يمكن تحويل هذه الطاقة إلى أشكال عديدة من الطاقة ، ولكن من الصعب جدًا تخزينها بكميات كبيرة ، وتنوعت استخدامات الكهرباء ، كما اختلفت مجالاتها بشكل كبير.
تُستخدم هذه الطاقة لتشغيل العديد من الأجهزة الكهربائية ، كما تُستخدم أيضًا في عمليات التدفئة المنزلية وكذلك عمليات النقل.
تُستخدم الطاقة أيضًا في العمليات الصناعية ، وكذلك في العديد من الاستخدامات المنزلية والعديد من التطبيقات الصعبة.
نجد أن الطاقة الكهربائية تمثل حوالي اثني عشر بالمائة من مجموع أنواع الطاقة المختلفة المستخدمة في جميع أنحاء العالم كمولدات طاقة أولية.
يتم التعبير عن الطاقة الكهربائية على أنها تلك الطاقة المخزنة داخل المواد الصلبة ، وخاصة المواد الصلبة المشحونة الموجودة في الذرة ، والتي تولد مجالًا كهربائيًا يساعد في إحاطة الذرة.
كيف تنشأ القوة الكهربائية؟
من هنا تنشأ قوة كهربائية بين كل من الجسيمات وكذلك بين الجسيمات المشحونة ، وهذا يحدث داخل المجال المعروف باسم المجال الكهربائي.
وبالتالي ، يمكننا القول أن القوة التي تنشأ من خلال المجال الكهربائي هي التي تحرك الجسيمات المشحونة ، أي أنها تقوم بالكثير من العمل.
وتجدر الإشارة هنا إلى أن الطاقة الكهربائية هي مصدر طاقة ثانوي ، وهذا يعني أنه لا يمكن استخراجها أو استخلاصها من داخل الأرض ، كما هو الحال في الفحم.
بدلاً من ذلك ، يتم اشتقاق الطاقة الكهربائية من مصادر الطاقة الأولية المختلفة مثل الفحم والغاز الطبيعي والتفاعلات النووية والطاقات الأولية الأخرى مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية.
تخزين الطاقة الكهربائية
ينتج عن تدفق العديد من المكونات الإلكترونية ما يُعرف بالتيار الكهربائي ، حيث تتدفق المكونات الإلكترونية نتيجة لتأثيرها عبر المجالات الكهربائية الأخرى.
بالإضافة إلى تأثير بعض المجالات المغناطيسية المترابطة فيما بينها ، وهذا يعمل في إمكانية توليد طاقة كهربائية تلعب دور محرك الشاحنة.
لذلك أصبح من الممكن العمل على تخزين هذه الطاقة باستخدام العديد من المكثفات والبطاريات للاستفادة بشكل كبير من هذه الطاقة في العديد من التطبيقات.
كما يمكننا العمل على توصيل الكهرباء بسهولة من خلال الكابلات المضغوطة.
هذه الأسلاك المضغوطة مصنوعة من مواد موصلة للكهرباء جيدة جدًا ، مثل المعادن.
منذ أن وجدنا أن نظام نقل الطاقة الكهربائية يسمى على نطاق واسع باسم غير معروف لكثير من الناس وهو يسمى الشبكة الكهربائية.
تطبيقات الطاقة الكهربائية
يعتبر التيار الكهربائي الذي نستخدمه لتشغيل العديد من الأجهزة الكهربائية مثالاً واضحًا على استخدامات الطاقة الكهربائية هذه وإمكانية تحويلها أيضًا إلى طاقة حرارية.
حيث يمكنك تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية أو تحويلها إلى طاقة ضوئية أو طاقة ميكانيكية وأنواع أخرى من الطاقات المختلفة التي يمكن تحويلها إليها.
نجد أيضًا أن البطاريات هي المصدر الرئيسي والجيد لكميات كبيرة من الطاقة الكهربائية ، لذلك لا شك في أنها مصدر لا يمكن الاستغناء عنه.
لكننا وجدنا أن التيار الكهربائي الناتج عن البطاريات هو تدفق للعديد من أيونات المعادن التي تُستخدم في البطاريات بدلاً من استخدامها في الإلكترونيات.
من المهم أن نقول أن الطاقة الكهربائية تلعب دورًا مهمًا وأساسيًا في أجسام الكائنات الحية.
يعتبر وجود الطاقة الكهربائية ، وكذلك التيار الكهربائي في الجسم ، أساس جميع الاستجابات العصبية المختلفة ، وكذلك حركة العضلات.
يعمل هذا على تركيز أيونات الهيدروجين أو الإلكترونات أو أيونات أخرى على جانب واحد من أغشية الأعصاب.
هذا يجعل فعل الجاذبية ويمكن أن يتسبب أيضًا في حدوث تنافر ومن ثم تحدث الانقباضات والانبساط التي تمثل هذه الاستجابات العصبية.
آلية توليد الطاقة الكهربائية
اكتشف العالم البريطاني مايكل فاراداي طريقة لتوليد الطاقة الكهربائية في الربع الأول من القرن الرابع عشر.
حدث هذا عن طريق إدخال حلقة أو شيء مشابه ، مثل قرص معدني ، مثل النحاس ، لأن النحاس موصل جيد للكهرباء داخل أي مجال مغناطيسي.
يجب أن يكون سبب هذا المجال المغناطيسي العديد من الأقطاب المغناطيسية ، والتي تعمل على توليد مجال كهربائي يطلق الأيونات السالبة والمكونات الإلكترونية.
ويتم ذلك تحت تأثير عامل جذب قوي جدًا بالإضافة إلى التنافر الكهربائي الذي يعمل على البناء الجيد للمجال الكهربائي.
نجد أن الإلكترونات تنجذب إلى الأيونات ، وكذلك البروتونات موجبة الشحنة ، وتصد العديد من الإلكترونات ، وكذلك الأيونات المشحونة بها.
كيف يتم توليد الطاقة من محطات توليد الطاقة؟
يجري العمل على توليد الطاقة الكهربائية من خلال محطات توليد الطاقة ، والتي يمكن أن تستخدم العديد من مصادر الوقود ، مثل طاقة الفحم ، وكذلك النفط والغاز.
تُستخدم الطاقة النووية أيضًا كوقود لإنتاج الحرارة التي نحتاجها لتسخين الماء حتى يصل إلى نقطة الغليان.
لذلك يمكن توليد بخار يمكن استخدامه في إمكانية تشغيل التوربينات البخارية ، ويتم ذلك عند ضغط مرتفع.
حيث يتم توصيل التوربين بالمولد الكهربائي الذي يمكنه العمل بالطاقة وخاصة الطاقة الكهرومغناطيسية من أجل إنتاج الكهرباء والعمل على ربطها بالشبكة من خلال عدة أسلاك مستمرة.
تشترك محطات توليد الكهرباء أيضًا في العديد من الأجزاء الأساسية ، والتي لها أهمية كبيرة في عملية توليد الكهرباء.
الأجزاء الأساسية في محطات توليد الكهرباء
وحدة الغليان تقوم وحدة الغليان بتسخين الماء حتى يصل إلى درجة الغليان ثم يتحول إلى بخار ، وهذا البخار ذو ضغط مرتفع باستخدام العديد من مصادر الطاقة.
أمثلة على مصادر الطاقة التي تستخدم كلاً من الفحم والنفط وكذلك هذا الغاز بالإضافة إلى الغازات الناتجة عن احتراق الكتلة الحيوية وكذلك من احتراق معالجة النفايات.
تختلف هذه المصادر من حيث إلحاق الضرر بالبيئة من خلال عدة انبعاثات مختلفة للعديد من الغازات مثل ثاني أكسيد الكربون ، بالإضافة إلى العديد من الغازات السامة.
المولد الكهربائي والتوربينات يستخدم هذا المولد البخار ، وخاصة البخار المحمص الذي يتم تسخينه في وحدة الغلاية.
هذا البخار مسؤول عن تحريك ريش التوربين والعمل على جعلها تدور ، والتي تكون على اتصال بملف الشوائب داخل المجال الكهربائي.
كل هذا يؤدي إلى عملية الدوران داخل المجال المغناطيسي ، ومن هنا يتم توليد الطاقة الكهربائية في نفس الوقت.
مياه التبريد عند استخدام البخار ونقله إلى التوربينات ، يجب تبريده وتكثيفه.
يتم ذلك عن طريق إجراء عملية التبريد على أساس المياه التي يمكن ضخها عبر بحيرة أو نهر قريب ، أو باستخدام تقنية خاصة جدًا ، وهي أبراج التبريد.
مصادر توليد الكهرباء
وجدنا أن هناك العديد من المصادر التي تولد الطاقة الكهربائية والتي سنذكرها بالتفصيل أدناه:
1- مصادر الحرارة
تستخدم معظم محطات توليد الطاقة الكهربائية الوقود لتسخين المياه اللازمة لتوليد البخار وإكمال دورة توليد الكهرباء التي تسمى دورة رانكين.
يحكم القانون الثاني للديناميكا الحرارية جميع محطات توليد الطاقة.
هذا يعني أن محطات الطاقة لا يمكنها تحويل طاقتها الحرارية إلى كهرباء عالية السعة ، والدليل على ذلك هو تلك المصادر الحرارية التي تُستخدم لتوليد الطاقة الكهربائية.
2- الوقود الأحفوري
تحرق محطات الطاقة الكهربائية أنواعًا عديدة من الوقود الأحفوري مثل النفط والفحم لإنتاج البخار اللازم لتشغيل محطة الطاقة.
عندما نتحدث عن محطات وقود لتوليد الكهرباء ، حيث تعمل هذه الغازات على تشغيل التوربينات ، تتحرك ريشها وتدور في نفس الوقت.
وإذا تحدثنا عن محطات توليد الكهرباء ، والتي لها دور مشترك ، نجد أنها تستخدم ما يعرف بالمولد البخاري ، من أجل زيادة إنتاج الكهرباء.
لا شك أنه في العام ألفين وسبعة عشر أنتجت جامعة العالم حوالي أربعة وستين وعشرة بالمائة من الكهرباء التي يحتاجها العالم ، بالاعتماد على الوقود الأحفوري.
3- الوقود النووي
وتجدر الإشارة إلى أن هناك تشابهًا كبيرًا بين عملية توليد الكهرباء في محطات الطاقة النووية وبين عملية توليد الكهرباء في محطات الطاقة التي تستخدم الوقود الأحفوري.
لكن محطات الوقود النووي تعتمد على الحرارة الناتجة عن تلك الأنشطة النووية ، بدلاً من حرق العديد من هذه الأنواع من الوقود الأحفوري لإنتاج البخار.
إضافة إلى ذلك ، تتميز هذه المحطات بانبعاثات منخفضة تخرج من هذه المحطات وتضر بالبيئة ، وهي قادرة على تلويث الهواء.
لا تحتاج محطات الطاقة النووية هذه إلى الكثير من الوقود ، على عكس محطات توليد الطاقة الأخرى المعروفة باسم محطات الطاقة التقليدية.
4- مصادر متجددة
عندما نتحدث عن محطات الطاقة ذات المصادر المتجددة نجد أنها تتميز بكونها تحصل على طاقتها من خلال مصادر الطاقة المتجددة وهي الطاقة التي لا تنفد.
مصادر الطاقة المتجددة غير متوفرة في جميع الأوقات ، وكذلك في جميع الأماكن ، وهذا ما يجعل المحطات متقطعة في إنتاجها ، وعدم استعدادها للاعتماد عليها في الغالب وإلى حد كبير.
أمثلة على مصادر الطاقة المتجددة
1- الطاقة المائية
يتم إنتاج الطاقة الكهرومائية من خلال العمل على تخزين كميات كبيرة من المياه الموجودة في السدود وكذلك من خلال السماح للمياه بالتدفق عبر البوابات ومن ثم عبر ما يعرف باسم التوربينات المائية.
لتوليد كميات كبيرة من الكهرباء ، وهي كهرباء صديقة للبيئة ، يمكنك أيضًا العمل على استخدام الأنهار للعمل على إنتاج كميات كبيرة من الطاقة الكهرومائية.
هذه الطريقة محكومة بالبحث عن المواقع المناسبة لبناء السد وتحديد موقعها وكذلك إنشاء محطة الطاقة الكهرومائية.
نجد أن الطاقة الكهرومائية هي مورد متجدد ومهم في حياة الإنسان.