أنواع الطاقة البديلة وفوائدها

تبحث العديد من المؤسسات الخاصة والهيئات العامة (مثل الوكالات الحكومية والمؤسسات التعليمية) عن مصادر طاقة نظيفة ومتجددة لتلبية احتياجاتها من حلول الطاقة المستدامة، مدفوعة لذلك لأسباب دورها ومسؤوليتها تجاه المجتمع ولتوفير مصادر الطاقة البديلة رخيصة الكلفة والنظيفة تجاه البيئة مقارنةً بمصادر الطاقة التقليدية.

إن حلول الطاقة المستدامة موجودة حولنا في الهواء، تحت الأرض العميقة وفي المحيطات تنتظر أن يتم الاستفادة منها. وفيما يلي بعض مصادر الطاقة البديلة والمستدامة والتي بدأت تستخدم في الآونة الأخيرة.

الطاقة البديلة

أنواع الطاقة البديلة

هناك أنواعٌ عديدة من الطاقة البديلة وهي:

1 – الطاقة الحيوية

وهي نوعٌ من الطاقة المتجددة المستمدة من الكتلة الحيوية لخلق الحرارة والكهرباء (أو لإنتاج الوقود السائل مثل الإيثانول والديزل الحيوي المستخدم في النقل). ونشير هنا الى المخلفات الحيوية من أي مادة عضوية قادمة من النباتات أو الحيوانات. وعلى الرغم من أن الطاقة الحيوية تولد حوالي نفس كمية ثاني أكسيد الكربون كوقود أحفوري تقليدي، فإن النباتات التي تزرع ككتلة حيوية تزيل كمية متساوية من ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي مما يحافظ على التأثير البيئي المحايد نسبيًا.

هناك مجموعة متنوعة من الأنظمة المستخدمة لتوليد هذا النوع من الكهرباء بدءًا من حرق الكتلة الحيوية مباشرةً إلى التقاط واستخدام غاز الميثان التي ينتجه التحلل الطبيعي من المواد العضوية.

يمكن لنا أن نستخدمها اعتمادا على النشاط الخاص لكل منشأةٍ، فهناك العديد من الطرق لدمج الطاقة الحيوية في خطط الطاقة المستدامة الخاصة مثل:

  • يمكن تحويل الأليات العاملة الى استخدام الوقود الحيوي مثل الإيثانول أو الديزل الحيوي.
  • يمكن تجهيز مرافق التصنيع لحرق الكتلة الحيوية مباشرة لإنتاج البخار الذي يتم التقاطه عن طريق التوربينات لتوليد الكهرباء. وفي بعض الحالات يمكن أن يكون لهذه العملية غرضٌ مزدوج عن طريق تشغيل المنشأة واستخدام المخلفات لإنتاج الطاقة، على سبيل المثال يمكن لمطاحن الورق استخدام النفايات الخشبية لإنتاج الكهرباء والبخار للتدفئة.
  • يمكن للوحدات الزراعية تحويل نفايات الماشية إلى كهرباء باستخدام نظم صغيرة تعد خصيصًا لهذه العملية.
  • يمكن للبلدات الصغيرة الاستفادة من غاز الميثان الذي تم الحصول عليه بواسطة الهضم اللاهوائي للنفايات العضوية في مدافن النفايات واستخدامه كوقود لتوليد الكهرباء.

2 – الطاقة الحرارية الأرضية

الطاقة الحرارية الأرضية، كما يوحي الاسم، مشتقة من حرارة الأرض نفسها. ويمكن الحصول على هذه الحرارة بالقرب من السطح أو من الصخور الساخنة أو من خزانات الماء الساخن الموجودة تحت سطح الأرض.

وتُسخر لنا محطات الطاقة الحرارية الأرضية هذه المصادر الحرارية لتوليد الكهرباء. وعلى نطاق أصغر بكثير، يمكن لنظام المضخة الحرارية الأرضية أن يستفيد من درجة الحرارة الثابتة للأرض الموجودة على بعد عشرة أقدام فقط تحت السطح للمساعدة في توفير الحرارة إلى مبنى قريب في فصل الشتاء، أو يساعد على تبريده في فصل الصيف.

كيف يمكن لنا أن نستخدمها؟ وهل يمكن أن تكون الطاقة الحرارية الأرضية جزءًا من حلول الطاقة البديلة المستدامة على نطاق واسع؟ أو أن تكون جزءًا من حلول الطاقة البديلة الرخيصة تجاريًا والمستدامة على المستوى المحلي؟

قد يشمل الاستخدام المباشر للطاقة الحرارية الأرضية ما يلي:

  • تدفئة مباني المكاتب أو المصانع.
  • المساعدة في زراعة النباتات في البيوت البلاستيكية “الدفيئة”.
  • تسخين المياه في مزارع الأسماك.
  • المساعدة مع مختلف العمليات الصناعية (مثل إنتاج الحليب المبستر).

3 – الطاقة الكهرومائية

إن ما تبقى من مواقع المياه التي كانت تستخدم في السابق لتشغيل المطاحن والمناشر في أمريكا أصبحت الآن إلى حد كبير مواقع تاريخية وسياحية ومتاحف. اليوم يتم التقاط الطاقة الحركية للأنهار المتدفقة بطريقة مختلفة إلى حد كبير وتحويلها إلى الطاقة الكهرومائية.

ومن المحتمل أن يكون أكثر أنواع الطاقة الكهرومائية شيوعًا هو النظام الذي يتم فيه إنشاء السدود لتخزين المياه في الخزانات ثم يتدفق عبر توربيناتٍ لإنتاج الكهرباء. ويعرف هذا باسم “الطاقة الكهرومائية لضخ المياه” حيث يتم تدوير المياه بين الخزانات السفلى والعليا للسيطرة على توليد الكهرباء بين أوقات الطلب المنخفض والذروة.

وهناك نوع آخر يدعى “الطاقة الكهرومائية في النهر” يقوم على جزء من تدفق الأنهار عبر قناة ولا يحتاج إلى سد. ويمكن أن تتراوح محطات الطاقة الكهرومائية في الحجم من مشاريع ضخمة مثل السدود الكبيرة التي تبنيها الدول إلى أنظمة الطاقة الكهرومائية الصغرى المختلفة.

إن الاستخدام المباشر للطاقة الكهرومائية يعتمد بشكلٍ طبيعي على الموقع الجغرافي. وإذا افترضنا أن مصدر الممر المائي متاحٌ ويمكن الاعتماد عليه عندها يمكن استخدامه بالطرق التالية:

  • يمكن إنشاء محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة لتزويد الكهرباء للمزارع أو البلدات الصغيرة.
  • يمكن للمدن الصغيرة أن تسخر طاقة المجاري المائية المحلية من خلال بناء نظم طاقة مائية متوسطة الحجم.

4 – طاقة الهيدروجين

الهيدروجين هو من أبسط العناصر في الطبيعة (يتألف من بروتونٍ واحدٍ وإلكترونٍ واحد)، وهو عنصرٌ متوفرٌ بكثرة، ومع ذلك فإنه لا يكون بشكلٍ طبيعي كغازٍ على الأرض. بدلًا من ذلك يوجد في المركبات العضوية (الهيدروكربونات مثل البنزين والغاز الطبيعي والميثانول والبروبان) والماء (H2O). ويمكن أيضًا إنتاج الهيدروجين في ظروف معينة من قبل بعض الطحالب والبكتيريا باستخدام أشعة الشمس كمصدرٍ للطاقة.

يعتبر الهيدروجين عالي الطاقة، ومخلفاته قليلةٌ عند حرقه. وقد استخدم الهيدروجين السائل لإطلاق مركبات الفضاء والصواريخ منذ عام 1950م. وتحول خلايا الوقود الهيدروجينية الطاقة الكيميائية في الهيدروجين إلى كهرباء، مع الماء النقي والحرارة باعتبارها المنتجات الثانوية الوحيدة. ومع ذلك، فإن تسويق خلايا الوقود هذه كوسيلة عملية لمزيد من المنشآت من المرجح أن تكون محدودةً حتى تنخفض تكاليفها وتتطور إمكانيات استخدامها للجميع.

استخدامات طاقة الهيدروجين

تقريبا كل الهيدروجين المستخدم في الولايات المتحدة يستخدم في الصناعة لتنقية البترول ومعالجة المعادن وإنتاج الأسمدة والأغذية العملية. بالإضافة إلى ذلك يتم استخدام خلايا وقود الهيدروجين كمصدرٍ للطاقة حيث يتم الجمع بين ذرات الهيدروجين والأكسجين لتوليد الكهرباء. وهناك حاليًا بضع مئات من المركبات التي تعمل بالهيدروجين في الولايات المتحدة، وهو رقمٌ يمكن أن يزداد مع انخفاض تكلفة إنتاج خلايا الوقود وزيادة عدد محطات التزود بالوقود. وتشمل التطبيقات العملية الأخرى لهذا النوع من الطاقة المتجددة ما يلي:

  • خلايا الوقود الكبيرة التي توفر الكهرباء في حالات الطوارئ للمباني والمواقع النائية.
  • السيارات الكهربائية التي تعمل بخلايا وقود الهيدروجين.
  • السفن البحرية التي تعمل بخلايا وقود الهيدروجين.

5 – طاقة المحيطات

هناك نوعان من الطاقة التي يمكن أن تنتجها المحيطات: الطاقة الحرارية من حرارة الشمس والطاقة الميكانيكية من حركة المد والجزر والأمواج. ويمكن تحويل “الطاقة الحرارية للمحيطات” إلى كهرباء باستخدام عددٍ قليلٍ من الأنظمة المختلفة التي تعتمد على درجات حرارة المياه السطحية الدافئة. أما “الطاقة الميكانيكية للمحيط” فتتم عن طريق تسخير تدفقات المد والجزر الناجم عن دوران الأرض وتأثير جاذبية للقمر. ويمكن أيضًا تحويل الطاقة من الأمواج التي تحركها الرياح واستخدامها لخفض تكاليف الكهرباء التجارية. وهناك أيضًا تكنولوجيات أقل تطورًا تستفيد من تيارات المحيطات ورياح المحيطات وتدرجات الملوحة كمصادر لتحويل الطاقة.

وتعد طاقة المحيطات قطاعًا متطورًا لإنتاج الطاقة البديلة إلا أن مستقبلها يبدو مبشرًا لكون أكثر من 70% من سطح كوكبنا تغطيه المحيطات. وتقتصر التطبيقات التجارية والعامة لموارد الطاقة هذه على الجغرافيا والمبادئ التوجيهية التنظيمية. وتشمل الاستخدامات العملية الأخرى للطاقة المستمدة من المحيط ما يلي:

  • يمكن استخدام مياه المحيط البارد من أعماق السطح تحت سطح الأرض لتبريد المباني (حيث يتم إنتاج المياه المحلاة غالبًا كمنتج ثانوي).
  • يمكن للمجتمعات الساحلية أن تستخدم طرق الاستفادة من طاقة المحيطات الطبيعية الموصوفة أعلاه لتكملة احتياجات الطاقة والطاقة البلدية.

6 – الطاقة الشمسية

بصرف النظر عن الطاقة الحرارية الأرضية والهيدروجين، تلعب الشمس دورًا هامًا في كل أنواع الطاقة المتجددة الأخرى المذكورة. إلا أن الاستخدام المباشر لمصدر الطاقة المتجددة هذا يتحقق من خلال التقاط طاقة الشمس مباشرًة. وتستخدم مجموعة متنوعة من تكنولوجيا الطاقة الشمسية لتحويل طاقة الشمس والضوء إلى الحرارة والإضاءة والماء الساخن والكهرباء وأنظمة التبريد للشركات والصناعة. وتستخدم النظم الكهروضوئية الخلايا الشمسية لتحويل أشعة الشمس إلى كهرباء. ويمكن استخدام أنظمة المياه الساخنة الشمسية لتسخين المباني عن طريق تسخين المياه من خلال ألواح الطاقة الشمسية.

حرارة الشمس يمكن أن تُجمع بتركيزٍ أكبر بواسطة الواح طاقة شمسية مخصصة والتي تقوم بتسخين وغلي الماء كما في مولد البخار التقليدي لإنتاج الكهرباء. ويمكن للمباني التجارية والصناعية أيضا الاستفادة من قوة الشمس لاحتياجاتٍ واسعة النطاق مثل التهوية والتدفئة والتبريد. كما يمكن أن تكون التصاميم المعمارية للأبنية والمنشآت مصممة بشكلٍ مدروس للاستفادة من الشمس كمصدرٍ للضوء والتدفئة أو التبريد.

طرق استخدام الطاقة الشمسية

يمكن للجهات العامة والخاصة الاستفادة من فوائد الطاقة الشمسية للأعمال التجارية في مجموعٍة واسعة من الطرق منها:

  • تركيب نظام الطاقة الشمسية (معدات على السطح أو صفوف في حقل أو بناء مرآب) ويستفيد كل من المالك والشاغل أو المستأجر أو المشارك في اتفاق تركيب واستثمار الطاقة الشمسية.
  • شراء الطاقة الشمسية التي تم إنشاؤها وتنفيذها من قبل جهات عملها الاستثمار في تزويد الغير بالطاقة الشمسية التجارية خارج الموقع.
  • بناء أو إعادة تأهيل المباني بأنظمة الطاقة الشمسية للحصول على منافعها من المياه الساخنة والتبريد أو تشغيل أنظمة التهوية.
  • توظيف التصاميم المعمارية في تصميم الهياكل التي تستفيد من الخصائص الطبيعية للشمس للتدفئة والإضاءة.

7 – طاقة الرياح

يمكن اعتبار الرياح شكلًا من أشكال نواتج الطاقة الشمسية بسبب الرياح الناجمة عن التسخين غير المتكافئ والتبريد في الغلاف الجوي من الشمس (وكذلك دوران الأرض والعوامل الطبوغرافية الأخرى). تدفق الرياح يمكن التقاطه عن طريق توربينات الرياح وتحويلها إلى كهرباء. على نطاق أصغر، طواحين الهواء لا تزال تستخدم اليوم لضخ المياه في المزارع.

الرياح هي واحدةٌ من أفكار الطاقة المستدامة للأعمال التجارية والتي يمكن دمجها لخفض تكاليف استخدام الكهرباء. تتوفر أنظمة توليد الطاقة التي تعمل بطاقة الريح لتلبية احتياجات الطاقة المتجددة للعديد من الفعاليات.

  • تولد التوربينات الكهرباء كتكملة لإمدادات الكهرباء الموجودة لدى المؤسسة (عندما تهب الرياح، فإن الطاقة المولدة من النظام تذهب لتعويض الحاجة إلى الكهرباء).
  • تولد مزارع الرياح الكهرباء التي يمكن بيعها للقطاعات المختلفة إما بشكل تعاقدي أو من خلال عمليات مناقصة تنافسية.

تطوير الطاقة المستدامة

هناك العديد من الطرق للمشاركة بشكلٍ غير مباشر في أيٍ من هذه الحلول المستدامة للطاقة أو جميعها. فهناك طريقة أخرى للمؤسسات الراغبة بتبني المسؤولية الاجتماعية من خلال اختيار حلول الطاقة البديلة المقدمة من قبل الشركات المتخصصة بإنتاج هذه الطاقة أو من خلال الاستثمار في نظم الطاقة المتجددة التي لا تتطلب بناء أو صيانة أية معدات.

هناك شهادات دولية ممنوحة للنظم (Renewable Energy Certificates RECs) التي تدعم إنتاج نظم ومعدات الطاقة المتجددة، فهي سلع قابلة للتداول وتؤكد الشهادات الممنوحة أن الكهرباء ولدت من مورد للطاقة المتجددة وتغذي شبكة الكهرباء المشتركة. وتقوم وكالة أو هيئة المواصفات بتخصيص رقم هوية فريد لكل جهازٍ ينتجه مصنعو الطاقة البديلة، ويمكن بعد ذلك بيع هذه الأجهزة في السوق المفتوحة.

كما يمكن للمرافق الكهربائية والشركات والكيانات العامة شراء هذه الأجهزة والمعدات لتامين موارد الطاقة النظيفة ضمن سعيها للحد من التأثيرات على البيئة. وتسمح اللجان الحكومية المعنية بالأمر بدعم مبادرات اعتماد الطاقة المتجددة لقوى السوق بتحفيز المزيد من مطوري نظم الطاقة الخضراء للاستثمار في هذا المجال، وفي المستقبل القريب اعتمادًا على مكان وجودك قد تكون أيضًا قادرًا على شراء الطاقة المتجددة مباشرةً من منشأةٍ خاصة لتوليد الطاقة خفي منطقتك.

قد يعجبك ايضا

اترك رد

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

تذكر أنه لا يلفظ من قول إلا لديه رقيب عتيد

هذا الموقع يستخدم Akismet للحدّ من التعليقات المزعجة والغير مرغوبة. تعرّف على كيفية معالجة بيانات تعليقك.