تعريف الطاقة الكهربائية
- تُعرف الطاقة بشكل عام بالقدرة على القيام بعمل ما، وللطاقة العديد من الأشكال التي تستخدم في الحياة، ومن أهم هذه الأشكال الطاقة الكهربائية التي تتميز بسهولة استخدامها وكذلك سهولة تحويلها. من شكل إلى آخر شكل من أشكال الطاقة، إلا أنه من الصعب تخزين الطاقة الكهربائية بكميات كبيرة، وتتنوع استخدامات الكهرباء وفي كثير من المجالات، حيث يتم استخدامها في تشغيل جميع الأجهزة الكهربائية، بالإضافة إلى تدفئة المنازل كما يستخدم في المجالات الصناعية وعمليات النقل والعديد من الاستخدامات المنزلية الأخرى بالإضافة إلى العديد من التطبيقات المعقدة.
- كما تمثل الطاقة الكهربائية حوالي 18 بالمائة من الإجمالي العام لأنواع الطاقة المختلفة المستخدمة في العالم. يمكن التعبير عن الطاقة الكهربائية على أنها الطاقة المخزنة في الجسيمات المشحونة الموجودة في الذرة، والتي تعطي مجالًا كهربائيًا محاطًا بها، حيث يتم إنشاء القوة الكهربائية من بين هذه الجسيمات وكذلك الجسيمات المشحونة داخل المجال الكهربائي وبالتالي يمكن تعريف القوة الكهربائية على أنها القوة التي تنشأ من المجال الكهربائي، وهي تجعل الجسيمات المشحونة بداخلها تتحرك وهذا يعني أنها تبذل جهدًا.
- بالإضافة إلى أن الطاقة الكهربائية هي المصدر الثاني للطاقة وبالتالي لا يمكن استخلاصها من الأرض أو تعديلها كما يحدث في الفحم، ولكنها مشتقة من مصادر أولية للطاقة مثل الغاز الطبيعي وطاقة الرياح والفحم، بالإضافة إلى للتفاعلات النووية والطاقة الشمسية وأشياء أخرى. .
تخزين الطاقة الكهربائية
- يتم إنتاج هذه الإلكترونيات عن طريق التيار الكهربائي، حيث أن تدفق هذه الإلكترونيات هو نتيجة لتأثيرها على المجالات الكهربائية وأيضًا بواسطة المجالات المغناطيسية المترابطة، وهذا يعمل على توليد طاقة كهربائية يمكن من خلالها أن تتحرك الشحنات.
- بالإضافة إلى ذلك، يمكن تخزين هذه الطاقة باستخدام البطاريات والمكثفات بحيث يمكن استخدامها في العديد من التطبيقات المتعددة، وبالإضافة إلى ذلك، يمكن إيصال الكهرباء بطريقة سهلة من خلال أسلاك مصنوعة من مواد موصلة للكهرباء ومنها على سبيل المثال والمعادن وهذا النظام يسمى نقل الطاقة أو ما يعرف بالشبكة الكهربائية.
آليات توليد الطاقة الكهربائية
- اكتشف العالم البريطاني المعروف باسم مايكل فاراداي طريقة لتوليد الطاقة الكهربائية وهذا حدث خلال الربع الأول من القرن التاسع عشر عن طريق إدخال قرص معدني أو إدخال حلقة معدنية مثل النحاس على سبيل المثال لأنه موصل جيد للكهرباء حيث قام بإدخاله في المجال المغناطيسي الناتج عن الأقطاب المغناطيسية المختلفة وهذا يؤدي إلى توفير مجال كهربائي يكون من خلال تحرير الإلكترونات وكذلك الأيونات السالبة داخل الموصل ويكون تحت تأثير كل من القوى الطاردة وقوى التجاذب الكهربائي، وبالتالي تنجذب الإلكترونات إلى البروتونات والأيونات الموجبة الشحنة، بالإضافة إلى التنافر مع الأيونات والإلكترونات التي تشبهها في الحمولة.
- بالإضافة إلى ذلك، يتم توليد الكهرباء من خلال محطات الطاقة الكهربائية التي يمكن استخدامها في معظم الأوقات كمصدر للوقود، مثل الطاقة النووية أو الغاز أو النفط من أجل إنتاج الحرارة اللازمة بحيث يتم تسخين المياه إلى الحد الذي يغلي ويولد البخار. يمكن من خلاله تشغيل التوربين البخاري تحت ضغط عالٍ حيث يتم توصيل التوربين بالمولد الكهربائي ويعمل هذا المولد بالطاقة الكهرومغناطيسية من أجل إنتاج الكهرباء ويتم توصيله بالشبكة من خلال أسلاك موصولة، وتشترك محطات توليد الكهرباء الأجزاء الأساسية ولها أهمية كبيرة في عملية التوليد Electrode ومن بين هذه الأجزاء ما يلي:
- وحدة الغليان: حيث يتم تسخين وحدة غليان الماء حتى ينتج البخار ويحتوي هذا البخار على ضغط عالٍ باستخدام مصادر طاقة متعددة، مثل الغاز أو الفحم أو الزيت، أو باستخدام الغازات الناتجة عن احتراق الكتلة الحيوية أو عن طريق حرق النفايات و معالجتها. كما أن لهذه المصادر اختلافات من حيث الأضرار التي تلحق بالبيئة والانبعاثات السامة التي تطلقها منها، على سبيل المثال ثاني أكسيد الكربون والعديد من الغازات السامة الأخرى.
- المولد الكهربائي والتوربين: حيث يتم استخدام بخار الماء الناتج عن ارتفاع درجة الحرارة والوصول إلى نقطة الغليان لتدوير ريش التوربين، وهذه الشفرات متصلة بملف نحاسي للمولد وهذا يعمل على الدوران بسبب المجال المغناطيسي حتى تحدث عملية توليد الكهرباء.
- يجب تكثيف مياه التبريد عند نقل البخار من التوربينات وكذلك تبريدها لاستخدامها مرة أخرى في دورات جديدة، بالإضافة إلى إمكانية تبريدها باستخدام المياه ويتم ضخ هذه المياه من نهر قريب أو بحيرة أو بواسطة باستخدام تقنية تبريد خاصة وهي أبراج التبريد.
مصادر توليد الطاقة الكهربائية
- أولاً: المصادر الحرارية، حيث أن معظم محطات الطاقة الكهربائية تستخدم الوقود لتسخين المياه اللازمة لإنتاج البخار وإكمال دورة توليد الكهرباء والتي تسمى دورة رانكين، والقانون الثاني للديناميكا الحرارية يحكم جميع المحطات الكهربائية وهذا يدل على أنها ليس لديها القدرة على تحويل طاقتها الحرارية مقسمة إلى كهرباء 100 بالمائة وهناك العديد من المصادر الحرارية لتوليد الطاقة الكهربائية ومنها ما يلي:
- الوقود الأحفوري: تحرق محطات توليد الوقود الأحفوري هذا الوقود بجميع أنواعه سواء كان فحمًا أو غازًا أو زيتًا، وذلك لتوليد بخار الماء الذي يمكن تشغيل المحطة من خلاله. أما بالنسبة لمحطات توليد الكهرباء بالغاز، فإنها تحتاج إلى غازات التوربينات لتحريك ريشها.
- الوقود النووي: تشبه عمليات توليد الكهرباء داخل محطات الطاقة النووية محطات التوليد التي تستخدم الوقود الأحفوري، لكنها تعتمد إلى حد كبير على حرارة الانشطار النووي، وبالتالي فهي لا تحتاج إلى حرق الأنواع المرتبطة بالوقود الأحفوري في من أجل إنتاج بخار الماء.
- ثانيًا: مصادر متجددة، وتتميز باكتساب الطاقة المباشرة من مصادر الطاقة المتجددة، ولكن هذه الطاقة غير متوفرة في كل الأماكن والأزمنة، ومن مصادر هذه الطاقة، مثل الطاقة المائية، بالإضافة إلى الطاقة الشمسية و وكذلك طاقة الرياح، وتشمل أيضًا الطاقة الحرارية الأرضية.
تعريف الطاقة الكهربائية، أن التيار الكهربائي المستخدم لتشغيل الأجهزة الكهربائية هو من بين الأمثلة التي يمكن من خلالها استخدام الطاقة الكهربائية وتحويلها، حيث إنها تحول الطاقة الكهربائية إلى وسائل بصرية أو ميكانيكية أو غيرها، وبالتالي فإن الطاقة الكهربائية لا غنى عنها ولا يستطيع الإنسان التخلي عنها. تعرفنا في هذا المقال على تعريف الطاقة الكهربائية وتخزينها والآليات المرتبطة بها، بالإضافة إلى مصادر توليد الطاقة الكهربائية.