الطاقات المتجددة هي مصادر للطاقة التي يكون تجديدها الطبيعي سريعًا، بحيث يمكن اعتبارها لا تنضب على مقياس الوقت البشري. وهي تأتي من ظواهر طبيعية دورية أو ثابتة ناتجة عن النجوم، فالشمس بشكل رئيسي هي مصدر الحرارة والضوء، ولكن أيضًا الجذب للقمر (المد والجزر) والحرارة الناتجة عن الأرض (الطاقة الحرارية الأرضية).
قدرت حصة الطاقات المتجددة في الاستهلاك العالمي للطاقة في عام 2017 بـ 18.1٪، منها 7.5٪ من الكتلة الحيوية التقليدية و 10.6٪ من الطاقات المتجددة، و4.2٪ من الحرارة الناتجة عن الطاقات الحرارية المتجددة، و3.6٪ من الطاقة الكهرومائية، و2٪ للكهرباء المتجددة الأخرى، و 1٪ للوقود الحيوي، حيث قدرت حصتها في إنتاج الكهرباء في عام 2018 بنحو 26.2٪.
الشمس هي المصدر الرئيسي لأشكال مختلفة من الطاقة المتجددة
إن إشعاع الشمس هو ناقل الطاقة القابلة للاستخدام (بشكل مباشر أو غير مباشر) أثناء عملية التمثيل الضوئي، أو أثناء دورة المياه (التي تسمح بإنتاج الكهرباء المائية) وطاقة الأمواج، وفرق درجة الحرارة بين المياه السطحية ومياه المحيطات العميقة، أو الانتشار الأيوني الناجم عن وصول المياه العذبة إلى الماء البحر (الطاقة التناضحية).
إن الطاقة الشمسية جنبًا إلى جنب مع دوران الأرض هي في الأصل طاقة الرياح والتيارات البحرية. ويتم استيعاب الحرارة الداخلية للأرض (الطاقة الحرارية الأرضية) على شكل من أشكال الطاقة المتجددة، يولد نظام الأرض والقمر مد المحيطات والبحار مما يسمح بتطوير طاقة المد والجزر.
تاريخ الطاقة المتجددة
بالنسبة لمعظم تاريخها، كان لدى البشرية طاقة متجددة فقط لتغطية احتياجاتها من الطاقة.
في العصر الحجري القديم:
كانت الطاقات الوحيدة المتاحة هي القوة العضلية البشرية وطاقة الكتلة الحيوية، التي يمكن استخدامها بفضل النار، لكن العديد من التطورات جعلت من الممكن استخدام هذه الطاقات بكفاءة متزايدة، عندما وجدوا اختراعات وأدوات ذات كفاءة متزايدة.
وكان التقدم الأكثر أهمية هو اختراع جر الحيوانات، والذي جاء في وقت لاحق عن تدجين الحيوانات. وتشير التقديرات إلى أن البشر بدأوا في تسخير الماشية إلى المحاريث أو المركبات ذات العجلات خلال الألفية الرابعة قبل الميلاد.
من القرن الحادي عشر إلى القرن الثالث عشر:
كان اختراع المراكب الشراعية تقدمًا مهمًا لتنمية التجارة في العالم. كما أن طاقة المياه وطواحين الهواء جلبت طاقة إضافية كبيرة.
وأقدم مطحنة المياه لها أهمية أكبر بكثير من توربينات الرياح. ولا يعتمد على عدم انتظام الرياح، ولكن على الماء، الذي هو أقل نزوة في الأساس. يتم توزيعه على نطاق أوسع، بسبب عمره، وتعدد الأنهار…
في نهاية القرن الثامن عشر:
في فترة الثورة الصناعية، كانت جميع احتياجات البشرية من الطاقة تقريبًا لا تزال تلبي الطاقات المتجددة. ففي محاولة لتقييم توزيع الاستهلاك حسب مصدر الطاقة، قدر فرناند بروديل حصة الجر الحيواني بأكثر من 50 ٪، والخشب حوالي 25 ٪، 10 إلى 15 ٪ من مطاحن المياه، و5 ٪ من قوة الإنسان وأكثر بقليل من 1٪ من الرياح البحرية التجارية.
في القرن التاسع عشر:
طور فرانسوا دي لارديل، في إيطاليا، تقنيات لاستخدام الطاقة الحرارية الأرضية. وفي عام 1910م، ظهرت أولى سخانات المياه الشمسية الفردية في كاليفورنيا. وفي عام 1911م، تم بناء أول محطة طاقة حرارية أرضية في لارديللو. في منتصف القرن العشرين، ولم تعد طاقة الرياح تستخدم إلا لركوب القوارب الممتعة والضخ.
ثم عادت توربينات الرياح إلى الظهور مستفيدة من تقنيات أكثر كفاءة من الطيران. اكتسب تنميتها زخما من التسعينات.
في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين
فقد تطورت الطاقة الشمسية الحرارية والطاقة الشمسية الكهروضوئية من إنتاج الطاقة المتجددة، التي لا تزال ناشئة في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، وشهدت تغيرًا سريعًا في تكاليفها. وذلك منذ نهاية القرن العشرين، ردًا على بداية ندرة النفط، والتأثيرات المناخية والصحية السلبية للطاقات الكربونية.
فضلًا عن الحوادث النووية تشيرنوبيل وفوكوشيما، والخلافات حول معالجة النفايات النووية، وقد لوحظ إعادة توجيه عالمي نحو الطاقات المتجددة.
الاستهلاك العالمي للطاقة المتجددة
في عام 2017م، قدرت حصة الطاقات المتجددة في الاستهلاك العالمي للطاقة النهائية بنسبة 18.1٪، بما في ذلك 7.5٪ من الكتلة الحيوية التقليدية مثل الأخشاب، النفايات الزراعية.. إلخ) و 10.6٪ من الطاقات المتجددة، منها 4.2٪ من الحرارة الناتجة عن الطاقات الحرارية المتجددة مثل الكتلة الحيوية والطاقة الحرارية الأرضية والطاقة الشمسية.
و3.6٪ من الطاقة الكهرومائية، 2٪ للكهرباء المتجددة الأخرى كالرياح والطاقة الشمسية والطاقة الحرارية الأرضية، الكتلة الحيوية والغاز الحيوي) و 1٪ للوقود الحيوي. وفي قطاع الكهرباء، بلغت الحصة الإجمالية في عام 2018م، 26.2٪، مع حصة الطاقة الكهرومائية الأكبر بنسبة 15.8٪.
أنواع الطاقة المتجددة
للطاقة المتجددة أنواع مختلفة، كما هو موضح أدناه.
الطاقة الشمسية:
ولها نوعان رئيسيتان لاستخدام الطاقة الشمسية: الطاقة الحرارية الشمسية، واستخدام الحرارة التي تنتقل عن طريق الإشعاع، والطاقة الشمسية الضوئية، واستخدام الإشعاع نفسه لتوليد الكهرباء.
الطاقة الحرارية الشمسية:
تعرف الطاقة الحرارية الشمسية منذ فترة طويلة جدًا، ويتم استخدامها، لتسخين أو تجفيف الأشياء عن طريق تعريضها للشمس. ويمكن استخدام الطاقة الحرارية بشكل مباشر أو غير مباشر.
بشكل مباشرة:
يتم إلى المباني الحرارية أو المياه المنزلية (البيوت الزجاجية، الهندسة المعمارية المناخية الحيوية، ألواح التسخين الشمسي وسخانات المياه الشمسية) أو الطعام كالأفران الشمسية.
بشكل غير مباشر:
تستخدم لإنتاج البخار من مائع نقل الحرارة لتشغيل التوربينات وبالتالي الحصول على الطاقة الكهربائية، ويمكن أيضًا استخدام الطاقة الحرارية الشمسية في الطهي. حيث إنه ظهر الطهي الشمسي في السبعينيات.
الطاقة الشمسية الكهروضوئية:
هي الطاقة الكهربائية المنتجة من الإشعاع الشمسي من خلال الألواح الشمسية أو محطات الطاقة الكهروضوئية. وتعتمد الطاقة الكهروضوئية على التأثير الكهروضوئي لإنشاء تيار كهربائي. حيث ينتج النظام الكهروضوئي طاقة أكثر من 20 إلى 40 مرة طوال فترة تشغيله.
طاقة الرياح
يقصد بها استخدام الطاقة الميكانيكية من حركات كتلة الهواء داخل الغلاف الجوي. وتم استغلال طاقة الرياح منذ العصور القديمة، باستخدام المراكب الشراعية. وكما تم تسخير طاقة الرياح باستخدام طواحين الهواء المجهزة بشفرة على شكل شراع، مثل تلك الموجودة في هولندا. وتستخدم هذه المطاحن الطاقة الميكانيكية لتشغيل معدات مختلفة، مثل مطحنة الحبوب. اليوم تحل محل طواحين الهواء توربينات الرياح، التي تعمل على تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية.
طاقة هيدروالكترونية
الطاقات المائية (باستثناء طاقة المد والجزر) لها أصلها الرئيسي في ظواهر الأرصاد الجوية وبالتالي الطاقة الشمسية. تتسبب الشمس في تبخر الماء خاصة في المحيطات، وتطلق بعضها في القارات على ارتفاعات مختلفة. نتحدث عن دورة المياه لوصف هذه الحركات.
يكتسب بخار الماء على ارتفاع طاقة جاذبية محتملة، وعندما يسقط الماء يمكن التقاط جزء من هذه الطاقة وتحويلها في سدود كهرومائية، عندما تعود المياه إلى المحيطات. وقبل ظهور الكهرباء، استغلت طواحين المياه هذه الطاقة الميكانيكية لتشغيل الآلات أو الأدوات، مثل آلات النسيج، ومطاحن طحن القمح.. إلخ. وتوجد طاقات هيدروليكية أخرى وتأتي بشكل عام من مصادر بحرية وهي:
طاقة الأمواج:
يتم إنتاجه عن طريق حركة الأمواج ويمكن التقاطه بواسطة أجهزة خاصة.
طاقة المد والجزر:
تنتج طاقة المد والجزر عن طريق حركة المياه الناتجة عن المد والجزر، ويأتي من استخدام التيارات تحت الماء بما في ذلك التيارات المدية.
الطاقة الحرارية للبحار:
هو الاسترداد المباشر للطاقة الحرارية من الماء عن طريق مضخة حرارية للتسخين، مثل دائرة التدفئة المركزية. إن اختلاف درجة الحرارة بين المياه السطحية والمياه العميقة، يجعل من الممكن تطبيق دورة كارنوت لإنتاج الطاقة الميكانيكية ثم الطاقة الكهربائية.
الطاقة التناضحية:
تنشأ من الانتشار الأيوني الذي يحدث أثناء وصول وخلط المياه العذبة في المياه المالحة للبحر 20 ويتكون في الاستفادة من ظاهرة التناضح التي تحدث أثناء خلط الماء. البحر والمياه العذبة (بفضل الملوحة المختلفة). تم افتتاح أول مصنع تناضحي في عام 2009م، في هوروم بالنرويج من قبل شركة Statkraft عند مصب أوسلو البحري على ساحل بحر الشمال.
طاقة الكتلة الحيوية:
تأتي الطاقة من الكتلة الحيوية بشكل غير مباشر، ومن الطاقة الشمسية المخزنة في شكل عضوي من خلال التمثيل الضوئي. ويتم استغلالها عن طريق الاحتراق أو التمثيل الغذائي. هذه الطاقة متجددة بشرط ألا تتجاوز الكميات المحروقة الكميات المنتجة.
لكن هذا الشرط غير ثابت دائمًا. حيث أن التوازن البيئي هو مصدر قلق كبير مرتبط باستخدام الطاقة المستردة. وحتى القرن الثامن عشر كانت الكتلة الحيوية مصدر الطاقة الرئيسي الذي تستخدمه البشرية، خاصة في شكل خشب. ومع ذلك ينتج هذا المورد العديد من الملوثات وله عيب كبير في احتياجه لمساحات كبيرة لإنتاجه، بسبب انخفاض كفاءة الطاقة في عملية التمثيل الضوئي.
الطاقة الحرارية الجوفية:
يتمثل المبدأ في استخراج الطاقة الحرارية الأرضية الموجودة في الأرض لاستخدامها في شكل تدفئة أو تحويلها إلى كهرباء. ففي الطبقات العميقة، تنتج حرارة الأرض عن طريق النشاط الإشعاعي الطبيعي لصخور النواة وقشرة الأرض من الطاقة النووية الناتجة عن تفكك اليورانيوم والثوريوم والبوتاسيوم.
ومع ذلك، فإن الطاقة الحرارية الأرضية تنطوي أيضًا على مخاطر على المستوى البشري. وتتطور التقنيات وتجعل من الممكن البحث عن الحرارة على أعماق أكبر. والتغيير في الضغوط في الطوابق السفلية له تأثير على النشاط الزلزالي. ويمكن زيادة تواتر الزلازل وكذلك قوتها بسبب استغلال هذه الطاقة، حيث إنه لا تعتمد الطاقة الحرارية الجوفية العميقة على الظروف الجوية مثل الشمس والمطر والرياح.
ما هي الفوائد المتوقعة من استخدام الطاقة المتجددة؟
تعتمد الحضارة الحديثة بشكل كبير على الطاقة وخاصة الطاقة غير المتجددة، والتي ستنفد عاجلًا أم آجلًا. والتحول من مورد غير متجدد حاليًا إلى مورد متجدد يمكن أن يعني التحول من ما يسمى بالطاقة الكربونية (البترول والغاز الطبيعي والفحم) أو التي تعتبر خطرة إلى طاقات نظيفة وآمنة، مثل الطاقة الشمسية على وجه الخصوص. (الحرارية أو الضوئية) والرياح والهيدروليكية والحرارية والمد والجزر. تشمل المزايا المطلوبة ما يلي:
الحد من انبعاثات غازات الدفيئة:
الحد من انبعاثات غازات الدفيئة المسؤولة عن الاحتباس الحراري والمواد السامة من الوقود الأحفوري، والانتقال إلى نظام طاقة أكثر أمانًا من الناحية الجيواستراتيجية، والحد من المخاطر الصناعية والنووية.
يؤدي حرق الوقود الأحفوري إلى توليد كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون. ويرجع تأثير الغازات الدفيئة بسبب زيادة استهلاك الإنسان إلى الوقود الأحفوري. ونظرًا لأن الطاقات المتجددة تنبعث منها بشكل عام كميات أقل بكثير من غازات الدفيئة، فإن العديد من البلدان حول العالم تشجع على تطويرها.
الطبيعة المحدودة لمصادر الطاقة غير المتجددة:
يعد استنزاف الموارد غير المتجددة (مثل الوقود الأحفوري والوقود النووي) مشكلة لم يتم حلها في تاريخ الفكر الاقتصادي. وقد لعبت هذه الموارد، المتاحة لفترة محدودة فقط، دورًا مركزيًا في صناعة الطاقة. بغض النظر عن الجوانب الأخرى مثل تغير المناخ. فإن الانتقال على المدى الطويل إلى أنواع أخرى من إمدادات الطاقة، مثل الطاقة المتجددة، يبدو أمرًا لا مفر منه.
المزايا الجيوسياسية والأمنية:
إن الطاقات المتجددة، عندما تحل محل الوقود الأحفوري أو الطاقة النووية، تفضل استقلالية الطاقة للبلدان التي لا تمتلك موارد أحفورية أو انشطارية. يتم تفسير ذلك من خلال:
- استقلالية اقتصادية وسياسية أكبر من الدول التي تصدر الوقود الأحفوري أو اليورانيوم.
- يعتبر انعدام أمن الطاقة والاتجاه الصعودي في أسعار الوقود الأحفوري تهديداً رئيسياً للاستقرار السياسي.
- الحد من المخاطر الاقتصادية المرتبطة بنقص الطاقة، حتى أزمة الطاقة (مثل صدمات النفط الأولى والثانية) بفضل مصادر الطاقة الأولية الوفيرة.
لذلك، في سياق أزمة النفط، ظهرت حركة في الولايات المتحدة من أجل تغيير نظام الطاقة وتطوير مصادر الطاقة المتجددة.
وفي عام 1976م، صاغ الفيزيائي الأمريكي أموري لوفينز مصطلح مسار الطاقة الناعمة واصفًا طريقة للانتقال تدريجيًا من نظام الطاقة المركزي القائم على الوقود الأحفوري والنووي للتحول إلى كفاءة الطاقة و مصادر الطاقة المتجددة، لتحل محلها.
تحسين الصحة العامة والحد من العديد من المشاكل الصحية والبيئية:
أي يمكن تقليلها أو حتى التخلص منها عن طريق الاستخدام الواسع النطاق للطاقات المتجددة من الرياح والطاقة المائية والطاقة الشمسية. ويمكن أن يؤدي تجنب الضرر بالصحة، في بعض الحالات، إلى أكثر من تعويض تكاليف السياسة المناخية.
وأظهرت الأبحاث التي أجريت في الولايات المتحدة أن الفوائد الصحية الاقتصادية من استبدال الوقود الأحفوري تفوق دعم طاقة الرياح بنحو 60٪. بالإضافة إلى ذلك، على عكس التخفيف من تغير المناخ، فإن الفوائد الصحية لخفض تلوث الهواء لها تأثير محلي وقصير المدى.
الفوائد المتوقعة الأخرى للطاقة المتجددة
- تجنب النزاعات المتعلقة بالموارد والإنفاق لتأمين مواقع تعدين اليورانيوم.
- الأمان إي عواقب منخفضة لحادث محتمل.
- النظافة حيث تكون النفايات قليلة أو معدومة على الإطلاق.
- ليست خطيرة للغاية وسهلة الإدارة: قابلة لإعادة التدوير، مثلًا لبعض تقنيات الطاقة المتجددة. عدم وجود نفايات مشعة أو مخاطر أخرى كامنة في إنتاج الطاقة النووية.
- لا تدمير أو تلوث البيئة المرتبطة باستخراج مصادر الوقود الأحفوري.
- يمكن استخدام الطاقة الشمسية الكهروضوئية أو الحرارية كمورد في الصيف عندما لا تكون مياه النهر كافية لتبريد محطات الطاقة التقليدية، والتي يجب بعد ذلك إبطائها أو إيقاف تشغيلها، أو لتشغيل محطات الطاقة الكهرومائية.
دعم الطاقة المتجددة
بعض الطاقات المتجددة مربحة وتطورت بشكل تلقائي، كالطاقة الكهرومائية (احتياطي الماء والطاقة المحتملة)، وبعض الطاقات الناتجة عن الكتلة الحيوية (الخشب، المخلفات الزراعية، النفايات الحضرية)؛ أما الآخرون، الذين تتجاوز تكلفة إنتاجهم قيمتها الاقتصادية أو التي يكون عائدها على الاستثمار طويلاً، فقد تمكنوا فقط من البدء بفضل المساعدات أو الإعانات التي تجعلهم مربحين للمستثمرين. وتختلف أنظمة الدعم المستمرة حسب البلد والسياق المحلي، وأحيانًا تتداخل خاصة عندما يتعلق الأمر بأكثر من مستوى واحد من السلطة السياسية.
