وقود الديزل الحيوي من الزيت النباتي المستخدم وقد تم إنتاجه على أساس محلي للغاية. بالمقارنة مع الديزل البترولي ، ينتج عن احتراق الديزل الحيوي أكاسيد الكبريت والمواد الجسيمية وأول أكسيد الكربون والهيدروكربونات غير المحترقة وغيرها ، ولكن ينتج المزيد من أكسيد النيتروجين.

الدوافع الاجتماعية والبيئية لإنتاج الوقود الحيوي

الوقود الحيوي هو وقود مصنوع من الكتلة الحيوية. أفضل مثال معروف هو الإيثانول ، والذي يمكن تخميره بسهولة من عصير قصب السكر ، كما هو الحال في البرازيل. يمكن أيضًا تخمير الإيثانول من نشا الذرة المكسور (المكسور) ، كما يحدث بشكل أساسي في الولايات المتحدة. في الآونة الأخيرة ، تم تكريس الجهود لصنع وقود حيوي بديل للهيدروكربونات يُسمى البنزين الأخضر أو ​​الديزل الأخضر أو ​​وقود الطائرات الأخضر. يناقش هذا الفصل الحاجة إلى الوقود الحيوي ، وأنواع الوقود الحيوي التي يمكن إنتاجها من مختلف المواد الأولية المتاحة للكتلة الحيوية ، ومزايا وعيوب كل وقود ومادة وسيطة. يتم أيضًا مراجعة الطرق المختلفة لإنتاج الوقود الحيوي.

الحاجة إلى وقود النقل المتجدد

في النفط الخام والفحم والغاز الطبيعي (يُطلق عليها مجتمعة الوقود الأحفوري) زودنا كوكبنا بمصادر للطاقة التي كان من السهل الحصول عليها وتحويلها إلى وقود ومواد كيميائية مفيدة. سيتغير هذا الوضع قريبًا ، مع ذلك ، في غضون عقود قليلة بالنسبة للبترول الخام وفي غضون بضعة قرون بالنسبة للفحم والغاز الطبيعي. يشير ذروة النفط إلى ذروة إنتاج النفط التي يجب أن تحدث مع نفاد النفط الخام.

نظرًا لتزايد صعوبة العثور على النفط ، يتعين علينا الآن الحصول عليه من الأماكن التي يصعب الوصول إليها مثل أعماق المحيط ، مما أدى إلى حوادث يصعب إصلاحها مثل تسرب النفط Deepwater Horizon في مايو 2010. An التأثير الإضافي هو التكلفة الأعلى لتكرير البترول لأنه يأتي من مواقع بعيدة أو بأشكال غير مرغوبة مثل "رمال القطران" السميكة والصخرية أو "رمال الزيت" الموجودة في كندا أو فنزويلا. بشكل عام ، لا يمكن أن يتجاوز استخدام النفط الخام كمية البترول التي تم اكتشافها ، وبافتراض عدم وجود اكتشافات نفطية كبيرة في المستقبل ، يجب أن يبدأ إنتاج النفط من الخام في الانخفاض. يعتقد بعض المحللين أن هذه الذروة قد حدثت بالفعل.

جانب إضافي لندرة النفط هو استقلال الطاقة. تستورد الولايات المتحدة حاليًا حوالي ثلثي نفطها ، مما يجعلها معتمدة على ربح الدول التي تمتلك كميات كبيرة من النفط. دول الشرق الأوسط هي من بين الدول التي لديها أعلى احتياطيات نفطية. مع اقتصادها ومستوى المعيشة فيها على أساس النفط الخام المستورد ، من السهل معرفة سبب انخراط الولايات المتحدة بعمق في سياسات الشرق الأوسط.

الدافع الرئيسي الثاني للابتعاد عن النفط الخام هو تغير المناخ العالمي. في حين أن ارتباط تركيز ثاني أكسيد الكربون ( ( ce {CO2} )) في الغلاف الجوي بمتوسط ​​درجة الحرارة العالمية قيد المناقشة حاليًا ، فإن ارتفاع ( ce {CO2} ) في الغلاف الجوي لدينا جاء من الاحتراق الوقود الأحفوري منذ الثورة الصناعية من حوالي 280 جزء في المليون إلى حوالي 390 جزء في المليون في الوقت الحاضر ، ولا يمكن إنكاره. هناك حاجة إلى مصادر الطاقة مثل الرياح والطاقة الشمسية والنووية والكتلة الحيوية التي تقلل أو تقضي على إطلاق الغلاف الجوي ( ce {CO2} ). يتم تضمين الكتلة الحيوية في هذه القائمة نظرًا لأن الكربون الذي يتكون من الألياف النباتية مأخوذ من الغلاف الجوي في عملية التمثيل الضوئي. يؤدي حرق الوقود المشتق من الكتلة الحيوية إلى إطلاق ( ce {CO2} ) إلى الغلاف الجوي ، حيث يمكن دمجه مرة أخرى في كتلة النبات. يُعرِّف قانون استقلال وأمن الطاقة (EISA) لعام 2007 الوقود الحيوي المتقدم بأنه وقود يقلل من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري (الانبعاثات من جميع العمليات المتضمنة في الحصول على الوقود وتكريره وحرقه أخيرًا) بنسبة 60٪ مقارنة بخط الأساس لعام 2005 للبترول. الخام.

الطاقة الحرارية الأرضية

خمسة في المئة من محفظة الطاقة المتجددة في الولايات المتحدة من الطاقة الحرارية الأرضية. توفر درجة حرارة باطن الأرض مصدر طاقة لا نهاية له. يعتمد التأثير البيئي للطاقة الحرارية الأرضية على كيفية استخدامها. ليس لتطبيقات الاستخدام المباشر والتدفئة أي تأثير سلبي على البيئة تقريبًا.

لا تحرق محطات الطاقة الحرارية الأرضية الوقود لتوليد الكهرباء ، لذا فإن مستويات انبعاثها منخفضة للغاية. يطلقون أقل من واحد في المائة من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من محطة الوقود الأحفوري. تستخدم محطات الطاقة الحرارية الأرضية أنظمة غسيل لتنظيف الهواء من كبريتيد الهيدروجين الموجود بشكل طبيعي في البخار والماء الساخن. تنبعث منها مركبات الكبريت الحمضية التي تسبب الأمطار بنسبة 97 في المائة أقل مما تنبعثه محطات الوقود الأحفوري. بعد استخدام البخار والماء من الخزان الجيوحراري ، يتم حقنها مرة أخرى في الأرض.

تستخدم أنظمة المصادر الأرضية الحرارية الأرضية نظامًا للتبادل الحراري يعمل في باطن الأرض على بعد حوالي 20 قدمًا (5 أمتار) تحت السطح حيث تكون الأرض عند درجة حرارة ثابتة. يستخدم النظام الأرض كمصدر للحرارة (في الشتاء) أو بالوعة الحرارة (في الصيف). هذا يقلل من استهلاك الطاقة المطلوب لتوليد الحرارة من الغاز والبخار والماء الساخن والمبرد وأنظمة تكييف الهواء الكهربائية التقليدية.

طاقة شمسية

الطاقة الشمسية لها تأثير ضئيل على البيئة ، حسب مكان وضعها. في عام 2009 ، كان واحد في المائة من الطاقة المتجددة المولدة في الولايات المتحدة من الطاقة الشمسية (1646 ميجاوات) من أصل ثمانية في المائة من إجمالي توليد الكهرباء من مصادر متجددة. ينتج عن تصنيع الخلايا الكهروضوئية بعض النفايات الخطرة من المواد الكيميائية والمذيبات المستخدمة في المعالجة. غالبًا ما يتم وضع المصفوفات الشمسية على أسطح المباني أو فوق مواقف السيارات أو يتم دمجها في البناء بطرق أخرى. ومع ذلك ، قد يتم وضع أنظمة كبيرة على الأرض وخاصة في الصحاري حيث يمكن أن تتضرر تلك النظم الإيكولوجية الهشة إذا لم يتم توخي الحذر. تستخدم بعض الأنظمة الحرارية الشمسية سوائل يحتمل أن تكون خطرة (لنقل الحرارة) والتي تتطلب التعامل معها والتخلص منها بشكل صحيح. قد تحتاج أنظمة الطاقة الشمسية المركزة إلى التنظيف بانتظام بالماء ، وهو أمر ضروري أيضًا لتبريد مولد التوربينات. قد يؤثر استخدام المياه من الآبار الجوفية على النظام البيئي في بعض المواقع الجافة.

الشكل ( PageIndex {4} ): التركيبات الشمسية على السطح ليس للتركيب الشمسي على السطح في دوغلاس هول بجامعة إلينوي في شيكاغو أي تأثير على موارد الأرض ، مع إنتاج الكهرباء بدون انبعاثات. المصدر: مكتب الاستدامة ، UIC

ريح

الرياح هي مصدر طاقة متجددة نظيف وله تحديات بيئية قليلة جدًا. أصبحت توربينات الرياح أكثر بروزًا في جميع أنحاء الولايات المتحدة ، حتى في المناطق التي تعتبر ذات إمكانات رياح أقل. لا تطلق توربينات الرياح (تسمى غالبًا طواحين الهواء) انبعاثات تلوث الهواء أو الماء (مع استثناءات نادرة) ، ولا تتطلب الماء للتبريد. تم تركيب 40181 ميجاوات من طاقة الرياح في صناعة الرياح في نهاية عام 2010 ، مع 5116 ميجاوات تم تركيبها في عام 2010 وحده ، مما يوفر أكثر من 20 بالمائة من طاقة الرياح المركبة في جميع أنحاء العالم. وفقًا لجمعية طاقة الرياح الأمريكية ، فإن أكثر من 35 في المائة من جميع قدرات التوليد الكهربائية الجديدة في الولايات المتحدة منذ عام 2006 كانت بسبب الرياح ، ولا يتجاوزها الغاز الطبيعي فقط.

الشكل ( PageIndex {5} ): Twin Groves Wind Farm ، إلينوي أصبحت طاقة الرياح مصدرًا أكثر شيوعًا للطاقة في الولايات المتحدة. المصدر: مكتب الاستدامة ، UIC

نظرًا لأن توربينات الرياح لها بصمة مادية صغيرة مقارنة بكمية الكهرباء التي تنتجها ، فإن العديد من مزارع الرياح تقع في المحاصيل والمراعي وأراضي الغابات. إنهم يساهمون في الاستدامة الاقتصادية من خلال توفير دخل إضافي للمزارعين ومربي الماشية ، مما يسمح لهم بالبقاء في الأعمال التجارية والحفاظ على ممتلكاتهم من التطوير لاستخدامات أخرى. على سبيل المثال ، يمكن إنتاج الطاقة عن طريق تركيب توربينات الرياح في جبال الأبلاش بالولايات المتحدة بدلاً من الانخراط في إزالة قمم الجبال لتعدين الفحم. قد يكون لتوربينات الرياح البحرية على البحيرات أو المحيط تأثيرات بيئية أقل من التوربينات على الأرض.

تمتلك توربينات الرياح بعض التحديات البيئية. هناك مخاوف جمالية لدى بعض الناس عندما يرونها في المناظر الطبيعية. اشتعلت النيران في عدد قليل من توربينات الرياح ، وسرب بعضها سوائل تشحيم ، على الرغم من أن هذا نادر نسبيًا. بعض الناس لا يحبون الصوت الذي تصدره ريش توربينات الرياح.

تم العثور على توربينات تسبب نفوق الطيور والخفافيش خاصة إذا كانت تقع على طول مسار هجرتها.هذا مصدر قلق خاص إذا كانت هذه الأنواع مهددة أو معرضة للخطر. هناك طرق للتخفيف من هذا التأثير وهي قيد البحث حاليًا.

هناك بعض الآثار الصغيرة من إنشاء مشاريع أو مزارع الرياح ، مثل إنشاء طرق الخدمة ، وإنتاج التوربينات نفسها ، وخرسانة الأساسات. ومع ذلك ، فقد وجد التحليل العام أن التوربينات تنتج طاقة أكثر بكثير من الكمية المستخدمة في صنعها وتركيبها.

الاهتمام بالطاقة المتجددة

نشأ الاهتمام القوي بالطاقة المتجددة في العصر الحديث استجابةً للصدمات النفطية في السبعينيات ، عندما فرضت منظمة البلدان المصدرة للبترول (أوبك) حظراً على النفط ورفعت الأسعار سعياً وراء أهداف جيوسياسية. أدى نقص النفط ، وخاصة البنزين لأغراض النقل ، والارتفاع النهائي في أسعار النفط بمقدار 10 أضعاف تقريبًا من عام 1973 إلى عام 1981 ، إلى تعطيل العملية الاجتماعية والاقتصادية للعديد من البلدان المتقدمة وأكد اعتمادها غير المستقر على إمدادات الطاقة الأجنبية. كان رد الفعل في الولايات المتحدة هو التحول من النفط والغاز إلى الفحم المحلي الوفير لإنتاج الكهرباء وفرض معايير الاقتصاد في استهلاك الوقود للمركبات لتقليل استهلاك النفط للنقل. اختارت البلدان المتقدمة الأخرى التي ليس لديها احتياطيات أحفورية كبيرة ، مثل فرنسا واليابان ، التركيز على الطاقة النووية (فرنسا إلى مستوى 80 في المائة واليابان إلى 30 في المائة) أو تطوير موارد متجددة محلية مثل الطاقة المائية والرياح (الدول الاسكندنافية) ، والطاقة الحرارية الأرضية (أيسلندا) والطاقة الشمسية والكتلة الحيوية والكهرباء والتدفئة. مع انهيار أسعار النفط في أواخر الثمانينيات من القرن الماضي ، انخفض الاهتمام بمصادر الطاقة المتجددة ، مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية التي واجهت عوائق فنية وتكلفة كبيرة ، في العديد من البلدان ، بينما استمرت مصادر الطاقة المتجددة الأخرى ، مثل الطاقة المائية والكتلة الحيوية ، في تحقيق النمو.

أدى ارتفاع أسعار النفط وتقلبه منذ عام 1998 ، والاعتماد المتزايد للعديد من البلدان المتقدمة على النفط الأجنبي (تم استيراد 60 في المائة من الولايات المتحدة و 97 في المائة من النفط الياباني في عام 2008) إلى تجدد الاهتمام بالبدائل المتجددة لضمان أمن الطاقة. أضاف قلق جديد ، لم يكن معروفًا في أزمات النفط السابقة ، دافعًا إضافيًا: معرفتنا بانبعاثات غازات الدفيئة ومساهمتها المتزايدة في الاحتباس الحراري ، وخطر تغير المناخ. هناك دافع اقتصادي إضافي ، وهو التكلفة العالية لمدفوعات النفط الأجنبي للبلدان الموردة (حوالي 350 مليار دولار في السنة للولايات المتحدة بأسعار 2011) ، وقد ازدادت أهميته في الوقت الذي تكافح فيه البلدان المتقدمة للتعافي من الركود الاقتصادي لعام 2008. أمن الطاقة هذا ، تؤدي مخاوف انبعاث الكربون وتغير المناخ إلى زيادات كبيرة في معايير الاقتصاد في الوقود ، وتحويل الوقود من وسائل النقل من النفط الأجنبي غير المؤكد والمتقلب إلى الكهرباء المحلية والوقود الحيوي ، وإنتاج الكهرباء من مصادر منخفضة الكربون.

الأصل المادي للطاقة المتجددة

على الرغم من أن الطاقة المتجددة غالبًا ما تُصنف على أنها طاقة مائية ، وشمس ، ورياح ، وكتلة حيوية ، وطاقة حرارة جوفية ، وموجة ، ومد وجزر ، إلا أن جميع أشكال الطاقة المتجددة تنشأ من ثلاثة مصادر فقط: ضوء الشمس ، وحرارة القشرة الأرضية ، وجاذبية جاذبية الأرض. القمر والشمس. يوفر ضوء الشمس أكبر مساهمة في الطاقة المتجددة. توفر الشمس الحرارة التي تحرك الطقس ، بما في ذلك تكوين مناطق الضغط العالي والمنخفض في الغلاف الجوي التي تصنع الرياح. تولد الشمس أيضًا الحرارة اللازمة لتبخير مياه المحيط التي تسقط في النهاية على الأرض مما يخلق أنهارًا تقود الطاقة الكهرومائية ، والشمس هي مصدر الطاقة لعملية التمثيل الضوئي ، مما ينتج الكتلة الحيوية. يمكن التقاط الطاقة الشمسية مباشرة لتسخين المياه والأماكن ، لقيادة التوربينات التقليدية التي تولد الكهرباء ، وكطاقة الإثارة للإلكترونات في أشباه الموصلات التي تحرك الخلايا الكهروضوئية. الشمس مسؤولة أيضًا عن طاقة الوقود الأحفوري ، الذي تم إنشاؤه من البقايا العضوية للنباتات والكائنات البحرية التي يتم ضغطها وتسخينها في غياب الأكسجين في قشرة الأرض لعشرات إلى مئات الملايين من السنين. ومع ذلك ، فإن النطاق الزمني لتجديد الوقود الأحفوري طويل جدًا بحيث لا يمكن اعتباره متجددًا من الناحية البشرية.

تنشأ الطاقة الحرارية الجوفية من ارتفاع الحرارة إلى السطح من لب الحديد المصهور للأرض والذي نشأ أثناء تكوين وضغط الأرض المبكرة وكذلك من الحرارة الناتجة باستمرار عن طريق التحلل الإشعاعي لليورانيوم والثوريوم والبوتاسيوم في قشرة الأرض. تنشأ طاقة المد والجزر من جاذبية القمر والشمس البعيدة على محيطات الأرض ، جنبًا إلى جنب مع دوران الأرض. هذه المصادر الثلاثة - ضوء الشمس ، والحرارة المحتبسة في قلب الأرض والتي تتولد باستمرار في قشرتها ، وقوة الجاذبية للقمر والشمس على المحيطات - تمثل جميع مصادر الطاقة المتجددة.

كوافدين جدد نسبيًا لإنتاج الطاقة ، تعمل الطاقة المتجددة عادةً بكفاءة أقل من نظيراتها التقليدية. على سبيل المثال ، تعمل أفضل الوحدات الكهروضوئية الشمسية التجارية بكفاءة تبلغ حوالي 20 بالمائة ، مقارنة بكفاءة تقارب 60 بالمائة لأفضل توربينات الغاز الطبيعي ذات الدورة المركبة. تعمل الوحدات الكهروضوئية في المختبر بكفاءة أعلى من 40 بالمائة ولكنها باهظة الثمن للاستخدام العام ، مما يدل على وجود مساحة كبيرة لتحسين الأداء وخفض التكاليف. تعد توربينات الرياح أقرب إلى حدها النظري البالغ 59 بالمائة (المعروف باسم قانون بيتز) غالبًا ما تحقق كفاءة تتراوح بين 35 و 40 بالمائة. تشتهر الكتلة الحيوية بأنها غير فعالة ، وعادةً ما تحول أقل من واحد في المائة من ضوء الشمس الساقط إلى طاقة مخزنة في الروابط الكيميائية لجذورها وسيقانها وأوراقها. قد يؤدي التكاثر والتعديل الوراثي إلى تحسين كفاءة الطاقة الضعيفة هذه ، على الرغم من أن مئات الملايين من السنين من التطور منذ ظهور الكائنات متعددة الخلايا لم ينتج عنها تقدم كبير. الطاقة الحرارية الأرضية هي بالفعل في شكل تدرجات حرارة ودرجة حرارة ، بحيث يمكن تطبيق التقنيات القياسية للهندسة الحرارية لتحسين الكفاءة. إن طاقة الأمواج والمد والجزر ، على الرغم من إظهارها في العديد من المصانع العاملة ، لا تزال في مراحل مبكرة من التطور ولا يزال تطورها التكنولوجي غير مستكشف إلى حد كبير.

السعة والتوزيع الجغرافي

على الرغم من أن الطاقات المتجددة مثل الرياح والطاقة الشمسية قد شهدت نموًا قويًا في السنوات الأخيرة ، إلا أنها لا تزال تشكل جزءًا صغيرًا من إجمالي احتياجات الطاقة في العالم. تأتي الحصة الأكبر من الكتلة الحيوية التقليدية ، ومعظمها من خشب الوقود الذي يتم تجميعه في المجتمعات التقليدية للطبخ والتدفئة المنزلية ، وغالبًا ما يتم ذلك دون اعتبار للاستبدال المستدام. تعد الطاقة الكهرومائية ثاني أكبر مساهم ، وهي تقنية راسخة شهدت نموًا كبيرًا في القرن العشرين. المساهمون الآخرون هم أحدث وأصغر في المساهمة: المياه وتدفئة الفضاء عن طريق احتراق الكتلة الحيوية أو حصاد الحرارة الشمسية والحرارية الأرضية ، والوقود الحيوي المشتق من الذرة أو قصب السكر ، والكهرباء المولدة من الرياح والطاقة الشمسية والطاقة الحرارية الأرضية. لا تزال طاقة الرياح والطاقة الشمسية ، على الرغم من قدرتها الكبيرة والنمو الكبير الذي حدث مؤخرًا ، تساهم بأقل من 1٪ من إجمالي الطاقة في عام 2008.

تختلف إمكانات موارد الطاقة المتجددة بشكل كبير. الطاقة الشمسية هي الأكثر وفرة إلى حد بعيد ، حيث يتم توصيلها إلى سطح الأرض بمعدل 120 ألف تيراواط ، مقارنة بالاستخدام البشري العالمي البالغ 15 تيراواط. لوضع هذا في المنظور الصحيح ، فإن تغطية 100 × 100 كيلومتر مربع من الصحراء بخلايا شمسية فعالة بنسبة 10 في المائة ستنتج 0.29 تيراواط من الطاقة ، أي حوالي 12 في المائة من الطلب البشري العالمي على الكهرباء. لتزويد جميع احتياجات الأرض من الكهرباء (2.4 تيراواط في عام 2007) يتطلب 7.5 مربعات من هذا القبيل ، وهي مساحة تقارب حجم بنما (0.05 في المائة من إجمالي مساحة الأرض). تقدر احتياطيات النفط التقليدية في العالم بنحو ثلاثة تريليونات برميل ، بما في ذلك كل النفط الذي تم استرداده بالفعل والذي يتبقى لاسترداده في المستقبل. يتم تسليم الطاقة الشمسية المكافئة لاحتياطيات النفط هذه إلى الأرض عن طريق الشمس في 1.5 يوم.

إن الإمكانات العالمية لإنتاج الكهرباء ووقود النقل من الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والكتلة الحيوية محدودة بالتوافر الجغرافي للأرض المناسبة لتوليد كل نوع من أنواع الطاقة (الموصوفة بالإمكانات الجغرافية) ، والكفاءة التقنية لعملية التحويل (تقليل الإمكانات الجغرافية إلى الإمكانات التقنية) ، والتكلفة الاقتصادية لإنشاء وتشغيل تقنية التحويل (تقليل الإمكانات التقنية إلى الإمكانات الاقتصادية). تعتمد الدرجة التي يتم بها تطوير الإمكانات العالمية للموارد المتجددة فعليًا على العديد من العوامل غير المعروفة مثل المدى المستقبلي للتقدم الاقتصادي والتكنولوجي في العالمين النامي والمتقدم ، ودرجة العولمة من خلال العلاقات التجارية والفكرية والاجتماعية بين البلدان والمناطق والأهمية النسبية للأجندات البيئية والاجتماعية مقارنة بالأهداف الاقتصادية والمادية. تظهر السيناريوهات التي تقيم تطوير موارد الطاقة المتجددة في ظل افتراضات مختلفة حول المسارات الاقتصادية والتكنولوجية والاجتماعية في العالم أن الطاقة الشمسية لديها 20-50 ضعفًا من طاقة الرياح أو الكتلة الحيوية لإنتاج الكهرباء ، وأن لكل منها على حدة إمكانات كافية لتوفير العالم. احتياجات الكهرباء في عام 2050 (دي فريس ، 2007).

التوزيع الجغرافي للطاقة المتجددة القابلة للاستخدام غير متساوٍ تمامًا. يتركز ضوء الشمس ، الذي يُعتقد غالبًا أنه موزع بالتساوي نسبيًا ، في الصحاري حيث يكون الغطاء السحابي نادرًا. الرياح أقوى بنسبة تصل إلى 50 في المائة وأكثر ثباتًا في الخارج منها على الأرض. تتركز الإمكانات الكهرومائية في المناطق الجبلية ذات الأمطار الغزيرة وذوبان الجليد. تتطلب الكتلة الحيوية الأراضي المتاحة التي لا تتنافس مع إنتاج الغذاء ، وشمسًا كافية وأمطارًا كافية لدعم النمو.

موارد الرياح والطاقة الشمسية في الولايات المتحدة

الولايات المتحدة لديها موارد متجددة وفيرة. يعتبر التشعيع الشمسي في جنوب غرب الولايات المتحدة استثنائيًا ، يعادل مثيله في إفريقيا وأستراليا ، اللتين تحتويان على أفضل موارد الطاقة الشمسية في العالم. معظم الولايات المتحدة لديها إشعاع شمسي جيد أو أفضل من إسبانيا ، التي تعتبر الأفضل في أوروبا ، وأعلى بكثير من ألمانيا. الاختلاف في التشعيع فوق الولايات المتحدة هو حول العامل الثاني ، متجانس تمامًا مقارنة بالموارد المتجددة الأخرى. يضيف حجم الولايات المتحدة إلى مواردها ، مما يجعلها فرصة رئيسية لتطوير الطاقة الشمسية.

مصدر الرياح في الولايات المتحدة ، على الرغم من وفرته ، إلا أنه أقل تجانسًا. تتطلب الرياح القوية تدرجات ثابتة في درجات الحرارة والضغط لقيادتها والحفاظ عليها ، وغالبًا ما ترتبط هذه بالسمات الطوبولوجية مثل سلاسل الجبال أو الخطوط الساحلية. تُظهر خريطة الرياح البرية للولايات المتحدة هذا النمط ، مع أفضل رياح على طول ممر بين الشمال والجنوب تقريبًا في منتصف القارة. الرياح البحرية فوق البحيرات العظمى والسواحل الشرقية والغربية أقوى وأكثر ثباتًا على الرغم من أنها تغطي مناطق أصغر. تبلغ القدرة التقنية للرياح البرية أكثر من 8000 جيجاواط من السعة (Lu، 2009؛ Black & Veatch، 2007) والبحرية 800-3000 جيجاوات (Lu، 2009؛ Schwartz، Heimiller، Haymes، & Musial، 2010). للمقارنة ، استخدمت الولايات المتحدة الكهرباء في عام 2009 بمعدل 450 جيجاواط في المتوسط ​​خلال فترات ذروة النهار والليل والصيف والشتاء والوديان.

حواجز الانتشار

تواجه الطاقة المتجددة العديد من الحواجز أمام انتشارها على نطاق واسع. التكلفة هي واحدة من أخطر. على الرغم من انخفاض تكلفة مصادر الطاقة المتجددة بشكل كبير في السنوات الأخيرة ، إلا أن تكلفة معظمها لا تزال أعلى من البدائل الأحفورية التقليدية. تتمتع تقنيات الطاقة الأحفورية بخبرة أطول في تبسيط التصنيع ، ودمج المواد الجديدة ، والاستفادة من وفورات الحجم وفهم الظواهر الفيزيائية والكيميائية الأساسية لعملية تحويل الطاقة. يتم توليد الكهرباء بأقل تكلفة من الغاز الطبيعي والفحم ، مع وجود الطاقة المائية والرياح بين التحديات المتجددة. ومع ذلك ، فإن التكلفة ليست مقياسًا منفردًا ؛ يجب مقارنتها بالبدائل. أحد عوامل عدم اليقين في بيئة الأعمال الحالية هو التكلفة النهائية لانبعاثات الكربون. إذا حددت الحكومات سعرًا لانبعاثات الكربون لتعويض التكلفة الاجتماعية للاحترار العالمي وخطر تغير المناخ ، فإن التكلفة النسبية للطاقة المتجددة ستصبح أكثر جاذبية حتى لو لم تتغير تكلفتها المطلقة. إن عدم اليقين في السياسة هذا في التكلفة النهائية لتوليد الطاقة القائمة على الكربون هو عامل رئيسي في الجاذبية الاقتصادية المستقبلية للطاقة المتجددة.

العائق الثاني لنشر الطاقة المتجددة على نطاق واسع هو الرأي العام. في السوق الاستهلاكية ، تقوم المبيعات مباشرة بأخذ عينات للرأي العام ، وتكون الصلة بين النشر والقبول العام فورية. الطاقة المتجددة ليست خيارًا يتخذه المستهلكون الأفراد. بدلاً من ذلك ، يتم اتخاذ خيارات الطاقة من قبل صانعي السياسات الحكومية على مستوى المدينة والولاية والمستوى الفيدرالي ، الذين يوازنون بين الاهتمامات من أجل الصالح العام ، و "الإنصاف" لأصحاب المصلحة ، والتكلفة الاقتصادية. ومع ذلك ، فإن القبول العام هو عامل رئيسي في موازنة هذه المخاوف: سينعكس خيار الطاقة المفضل بشدة أو غير المرغوب فيه في قرارات الحكومة من خلال الممثلين المنتخبين من قبل الجمهور أو الاستجابة له. ينتقل نطاق القبول من إيجابي بشدة للطاقة الشمسية إلى سلبي بشدة للطاقة النووية. إن التفاوت في القبول العام والتكلفة الاقتصادية لهذين البديلين للطاقة أمر مذهل: فالشمس هي في الوقت نفسه البديل الأغلى والأكثر قبولًا للجمهور.

تتجلى أهمية الرأي العام في كارثة فوكوشيما النووية في عام 2011. تسبب الزلزال والتسونامي اللذان تسببا في نهاية المطاف في انهيار الوقود في العديد من مفاعلات مجمع فوكوشيما وإطلاق الإشعاع في منطقة مأهولة بالسكان في تساؤل الكثير من الناس في العديد من البلدان. سلامة المفاعلات ومؤسسة الكهرباء النووية بشكل عام. كانت الاستجابة سريعة ، حيث سجلت بعض الدول إجماعًا عامًا على اتخاذ إجراءات جذرية مثل إيقاف تشغيل الكهرباء النووية عند انتهاء صلاحية تراخيص المفاعلات العاملة حاليًا. على الرغم من أن القرار النهائي غير مؤكد ، إلا أن التأثير المفاجئ والخطير لحدث فوكوشيما على الرأي العام يظهر الدور الرئيسي الذي يلعبه القبول الاجتماعي في تحديد مسار طاقتنا.


12.3 الحالة الغريبة للأسعار السلبية

كما ناقشنا في الدرس 9 عندما غطينا الخدمات الإضافية ، فإن تكامل كميات كبيرة من طاقة الرياح والطاقة الشمسية يمثل تحديًا كبيرًا لمنظمات RTOs والمرافق الكهربائية ، حيث يجب عليهم الحفاظ على استقرار شبكة الطاقة (موازنة العرض والطلب) حتى مع التباين الشديد ترتبط مصادر الطاقة مثل الرياح والطاقة الشمسية بالشبكة. اقرأ المقالة التالية الطبيعة المتقطعة للطاقة الخضراء تمثل تحديًا للمرافق ، حول مزارع الرياح في فيرمونت للتعرف على كيفية تحقيق أهداف منتجي طاقة الرياح والطاقة الشمسية لتوليد أكبر قدر ممكن من الكهرباء وأهداف RTO ليست متوافقة دائمًا بشكل جيد .

تشكل الرياح والطاقة الشمسية على نطاق واسع تحديات لأسواق الكهرباء. نظرًا لأن تكلفة الرياح والطاقة الشمسية صفر في الأساس (تذكر أنه بمجرد بناء المحطات ، يصبح الوقود من الرياح والشمس مجانيًا على الهامش) ، يمكن أن تؤدي طاقة الرياح والطاقة الشمسية الكافية إلى خفض الأسعار في اليوم التالي والطاقة في الوقت الفعلي الأسواق. إن تواتر LMPs التي تكون عند الصفر أو حتى عند المستويات السلبية آخذ في الازدياد في الأسواق ذات المستويات العالية من المشاركة في السوق من قبل منتجي طاقة الرياح والطاقة الشمسية. يوضح الشكل أدناه تواتر الأسعار السلبية في ISO California خلال ساعات مختلفة من اليوم على مدار السنوات القليلة الماضية (تذكر أن السعر السلبي يعني أن محطة توليد الكهرباء تدفع مقابل إنتاج الكهرباء ، ويتم الدفع للمستهلكين مقابل استخدام الكهرباء). لاحظ أنه خلال النهار (الساعات من 8 إلى 18 في الشكل ، وهي 8:00 صباحًا إلى 6:00 مساءً) ، كان السعر في سوق كاليفورنيا سالبًا أكثر من 10 بالمائة من الوقت في عام 2016 ، مقارنةً ببضعة بالمائة من الوقت في 2012 و 2014.

هذا رسم بياني للأسعار السلبية في سوق الكهرباء في CA ISO خلال 2012 و 2014 و 2016. النسبة المئوية لفترات الخمس دقائق على المحور الصادي والساعة من اليوم على المحور السيني.

في عام 2012 ، كان ما بين 2-11٪ من الفواصل الزمنية سالبة بين 1-8 صباحًا ، وارتفعت بنسبة 11٪ في الساعة 3 صباحًا.

في عام 2014 ، كان ما بين 2-8٪ من الفواصل الزمنية سلبية بين 1-6 صباحًا عند ارتفاع 8٪ في الساعة 4 صباحًا. ثم انخفض إلى 2٪ حتى الساعة 9 صباحًا حيث قفز إلى 5٪ سلبيًا حتى الساعة 4 مساءً. ثم انخفض إلى أقل من 1٪ الفاصل الزمني السلبي حتى منتصف الليل.

في عام 2016 ، كان ما يقرب من 1-2٪ من الفترات الزمنية سلبية في الصباح الباكر ، حيث ارتفعت إلى 16٪ سلبية في الساعة 10 صباحًا ثم تناقصت ببطء إلى 2٪ سلبية في الساعة 7 مساءً. ثم ينخفض ​​إلى ما دون 1٪ سلبي حتى منتصف الليل.

تذكر أن الأسعار السلبية في أسواق الكهرباء يمكن أن تنشأ لسببين مختلفين. الأول هو عدم المرونة التشغيلية ، كإشارة إلى أن العرض أكبر من الطلب. لنفترض أن مصنعًا للغاز ذي الحمل الأساسي بمعدل منحدر بطيء للغاية كان يعمل بكامل طاقته لتلبية الطلب على الكهرباء. في مرحلة ما ، يزداد إنتاج طاقة الرياح بسرعة ، بحيث يكون هناك عرض على الشبكة أكثر من الطلب على امتصاص هذا العرض. لدى مشغل الشبكة خياران - يمكن تقليص الإنتاج من الرياح (وهو ما حدث ، كما نوقش في مقالة فيرمونت) أو يمكن تقليص الإنتاج من محطة طاقة الحمل الأساسي ، مما قد يؤدي إلى إتلاف محطة الطاقة. إذا اختار مشغل الشبكة أيًا من الإجراءين ، يصبح السعر سالبًا. في هذه الحالة ، بينما يبدو السعر السلبي غريبًا ، هناك أسباب اقتصادية جيدة تمامًا تجعل السعر يصبح سالبًا.

السبب الثاني لظهور الأسعار السلبية هو دعم تقنيات طاقة الرياح والطاقة الشمسية. تحصل العديد من محطات طاقة الرياح ، على سبيل المثال ، على إعانة تُعرف باسم الإعفاء الضريبي للإنتاج لكل ميجاوات ساعة تنتجها. هذا الدعم ، الذي يساوي حاليًا 23 دولارًا لكل ميجاوات ساعة ، يمنح مشاريع طاقة الرياح حافزًا اقتصاديًا لإنتاج أكبر قدر ممكن من الكهرباء. بل إنه من الممكن أن يقبل مشروع طاقة الرياح سعرًا سلبيًا من أجل الحصول على دعم بقيمة 23 دولارًا لكل ميجاوات يتم توليدها. إذا تم دفع 23 دولارًا للمصنع / ميجاوات ساعة وكان السعر - 5 دولارات / ميجاوات ساعة ، فإن صافي إيرادات المصنع لا يزال 18 دولارًا / ميجاوات ساعة. وبالتالي ، يقدم بعض المشاركين في سوق الطاقة المتجددة عروض التوريد إلى السوق في اليوم التالي أو السوق في الوقت الفعلي بأسعار سلبية ، مع ضمان أن تكون عروضهم أرخص.

لقد اضطرت شركات RTOs التي تغطي أراضيها مناطق بها الكثير من إنتاج الرياح والطاقة الشمسية (وعلى الأخص كاليفورنيا ISO ، و Midcontinent ISO ، و ERCOT في تكساس) إلى تعديل بروتوكولات السوق الخاصة بها للتعامل مع كميات كبيرة من طاقة الرياح والطاقة الشمسية.

بدأت منظمة منتصف القارة ISO (MISO) برنامجًا يسمى Dispatchable Intermittent Resources (DIR) لتجنب الاضطرار إلى إيقاف كميات كبيرة من طاقة الرياح يدويًا. يسمح برنامج DIR لموارد طاقة الرياح بالمشاركة مثل أي مولد آخر في سوق الطاقة في الوقت الفعلي MISO طالما يتم توفير توقعات إنتاج ملزمة لـ MISO.يمكنك قراءة المزيد عن برنامج DIR هنا: تقليص مصادر الطاقة المتجددة: ما يمكننا تعلمه من عمليات الشبكة في كاليفورنيا والغرب الأوسط.

واجهت ISO كاليفورنيا مشكلة مختلفة تمامًا ، حيث شهدت بصمتها نموًا أسرع في الطاقة الشمسية مقارنةً بطاقة الرياح. تشكل المستويات العالية من الطاقة الشمسية الكهروضوئية (بدون تخزين الطاقة المصاحبة) مشكلة غريبة لمشغلي الشبكة من حيث أنها تعكس نمط الطلب اليومي التقليدي. اعتاد مشغلو الشبكات على رؤية ارتفاع الطلب على الكهرباء في منتصف النهار وانخفاض الطلب في الليل ، مع التحول بين فترات الطلب المرتفع وفترات الطلب المنخفض إلى التدريجي إلى حد ما. مع وجود مستويات عالية من الطاقة الشمسية الكهروضوئية (التي تنتج الكثير من الكهرباء خلال النهار) ، تنقلب احتياجات الشبكة - هناك حاجة إلى عدد أقل من محطات الطاقة الأخرى خلال النهار وهناك حاجة إلى المزيد في الليل. علاوة على ذلك ، يصبح التحول بين نمط الحمل أثناء النهار والليل مفاجئًا للغاية.

الطلب على الطاقة ثابت جدًا بين الساعة 12 صباحًا و 8 صباحًا حوالي 19000 ميجاوات. ينخفض ​​الطلب على الطاقة بين الساعة 9 صباحًا و 6 مساءً. لقد ازداد الانخفاض كل عام من 19000 ميجاوات في 2013 إلى 12000 ميجاوات في 2020. ويصنف هذا على أنه خطر التوليد الزائد لأن الطلب على الطاقة يبلغ ذروته عند 26000 ميجاوات في حوالي الساعة 9 مساءً ويجب أن يتدرج النظام

13000 ميغاواط في 3 ساعات. بعد 9 ، ينخفض ​​الطلب على النظام.

يتم التقاط هذا في رسم يعرف باسم "منحنى البطة" ، كما هو موضح أعلاه. يوضح منحنى البط الطلب على الكهرباء (صافي إنتاج الطاقة الشمسية الكهروضوئية) على شبكة كاليفورنيا خلال كل ساعة من اليوم حيث يأتي المزيد من الخلايا الشمسية الكهروضوئية عبر الإنترنت. لم يقتصر الأمر على أن الطلب على الكهرباء في منتصف اليوم (مرة أخرى ، صافي إنتاج الطاقة الشمسية) قد انخفض للغاية ، ولكن الزيادة في الطلب على الكهرباء بين الساعة 6 مساءً والساعة 8 مساءً سريعة وكبيرة جدًا من حيث الحجم. إن الزيادة في الطلب لمدة ثلاث ساعات والتي تبلغ 10 جيجاوات الموضحة في الشكل أعلاه تشبه تقريبًا تشغيل ولاية ويسكونسن بأكملها في غضون ثلاث ساعات.

وبالتالي تختلف احتياجات كاليفورنيا في دمج الطاقة الشمسية في أسواقها عن احتياجات MISO. احتاج MISO إلى طريقة لتقليل التردد الذي كان عليه أن يوقف إنتاج طاقة الرياح يدويًا. احتاجت ولاية كاليفورنيا إلى طريقة لدفع تكاليف محطات الطاقة ذات أوقات بدء قصيرة ومعدلات منحدرة عالية جدًا ، للتعامل مع زيادة الطلب على الكهرباء غير الشمسية بعد الظهيرة. كانت استجابة كاليفورنيا لتطوير نوع من السوق في الوقت الفعلي يتم مسحه كل خمس دقائق ، وليس كل ساعة. تم تصميم هذا السوق ، المعروف باسم سوق عدم توازن الطاقة ، في المقام الأول لجذب محطات توليد الطاقة سريعة التدرج ، أو منشآت تخزين الطاقة ، أو أي مورد آخر يمكن أن يستجيب بسرعة كافية لإشارة السوق التي مدتها خمس دقائق.


العرض والطلب المتجددان

الطاقة المتجددة هي مصدر الطاقة الأسرع نموًا على مستوى العالم وفي الولايات المتحدة.

  • 18٪ من الطاقة المستهلكة عالميًا للتدفئة والطاقة والنقل كانت من مصادر متجددة في عام 2017 (انظر الشكل أدناه). جاء ما يقرب من 60 في المائة من مصادر الطاقة المتجددة الحديثة (أي الكتلة الحيوية ، والطاقة الحرارية الأرضية ، والطاقة الشمسية ، والطاقة المائية ، وطاقة الرياح ، والوقود الحيوي) والباقي من الكتلة الحيوية التقليدية (المستخدمة في التدفئة والطهي في المنازل في البلدان النامية).
  • شكلت مصادر الطاقة المتجددة 26.2 في المائة من توليد الكهرباء في العالم في عام 2018. ومن المتوقع أن يرتفع هذا إلى 45 في المائة بحلول عام 2040. ومن المرجح أن تأتي معظم الزيادة من الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة المائية.

تشير وكالة الطاقة الدولية إلى أن تطوير ونشر تقنيات الطاقة المتجددة سيعتمد بشكل كبير على السياسات الحكومية والدعم المالي لجعل الطاقة المتجددة تنافسية من حيث التكلفة.

الحصة المقدرة للطاقة المتجددة العالمية من إجمالي الاستهلاك النهائي للطاقة (2017)

مصدر
    من الطاقة المستهلكة عبر القطاعات في الولايات المتحدة كانت من مصادر متجددة في 2018 (11.5 كوادريليون وحدة حرارية بريطانية من إجمالي 101.1 كوادريليون وحدة حرارية بريطانية). من المتوقع أن ينمو استهلاك الولايات المتحدة من مصادر الطاقة المتجددة على مدار الثلاثين عامًا القادمة بمتوسط ​​معدل سنوي يبلغ 1.8٪ ، وهو أعلى من معدل النمو الإجمالي في استهلاك الطاقة (0.2٪ سنويًا) في ظل سيناريو العمل المعتاد.
  • شكلت مصادر الطاقة المتجددة 17.1٪ من توليد الكهرباء في عام 2018 ، حيث شكلت الطاقة المائية وطاقة الرياح والكتلة الحيوية الغالبية. ومن المتوقع أن يرتفع هذا إلى 24 في المائة بحلول عام 2030. ومن المتوقع أن تأتي معظم الزيادة من طاقة الرياح والطاقة الشمسية. زادت مصادر الطاقة المتجددة غير المائية حصتها من توليد الطاقة الكهربائية من أقل من 1٪ في عام 2005 إلى ما يقرب من 10.1٪ في نهاية عام 2018 بينما ظل الطلب على الكهرباء مستقرًا نسبيًا.

في قطاع النقل ، زاد الوقود المتجدد ، مثل الإيثانول والديزل الحيوي ، بشكل كبير خلال العقد الماضي. من المتوقع أن يكون E85 (وقود نقل الإيثانول) هو نوع الطاقة المتجددة الأسرع نموًا ، حيث ينمو بمعدل سنوي متوسط ​​قدره 9.7 في المائة على مدار الثلاثين عامًا القادمة ، على الرغم من أنه يبدأ من قاعدة منخفضة للغاية.

في القطاع الصناعي ، تشكل الكتلة الحيوية 98 في المائة من استخدام الطاقة المتجددة مع ما يقرب من 60 في المائة مشتق من خشب الكتلة الحيوية ، و 32 في المائة من الوقود الحيوي ، وما يقرب من 7 في المائة من نفايات الكتلة الحيوية.

سيؤثر عدم اليقين بشأن الإعفاءات الضريبية الفيدرالية وأسعار الوقود والنمو الاقتصادي على وتيرة تطوير مصادر الطاقة المتجددة في الولايات المتحدة.


بعض الأفكار المذهلة للطاقة المتجددة للمستقبل

في البحث عن أشكال جديدة من الطاقة المتجددة ، واجه العلماء بلا شك الكثير من التحديات. الحضارة الإنسانية لا تزال تتطور في مختلف مجالات التكنولوجيا ولمواصلة ذلك ، نعتمد على دافع لشيء مهم وهو ، & # 8220Energy / Power & # 8221. تتطلب كل أداة ، وآلة ، ومنتجات إلكترونية ، وسيارات وغيرها ، التي نستخدمها ونراها ، طاقة للتشغيل والعمل بنفسها. يمكنك التفكير فيهم على أنهم دم يتدفق في وعاء التكنولوجيا. لذلك ، شهدنا طلبًا متزايدًا على مصادر طاقة متجددة أكثر اخضرارًا وأمانًا.

الشمس والرياح والمياه والكتلة الحيوية والأمواج والمد والجزر وحرارة التربة، توفر جميعها بدائل للطاقة غير المتجددة. الدافع هو إيجاد طريقة للحصول على نظافة كاملة ، وأكثر أمانًا بدون تلوث وطاقة غير محدودة. السؤال الأول الذي قد يفكر فيه المرء هو ، & # 8220 أين الطاقة؟ & # 8221 الإجابة على هذا السؤال أمامنا فقط نحتاج إلى تحليلها لأن الوقود الأحفوري غير كافٍ لتوليد الطاقة لفترة غير محدودة.

اليوم ، نحن نولد حوالي 17.15 تيراواط من الطاقة، كمية ضخمة جدًا! صحيح ، لكننا نحتاج إلى المزيد وهذا أيضًا إلى الأبد. لهذا السبب أريد أن أشارككم بعض الأفكار الرائعة التي جعلتني متحمسًا ومتفائلًا بدرجات مختلفة حول مستقبل الطاقة النظيفة. دعونا نرى ما هؤلاء.

ما هي الطاقة المتجددة؟

وفقًا لـ Wikipedia ، فإن تعريف السؤال أعلاه هو & # 8211 & # 8220طاقة متجددة هي الطاقة التي يتم جمعها من الموارد المتجددة ، والتي يتم تجديدها بشكل طبيعي على مقياس زمني للإنسان ، مثل ضوء الشمس والرياح والأمطار والمد والجزر والأمواج والحرارة الجوفية. & # 8221

توفر الطاقة المتجددة الطاقة في أربعة مجالات مهمة: -

  • توليد الكهرباء،
  • تسخين / تبريد الهواء والماء ،
  • وسائل النقل،
  • خدمات الطاقة الريفية.

توصلت دراسة جديدة إلى أن البلدان في جميع أنحاء العالم يمكن أن تحول اقتصاداتها بالكامل إلى مصادر الطاقة المتجددة بحلول عام 2050.

يقول مارك ز. الهندسة المدنية والبيئية في ستانفورد وأحد مؤلفي التقرير.

الأفكار التي يمكن أن تغير المستقبل لتوليد الطاقة هي

1. Turbulent Hydro (محلول من خلال الماء)

المياه وفيرة على الأرض بنسبة 70٪ من إجمالي مساحة السطح ، وقد طورنا التكنولوجيا لتوليد الطاقة باستخدام قوى الأمواج. على سبيل المثال ، أحد أحدث اختراعات توليد الطاقة من خلال الماء هو Turbulent Hydro.

يعد هذا أحد أكثر الحلول كفاءة وسهولة وبأسعار معقولة المستخدمة لتوليد الطاقة من المياه. مستوحاة من الاضطرابات الطبيعية ، يمكن تركيب هذه التقنية في كل نهر له اختلاف في الارتفاع مثل المناطق الجبلية في الأنهار.

2. العمل على طاقة الاندماج

لا تزال طاقة الاندماج نظرية حيث يتم توليد الطاقة باستخدام تفاعلات الاندماج النووي لإنتاج الحرارة لتوليد الكهرباء. تتضمن العملية الجمع بين نواتين ذرات أخف لتكوين نواة أثقل ، وتطلق العملية الكثير من الطاقة.

إذا تم تنفيذ ذلك ، فستكون هذه هي أفضل تكنولوجيا للطاقة النظيفة قد تكون لدى الجنس البشري على الإطلاق. مرفق الإشعال الوطني (NIF) في مختبر لورانس ليفرمور الوطني بكاليفورنيا & # 8217s هو أحد تلك المرافق التي تختبر هذا النوع من الطاقة.

يأمل إد موسيس ، مدير NIF ، أنه في غضون بضع سنوات ، ستطلق الآلة طاقة تزيد بمقدار 20 مرة عما تستهلكه.

& # 8220 إذا نجح هذا ، خلال العقدين المقبلين يمكننا تغيير القصة الجيوسياسية ، & # 8221 كما يقول.

3. الطاقة الشمسية (مصدر لطاقة غير محدودة)

الشمس هي المصدر النهائي للطاقة للنظام الشمسي ، وبالتالي فإن الباحثين والمنظمات في جميع أنحاء العالم يتطلعون للاستفادة مباشرة من هذا المصدر المجنون للطاقة. تستقبل الأرض حوالي 200 مليار ميغاواط من الطاقة من الشمس ، ولكن بشكل مباشر جدًا ، نستهلك فقط في المتوسط ​​12.3 تيراواط أي حوالي 1/14000 مرات في المجموع لأن الطاقة المتبقية منتشرة ، بدلاً من تركيزها ، يكمن التحدي الأكبر في تسخير ضوء الشمس هذا.

تتمثل إحدى أكبر العقبات في تسخير الطاقة من الشمس في بناء ألواح شمسية فعالة من حيث التكلفة. على الرغم من أننا تطورنا لتوليد الطاقة ، إلا أن تخزين الطاقة يمثل عقبة رئيسية أخرى. الطاقة الشمسية غير متوفرة في الليل ولكن أنظمة الطاقة الحديثة عادة ما تستهلك طاقة مستمرة.

بعض المشاريع العظيمة في إطار الطاقة الشمسية هي كما يلي والتي تشكل حقًا توليد الطاقة لكوكبنا و # 8217.

  • إيفانباه. ينشر المرفق 173،500 مرآة مروحية موزعة على 3500 فدان ، مع التركيز على الطاقة الشمسية على الغلايات الموجودة فوق ثلاثة أبراج للطاقة الشمسية. المشروع — الذي أنشأته شركة Bechtel وتملكه NRG Solar و Google و BrightSource.
  • ورزازات. أكبر محطة للطاقة الشمسية في العالم تستخدم الخلايا الكهروضوئية (PV) ، تستفيد من أشعة الشمس في الصحراء.
  • مكتب دوكلاندز لشركة AGL.
  • فيغاس الشمس المشرقة. هذا هو 102 فدان ، 15 ميغاواط محطة توليد الطاقة الشمسية Array II في قاعدة نيلي الجوية في لاس فيغاس ، نيفادا.

4 - خفاش Altaeros (التوربينات العائمة المحمولة جواً)

يطالب العالم ببدائل أنظف ومنخفضة التكلفة للطاقة و & # 8220Tarot & # 8217s طاقات & # 8221 يجيب على هذا النداء بالنسبة لنا. لقد توصلت هذه الشركة إلى اختراع توربينات الرياح عالية الارتفاع & # 8220BAT & # 8221. لأول مرة ، يتم استخدام مثل هذا الحل الميسور التكلفة المتعلق بطاقة الرياح. تم تصميم هذا لتوفير الطاقة للمنطقة النائية ، الصناعات التي تستخدم الكثير من الموارد الطبيعية لتوليد الطاقة أيضًا ، في مناطق الكوارث.

هذا الفرن التكنولوجي الجديد قدرة أقوى على توليد الطاقة لأنها أكثر اتساقًا على ارتفاعات عالية وتنتج ضعف الطاقة مقارنة بتوربينات الرياح العادية.

5. توليد الطاقة من المواد المضادة

واحدة من أكثر الأفكار تعقيدًا والتي تبدو مستقبلية هي إنتاج الطاقة باستخدام المادة والمادة المضادة لتوليد الطاقة الكهربائية. إذا كانت المادة تتكون من جسيمات ، فإن المادة المضادة تتكون من جسيمات مضادة. كان هناك الكثير من الجدل والاقتراحات بأنه إذا اصطدمت المادة والمادة المضادة ، فسوف يدمر كل منهما الآخر وسيطلق كميات هائلة من الطاقة. ومع ذلك ، لا يزال هذا المفهوم على الأوراق ويحتاج إلى تجارب خاضعة للإشراف.

المادة المضادة الموجودة في جزء ما من الكون لا تزال لغزا للبشرية وموضوع البحث ، إذا وجدت فعندها فقط يمكن تسهيلها لتوليد الطاقة.

استنتاج

هناك طرق مختلفة لتوليد الطاقة لم تكتشفها البشرية بعد حتى تتمكن من استخدامها لصالحها. مع تطور الجنس البشري ، سيزداد الجوع إلى أشكال أحدث وأكثر كفاءة من الطاقة. في الوقت الحاضر ، ثبت أن الوقود الأكثر شيوعًا وكفاءة هو الزيت غير المتجدد ومن المحتمل أن ينضب في نهاية القرن الحادي والعشرين. لذلك ، يكمن المستقبل في أبحاث اليوم & # 8217s لاستخدام مصدر آخر للطاقة ربما تم ذكره أعلاه.


لقد قمنا بتطوير منصة تفاعلية عبر الإنترنت لعرض الخريطة التي تستخدم برنامج رسم الخرائط ArcGIS.

أنتجت هذه الخريطة هيئة المسح الجيولوجي لنيو ساوث ويلز. تم إصدار الخريطة لأول مرة في عام 2016 وتم تحديثها في نوفمبر 2017 ويناير 2019 ، وهي توثق بشكل شامل إمكانات نيو ساوث ويلز والبنية التحتية الحالية للطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة الحرارية الأرضية والطاقة الحيوية والموارد المائية والأمواج. كما يعرض معلومات صغيرة الحجم عن الطاقة الشمسية والطاقة المائية وخط أنابيب مشروع الطاقة المتجددة.

تم تصميم هذا المنتج ليكون أداة إعلامية تمكن المجتمع من تحديد وفهم الطاقة المتجددة وإمكانات الموارد للدولة بسهولة.

اطلب نسخة مطبوعة

تنزيل بيانات المشروع والبيانات الوصفية

خريطة موارد الطاقة المتجددة لبيانات مشروع نيو ساوث ويلز متاحة للتنزيل من DIGS (المنتج رقم 9197).


110 13.3 مصادر الطاقة المتجددة

موارد الوقود الأحفوري محدودة ، لذا فإن الجهود المبذولة للبحث عن أنواع أخرى من موارد الطاقة مستمرة في العديد من البلدان حول العالم. نظرًا لأن الوقود الأحفوري ليس بلا حدود ، فإن بعض الباحثين قلقون من أن العرض سيتجاوز الطلب في النهاية ، لا سيما مع زيادة البلدان النامية اقتصاديًا وتقنيًا. علاوة على ذلك ، كما سنرى في قسم لاحق عن التلوث ، فإن الانبعاثات الناتجة عن حرق الوقود الأحفوري تشكل مصدر قلق كبير للغلاف الجوي العالمي ، ويُنظر إلى الطاقة النظيفة على أنها بديل أفضل للفحم والنفط والغاز الطبيعي.
يشمل التحول عن الوقود الأحفوري عددًا من أنواع مختلفة من الطاقة المتجددة ومصادر الطاقة البديلة. موارد متجددة هي تلك الموجودة في العرض اللامتناهي. تشمل الأنواع الرئيسية للطاقة المتجددة الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة الكهرومائية والوقود الحيوي والطاقة الحرارية الأرضية. على الرغم من أن المخاطر تعتبر كبيرة ، إلا أن الطاقة النووية هي مصدر الطاقة البديلة ، ولكن الطاقة النووية ليست متجددة لأنها تعتمد على إمدادات اليورانيوم. يمكن رؤية جهود كبيرة في جميع أنحاء العالم لتسخير مصادر الطاقة هذه في العديد من مناطق العالم.
على سبيل المثال ، في أوروبا ، تم بذل جهود متضافرة لتمويل مشاريع الطاقة المتجددة منذ التسعينيات. في عام 2016 ، تفوقت طاقة الرياح على الفحم باعتباره ثاني أكبر شكل من أشكال إنتاج الطاقة (بعد الغاز الطبيعي) في أوروبا ، وكان 80 في المائة من مشاريع الطاقة الجديدة من مصادر الطاقة المتجددة. سجلت فرنسا وأيرلندا وليتوانيا وهولندا وفنلندا أرقامًا قياسية لتركيب مزارع الرياح ، بينما تواصل ألمانيا ريادتها في طاقة الرياح. النرويج والسويد هما الدولتان الرائدتان بشكل عام من حيث استهلاك الطاقة المتجددة في أوروبا ، حيث أن أكثر من نصف استهلاكهما من الطاقة يأتي من مصادر الطاقة المتجددة (شكل 13.1).
في آسيا ، بينما تواصل الصين بناء العديد من المصانع التي تعمل بالفحم ، فإنها تستثمر مئات المليارات من الدولارات في الطاقة المتجددة ، وهي أموال أكثر مما تستثمره المملكة المتحدة والولايات المتحدة واليابان مجتمعة. هذا التطور مهم لأن الصين هي أكبر مصدر لانبعاثات غازات الاحتباس الحراري في العالم ، وقد يساهم هذا التلوث في ظاهرة الاحتباس الحراري. علاوة على ذلك ، تعد الصين بالفعل رائدة العالم في طاقة الرياح وتخطط لبناء أكبر مزرعة شمسية على هذا الكوكب. هدف الهند هو إنتاج أكثر من 50 في المائة من طاقتها من الطاقة المتجددة بحلول عام 2027. تتطلب كل هذه الجهود قدرًا كبيرًا من الاستثمار الرأسمالي للمساعدة في تغطية تكاليف تحويل الطاقة.

الشكل 13.1 | الطاقة المتجددة لدول مختارة في أوروبا
المؤلف | يوروستات
المصدر | فليكر
الترخيص | CC BY SA 2.0.2 تحديث
في الشرق الأوسط ، تتطلع حتى المملكة العربية السعودية ، الشركة الرائدة عالميًا في إنتاج النفط ، إلى الطاقة المتجددة حيث من المتوقع أن تكون مستورداً صافياً للنفط بحلول عام 2038 مع تضاؤل ​​الإمدادات المحلية. يعد الشرق الأوسط موقعًا ممتازًا للطاقة الشمسية نظرًا لعدد الأيام الخالية من السحابة في السنة.
في الولايات المتحدة ، حوالي 12 في المائة فقط من إنتاج الطاقة من مصادر الطاقة المتجددة ، ومعظم هذا الإنتاج من الطاقة الكهرومائية. ومع ذلك ، تمتلك أمريكا بعضًا من أكبر مزارع الرياح والطاقة الشمسية في العالم. تتصدر ولاية تكساس إنتاج طاقة الرياح ، وتمتلك كاليفورنيا أكبر قدرة على توليد الطاقة الشمسية (الشكل 13.2). تم أيضًا الترويج للجهود الرامية إلى الترويج لاستخدام السيارات الكهربائية في كاليفورنيا ، حيث حددت حكومة الولاية هدفًا يتمثل في وجود 1.5 مليون سيارة كهربائية على الطريق بحلول عام 2025. على الرغم من أن استخدام بطارية لتشغيل السيارة بدلاً من الوقود الأحفوري يعد صديقًا للبيئة بشكل عام ، لا تزال الكهرباء المولدة بشكل أساسي من الوقود الأحفوري تستخدم لشحن المركبات.

الشكل 13.2 | مزرعة الرياح سموكي هيلز في كانساس
المؤلف | المستخدم "Drenaline"
المصدر | ويكيميديا ​​كومنز
الترخيص | CC BY SA 3.0
أحد أكثر أنواع الطاقة المتجددة إثارة للجدل هو الوقود الحيوي. ينتج الوقود الحيوي الطاقة من المواد الحية ، والكثير من الوقود الحيوي المستخدم في العالم يأتي من مجموعة متنوعة من المحاصيل مثل الذرة والكسافا والبطاطا الحلوة وقصب السكر والذرة الرفيعة. تتصدر الولايات المتحدة والبرازيل العالم في إنتاج الوقود الحيوي ، تليهما الصين. في الولايات المتحدة ، يحتوي معظم البنزين على نسبة معينة من الإيثانول المشتق من الذرة. ينبع الجدل الرئيسي مع الوقود الحيوي من حقيقة أن العديد من النباتات المستخدمة في الوقود الحيوي يمكن أن تستخدم أيضًا لإطعام الناس ، لذا فإن استخدام الأراضي النادرة لإنتاج الوقود بدلاً من الغذاء يعتبر فكرة جيدة محل نقاش ساخن. ومع ذلك ، توجد مصادر أخرى للوقود الحيوي إلى جانب المحاصيل الزراعية ، وتشمل هذه الأنواع من الوقود الحيوي الميثان الحيوي وحتى البكتيريا مثل الإشريكية القولونية. في الولايات المتحدة والهند وألمانيا ، يتم استخدام الميثان المشتق من روث البقر والمواد النباتية المتحللة لتشغيل محطات الكهرباء. في مقاطعة Gwinnett ، جورجيا ، يتم استخدام الميثان المستخرج أثناء عملية معالجة مياه الصرف الصحي لتوفير الطاقة الكهربائية لعملية معالجة مياه الصرف الصحي (الشكل 13.3).

الشكل 13.3 | "هاضمات" على شكل بيضة في محطة معالجة مياه الصرف الصحي نيوتن كريك
المؤلف | جيم هندرسون
المصدر | ويكيميديا ​​كومنز
الترخيص | المجال العام


طاقة متجددة

تأتي الطاقة المتجددة من مصادر لن يتم استخدامها في حياتنا ، مثل الشمس والرياح.

علوم الأرض ، التعلم التجريبي

موارد متجددة

الطاقة الحرارية الأرضية هي شكل من أشكال الطاقة المتجددة التي يتم إنشاؤها عن طريق تزويد المولدات الكهربائية بالطاقة من حرارة الأرض وخزانات المياه الساخنة الجوفية التي تحدث بشكل طبيعي.

الصورة من stockphoto52

الخميس 21 فبراير 2013

المميزات والعيوب

المميزات والعيوب

المميزات والعيوب

المميزات والعيوب

المميزات والعيوب

الطاقة الحرارية الأرضية هي شكل من أشكال الطاقة المتجددة التي يتم إنشاؤها عن طريق تزويد المولدات الكهربائية بالطاقة من حرارة الأرض وخزانات المياه الساخنة الجوفية التي تحدث بشكل طبيعي.

الصورة من stockphoto52

الطاقة من الشمس التي تزداد عن طريق استخدام الكهرباء أو المعدات الميكانيكية الأخرى.

مصدر طاقة مشتق مباشرة من مادة عضوية ، مثل النباتات.

الكائنات الحية والطاقة الموجودة بداخلها.

الطاقة المتجددة المشتقة من الكائنات الحية أو الكائنات الحية الحديثة ، معظمها من النباتات.

المحاصيل والمخلفات والمواد العضوية الأخرى التي يمكن استخدامها لإنتاج الطاقة على نطاق صناعي.

الحفاظ على جودة ثابتة وموثوقة.

مركز الأرض شديد الحرارة أو كوكب آخر أو نجم.

هيكل مبني عبر نهر أو مجرى مائي آخر للتحكم في تدفق المياه.

أداء مهمة بمهارة وبأقل قدر من الهدر.

مجموعة من الظواهر الفيزيائية المرتبطة بوجود وتدفق الشحنة الكهربائية.

الظروف التي تحيط وتؤثر على كائن حي أو مجتمع.

خليط سائل مصنوع من الزيت ويستخدم لتشغيل العديد من السيارات.

آلة تحول نوعًا من الطاقة إلى نوع آخر ، مثل الطاقة الميكانيكية إلى كهرباء.

الطاقة الحرارية المتولدة داخل الأرض.

نظام التسخين أو التبريد الذي ينقل المياه في حلقة مستمرة من الآبار المحفورة في الأرض عبر الفضاء الذي يتم تسخينه أو تبريده ، والعودة مرة أخرى.

ينبوع ساخن طبيعي ينفجر أحيانًا بالماء أو البخار.

سطح مبنى سكني أو صناعي مغطى كليًا أو جزئيًا بالنباتات.

الطاقة المتولدة عن طريق تحويل المياه إلى كهرباء. يُعرف أيضًا باسم الطاقة الكهرومائية.

علم وطرق المحافظة على النظافة والصحة.

النشاط الذي ينتج السلع والخدمات.

الصخور المنصهرة ، أو الصهارة ، التي تنفجر من البراكين أو الشقوق في سطح الأرض.

صخور منصهرة أو ذائبة جزئيًا تحت سطح الأرض.

موارد الطاقة المستنفدة بالنسبة إلى العمر الافتراضي للإنسان ، مثل الغاز أو الفحم أو البترول.

لها علاقة بالمنشآت أو الموارد الموجودة تحت الماء ، عادةً على بعد أميال من الساحل.

طاقة من الشمس لا تتطلب طاقة أو نظام ميكانيكي آخر.

مادة طبيعية أو مصنعة تستخدم لقتل الكائنات الحية التي تهدد الزراعة أو غير المرغوب فيها. يمكن أن تكون المبيدات الحشرية مبيدات فطرية (تقتل الفطريات الضارة) ، أو مبيدات حشرية (تقتل الحشرات الضارة) ، أو مبيدات أعشاب (تقتل النباتات الضارة) ، أو مبيدات قوارض (تقتل القوارض الضارة).

عملية تحول من خلالها النباتات الماء وأشعة الشمس وثاني أكسيد الكربون إلى ماء وأكسجين وسكريات بسيطة.

قادرة على تحويل الإشعاع الشمسي إلى طاقة كهربائية.

مادة كيميائية أو غيرها من المواد التي تضر بمورد طبيعي.

منطقة عاكسة تمنع انتقال الحرارة.

الطاقة التي يتم الحصول عليها من مصادر لا تنضب فعليًا وتتجدد بشكل طبيعي على نطاقات زمنية صغيرة مقارنة بعمر الإنسان.

تدفق السوائل من مزرعة أو مصنع صناعي.

الطحالب البحرية. يمكن أن تتكون الأعشاب البحرية من طحالب بنية أو خضراء أو حمراء ، وكذلك "الطحالب الخضراء المزرقة" ، وهي في الواقع بكتيريا.

تنتج الطاقة مع زيادة مياه المحيطات مع المد والجزر.

صعود وهبوط مياه المحيط الناجم عن جاذبية القمر والشمس.

الطاقة التي تنتجها أمواج المحيط.

حالة الغلاف الجوي ، بما في ذلك درجة الحرارة والضغط الجوي والرياح والرطوبة والتساقط والغيوم.

منطقة بها مجموعة كبيرة من توربينات الرياح المستخدمة لتوليد الطاقة الكهربائية.

أداة تولد الطاقة من قوة الرياح التي تدور حول ريش كبيرة.

آلة تنتج الطاقة باستخدام حركة الرياح لتدوير الشفرات.

اعتمادات وسائل الإعلام

يتم تسجيل الصوت والرسوم التوضيحية والصور ومقاطع الفيديو أسفل أصول الوسائط ، باستثناء الصور الترويجية ، والتي ترتبط بشكل عام بصفحة أخرى تحتوي على رصيد الوسائط. صاحب الحقوق لوسائل الإعلام هو الشخص أو المجموعة التي يُنسب لها الفضل.

كاتب

محرر

جيسيكا شيا ، الجمعية الجغرافية الوطنية

منتج

كاريل سو ، الجمعية الجغرافية الوطنية

مصادر

دن ، مارجري ج. (محرر). (1989 ، 1993). "استكشاف عالمك: مغامرة الجغرافيا." واشنطن العاصمة: الجمعية الجغرافية الوطنية.

آخر تحديث

للحصول على معلومات حول أذونات المستخدم ، يرجى قراءة شروط الخدمة الخاصة بنا. إذا كانت لديك أسئلة حول كيفية الاستشهاد بأي شيء على موقعنا على الويب في مشروعك أو عرضك التقديمي ، فيرجى الاتصال بمعلمك. سيعرفون بشكل أفضل التنسيق المفضل. عندما تصل إليهم ، ستحتاج إلى عنوان الصفحة وعنوان URL وتاريخ وصولك إلى المورد.

وسائل الإعلام

إذا كان أحد أصول الوسائط قابلاً للتنزيل ، فسيظهر زر التنزيل في زاوية عارض الوسائط. إذا لم يظهر أي زر ، فلا يمكنك تنزيل الوسائط أو حفظها.

النص الموجود في هذه الصفحة قابل للطباعة ويمكن استخدامه وفقًا لشروط الخدمة الخاصة بنا.

التفاعلات

لا يمكن تشغيل أي تفاعلات على هذه الصفحة إلا أثناء زيارتك لموقعنا على الويب. لا يمكنك تنزيل المواد التفاعلية.

موارد ذات الصلة

أنواع الموارد

المورد هو مادة مادية يحتاجها البشر ويقيمونها مثل الأرض والهواء والماء. يتم تصنيف الموارد على أنها متجددة أو غير متجددة يمكن لمورد متجدد أن يجدد نفسه بالمعدل الذي يتم استخدامه ، في حين أن المورد غير المتجدد لديه إمداد محدود. تشمل الموارد المتجددة الأخشاب وطاقة الرياح والطاقة الشمسية بينما تشمل الموارد غير المتجددة الفحم والغاز الطبيعي. استكشف أنواع الموارد باستخدام هذه المجموعة المنسقة من موارد الفصل الدراسي.

إدارة الموارد

يعتمد الأفراد والمجتمعات والبلدان على مجموعة متنوعة من الموارد المختلفة لمساعدتهم على الازدهار: الكهرباء والأخشاب والنفط والمياه والغذاء على سبيل المثال لا الحصر. نظرًا لأن هذه الموارد الأساسية تمثل جزءًا كبيرًا من حياتنا اليومية ، فمن المهم أن نديرها بمسؤولية لضمان حصول الأجيال القادمة على ما تحتاجه. تؤثر الحضارة الإنسانية بشكل كبير على البيئة والموارد الطبيعية الغنية التي نعتمد عليها. تواجه جميع المجتمعات التحدي المتمثل في إدارة الموارد بمسؤولية ، ليس فقط لأنفسهم ، ولكن من أجل العالم من حولهم. تعرف على المزيد حول كيفية إدارة الأفراد والمجتمعات لمواردهم لدعم أنفسهم والعالم من حولهم.

موارد متجددة

الموارد المتجددة هي مصدر طاقة لا يمكن استنفاده وقادرة على توفير مصدر مستمر للطاقة النظيفة.

شرح الطاقة المتجددة

يمكن للطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة الكهرومائية والكتلة الحيوية والطاقة الحرارية الأرضية أن توفر الطاقة بدون تأثيرات الاحتباس الحراري للوقود الأحفوري.

استخدام الطاقة البديلة

استخدم MapMaker Interactive لاستكشاف استخدام الطاقة البديلة من قبل البلدان في جميع أنحاء العالم.

موارد ذات الصلة

أنواع الموارد

المورد هو مادة مادية يحتاجها البشر ويقيمونها مثل الأرض والهواء والماء. يتم تصنيف الموارد على أنها متجددة أو غير متجددة يمكن لمورد متجدد أن يجدد نفسه بالمعدل الذي يتم استخدامه ، في حين أن المورد غير المتجدد لديه إمداد محدود. تشمل الموارد المتجددة الأخشاب وطاقة الرياح والطاقة الشمسية بينما تشمل الموارد غير المتجددة الفحم والغاز الطبيعي. استكشف أنواع الموارد باستخدام هذه المجموعة المنسقة من موارد الفصل الدراسي.

إدارة الموارد

يعتمد الأفراد والمجتمعات والبلدان على مجموعة متنوعة من الموارد المختلفة لمساعدتهم على الازدهار: الكهرباء والأخشاب والنفط والمياه والغذاء على سبيل المثال لا الحصر. نظرًا لأن هذه الموارد الأساسية تمثل جزءًا كبيرًا من حياتنا اليومية ، فمن المهم أن نديرها بمسؤولية لضمان حصول الأجيال القادمة على ما تحتاجه. تؤثر الحضارة الإنسانية بشكل كبير على البيئة والموارد الطبيعية الغنية التي نعتمد عليها. تواجه جميع المجتمعات التحدي المتمثل في إدارة الموارد بمسؤولية ، ليس فقط لأنفسهم ، ولكن من أجل العالم من حولهم. تعرف على المزيد حول كيفية إدارة الأفراد والمجتمعات لمواردهم لدعم أنفسهم والعالم من حولهم.

موارد متجددة

الموارد المتجددة هي مصدر طاقة لا يمكن استنفاده وقادرة على توفير مصدر مستمر للطاقة النظيفة.

شرح الطاقة المتجددة

يمكن للطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة الكهرومائية والكتلة الحيوية والطاقة الحرارية الأرضية أن توفر الطاقة دون تأثيرات الاحتباس الحراري للوقود الأحفوري.

استخدام الطاقة البديلة

استخدم MapMaker Interactive لاستكشاف استخدام الطاقة البديلة من قبل البلدان في جميع أنحاء العالم.


أهم 10 مصادر للطاقة المتجددة

هناك العديد من مصادر الطاقة المتجددة والتي تعتبر صديقة للبيئة وتستفيد من العمليات الطبيعية. توفر مصادر الطاقة هذه مصدرًا بديلاً و lsquocleaner و rsquo للطاقة ، مما يساعد على إبطال تأثيرات بعض أشكال التلوث. يمكن وصف كل تقنيات توليد الطاقة هذه بأنها متجددة لأنها لا تستنفد أي مورد لتوليد الطاقة. في حين أن هناك العديد من مشاريع الطاقة المتجددة واسعة النطاق والإنتاج ، فإن التقنيات المتجددة مناسبة أيضًا للتطبيقات الصغيرة خارج الشبكة ، أحيانًا في المناطق الريفية والنائية ، حيث غالبًا ما تكون الطاقة ضرورية في التنمية البشرية.

يمكن توليد طاقة المد والجزر بطريقتين ، مولدات تيار المد والجزر أو عن طريق توليد وابل. الطاقة التي يتم إنشاؤها من خلال مولدات المد والجزر هي بشكل عام أكثر ملاءمة للبيئة وتسبب تأثيرًا أقل على النظم البيئية القائمة. على غرار توربينات الرياح ، تدور العديد من مولدات تيار المد والجزر تحت الماء ويتم تشغيلها بواسطة المياه الكثيفة التي تتحرك بسرعة. على الرغم من عدم استخدامها على نطاق واسع ، إلا أن طاقة المد والجزر لديها القدرة على توليد الكهرباء في المستقبل. المد والجزر أكثر قابلية للتنبؤ به من طاقة الرياح والطاقة الشمسية. تاريخيا ، تم استخدام طواحين المد والجزر ، في كل من أوروبا وساحل المحيط الأطلسي بالولايات المتحدة الأمريكية. يرجع تاريخ أقدم الأحداث إلى العصور الوسطى ، أو حتى من العصر الروماني. قوة المد والجزر هي الشكل الوحيد للطاقة الذي يتم اشتقاقه مباشرة من الحركات النسبية لنظام Earth & ndashMoon ، وبدرجة أقل من نظام Earth & ndashSun. إن قوى المد والجزر الناتجة عن القمر والشمس ، جنبًا إلى جنب مع دوران الأرض و rsquos ، هي المسؤولة عن توليد المد والجزر. أعلنت شركة Lunar Energy البريطانية أنها ستبني أول مزرعة لطاقة المد والجزر في العالم و rsquos قبالة ساحل بيمبروكشاير في ويلز. ستكون أول مزرعة لطاقة المد والجزر في أعماق البحار في العالم وستوفر الكهرباء لـ 5000 منزل. سيتم تركيب ثمانية توربينات تحت الماء ، يبلغ طول كل منها 25 مترًا وارتفاعها 15 مترًا ، في قاع البحر قبالة شبه جزيرة سانت ديفيد ورسكووس. من المقرر أن يبدأ البناء في صيف عام 2008 ، ويجب أن يتم تشغيل توربينات طاقة المد والجزر المقترحة ، الموصوفة باسم & ldquoa wind farm under sea & rdquo ، بحلول عام 2010.

طاقة الأمواج هي نقل الطاقة عن طريق أمواج سطح المحيط ، والتقاط تلك الطاقة للقيام بعمل مفيد و [مدش] على سبيل المثال لتوليد الكهرباء أو تحلية المياه أو ضخ المياه (في الخزانات). قد يكون من الصعب تسخير طاقة الأمواج بسبب عدم القدرة على التنبؤ باتجاه المحيط والموجة. تم إنشاء مزارع الأمواج وهي قيد الاستخدام في أوروبا ، باستخدام محولات طاقة موجة بيلاميس العائمة. تتضمن معظم أنظمة طاقة الأمواج استخدام جهاز عائم عائم وتوليد الطاقة من خلال حركة الثعبان ، أو عن طريق الحركة الميكانيكية من قمم الموجات وأحواضها. على الرغم من أن قوة الأمواج غالبًا ما تكون مختلطة ، إلا أنها تختلف عن التدفق النهاري لقوة المد والجزر والدوران الثابت لتيارات المحيط. لا يُعد توليد طاقة الأمواج حاليًا تقنية تجارية مستخدمة على نطاق واسع على الرغم من وجود محاولات لاستخدامها منذ عام 1890 على الأقل. يقع مقر أول مزرعة موجات تجارية في العالم و rsquos في البرتغال ، في Agu & ccediladora Wave Park ، والذي يتكون من ثلاثة أجهزة بيلاميس 750 كيلووات. في الولايات المتحدة ، تمول تعاونية توليد شمال غرب المحيط الهادئ بناء حديقة طاقة موجية تجارية في ريدسبورت ، أوريغون. سيستخدم المشروع تقنية PowerBuoy Ocean Power Technologies التي تتكون من عوامات معيارية تجوب المحيطات. يؤدي صعود وهبوط الأمواج إلى تحريك الهيكل الذي يشبه العوامة ، مما ينتج عنه طاقة ميكانيكية يتم تحويلها إلى كهرباء ويتم نقلها إلى الشاطئ عبر خط نقل مغمور. يبلغ قطر العوامة التي تبلغ 40 كيلووات 12 قدمًا (4 أمتار) وطولها 52 قدمًا (16 مترًا) ، مع ارتفاع 13 قدمًا تقريبًا من الوحدة فوق سطح المحيط. باستخدام نظام الإرساء ثلاثي النقاط ، تم تصميمها ليتم تثبيتها من مسافة تتراوح من واحد إلى خمسة أميال (8 كم) بعيدًا عن الشاطئ في المياه بعمق 100 إلى 200 قدم (60 مترًا).

تعمل الطاقة الشمسية على تسخير طاقة الشمس لإنتاج الكهرباء. أحد مصادر الطاقة الأسرع نموًا ، تتطور التقنيات الجديدة بوتيرة سريعة. أصبحت الخلايا الشمسية أكثر كفاءة وقابلية للنقل وحتى مرنة ، مما يتيح سهولة التركيب. تم استخدام الكهروضوئية بشكل أساسي لتشغيل التطبيقات الصغيرة والمتوسطة الحجم ، من الآلة الحاسبة التي تعمل بخلية شمسية واحدة إلى المنازل خارج الشبكة التي تعمل بمصفوفة كهروضوئية. حفزت أزمة النفط عام 1973 ارتفاعًا سريعًا في إنتاج الطاقة الكهروضوئية خلال السبعينيات وأوائل الثمانينيات. ومع ذلك ، أدى الانخفاض المستمر في أسعار النفط خلال أوائل الثمانينيات من القرن الماضي إلى انخفاض تمويل البحث عن الطاقة الكهروضوئية وأمبير في التنمية وإيقاف الإعفاءات الضريبية المرتبطة بقانون ضريبة الطاقة لعام 1978. أدت هذه العوامل إلى اعتدال النمو إلى ما يقرب من 15٪ سنويًا من عام 1984 حتى عام 1996 منذ منتصف التسعينيات ، تحولت القيادة في قطاع الطاقة الكهروضوئية من الولايات المتحدة إلى اليابان وألمانيا. بين عامي 1992 و 1994 ، زادت اليابان تمويل البحث والتطوير ، وأنشأت إرشادات للقياس الصافي ، وقدمت برنامج دعم لتشجيع تركيب الأنظمة الكهروضوئية السكنية. كما بدأت التركيبات الشمسية في السنوات الأخيرة في التوسع إلى حد كبير في المناطق السكنية ، حيث تقدم الحكومات برامج تحفيزية لجعل & ldquogreen & rdquo الطاقة خيارًا أكثر قابلية للتطبيق من الناحية الاقتصادية. في كندا ، تقدم الحكومة RESOP (برنامج العرض القياسي للطاقة المتجددة).

طاقة الرياح هي تحويل طاقة الرياح بواسطة توربينات الرياح إلى شكل مفيد ، مثل الكهرباء أو الطاقة الميكانيكية. عادة ما يتم توصيل مزارع الرياح الكبيرة بشبكة نقل الطاقة المحلية باستخدام توربينات صغيرة تستخدم لتوفير الكهرباء للمناطق المعزولة. تدخل الوحدات السكنية مرحلة الإنتاج وهي قادرة على تشغيل الأجهزة الكبيرة للمنازل بأكملها حسب الحجم. مزارع الرياح المثبتة في الأراضي الزراعية أو مناطق الرعي ، لها تأثير بيئي أقل من جميع مصادر الطاقة. على الرغم من أن الرياح تنتج حوالي 1.5٪ فقط من استخدام الكهرباء في جميع أنحاء العالم ، إلا أنها تنمو بسرعة ، حيث تضاعفت في السنوات الثلاث بين 2005 و 2008. في العديد من البلدان ، حققت مستويات عالية نسبيًا من الاختراق ، حيث تمثل حوالي 19٪ من إنتاج الكهرباء في الدنمارك ، 11٪ في إسبانيا والبرتغال ، و 7٪ في ألمانيا وجمهورية أيرلندا في عام 2008. تم استخدام طاقة الرياح تاريخيًا بشكل مباشر لدفع السفن الشراعية أو تحويلها إلى طاقة ميكانيكية لضخ المياه أو طحن الحبوب ، ولكن التطبيق الرئيسي للرياح الطاقة اليوم هي توليد الكهرباء. اعتبارًا من عام 2008 ، تتصدر أوروبا العالم في تطوير طاقة الرياح البحرية ، بسبب موارد الرياح القوية والمياه الضحلة في بحر الشمال وبحر البلطيق ، والقيود المفروضة على المواقع المناسبة على الأرض بسبب الكثافة السكانية والتطورات الحالية. قامت الدنمارك بتركيب أول مزارع الرياح البحرية ، وكانت لسنوات عديدة رائدة العالم في طاقة الرياح البحرية حتى احتلت المملكة المتحدة الصدارة في أكتوبر 2008. ركزت الأسواق الكبيرة الأخرى لطاقة الرياح ، بما في ذلك الولايات المتحدة والصين أولاً على تطوير - موارد الرياح البرية حيث تكون تكاليف البناء أقل (كما هو الحال في السهول الكبرى بالولايات المتحدة ، والسهول التي اجتاحت الرياح بالمثل في شينجيانغ ومنغوليا الداخلية في الصين) ، ولكن المراكز السكانية على طول السواحل في أجزاء كثيرة من العالم قريبة من موارد الرياح البحرية ، مما يقلل من تكاليف النقل.

الطاقة الكهرومائية هي الكهرباء المولدة عن طريق الطاقة الكهرومائية ، أي إنتاج الطاقة من خلال استخدام قوة الجاذبية لسقوط أو تدفق المياه. إنه الشكل الأكثر استخدامًا للطاقة المتجددة. بمجرد إنشاء مجمع الطاقة الكهرومائية ، لا ينتج عن المشروع أي نفايات مباشرة. كانت الطاقة المائية الصغيرة أو الطاقة الكهرومائية الصغيرة مصدرًا بديلاً للطاقة بشكل متزايد ، خاصة في المناطق النائية حيث مصادر الطاقة الأخرى غير قابلة للتطبيق. يمكن تركيب أنظمة الطاقة الكهرومائية الصغيرة في الأنهار أو الجداول الصغيرة مع تأثير بيئي ضئيل أو معدوم أو معطلة لهجرة الأسماك. لا تستفيد معظم أنظمة الطاقة الكهرومائية الصغيرة من السدود أو تحويلات المياه الرئيسية ، بل تستخدم عجلات المياه لتوليد الطاقة. كان هذا ما يقرب من 19 ٪ من كهرباء العالم و rsquos (ارتفاعًا من 16 ٪ في عام 2003) ، ويمثل أكثر من 63 ٪ من الكهرباء من مصادر متجددة. في حين أن العديد من مشاريع الطاقة الكهرومائية تزود شبكات الكهرباء العامة ، فقد تم إنشاء بعضها لخدمة مؤسسات صناعية محددة. غالبًا ما يتم إنشاء مشاريع الطاقة الكهرومائية المخصصة لتوفير كميات كبيرة من الكهرباء اللازمة لمحطات التحليل الكهربائي للألمنيوم ، على سبيل المثال. في المرتفعات الاسكتلندية توجد أمثلة في Kinlochleven و Lochaber ، التي شيدت خلال السنوات الأولى من القرن العشرين. تحول سد Grand Coulee ، الذي يعد منذ فترة طويلة في العالم وأكبر rsquos ، لدعم Alcoa Aluminium في طائرات الحرب العالمية الثانية Bellingham ، واشنطن و rsquos قبل أن يُسمح له بتوفير الري والطاقة للمواطنين (بالإضافة إلى طاقة الألمنيوم) بعد الحرب. في سورينام ، تم إنشاء خزان Brokopondo لتوفير الكهرباء لصناعة الألومنيوم Alcoa. تم إنشاء محطة كهرباء New Zealand & rsquos Manapouri لتزويد الكهرباء إلى مصهر الألمنيوم في Tiwai Point.

يمكن لهذه الطاقة الطبيعية أن تؤدي نفس العجائب مثل الكهرباء العادية بأقل من 1٪ من التكلفة. لا تتصرف تمامًا مثل الكهرباء ، ومع ذلك ، مما ساهم في سوء فهم المجتمع العلمي و rsquos لها. لدى مجتمع Methernitha في سويسرا حاليًا 5 أو 6 نماذج عاملة من أجهزة تعمل بالوقود وذاتية التشغيل تستغل هذه الطاقة. يعمل جهاز إرسال Nikola Tesla & rsquos المكبر ، وجهاز الطاقة المشعة T. Henry Moray & rsquos ، ومحرك Edwin Gray & rsquos EMA ، وجهاز Paul Baumann & rsquos Testatika على الطاقة المشعة. يمكن جمع شكل الطاقة الطبيعية هذا مباشرة من البيئة أو استخراجه من الكهرباء العادية بطريقة تسمى التجزئة. اخترع نيكولا تيسلا أحد أقدم الهواتف اللاسلكية التي تعتمد على الطاقة المشعة. استخدم الجهاز أجهزة إرسال وأجهزة استقبال تم ضبط رنينها على نفس التردد ، مما يسمح بالاتصال بينها. في عام 1916 ، سرد تجربة قام بها في عام 1896. وأشار إلى أنه عندما تلقيت تأثيرات جهاز إرسال ، كانت إحدى أبسط الطرق [لاكتشاف الإرسال اللاسلكي] هي تطبيق مجال مغناطيسي على التيارات المتولدة في موصل ، وعندما فعلت ذلك ، أعطى التردد المنخفض ملاحظات مسموعة. & rdquo

الطاقة الحرارية الجوفية هي وسيلة قوية وفعالة للغاية لاستخراج الطاقة المتجددة من الأرض من خلال العمليات الطبيعية. يمكن إجراء ذلك على نطاق صغير لتوفير الحرارة لوحدة سكنية (مضخة حرارية أرضية) ، أو على نطاق واسع جدًا لإنتاج الطاقة من خلال محطة لتوليد الطاقة الحرارية الأرضية. لقد تم استخدامه لتدفئة الأماكن والاستحمام منذ العصور الرومانية القديمة ، ولكنه معروف الآن بتوليد الكهرباء. تعتبر الطاقة الحرارية الجوفية فعالة من حيث التكلفة وموثوقة وصديقة للبيئة ، ولكنها كانت في السابق مقتصرة جغرافياً على المناطق القريبة من حدود الصفائح التكتونية. أدت التطورات التكنولوجية الحديثة إلى توسيع نطاق وحجم الموارد القابلة للتطبيق بشكل كبير ، خاصة للتطبيقات المباشرة مثل التدفئة المنزلية. تقع أكبر مجموعة من محطات الطاقة الحرارية الأرضية في العالم في The Geysers ، وهو حقل للطاقة الحرارية الأرضية في كاليفورنيا ، الولايات المتحدة. اعتبارًا من عام 2004 ، قامت خمس دول (السلفادور وكينيا والفلبين وأيسلندا وكوستاريكا) بتوليد أكثر من 15٪ من الكهرباء من مصادر الطاقة الحرارية الأرضية.لا تتطلب الطاقة الحرارية الأرضية أي وقود ، وبالتالي فهي محصنة ضد التقلبات في تكلفة الوقود ، لكن تكاليف رأس المال تميل إلى الارتفاع. يمثل الحفر معظم تكاليف المحطات الكهربائية ، وينطوي استكشاف الموارد العميقة على مخاطر مالية عالية للغاية. توفر الطاقة الحرارية الأرضية درجة من قابلية التوسع: يمكن لمحطة كبيرة للطاقة الحرارية الأرضية أن تزود مدنًا بأكملها بالطاقة بينما يمكن لمحطات الطاقة الأصغر أن تزود القرى الريفية أو تدفئ المنازل الفردية. يتم توليد الكهرباء الحرارية الأرضية في 24 دولة حول العالم ويتم تطوير أو تقييم عدد من المواقع المحتملة.

تشير الكتلة الحيوية ، كمصدر للطاقة المتجددة ، إلى المواد البيولوجية الحية والميتة مؤخرًا والتي يمكن استخدامها كوقود أو للإنتاج الصناعي. في هذا السياق ، تشير الكتلة الحيوية إلى المواد النباتية المزروعة لتوليد الكهرباء أو إنتاج القمامة ، على سبيل المثال ، مثل الأشجار الميتة والفروع ، قصاصات الفناء ، ورقائق الخشب ، الوقود الحيوي ، وتشمل أيضًا المواد النباتية أو الحيوانية المستخدمة في إنتاج الألياف أو المواد الكيميائية أو الحرارة. قد تشمل الكتلة الحيوية أيضًا نفايات قابلة للتحلل يمكن حرقها كوقود. يمكن زراعة الكتلة الحيوية الصناعية من أنواع عديدة من النباتات ، بما في ذلك الخوخ ، وعشب التبديل ، والقنب ، والذرة ، والحور ، والصفصاف ، والذرة الرفيعة ، وقصب السكر ، ومجموعة متنوعة من أنواع الأشجار ، بدءًا من شجرة الكينا إلى زيت النخيل (زيت النخيل). عادة لا يكون المصنع المعين المستخدم مهمًا للمنتجات النهائية ، ولكنه يؤثر على معالجة المواد الخام. يعد إنتاج الكتلة الحيوية صناعة متنامية حيث يتزايد الاهتمام بمصادر الوقود المستدامة. تنتج صناعة توليد طاقة الكتلة الحيوية التجارية الحالية في الولايات المتحدة حوالي 0.5 في المائة من إمدادات الكهرباء في الولايات المتحدة. حاليًا ، تعد New Hope Power Partnership أكبر محطة لتوليد الطاقة من الكتلة الحيوية في أمريكا الشمالية. يقلل المرفق من الاعتماد على النفط بأكثر من مليون برميل سنويًا ، ومن خلال إعادة تدوير قصب السكر ونفايات الخشب ، يحافظ على مكب النفايات في المجتمعات الحضرية في فلوريدا.

الغاز الطبيعي المضغوط (CNG) هو بديل للوقود الأحفوري للبنزين أو الديزل أو وقود البروبان. على الرغم من أن احتراقه ينتج غازات دفيئة ، إلا أنه بديل أكثر نظافة بيئيًا لتلك الأنواع من الوقود ، وهو أكثر أمانًا من أنواع الوقود الأخرى في حالة الانسكاب (الغاز الطبيعي أخف من الهواء ، ويتشتت بسرعة عند إطلاقه). يستخدم الغاز الطبيعي المضغوط CNG في السيارات التقليدية لمحركات الاحتراق الداخلي التي تعمل بالبنزين والتي تم تحويلها إلى مركبات تعمل بالوقود الثنائي (البنزين / CNG). يتزايد استخدام سيارات الغاز الطبيعي في أوروبا وأمريكا الجنوبية بسبب ارتفاع أسعار البنزين. استجابة لأسعار الوقود المرتفعة والمخاوف البيئية ، بدأ استخدام الغاز الطبيعي المضغوط أيضًا في مركبات الركاب الخفيفة وشاحنات النقل وشاحنات التوصيل المتوسطة وحافلات النقل والحافلات المدرسية والقطارات. تمتلك إيطاليا حاليًا أكبر عدد من المركبات التي تعمل بالغاز الطبيعي المضغوط في أوروبا وهي رابع دولة في العالم من حيث عدد المركبات التي تعمل بالـ CNG المتداولة. تعد كندا منتجًا كبيرًا للغاز الطبيعي ، وبالتالي فإن CNG يستخدم في كندا كوقود اقتصادي للمحركات. طورت الصناعة الكندية محركات شاحنات وحافلات تعمل بالغاز الطبيعي المضغوط ، وحافلات ترانزيت تعمل بالوقود CNG ، وشاحنات خفيفة وسيارات أجرة. ليس من الصعب العثور على محطات التزود بالوقود CNG والبروبان في المراكز الرئيسية. خلال السبعينيات والثمانينيات ، كان الغاز الطبيعي المضغوط يستخدم بشكل شائع في نيوزيلندا في أعقاب أزمات النفط ، لكنه انخفض بعد تراجع أسعار البنزين.

الطاقة النووية هي أي تقنية نووية مصممة لاستخراج الطاقة القابلة للاستخدام من النوى الذرية عبر التفاعلات النووية الخاضعة للرقابة. الطريقة الوحيدة المستخدمة اليوم هي من خلال الانشطار النووي ، على الرغم من أن الطرق الأخرى قد تشمل يومًا ما الاندماج النووي والانحلال الإشعاعي. تقوم جميع مفاعلات المرافق العامة بتسخين الماء لإنتاج البخار ، والذي يتم تحويله بعد ذلك إلى أعمال ميكانيكية بغرض توليد الكهرباء أو الدفع. في عام 2007 ، جاء 14٪ من كهرباء العالم و rsquos من الطاقة النووية ، حيث شكلت الولايات المتحدة وفرنسا واليابان معًا 56.5٪ من الكهرباء المولدة بالطاقة النووية. يوجد في العالم 439 مفاعلا للطاقة النووية تعمل في 31 دولة. وفقًا للرابطة النووية العالمية ، بدأ تشغيل مفاعل نووي جديد واحد على مستوى العالم خلال الثمانينيات كل 17 يومًا في المتوسط ​​، وبحلول عام 2015 ، يمكن أن يرتفع هذا المعدل إلى مفاعل واحد كل 5 أيام. وفقًا لقصة تم بثها عام 2007 في برنامج 60 دقيقة ، تمنح الطاقة النووية فرنسا أنظف هواء في أي دولة صناعية ، وأرخص كهرباء في جميع أنحاء أوروبا. تعيد فرنسا معالجة نفاياتها النووية لتقليل كتلتها وإنتاج المزيد من الطاقة. يمكن أن تؤدي إعادة المعالجة إلى استرداد ما يصل إلى 95٪ من اليورانيوم والبلوتونيوم المتبقي في الوقود النووي المستهلك ، ووضعه في وقود أكسيد مختلط جديد. ينتج عن هذا انخفاضًا في النشاط الإشعاعي طويل المدى داخل النفايات المتبقية ، نظرًا لأن هذه المنتجات انشطارية قصيرة العمر إلى حد كبير ، وتقلل من حجمها بأكثر من 90٪. يُشار إلى فرنسا عمومًا على أنها أكثر المعالجات نجاحًا ، لكنها في الوقت الحالي تعيد تدوير 28٪ فقط (بالكتلة) من الاستخدام السنوي للوقود ، و 7٪ داخل فرنسا و 21٪ أخرى في روسيا.

يؤكد أنصار الطاقة النووية أن الطاقة النووية هي مصدر طاقة مستدام يقلل من انبعاثات الكربون ويزيد من أمن الطاقة من خلال تقليل الاعتماد على النفط الأجنبي. يؤكد المؤيدون أيضًا أن مخاطر تخزين النفايات صغيرة ويمكن تقليلها بشكل أكبر باستخدام أحدث التقنيات في المفاعلات الأحدث ، كما أن سجل السلامة التشغيلية في العالم الغربي ممتاز عند مقارنته بالأنواع الرئيسية الأخرى من محطات الطاقة. يعتقد النقاد أن الطاقة النووية هي مصدر طاقة محتمل الخطورة ، مع انخفاض نسبة الطاقة النووية في إنتاج الطاقة ، ويتنازعون ما إذا كان يمكن تقليل المخاطر من خلال التكنولوجيا الجديدة. يقدم المؤيدون فكرة أن الطاقة النووية لا تنتج فعليًا أي تلوث للهواء ، على عكس البديل الرئيسي القابل للتطبيق للوقود الأحفوري. يشير المؤيدون أيضًا إلى أن الطاقة النووية هي المسار الوحيد القابل للتطبيق لتحقيق الاستقلال في مجال الطاقة لمعظم الدول الغربية. يشير النقاد إلى قضية تخزين النفايات المشعة ، وتاريخ التلوث الإشعاعي وإمكانية استمراره عن طريق الصدفة أو التخريب ، وتاريخ الانتشار النووي وإمكانية استمراره ، ومساوئ الإنتاج المركزي للكهرباء.

هذه المقالة مرخصة بموجب GFDL لأنها تحتوي على اقتباسات من ويكيبيديا.


طاقة متجددة

يعد تطوير قطاع الطاقة المتجددة أحد أولويات الحكومة البولندية. - وفقًا للتوجيه 2009/28 / EC ، يجب على جميع الدول الأعضاء في الاتحاد الأوروبي زيادة حصة الطاقة من المصادر المتجددة بشكل تدريجي في إجمالي استهلاك الطاقة وقطاع النقل. تتمثل الأهداف المحددة لسياسة الطاقة البولندية فيما يلي: زيادة نسبة الطاقة من المصادر المتجددة في الاستهلاك النهائي للطاقة حتى 15.5٪ في عام 2020 (19.3٪ للكهرباء ، و 17٪ للتدفئة والتبريد ، و 10.2٪ لوقود النقل) . يتطلب تحقيق هذه الأهداف استثمارات في قدرات الأجيال الجديدة. حتى بعد عام 2020 ، ستستمر الجهود المبذولة لجعل الاقتصاد البولندي أكثر خضرة. في أكتوبر 2014 ، اتفق قادة الاتحاد الأوروبي على أهداف جديدة لسياسة الاتحاد الأوروبي بشأن المناخ والطاقة لعام 2030. تحدد السياسة الجديدة هدفًا لا يقل عن 27٪ من استهلاك الطاقة المنتج من الموارد المتجددة ، وتحسين كفاءة الطاقة في الاتحاد الأوروبي بنسبة 27٪ ، وخفض بنسبة 40٪ انبعاثات غازات الاحتباس الحراري من مستوى 1990.

أكثر المستثمرين الأجانب نشاطًا في قطاع الطاقة المتجددة البولندي هم RWE و E.ON و EDF و EDP Renewables و GDF Suez (مزارع الرياح) و Dalkia (احتراق الكتلة الحيوية) و Axzon (مصانع الغاز الحيوي). يستثمر اللاعبون البولنديون أيضًا في مصادر الطاقة المتجددة على سبيل المثال Enea ، Energa ، Tauron ، PGE.

أصبحت بولندا أيضًا وجهة جذابة للاستثمارات في تصنيع الأجهزة المستخدمة في توليد الطاقة بشكل تدريجي. تشير التقديرات إلى أن هناك أكثر من 200 شركة إنتاج تعمل في قطاع الطاقة المتجددة (معهد بيانات الطاقة المتجددة).


القطاع بالأرقام

وفقًا لآخر بيانات EUROSTAT المتاحة لبولندا ، فإن حصة المصادر المتجددة في إجمالي استهلاك الطاقة قد تزايدت باستمرار على مدار السنوات الماضية لتصل إلى 11.3٪ في عام 2013. ومع ذلك ، وفقًا لمكتب الإحصاء المركزي ووزارة الاقتصاد ، فإنها تصل إلى 11.9٪ .

من الجدير بالذكر أنه وفقًا لـ EurObserv'ER ، تحتل بولندا المرتبة الخامسة في الاتحاد الأوروبي من حيث إنتاج الطاقة الأولية من الكتلة الحيوية الصلبة. تعتبر بولندا أيضًا رائدة بين الدول الأعضاء الجدد في الاتحاد الأوروبي من حيث إجمالي سعة طاقة الرياح المركبة.


ما مقدار استهلاك الطاقة وتوليد الكهرباء في العالم من الطاقة المتجددة؟

تقدر إدارة معلومات الطاقة الأمريكية (EIA) أنه في عام 2015 ، جاء حوالي 12٪ من استهلاك الطاقة المسوقة (المشتراة والمباعة) عالميًا من مصادر متجددة (الكتلة الحيوية ، والطاقة الحرارية الأرضية ، والطاقة المائية ، والطاقة الشمسية ، وطاقة الرياح). [1] تشير توقعات تقييم التأثير البيئي إلى أن هذا سيرتفع إلى 17٪ بحلول عام 2040.

تقدر وكالة معلومات الطاقة EIA أن ما يقرب من 23 ٪ من توليد الكهرباء في العالم جاء من مصادر متجددة في عام 2015 ، جاء 71 ٪ منها من الطاقة الكهرومائية. تشير توقعات تقييم الأثر البيئي إلى أن المصادر المتجددة ستشكل 31٪ من الكهرباء العالمية بحلول عام 2040 ، نصفها تقريبًا سيكون من الطاقة الكهرومائية ، حيث ستنمو طاقة الرياح والطاقة الشمسية بسرعة في العقود القادمة. [1]

ملاحظة: تقديرات تقييم الأثر البيئي لا تشمل الطاقة غير المسوقة (الطاقة التي لا يتم شراؤها أو بيعها). تأتي الكثير من الطاقة غير المسوقة من الكتلة الحيوية (مصدر طاقة متجددة) في شكل خشب وفحم ونفايات زراعية وروث حيوانات ، لذا فإن إحصاءات تقييم الأثر البيئي تقلل قليلاً من مساهمة مصادر الطاقة المتجددة في استهلاك الطاقة العالمي.

مراجع

1 آفاق الطاقة الدولية 2017 إدارة معلومات الطاقة


شاهد الفيديو: مصادر الطاقة المتجددة طاقة الرياح والمياه . علوم الصف السادس