إن محدودية الاحتياطيات من الوقود الأحفوري والتلوث البيئي العالمي أجبرا البشرية على البحث عن مصادر بديلة متجددة لهذه الطاقة بحيث يكون الضرر الناتج عن معالجتها في حده الأدنى مع الحفاظ على التكاليف المقبولة لإنتاج وتجهيز ونقل موارد الطاقة.

تتيح التقنيات الحديثة استخدام البدائل الموجودة موارد الطاقةسواء على مستوى الكوكب بأكمله أو داخل شبكة الكهرباء لشقة أو منزل خاص.

يوضح التطور السريع للحياة على مدى عدة مليارات من السنين بوضوح مدى توفر مصادر الطاقة على الأرض. يسمح ضوء الشمس وحرارة باطن الأرض والإمكانات الكيميائية للكائنات الحية بإجراء تبادلات متعددة للطاقة، الموجودة في بيئة خلقتها العوامل الفيزيائية - درجة الحرارة والضغط والرطوبة والتركيب الكيميائي.

دورة المادة والطاقة في الطبيعة

المعايير الاقتصادية لمصادر الطاقة البديلة

استخدم الإنسان منذ القدم طاقة الرياح كجهاز دفع للسفن، مما سمح بتطور التجارة. كان الوقود المتجدد من النباتات الميتة والنفايات مصدرًا للحرارة المستخدمة في الطهي وإنتاج المعادن الأولى. دفعت طاقة فرق الماء أحجار الرحى. لآلاف السنين كانت هذه هي الأشكال الرئيسية للطاقة التي نطلق عليها الآن مصادر بديلة.

مع تطور الجيولوجيا وتقنيات استخراج باطن الأرض، أصبح استخراج الهيدروكربونات وحرقها لإنتاج الطاقة حسب الحاجة أكثر ربحية من الناحية الاقتصادية بدلاً من انتظار الطقس حرفيًا بجوار البحر، على أمل نجاح التيارات واتجاه الرياح والرياح. الغيوم.

إن عدم استقرار الظروف الجوية وتقلبها، فضلاً عن الرخص النسبي للمحركات التي تعمل بالوقود الأحفوري، قد أجبر على التطور نحو استخدام الطاقة من أحشاء الأرض.

رسم بياني يوضح نسبة استهلاك الطاقة الأحفورية والطاقة المتجددة

ثاني أكسيد الكربون، الذي يتم استيعابه ومعالجته بواسطة الكائنات الحية، والذي يستقر في الأعماق لملايين السنين، يعود إلى الغلاف الجوي عندما يتم حرق الهيدروكربونات الأحفورية، وهو مصدر ظاهرة الاحتباس الحراري والاحتباس الحراري. إن رفاهية الأجيال القادمة والتوازن الهش للنظام البيئي يجبران البشرية على إعادة النظر في المؤشرات الاقتصادية واستخدامها الطاقات البديلةلأن الصحة أغلى من أي شيء.

الاستخدام الواعي لموارد الطبيعة المتجددة مصادر بديلةلقد أصبحت الطاقة تحظى بشعبية كبيرة، ولكن كما كانت الحال من قبل، أصبحت الأولوية للأولويات الاقتصادية. لكن بشروط منزل ريفيأو في الداشا، قد يكون استخدام مصادر الكهرباء والحرارة البديلة هو الخيار الوحيد الفعال من حيث التكلفة للحصول على الطاقة إذا تبين أن تشغيل خطوط إمداد الطاقة وتوصيلها وتركيبها مكلف للغاية.

تزويد منزل بعيد عن الحضارة بالحد الأدنى المطلوب من الكهرباء باستخدام الألواح الشمسية ومولد الرياح

إمكانية استخدام أنواع بديلة من الطاقة

بينما يستكشف العلماء اتجاهات جديدة ويطورون تقنيات الاندماج البارد، يمكن للحرفيين المنزليين استخدام مصادر الطاقة البديلة التالية للمنزل:

• ضوء الشمس؛
• طاقة الرياح؛
• الغاز البيولوجي؛
• الفرق في درجة الحرارة؛

بالنسبة لهذه الأنواع البديلة من الطاقة المتجددة، هناك حلول جاهزة تم إدخالها بنجاح في الإنتاج الضخم. على سبيل المثال، يمكن شراء الألواح الشمسية ومولدات الرياح ومحطات الغاز الحيوي والمضخات الحرارية ذات القدرات المختلفة مع التسليم والتركيب من أجل الحصول على مصادر بديلة خاصة بك من الكهرباء والطاقة الحرارية لمنزل خاص.

الألواح الشمسية المنتجة صناعياً والمثبتة على سطح منزل خاص

ويجب أن يكون لكل حالة على حدة خطتها الخاصة لتزويد الأجهزة الكهربائية المنزلية بمصادر الطاقة الكهربائية البديلة، حسب الاحتياجات والإمكانيات. على سبيل المثال، لتشغيل جهاز كمبيوتر محمول أو جهاز لوحي أو شحن هاتف، يمكنك استخدام مصدر 12 فولت ومحولات محمولة. سيكون هذا الجهد، مع حجم بطارية كافٍ، طاقة كافية لاستخدام الإضاءة.

يجب أن تقوم الألواح الشمسية وتوربينات الرياح بشحن البطاريات بسبب تباين الإضاءة وقوة طاقة الرياح. مع زيادة قوة المصادر البديلة للكهرباء وحجم البطاريات، يزداد استقلال الطاقة لإمدادات الطاقة المستقلة. إذا كنت بحاجة إلى توصيل الأجهزة الكهربائية التي تعمل على 220 فولت بمصدر بديل للكهرباء، فاستخدمها محولات الجهد.

رسم بياني يوضح قوة الأجهزة الكهربائية المنزلية من البطاريات التي يتم شحنها بواسطة مولد الرياح والألواح الشمسية

الطاقة الشمسية البديلة

يكاد يكون من المستحيل إنشاء خلايا كهروضوئية في المنزل، لذلك يستخدم مصممو مصادر الطاقة البديلة مكونات جاهزة، وتجميع هياكل التوليد، وتحقيق الطاقة المطلوبة. يؤدي توصيل الخلايا الكهروضوئية على التوالي إلى زيادة جهد الخرج لمصدر الكهرباء الناتج، كما أن توصيل الدوائر المجمعة بالتوازي يعطي تيارًا إجماليًا أكبر للتجميع.

مخطط اتصال الخلايا الكهروضوئية في التجميع

يمكنك التركيز على شدة طاقة الإشعاع الشمسي - أي ما يقرب من كيلووات واحد لكل متر مربع. تحتاج أيضًا إلى مراعاة المعامل عمل مفيدالبطاريات الشمسية – في الوقت الحالي تبلغ هذه النسبة حوالي 14%، ولكن يجري تطوير مكثف لزيادة كفاءة مولدات الطاقة الشمسية. تعتمد طاقة الخرج على شدة الإشعاع وزاوية سقوط الأشعة.

يمكنك أن تبدأ صغيرًا - قم بشراء واحدة أو أكثر من الألواح الشمسية الصغيرة، واحصل على مصدر بديل للكهرباء في منزلك بالقدر اللازم لشحن هاتف ذكي أو كمبيوتر محمول من أجل الوصول إلى الإنترنت العالمي. ومن خلال قياس التيار والجهد، يدرسون حجم استهلاك الطاقة، مع الأخذ في الاعتبار احتمال التوسع في استخدام مصادر الكهرباء البديلة.

تركيب ألواح شمسية إضافية على سطح المنزل

يجب أن نتذكر أن ضوء الشمس هو أيضًا مصدر للإشعاع الحراري (الأشعة تحت الحمراء)، والذي يمكن استخدامه لتسخين سائل التبريد دون تحويل الطاقة إلى كهرباء. وينطبق هذا المبدأ البديل في تجميع الطاقة الشمسيةحيث يتم تركيز الأشعة تحت الحمراء بمساعدة العاكسات ويتم نقلها بواسطة المبرد إلى نظام التدفئة.

مجمع الطاقة الشمسية كجزء من نظام التدفئة المنزلية

طاقة الرياح البديلة

أسهل طريقة لإنشاء مولد الرياح بنفسك هي استخدام مولد السيارة. ولزيادة سرعة وجهد مصدر الكهرباء البديلة (كفاءة توليد الطاقة الكهربائية)، يجب استخدام علبة التروس أو الحزام. إن شرح جميع أنواع الفروق التكنولوجية يتجاوز نطاق هذه المقالة - فأنت بحاجة إلى دراسة مبادئ الديناميكا الهوائية لفهم عملية تحويل سرعة تدفق كتلة الهواء إلى كهرباء بديلة.

في المرحلة الأولية لدراسة احتمالات تحويل المصادر المتجددة لطاقة الرياح البديلة إلى كهرباء، من الضروري اختيار تصميم توربينات الرياح. التصميمات الأكثر شيوعًا هي المروحة ذات المحور الأفقي، والدوار سافونيوس، وتوربين داريوس. تعد المروحة ثلاثية الشفرات كمصدر بديل للطاقة هي خيار DIY الأكثر شيوعًا.

أنواع توربينات داريوس

عند تصميم شفرات المروحة، فإن السرعة الزاوية لدوران طاحونة الهواء لها أهمية كبيرة. هناك ما يسمى بعامل كفاءة المروحة، والذي يعتمد على سرعة تدفق الهواء، وكذلك الطول والمقطع العرضي وعدد وزاوية الهجوم للشفرات.

بشكل عام، يمكن فهم هذا المفهوم على النحو التالي: في حالة الرياح المنخفضة، لن يكون طول النصل ذو زاوية الهجوم الأكثر ملائمة كافيًا لتحقيقه أقصى قدر من الكفاءةتوليد الطاقة، ولكن مع زيادة متعددة في التدفق وزيادة في السرعة الزاوية، ستواجه حواف الشفرات مقاومة مفرطة، مما قد يؤدي إلى إتلافها.

ملف تعريف شفرة طاحونة معقدة

ولذلك، يتم حساب طول الشفرات على أساس متوسط ​​سرعة الرياح، مما يؤدي إلى تغيير زاوية الهجوم بسلاسة بالنسبة للمسافة من مركز المروحة. لمنع كسر الشفرة أثناء رياح الإعصار، تكون أسلاك المولد ذات دائرة قصيرة، مما يمنع المروحة من الدوران. لإجراء حسابات تقريبية، يمكن الحصول على كيلووات واحد من الكهرباء البديلة من مروحة ثلاثية الشفرات يبلغ قطرها 3 أمتار وبسرعة رياح متوسطة تبلغ 10 م/ث.

لإنشاء ملف تعريف الشفرة الأمثل، ستحتاج إلى نمذجة الكمبيوتر وآلة CNC. في المنزل، يستخدم الحرفيون المواد والأدوات المتاحة، في محاولة لإعادة إنشاء رسومات المصادر البديلة لطاقة الرياح بأكبر قدر ممكن من الدقة. المواد المستخدمة هي الخشب والمعادن والبلاستيك وغيرها.

مروحة توربينات الرياح محلية الصنع مصنوعة من الخشب والصفائح المعدنية

قد لا تكون قوة مولد السيارة كافية لتوليد الكهرباء، لذلك يصنع الحرفيون آلات توليد الكهرباء بأيديهم، أو يعيدون صنع المحركات الكهربائية. التصميم الأكثر شيوعًا لمصدر الكهرباء البديل هو الدوار الذي يحتوي على مغناطيس النيوديميوم المتناوب والجزء الثابت ذو اللفات.

دوارات المولدات محلية الصنع
الجزء الثابت مع اللفات لمولد محلي الصنع

الغاز الحيوي للطاقة البديلة

يتم الحصول على الغاز البيولوجي كمصدر للطاقة بشكل رئيسي بطريقتين: الانحلال الحراريوالتحلل اللاهوائي (بدون الأكسجين) للمواد العضوية. يتطلب الانحلال الحراري إمدادًا محدودًا من الأكسجين اللازم للحفاظ على درجة حرارة التفاعل، بينما يتم إطلاق الغازات القابلة للاشتعال: الميثان والهيدروجين وأول أكسيد الكربون ومركبات أخرى: ثاني أكسيد الكربون وحمض الأسيتيك والماء وبقايا الرماد. يعتبر الوقود الذي يحتوي على نسبة عالية من القطران هو الأنسب كمصدر للتحلل الحراري. يُظهر الفيديو أدناه عرضًا مرئيًا لانبعاث الغازات القابلة للاشتعال من الخشب عند تسخينه.

لتجميع الغاز الحيوي من مخلفات الكائنات الحية، يتم استخدام خزانات الميثان ذات التصاميم المختلفة. إن تركيب خزان الميثان في المنزل بيديك أمر منطقي إذا كان لدى الأسرة حظيرة دجاج وخنازير وماشية. الغاز الناتج الرئيسي هو غاز الميثان، ولكن عدد كبير منتتطلب شوائب كبريتيد الهيدروجين والمركبات العضوية الأخرى استخدام أنظمة تنقية لإزالة الرائحة ومنع انسداد الشعلات في مولدات الحرارة أو تلوث قنوات وقود المحرك.

من الضروري إجراء دراسة شاملة لطاقة العمليات والتقنيات الكيميائية مع اكتساب تدريجي للخبرة، من خلال التجربة والخطأ، من أجل الحصول على غاز بيولوجي قابل للاحتراق بجودة مقبولة عند إخراج المصدر.

بغض النظر عن الأصل، بعد التنقية، يتم توفير خليط الغازات إلى مولد الحرارة (غلاية، فرن، موقد) أو إلى مكربن ​​مولد البنزين - وبهذه الطريقة، يتم الحصول على طاقة بديلة كاملة بيديك . مع وجود طاقة كافية لمولدات الغاز، من الممكن ليس فقط تزويد المنزل بالطاقة البديلة، ولكن أيضًا ضمان العمل إنتاج صغيركما هو موضح في الفيديو:

المحركات الحرارية لتوفير الطاقة البديلة والحصول عليها

مضخات حراريةتستخدم على نطاق واسع في الثلاجات ومكيفات الهواء. وقد لوحظ أن نقل الحرارة يتطلب طاقة أقل بعدة مرات من توليدها. لذلك، فإن الماء البارد من البئر له إمكانات حرارية مقارنة بالطقس البارد. ومن خلال خفض درجة حرارة المياه الجارية من بئر أو من أعماق بحيرة غير متجمدة، تقوم المضخات الحرارية باستخراج الحرارة ونقلها إلى نظام التدفئة، وبالتالي تحقيق توفير كبير في الطاقة.

توفير الطاقة باستخدام المضخة الحرارية

نوع آخر من المحركات الحرارية هو محرك ستيرلنغ، الذي يعمل بالطاقة الناتجة عن اختلافات درجات الحرارة في نظام مغلق من الأسطوانات والمكابس الموضوعة على العمود المرفقي بزاوية 90 درجة. يمكن استخدام دوران العمود المرفقي لتوليد الكهرباء. تحتوي الشبكة على الكثير من المواد من مصادر موثوقة تشرح بالتفصيل مبدأ تشغيل محرك ستيرلنغ، بل وتقدم أمثلة على التصاميم محلية الصنع، كما في الفيديو أدناه:

لسوء الحظ، لا تسمح لنا ظروف المنزل بإنشاء محرك Stirling بمعلمات خرج طاقة أعلى من تلك الموجودة في الألعاب الممتعة أو منصة العرض التوضيحي. للحصول على طاقة وكفاءة مقبولة، يشترط أن يكون الغاز العامل (الهيدروجين أو الهيليوم) تحت ضغط مرتفع (200 ضغط جوي أو أكثر). وتستخدم بالفعل محركات حرارية مماثلة في محطات الطاقة الشمسية والطاقة الحرارية الأرضية، وقد بدأ إدخالها إلى القطاع الخاص.

محرك ستيرلينغ في بؤرة مرآة مكافئة

للحصول على الكهرباء الأكثر استقرارًا واستقلالية في منزل ريفي أو في منزل خاص، ستحتاج إلى الجمع بين عدة مصادر بديلة للطاقة.

أفكار مبتكرة لإيجاد مصادر بديلة للطاقة

لن يتمكن أي خبير من تغطية النطاق الكامل لإمكانيات الطاقة البديلة المتجددة بشكل كامل وكامل. تتوفر مصادر الطاقة البديلة في كل خلية حية حرفيًا. على سبيل المثال، تُعرف طحالب الكلوريلا منذ فترة طويلة بأنها مصدر للبروتين في أغذية الأسماك.

وتجري تجارب على زراعة الكلوريلا في بيئة منعدمة الجاذبية لاستخدامها كغذاء لرواد الفضاء خلال الرحلات الفضائية لمسافات طويلة في المستقبل. تتم دراسة إمكانات الطاقة للطحالب وغيرها من الكائنات الحية البسيطة لتخليق الهيدروكربونات القابلة للاشتعال.

تراكم ضوء الشمس في خلايا الكلوريلا الحية المزروعة في المنشآت الصناعية

يجب أن يؤخذ في الاعتبار أنه لم يتم اختراع محول وبطارية أفضل للطاقة الشمسية من البلاستيك الفلوري للخلية الحية. ولذلك فإن مصادر الطاقة المتجددة المحتملة للكهرباء البديلة متوفرة في كل ورقة خضراء تنفذ البناء الضوئي.

وتتمثل الصعوبة الرئيسية في جمع المواد العضوية واستخدام العمليات الكيميائية والفيزيائية لاستخراج الطاقة منها وتحويلها إلى كهرباء. وبالفعل، يتم تخصيص مساحات كبيرة من الأراضي الزراعية لزراعة محاصيل الطاقة البديلة.

حصاد ميسكانثوس - محصول زراعي للطاقة

مصدر هائل آخر للطاقة البديلة يمكن أن يكون كهرباء الغلاف الجوي. طاقة البرق هائلة ولها آثار مدمرة، وتستخدم مانعات الصواعق للحماية منها.

بديل صعوبة في كبح جماح إمكانات الطاقةيتكون البرق والكهرباء الجوية من جهد عالي وتيار تفريغ للغاية وقت قصيرالأمر الذي يتطلب إنشاء أنظمة متعددة المراحل من المكثفات لتجميع الشحنة ومن ثم استخدام الطاقة المخزنة. تتمتع الكهرباء الساكنة في الغلاف الجوي أيضًا بآفاق جيدة.

آفاق استخدام مصادر الطاقة البديلة

مصادر الطاقة التقليدية أصبحت غير ذات أهمية. أسباب كثيرة تجبر البشرية على التخلي عنها. اليوم يتم التركيز على طرق بديلة، تم استخدامها بالفعل في الممارسة العملية والمخطط لها في المستقبل. فالأبحاث مستمرة، فالعلم يتقدم دون أن يتوقف عند النتائج المتحققة. يمكنك الآن تقييم بعض الإنجازات التي حققت بالفعل نتائج أولى من أجل فهم مدى ربحية الاتجاهات الجديدة في غضون سنوات قليلة.

تستمر الطاقة البديلة في الانتشار. والسبب هو مزاياها الواضحة مقارنة بالمصادر التقليدية، والتي يصعب دحضها. وفي بعض البلدان، تنفذ الحكومة برامج عامة معقدة باستثمارات ضخمة في الإحلال التدريجي، ولكن النتائج تظل ضئيلة حتى الآن.

ما هي الأنواع الرئيسية؟

• طاقة البرق
• الطاقه الذريه.

تتيح لنا الأبحاث التي لا نهاية لها مقارنة الإمكانيات التي توفرها الطبيعة. تواصل الإنسانية البحث عن اتجاهات جديدة، والتي ستتحول بالتأكيد في المستقبل إلى بديل مثالي للمصادر التقليدية. وصف تفصيليسنعطي معلومات عامة، وسيشير أيضًا إلى الأنواع التي وجدت التطبيق فيها بالفعل الحياة اليوميةعدد سكان الكوكب.

لقد استخدم الإنسان طاقة الشمس لفترة طويلة. جرت المحاولات الأولية في العصور القديمة، عندما استخدم الناس شعاعًا موجهًا لإضاءة شجرة. الأساليب الحديثةتعتمد على استخدام مساحات كبيرة من البطاريات التي تجمع التدفقات للمعالجة اللاحقة والتراكم في البطاريات.

جميع المحطات الفضائية والأقمار الصناعية تطير باستخدام هذه الطاقة. في المدار، يكون الوصول إلى النجم مفتوحا، ولكن على الأرض، تستخدم بعض البلدان المصدر الجديد بنشاط. أحد الأمثلة على ذلك هو "حقول" كاملة من البطاريات التي تزود المدن الصغيرة بالطاقة. على الرغم من أنه من المثير للاهتمام التفكير في مصادر صغيرة جديدة مستقلة، حيث لا تتجاوز مساحة السطح سطح منزل صغير. يتم تركيبها بشكل خاص في جميع أنحاء العالم لتوفير التدفئة دون أي تكلفة إضافية.

لقد استخدمت البشرية طاقة الرياح منذ زمن سحيق. وأفضل مثال على ذلك هو المراكب الشراعية، التي يدفعها تدفق مستمر من الهواء. الآن بحث علميجعل من الممكن إنشاء مولدات خاصة توفر الكهرباء لمدن بأكملها. علاوة على ذلك، فهم يعملون وفق مبدأين:

• غير متصل على الانترنت؛
• بالتوازي مع الشبكة الرئيسية.

وفي كلتا الحالتين، من الممكن استبدال المصدر التقليدي تدريجياً، مما يقلل من التأثير الضار على البيئة. الآن يمكنك التقييم النتائج المحققةمما يؤكد صحة الاختيار. وتشير البيانات إلى أن 25% من الطاقة المولدة في الدنمارك تأتي من مزارع الرياح. وتحاول العديد من البلدان التحول تدريجياً إلى مصادر جديدة، لكن هذا ممكن فقط في الأماكن المفتوحة. وبسبب هذا، في بعض المناطق الاستخدام الخيار الأفضللا يزال يتعذر الوصول إليها.

تبقى طاقة الماء لا يمكن تعويضها. في السابق، كان يستخدم في المطاحن والسفن البسيطة، ولكن الآن تعمل محطات الطاقة الكهرومائية التوربينية الضخمة على توفير الكهرباء لمناطق بأكملها. تتيح التطورات الأخيرة للبشرية فرصة التعرف على مستقبل رائع، والذي سيتم بناؤه على أحدث المصادر. ما هي البدائل التي تستخدمها البلدان بالفعل؟

• محطات طاقة المد والجزر.
• محطات توليد الطاقة الموجية؛
• محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة والصغيرة؛
• محطة توليد الطاقة الكهرومائية الهوائية.

تستخدم محطات توليد طاقة المد والجزر طاقة المد والجزر. يعتمد ارتفاعها وقوتها على تأثير القمر، لذا يظل استقرار التغذية يمثل مشكلة إلى حد ما. على الرغم من أنه تم تنفيذ المشروع في فرنسا والهند وبريطانيا العظمى والعديد من البلدان الأخرى وتم استخدامه بنجاح كدعم لا غنى عنه.

ويتم بناء محطات توليد الطاقة الموجية على شواطئ المحيطات، حيث تتجاوز قوة التأثيرات المنتظمة على الساحل الحدود التي يمكن تخيلها. في هذه الحالة، يصبح القيد قوة غير كافية. لا يسمح لك بالحصول على ما يكفي من الطاقة.

محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة والصغيرة مناسبة للأنهار الجبلية الضيقة. حجمها الصغير يسمح لك بالعثور على الوقت بحرية، وقوتها مناسبة لتزويد المستوطنات الصغيرة. وقد تم اختبار النماذج التجريبية، ولذلك يجري الآن بناء مرافق التشغيل ذات الأداء الجيد.

محطة الطاقة الكهرومائية الهوائية هي أحدث التقنيات، والتي لا تزال قيد الاختبار. يعتمد على تكثيف الرطوبة من الجو. ولا يزال تشغيل المنشآت حلماً شبحياً، لكن هناك مؤشرات تؤكد جدوى استثمار الأموال في التنمية.

ولا تزال الطاقة الحرارية الأرضية منتشرة على نطاق واسع. يتم استخدام هذا المصدر البديل من قبل العديد طرق مختلفة. تظل واحدة من أكثر المناطق إثارة للاهتمام في مناطق معينة، لذا فإن التخلي عنها ليس له أي معنى. المشكلة الوحيدة هي ارتفاع تكلفة التركيبات، مما يحد من عددها. ما هي الخيارات الممكنة؟

• محطات توليد الطاقة الحرارية؛
• مبادلات حرارية أرضية.

طاقة البرق

طاقة البرق هي اتجاه جديد. لقد بدأ تطوير هذا الاتجاه للتو، لكن العلماء يقولون إنه من الممكن استخدام الجيجاوات المتاحة. إنهم يضيعون، والذهاب إلى الأرض. بدأت الشركة الأمريكية بحثًا يهدف إلى إنشاء منشآت خاصة لالتقاط العواصف الرعدية.

تعد طاقة البرق مصدرًا قويًا يمكنه توفير الكهرباء لمنطقة كبيرة من المدينة. وينبغي أن تؤتي التكاليف النقدية المقدرة للبناء ثمارها في غضون 5-7 سنوات، وبالتالي فإن جدوى هذه الاستثمارات لا يمكن إنكارها. كل ما تبقى هو انتظار استكمال الأبحاث للتنفيذ. تكنولوجيا جديدةفي الاستخدام على نطاق واسع.

ولحل مشكلة محدودية الوقود الأحفوري، يعمل الباحثون في جميع أنحاء العالم على إنشاء مصادر بديلة للطاقة وتسويقها تجاريًا. ونحن لا نتحدث فقط عن توربينات الرياح والألواح الشمسية المعروفة. ويمكن استبدال الغاز والنفط بالطاقة المستخرجة من الطحالب والبراكين وخطوات الإنسان. اختارت شركة Recycle عشرة من مصادر الطاقة الأكثر إثارة للاهتمام والصديقة للبيئة في المستقبل.

جول من البوابات الدوارة

يمر آلاف الأشخاص يوميًا عبر البوابات الدوارة عند مدخل محطات السكك الحديدية. في وقت واحد، توصلت العديد من مراكز الأبحاث حول العالم إلى فكرة استخدام تدفق الأشخاص كمولد طاقة مبتكر. قررت الشركة اليابانية East Japan Railway Company تجهيز كل باب دوار في محطات السكك الحديدية بالمولدات الكهربائية. يتم تنفيذ عملية التركيب في محطة قطار في منطقة شيبويا في طوكيو: يتم تركيب عناصر كهرضغطية في الأرضية أسفل البوابات الدوارة، والتي تولد الكهرباء من الضغط والاهتزاز الذي تتلقاه عندما يدوس عليها الناس.

وهناك تكنولوجيا أخرى تسمى "البوابة الدوارة للطاقة" قيد الاستخدام بالفعل في الصين وهولندا. في هذه البلدان، قرر المهندسون استخدام ليس تأثير الضغط على العناصر الكهرضغطية، ولكن تأثير دفع مقابض الباب الدوار أو أبواب الباب الدوار. يتضمن مفهوم الشركة الهولندية Boon Edam استبدال الأبواب القياسية عند المدخل مراكز التسوق(التي تعمل عادةً بنظام الخلايا الكهروضوئية وتبدأ في الدوران بنفسها) على الأبواب، والتي يجب على الزائر دفعها وبالتالي إنتاج الكهرباء.

ظهرت أبواب المولدات هذه بالفعل في المركز الهولندي Natuurcafe La Port. وتنتج كل واحدة منها حوالي 4600 كيلووات/ساعة من الطاقة سنويًا، وهو ما قد يبدو للوهلة الأولى غير مهم، ولكنه بمثابة مثال جيد لتقنية بديلة لتوليد الكهرباء.

الطحالب تسخن المنازل

بدأ اعتبار الطحالب مصدرًا بديلاً للطاقة مؤخرًا نسبيًا، لكن التكنولوجيا، وفقًا للخبراء، واعدة جدًا. ويكفي أن نقول أنه من هكتار واحد من مساحة سطح الماء التي تشغلها الطحالب، يمكن الحصول على 150 ألف متر مكعب من الغاز الحيوي سنويا. وهذا يعادل تقريبًا حجم الغاز الذي ينتجه بئر صغير، ويكفي لحياة قرية صغيرة.

من السهل الحفاظ على الطحالب الخضراء، وتنمو بسرعة، وتأتي في العديد من الأنواع التي تستخدم طاقة ضوء الشمس للقيام بعملية التمثيل الضوئي. يمكن تحويل كل الكتلة الحيوية، سواء كانت سكريات أو دهون، إلى وقود حيوي، والأكثر شيوعًا هو الإيثانول الحيوي والديزل الحيوي. تعتبر الطحالب وقودًا بيئيًا مثاليًا لأنها تنمو في بيئة مائية ولا تحتاج إلى موارد من الأرض، كما أنها عالية الإنتاجية ولا تضر بالبيئة.

ويقدر الاقتصاديون أنه بحلول عام 2018، يمكن أن يصل حجم المبيعات العالمية من معالجة الكتلة الحيوية للطحالب البحرية الدقيقة إلى حوالي 100 مليار دولار. هناك بالفعل مشاريع مكتملة تستخدم وقود "الطحالب" - على سبيل المثال، مبنى مكون من 15 شقة في هامبورغ، ألمانيا. وتغطي واجهات المنزل 129 حوضًا للطحالب، والتي تعمل كمصدر وحيد للطاقة للتدفئة وتكييف الهواء في المبنى، والذي يطلق عليه اسم Bio Intelligent Quotient (BIQ) House.

مطبات السرعة تضيء الشوارع

بدأ تطبيق مفهوم توليد الكهرباء باستخدام ما يسمى "مطبات السرعة" أولاً في المملكة المتحدة، ثم في البحرين، وقريباً ستصل التكنولوجيا إلى روسيا.بدأ كل شيء عندما أنشأ المخترع البريطاني بيتر هيوز منحدر الطريق الكهربائي الحركي للطرق السريعة. يتكون المنحدر من لوحين معدنيين يرتفعان قليلاً فوق الطريق. يوجد أسفل اللوحات مولد كهربائي يولد تيارًا كلما مرت السيارة على المنحدر.

اعتمادًا على وزن السيارة، يمكن للمنحدر أن يولد ما بين 5 إلى 50 كيلووات خلال فترة مرور السيارة بالمنحدر. تعمل هذه المنحدرات كبطاريات ويمكنها إمداد إشارات المرور وإشارات الطرق المضيئة بالكهرباء. وفي المملكة المتحدة، تعمل هذه التكنولوجيا بالفعل في العديد من المدن. بدأت الطريقة تنتشر إلى بلدان أخرى - على سبيل المثال، إلى البحرين الصغيرة.

والأمر الأكثر إثارة للدهشة هو أنه يمكن رؤية شيء مماثل في روسيا. اقترح ألبرت براند، وهو طالب من تيومين، نفس الحل لإضاءة الشوارع في منتدى VUZPromExpo. ووفقا لحسابات المطور، فإن ما بين 1000 إلى 1500 سيارة تمر على مطبات السرعة في مدينته يوميا. مقابل "اصطدام" سيارة واحدة فوق "مطب سرعة" مزود بمولد كهربائي، سيتم توليد حوالي 20 واط من الكهرباء، وهو ما لن يضر بالبيئة.

أكثر من مجرد كرة قدم

تم تطوير كرة Soccet بواسطة مجموعة من خريجي جامعة هارفارد الذين أسسوا شركة Uncharted Play، ويمكنها توليد ما يكفي من الكهرباء لتشغيل مصباح LED لعدة ساعات خلال نصف ساعة من لعب كرة القدم. يطلق على "Sockket" اسم بديل صديق للبيئة لمصادر الطاقة غير الآمنة، والتي غالبا ما يستخدمها سكان البلدان المتخلفة.

المبدأ الكامن وراء تخزين الطاقة في كرة السوكيت بسيط للغاية: يتم نقل الطاقة الحركية الناتجة عن ضرب الكرة إلى آلية صغيرة تشبه البندول والتي تقوم بتشغيل المولد. يقوم المولد بإنتاج الكهرباء، والتي يتم تخزينها في البطارية. يمكن استخدام الطاقة المخزنة لتشغيل أي جهاز كهربائي صغير - على سبيل المثال، مصباح طاولة مزود بمصباح LED.

يتمتع المقبس بقدرة إنتاجية تبلغ ستة واط. لقد حازت الكرة المولدة للطاقة بالفعل على اعتراف المجتمع العالمي: فقد حصلت على العديد من الجوائز، وأشادت بها مبادرة كلينتون العالمية، وحصلت أيضًا على جوائز في مؤتمر TED الشهير.

الطاقة الخفية للبراكين

أحد التطورات الرئيسية في تطوير الطاقة البركانية ينتمي إلى باحثين أمريكيين من الشركتين المبادرتين AltaRock Energy و Davenport Newberry Holdings. كان "موضوع الاختبار" عبارة عن بركان خامد في ولاية أوريغون. يتم ضخ المياه المالحة إلى أعماق الصخور التي تكون درجة حرارتها مرتفعة جدًا بسبب تحلل العناصر المشعة الموجودة في قشرة الكوكب والطبقة الأكثر سخونة على الأرض. عند تسخينه، يتحول الماء إلى بخار، والذي يتم تغذيته في التوربينات التي تنتج الكهرباء.

في الوقت الحالي لا يوجد سوى محطتين صغيرتين لتوليد الطاقة نوع مماثل- في فرنسا وألمانيا. إذا نجحت التكنولوجيا الأميركية، فوفقاً لهيئة المسح الجيولوجي الأميركية، فإن الطاقة الحرارية الأرضية لديها القدرة على توفير 50% من الكهرباء التي تحتاجها البلاد (واليوم تبلغ مساهمتها 0.3%) فقط.

تم اقتراح طريقة أخرى لاستخدام البراكين لتوليد الطاقة في عام 2009 من قبل باحثين أيسلنديين. وبالقرب من الأعماق البركانية، اكتشفوا خزانًا للمياه الجوفية بشكل غير طبيعي درجة حرارة عالية. يقع الماء شديد السخونة في مكان ما على الحدود بين السائل والغاز، ولا يوجد إلا عند درجات حرارة وضغوط معينة.

يمكن للعلماء إنشاء شيء مماثل في المختبر، لكن اتضح أن هذه المياه موجودة أيضا في الطبيعة - في أحشاء الأرض. ويعتقد أنه من الماء "درجة الحرارة الحرجة" يمكن استخراجه عشر مرات المزيد من الطاقةمن الماء المغلي بالطريقة الكلاسيكية.

الطاقة من حرارة الإنسان

إن مبدأ المولدات الكهربائية الحرارية التي تعمل على اختلافات درجات الحرارة معروف منذ زمن طويل. ولكن منذ بضع سنوات فقط بدأت التكنولوجيا تسمح باستخدام الحرارة كمصدر للطاقة جسم الإنسان. قام فريق من الباحثين من المعهد الكوري المتقدم للعلوم والتكنولوجيا (KAIST) بتطوير مولد مدمج في لوحة زجاجية مرنة.

ت ستسمح هذه الأداة بإعادة شحن أساور اللياقة البدنية من دفء يد الإنسان - على سبيل المثال، أثناء الجري، عندما يصبح الجسم ساخنًا جدًا ويتناقض مع درجة الحرارة المحيطة. ويمكن للمولد الكوري، الذي تبلغ أبعاده 10 × 10 سنتيمترات، أن ينتج حوالي 40 ملي واط من الطاقة عند درجة حرارة الجلد 31 درجة مئوية.

تم اتخاذ تقنية مماثلة كأساس من قبل الشابة آن ماكوسينسكي، التي اخترعت مصباحًا يدويًا يشحن من اختلاف درجة الحرارة بين الهواء وجسم الإنسان. يتم تفسير التأثير من خلال استخدام أربعة عناصر بلتيير: ميزتها هي القدرة على توليد الكهرباء عند تسخينها من جهة وتبريدها من جهة أخرى.

ونتيجة لذلك، ينتج مصباح Ann ضوءًا ساطعًا تمامًا، ولكنه لا يتطلب بطاريات قابلة لإعادة الشحن. ولكي يعمل هذا الجهاز، لا يتطلب الأمر سوى اختلاف في درجة الحرارة قدره خمس درجات فقط بين درجة تسخين كف الشخص ودرجة حرارة الغرفة.

خطوات ألواح الرصف الذكية

أي نقطة في أحد الشوارع المزدحمة تمثل ما يصل إلى 50000 خطوة في اليوم. تم تنفيذ فكرة استخدام حركة السير لتحويل الخطوات إلى طاقة بشكل مفيد في منتج طوره لورانس كيمبال كوك، مدير شركة Pavegen Systems Ltd في المملكة المتحدة. أنشأ المهندس ألواح الرصف، توليد الكهرباء من الطاقة الحركيةالمشاة المشي.

الجهاز الموجود في البلاط المبتكر مصنوع من مادة مرنة مقاومة للماء تنحني بحوالي خمسة ملليمترات عند الضغط عليها. وهذا بدوره يولد الطاقة، والتي تحولها الآلية إلى كهرباء. يتم تخزين الواط المتراكم في بطارية ليثيوم بوليمر أو يتم استخدامه مباشرة لإضاءة محطات الحافلات وواجهات المتاجر واللافتات.

يعتبر بلاط Pavegen نفسه صديقًا للبيئة تمامًا: حيث يتكون جسمه من درجة خاصة من الفولاذ المقاوم للصدأ والبوليمر المعاد تدويره بمحتوى منخفض الكربون. السطح العلوي مصنوع من الإطارات المستعملة، مما يجعل البلاط متينًا ومقاومًا للغاية للتآكل.

خلال دورة الألعاب الأولمبية الصيفية لعام 2012 في لندن، تم تركيب البلاط في العديد من الشوارع السياحية. وفي أسبوعين تمكنوا من الحصول على 20 مليون جول من الطاقة. وكان هذا أكثر من كافٍ لتشغيل إنارة الشوارع في العاصمة البريطانية.

دراجة تشحن الهواتف الذكية

لإعادة شحن المشغل أو الهاتف أو الجهاز اللوحي، لا تحتاج إلى أن يكون لديك منفذ طاقة في متناول اليد. في بعض الأحيان، كل ما عليك فعله هو تدوير الدواسات. وهكذا، أصدرت الشركة الأمريكية Cycle Atom جهازًا يسمح لك بشحن بطارية خارجية أثناء ركوب الدراجة ومن ثم إعادة شحن الأجهزة المحمولة.

المنتج، المسمى Siva Cycle Atom، هو مولد دراجات خفيف الوزن مزود ببطارية ليثيوم مصممة لتشغيل أي جهاز محمول تقريبًا به منفذ USB. يمكن تركيب هذا المولد الصغير على معظم إطارات الدراجات العادية في غضون دقائق. يمكن إزالة البطارية نفسها بسهولة لإعادة شحن الأدوات الذكية لاحقًا. يمارس المستخدم الرياضة والدواسات - وبعد بضع ساعات يتم شحن هاتفه الذكي بالفعل بما يصل إلى 100 سنت.

كما قدمت نوكيا بدورها لعامة الناس أداة متصلة بالدراجة وتسمح لك بتحويل استخدام الدواسات إلى وسيلة لتوليد طاقة صديقة للبيئة. تشتمل مجموعة شاحن دراجات Nokia على دينامو، وهو مولد كهربائي صغير يستخدم الطاقة الناتجة عن دوران عجلات الدراجة لشحن الهاتف من خلال مقبس قياسي مقاس 2 مم موجود في معظم هواتف Nokia.

فوائد من مياه الصرف الصحي

تقوم أي مدينة كبيرة بتصريف كميات هائلة من مياه الصرف الصحي يوميًا في المسطحات المائية المفتوحة، مما يؤدي إلى تلويث النظام البيئي. يبدو أن المياه المسمومة بمياه الصرف الصحي لم تعد مفيدة لأي شخص، لكن الأمر ليس كذلك - فقد اكتشف العلماء طريقة لإنشاء خلايا الوقود بناءً عليها.

وكان أحد رواد الفكرة هو الأستاذ في جامعة ولاية بنسلفانيا بروس لوغان. المفهوم العام يصعب جدًا على غير المتخصص فهمه وهو مبني على ركيزتين - استخدام خلايا الوقود البكتيرية وتركيب ما يسمى بالديلزة الكهربائية العكسية. تقوم البكتيريا بأكسدة المواد العضوية في مياه الصرف الصحي وتنتج إلكترونات في هذه العملية، مما يؤدي إلى توليد تيار كهربائي.

يمكن استخدام أي نوع من النفايات العضوية تقريبًا لتوليد الكهرباء - ليس فقط مياه الصرف الصحي، ولكن أيضًا النفايات الحيوانية، بالإضافة إلى المنتجات الثانوية من صناعات النبيذ والجعة والألبان. أما التحليل الكهربي العكسي فيستخدم مولدات كهربائية مقسمة إلى خلايا بواسطة الأغشية ويستخرج الطاقة من فرق الملوحة بين تيارين سائلين مختلطين.

الطاقة "الورقية".

قامت شركة سوني اليابانية لصناعة الإلكترونيات بتطوير وعرض في معرض طوكيو للمنتجات الخضراء مولدًا حيويًا قادرًا على توليد الكهرباء من الورق المفروم جيدًا. جوهر العملية هو كما يلي: لعزل السليلوز (هذه سلسلة طويلة من سكر الجلوكوز الموجود في النباتات الخضراء)، هناك حاجة إلى الورق المقوى المموج.

يتم كسر السلسلة بمساعدة الإنزيمات، ويتم معالجة الجلوكوز الناتج بواسطة مجموعة أخرى من الإنزيمات، والتي يتم من خلالها إطلاق أيونات الهيدروجين والإلكترونات الحرة. يتم إرسال الإلكترونات عبر دائرة خارجية لتوليد الكهرباء. من المفترض أن مثل هذا التثبيت عند معالجة ورقة واحدة بقياس 210 × 297 ملم يمكن أن يولد حوالي 18 واط في الساعة (حوالي نفس كمية الطاقة التي تنتجها 6 بطاريات AA).

هذه الطريقة صديقة للبيئة: من المزايا المهمة لمثل هذه "البطارية" عدم وجود المعادن والمركبات الكيميائية الضارة. على الرغم من أن التكنولوجيا في الوقت الحالي لا تزال بعيدة عن التسويق التجاري: فالكهرباء المولدة صغيرة جدًا - فهي تكفي فقط لتشغيل الأجهزة المحمولة الصغيرة.

بيئة الاستهلاك العلوم والتكنولوجيا: على الرغم من أن معظم مفاهيم الطاقة البديلة ليست جديدة، إلا أنه في العقود القليلة الماضية أصبحت هذه القضية ذات صلة أخيرًا. وبفضل التحسينات في التكنولوجيا والإنتاج، انخفضت تكلفة معظم أشكال الطاقة البديلة بينما زادت كفاءتها.

خلف السنوات الاخيرةأصبحت الطاقة البديلة موضوع اهتمام مكثف ونقاش ساخن. وفي ظل التهديدات الناجمة عن تغير المناخ واستمرار متوسط ​​درجات الحرارة العالمية في الارتفاع كل عام، تزايدت بطبيعة الحال الرغبة في إيجاد أشكال من الطاقة من شأنها أن تقلل الاعتماد على الوقود الأحفوري والفحم وغير ذلك من العمليات الملوثة.

على الرغم من أن معظم مفاهيم الطاقة البديلة ليست جديدة، إلا أن هذه القضية لم تصبح ذات صلة أخيرًا إلا في العقود القليلة الماضية. وبفضل التحسينات في التكنولوجيا والإنتاج، انخفضت تكلفة معظم أشكال الطاقة البديلة بينما زادت كفاءتها. ما هي الطاقة البديلة، بعبارات بسيطة ومفهومة، وما هو احتمال أن تصبح سائدة؟

من الواضح أنه لا يزال هناك بعض الجدل حول معنى "الطاقة البديلة" وما يمكن تطبيق هذه العبارة عليه. فمن ناحية، يمكن تطبيق هذا المصطلح على أشكال الطاقة التي لا تزيد من البصمة الكربونية للبشرية. ولذلك، يمكن أن تشمل المنشآت النووية ومحطات الطاقة الكهرومائية وحتى الغاز الطبيعي و"الفحم النظيف".

من ناحية أخرى، يستخدم المصطلح أيضًا للإشارة إلى ما يعتبر الآن طرقًا غير تقليدية للطاقة - الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة الحرارية الأرضية والكتلة الحيوية وغيرها من الإضافات الحديثة. يستثني هذا النوع من التصنيف طرق استخراج الطاقة مثل الطاقة الكهرومائية، والتي كانت موجودة منذ أكثر من مائة عام وهي شائعة جدًا في بعض مناطق العالم.

والعامل الآخر هو أن مصادر الطاقة البديلة يجب أن تكون "نظيفة" ولا تنتج ملوثات ضارة. وكما ذكرنا، يشير هذا في أغلب الأحيان إلى ثاني أكسيد الكربون، ولكنه قد يشير أيضًا إلى انبعاثات أخرى - أول أكسيد الكربون، وثاني أكسيد الكبريت، وأكسيد النيتروجين وغيرها. وفقا لهذه المعلمات الطاقة النوويةلا يعتبر مصدرا بديلا للطاقة لأنه ينتج نفايات مشعة، وهي شديدة السمية ويجب تخزينها بشكل مناسب.

ومع ذلك، في جميع الحالات، يُستخدم هذا المصطلح للإشارة إلى أنواع الطاقة التي ستحل محل الوقود الأحفوري والفحم باعتباره الشكل السائد لإنتاج الطاقة في العقد المقبل.

أنواع مصادر الطاقة البديلة

بالمعنى الدقيق للكلمة، هناك أنواع عديدة من الطاقة البديلة. مرة أخرى، هذا هو المكان الذي تتعطل فيه التعريفات لأنه في الماضي " طاقة بديلة"الطرق المسماة التي لا يعتبر استخدامها أساسيًا أو معقولًا. ولكن إذا أخذنا التعريف على نطاق واسع، فإنه سيشمل بعض أو كل هذه النقاط:

الطاقة الكهرومائية.هذه هي الطاقة التي تنتجها السدود الكهرومائية عندما تمر المياه المتساقطة والمتدفقة (في الأنهار والقنوات والشلالات) عبر جهاز يدير التوربينات ويولد الكهرباء.

الطاقة النووية.الطاقة التي يتم إنتاجها خلال تفاعلات الانشطار البطيئة. وتقوم قضبان اليورانيوم أو العناصر المشعة الأخرى بتسخين الماء وتحوله إلى بخار، ويقوم البخار بتدوير التوربينات وتوليد الكهرباء.

طاقة شمسية.الطاقة التي يتم الحصول عليها مباشرة من الشمس؛ تقوم الخلايا الكهروضوئية (التي تتكون عادة من ركيزة من السيليكون مرتبة في صفائف كبيرة) بتحويل أشعة الشمس مباشرة إلى طاقة كهربائية. وفي بعض الحالات، يتم استخدام الحرارة الناتجة عن ضوء الشمس لإنتاج الكهرباء، وهذا ما يعرف بالطاقة الحرارية الشمسية.

طاقة الرياح.الطاقة المولدة عن طريق تدفق الهواء. تدور توربينات الرياح العملاقة تحت تأثير الرياح وتولد الكهرباء.

الطاقة الحرارية الأرضية.وتأتي هذه الطاقة من الحرارة والبخار الناتج عن النشاط الجيولوجي في القشرة الأرضية. وفي معظم الحالات، توضع الأنابيب في الأرض فوق المناطق النشطة جيولوجيا لتمرير البخار عبر التوربينات، وبالتالي توليد الكهرباء.

طاقة المد والجزر.ويمكن أيضًا استخدام تيارات المد والجزر القريبة من السواحل لتوليد الكهرباء. يؤدي التغير اليومي في المد والجزر إلى تدفق المياه ذهابًا وإيابًا عبر التوربينات. يتم توليد الكهرباء ونقلها إلى محطات الطاقة البرية.

الكتلة الحيوية.وهذا ينطبق على الوقود الذي يتم الحصول عليه من النباتات والمصادر البيولوجية - الإيثانول والجلوكوز والطحالب والفطريات والبكتيريا. يمكنهم استبدال البنزين كمصدر للوقود.

هيدروجين.الطاقة التي يتم الحصول عليها من العمليات التي تنطوي على غاز الهيدروجين. وتشمل هذه المحولات الحفازة، حيث يتم تفكيك جزيئات الماء وإعادة توحيدها من خلال التحليل الكهربائي؛ وخلايا الوقود الهيدروجيني، التي تستخدم الغاز لتشغيل محرك احتراق داخلي أو تشغيل توربين ساخن؛ أو الاندماج النووي، حيث يتم دمج ذرات الهيدروجين تحت ظروف خاضعة للرقابة، مما يؤدي إلى إطلاق كميات لا تصدق من الطاقة.

مصادر الطاقة البديلة والمتجددة

وفي كثير من الحالات، تكون مصادر الطاقة البديلة متجددة أيضًا. ومع ذلك، فإن المصطلحات ليست قابلة للتبادل تمامًا نظرًا لأن العديد من أشكال مصادر الطاقة البديلة تعتمد على مورد محدود. على سبيل المثال، تعتمد الطاقة النووية على اليورانيوم أو العناصر الثقيلة الأخرى التي يجب استخراجها أولاً.

وفي الوقت نفسه، تعتمد طاقة الرياح والطاقة الشمسية وطاقة المد والجزر والطاقة الحرارية الأرضية والطاقة الكهرومائية على مصادر متجددة بالكامل. تعد أشعة الشمس مصدر الطاقة الأكثر وفرة على الإطلاق، وعلى الرغم من أنها محدودة بالطقس والوقت من اليوم، إلا أنها لا تنضب من وجهة النظر الصناعية. ولا تنحسر الرياح أيضًا، وذلك بفضل التغيرات في الضغط في غلافنا الجوي ودوران الأرض.

حاليا، الطاقة البديلة لا تزال في شبابها. لكن هذه الصورة تتغير بسرعة تحت تأثير الضغوط السياسية والكوارث البيئية العالمية (الجفاف والمجاعات والفيضانات) والتحسينات في تكنولوجيات الطاقة المتجددة.

على سبيل المثال، اعتبارًا من عام 2015، كانت احتياجات العالم من الطاقة لا تزال يتم توفيرها في الغالب عن طريق الفحم (41.3%) والغاز الطبيعي (21.7%). وشكلت محطات الطاقة الكهرومائية والطاقة النووية 16.3% و10.6% على التوالي، في حين شكلت "مصادر الطاقة المتجددة" (الشمس، وطاقة الرياح، والكتلة الحيوية، وما إلى ذلك) 5.7% فقط.

لقد تغير هذا بشكل كبير منذ عام 2013، عندما بلغ الاستهلاك العالمي للنفط والفحم والغاز الطبيعي 31.1% و28.9% و21.4% على التوالي. وتمثل الطاقة النووية والطاقة الكهرومائية 4.8% و2.45%، في حين تمثل مصادر الطاقة المتجددة 1.2% فقط.

بالإضافة إلى ذلك، هناك زيادة في عدد الاتفاقيات الدولية المتعلقة بالحد من استخدام الوقود الأحفوري وتطوير مصادر الطاقة البديلة. على سبيل المثال، توجيه الطاقة المتجددة، الذي وقعه الاتحاد الأوروبي في عام 2009، والذي حدد أهدافا لاستخدام الطاقة المتجددة لجميع البلدان الأعضاء بحلول عام 2020.

في جوهرها، تتطلب هذه الاتفاقية من الاتحاد الأوروبي تلبية ما لا يقل عن 20٪ من إجمالي احتياجاته من الطاقة بالطاقة المتجددة بحلول عام 2020 وما لا يقل عن 10٪ من وقود وسائل النقل. وفي نوفمبر 2016، قامت المفوضية الأوروبية بمراجعة هذه الأهداف وحددت حدًا أدنى لاستهلاك الطاقة المتجددة بنسبة 27٪ بحلول عام 2030.

أصبحت بعض الدول رائدة في تطوير الطاقة البديلة. على سبيل المثال، في الدنمارك، توفر طاقة الرياح ما يصل إلى 140% من احتياجات البلاد من الكهرباء؛ ويتم توريد الفائض إلى الدول المجاورة، ألمانيا والسويد.

حققت أيسلندا، بفضل موقعها في شمال المحيط الأطلسي وبراكينها النشطة، الاعتماد بنسبة 100٪ على الطاقة المتجددة في وقت مبكر من عام 2012 من خلال مزيج من الطاقة الكهرومائية والطاقة الحرارية الأرضية. وفي عام 2016، تبنت ألمانيا سياسة للتخلص التدريجي من اعتمادها على النفط والطاقة النووية.

إن آفاق الطاقة البديلة على المدى الطويل إيجابية للغاية. وفقا لتقرير عام 2014 الصادر عن وكالة الطاقة الدولية (IEA)، فإن الطاقة الشمسية الكهروضوئية والطاقة الشمسية طاقة حراريةسوف تمثل 27% من الطلب العالمي بحلول عام 2050، مما يجعلها أكبر مصدر للطاقة. ربما، بفضل التقدم في مجال الاندماج النووي، ستصبح مصادر الوقود الأحفوري قديمة بشكل ميؤوس منه بحلول عام 2050. نشرت

مصادر طاقه بديله- هذه هي الرياح والشمس والمد والجزر والكتلة الحيوية والطاقة الحرارية الأرضية للأرض.

منذ فترة طويلة يستخدم الإنسان طواحين الهواء كمصدر للطاقة. ومع ذلك، فهي فعالة ومناسبة فقط للمستخدمين الصغار. ولسوء الحظ، فإن الرياح ليست قادرة بعد على توفير الكهرباء بكميات كافية. الطاقة الشمسية وطاقة الرياح لها عيب خطير - عدم الاستقرار المؤقت في اللحظة التي تشتد الحاجة إليها. وفي هذا الصدد، هناك حاجة إلى أنظمة تخزين الطاقة حتى يمكن استهلاكها في أي وقت، ولكن لا توجد تكنولوجيا ناضجة اقتصاديًا لإنشاء مثل هذه الأنظمة حتى الآن.

تم تطوير أول مولدات طاقة الرياح في التسعينيات. القرن التاسع عشر في الدنمارك، وبحلول عام 1910، تم بناء عدة مئات من المنشآت الصغيرة في هذا البلد. وفي غضون سنوات قليلة، أصبحت الصناعة الدنماركية تحصل على ربع احتياجاتها من الكهرباء من مولدات الرياح. وكانت قدرتها الإجمالية 150-200 ميجاوات.

في عام 1982، تم بيع 1280 توربينة رياح في السوق الصينية، وفي عام 1986، تم بيع 11000، مما أدى إلى جلب الكهرباء إلى مناطق في الصين لم تكن لديها هذه الكهرباء من قبل.

في بداية القرن العشرين. في روسيا كان هناك 250 ألف طاحونة هواء فلاحية بقدرة تصل إلى مليون كيلوواط. لقد قاموا بطحن 2.5 مليار رطل من الحبوب في الموقع، دون الحاجة إلى النقل لمسافات طويلة. لسوء الحظ، نتيجة لموقف طائش تجاه الموارد الطبيعية في الأربعينيات. القرن الماضي على الإقليم اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية السابقتم تدمير الجزء الرئيسي من محركات الرياح والمياه بحلول الخمسينيات. لقد اختفوا تمامًا تقريبًا باعتبارهم "تقنية متخلفة".

حاليًا، تُستخدم الطاقة الشمسية في بعض البلدان بشكل أساسي للتدفئة، ولإنتاج الطاقة على نطاق صغير جدًا. وفي الوقت نفسه، تبلغ قوة الإشعاع الشمسي الذي يصل إلى الأرض 2 × 10 17 واط، وهو أعلى بأكثر من 30 ألف مرة من المستوى الحالي لاستهلاك الإنسان للطاقة.

هناك خياران رئيسيان لاستخدام الطاقة الشمسية: الفيزيائية والبيولوجية. في النسخة المادية، يتم تجميع الطاقة بواسطة مجمعات الطاقة الشمسية، أو الخلايا الشمسية على أشباه الموصلات، أو يتم تركيزها بواسطة نظام من المرايا. يستخدم الخيار البيولوجي الطاقة الشمسية المتراكمة أثناء عملية التمثيل الضوئي في المادة العضوية للنباتات (الخشب عادة). هذا الخيار مناسب للبلدان التي لديها احتياطيات غابات كبيرة نسبيًا. على سبيل المثال، تخطط النمسا للحصول على ما يصل إلى ثلث احتياجاتها من الكهرباء من حرق الأخشاب في السنوات المقبلة. ولنفس الأغراض، من المخطط في المملكة المتحدة زراعة حوالي مليون هكتار من الأراضي غير الصالحة للاستخدام الزراعي بالغابات. تزرع الأنواع سريعة النمو مثل الحور الذي يتم قطعه بالفعل بعد 3 سنوات من الزراعة (يبلغ ارتفاع هذه الشجرة حوالي 4 أمتار وقطر الجذع أكثر من 6 سم).

أصبحت مشكلة استخدام مصادر الطاقة غير التقليدية ذات أهمية خاصة في الآونة الأخيرة. وهذا بلا شك مفيد، على الرغم من أن هذه التقنيات تتطلب تكاليف كبيرة. وفي فبراير 1983، بدأت شركة أركا سولار الأمريكية تشغيل أول محطة للطاقة الشمسية في العالم بقدرة 1 ميجاوات. إن بناء مثل هذه محطات الطاقة هو اقتراح مكلف. سيكلف بناء محطة للطاقة الشمسية قادرة على توفير الكهرباء لنحو 10 آلاف مستهلك منزلي (الطاقة - حوالي 10 ميجاوات) 190 مليون دولار. وهذا يعادل أربعة أضعاف تكلفة إنشاء محطة للطاقة الحرارية تعمل بالوقود الصلب، وبالتالي ثلاثة أضعاف تكلفة إنشاء محطة للطاقة الكهرومائية ومحطة للطاقة النووية. ومع ذلك، فإن الخبراء في دراسة الطاقة الشمسية واثقون من أنه مع تطور تكنولوجيا استخدام الطاقة الشمسية، فإن أسعارها ستنخفض بشكل كبير.

من المرجح أن تكون طاقة الرياح والطاقة الشمسية هي مستقبل الطاقة. وفي عام 1995، بدأت الهند في تنفيذ برنامج لتوليد الطاقة باستخدام الرياح. في الولايات المتحدة الأمريكية، تبلغ قدرة محطات طاقة الرياح 1654 ميجاوات، وفي الاتحاد الأوروبي - 2534 ميجاوات، منها 1000 ميجاوات يتم توليدها في ألمانيا. حاليًا، حققت طاقة الرياح أكبر تطور لها في ألمانيا وإنجلترا وهولندا والدنمارك والولايات المتحدة الأمريكية (توجد 15 ألف توربينة رياح في كاليفورنيا وحدها). الطاقة التي يتم الحصول عليها من الرياح يمكن أن تتجدد باستمرار. مزارع الرياح لا تلوث البيئة. بمساعدة طاقة الرياح، من الممكن كهربة المناطق النائية في العالم. على سبيل المثال، يعتمد 1600 من سكان جزيرة ديزيرات في جوادلوب على الكهرباء المولدة بواسطة 20 مولدًا للرياح.

ما هي الأشياء الأخرى التي يمكنك الحصول على الطاقة منها دون تلويث البيئة؟

لاستغلال طاقة المد والجزر، عادة ما يتم بناء محطات طاقة المد والجزر عند مصبات الأنهار أو مباشرة على شاطئ البحر. في كاسر الأمواج التقليدي للميناء، تُترك ثقوب حيث يتدفق الماء بحرية. وكل موجة تزيد من مستوى الماء، وبالتالي ضغط الهواء المتبقي في الثقوب. الهواء "المنضغط" من خلال الفتحة العلوية يدفع التوربين. ومع انطلاق الموجة تحدث حركة عكسية للهواء تسعى لملء الفراغ، وتستقبل التوربينة دفعة جديدة للدوران. ووفقا للخبراء، يمكن لمحطات الطاقة هذه أن تستخدم ما يصل إلى 45% من طاقة المد والجزر.

يبدو أن طاقة الأمواج هي شكل واعد إلى حد ما من مصادر الطاقة الجديدة. على سبيل المثال، في مقابل كل متر من جبهة الأمواج المحيطة ببريطانيا على الجانب الشمالي من المحيط الأطلسي، هناك في المتوسط ​​80 كيلووات من الطاقة سنويا، أو 120 ألف جيجاوات. إن الخسائر الكبيرة أثناء معالجة ونقل هذه الطاقة أمر لا مفر منه، ويبدو أن ثلثها فقط يمكن أن يدخل الشبكة. ومع ذلك فإن الكمية المتبقية تكفي لتزويد بريطانيا بأكملها بالكهرباء بمستوى معدلات الاستهلاك الحالية.

ينجذب العلماء أيضًا إلى استخدام الغاز الحيوي، وهو عبارة عن خليط من الغاز القابل للاشتعال - الميثان (60-70٪) وثاني أكسيد الكربون غير القابل للاشتعال. عادة ما تحتوي على شوائب - كبريتيد الهيدروجين والهيدروجين والأكسجين والنيتروجين. يتكون الغاز الحيوي نتيجة التحلل اللاهوائي (الخالي من الأكسجين) للمواد العضوية. يمكن ملاحظة هذه العملية في الطبيعة في مستنقعات الأراضي المنخفضة. فقاعات الهواء المتصاعدة من قاع الأراضي الرطبة هي الغاز الحيوي - الميثان ومشتقاته.

يمكن تقسيم عملية إنتاج الغاز الحيوي إلى مرحلتين. أولا، بمساعدة البكتيريا اللاهوائية، يتم تشكيل مجموعة من المواد العضوية وغير العضوية من الكربوهيدرات والبروتينات والدهون: الأحماض (زبدي، بروبيونيك، الخليك)، الهيدروجين، ثاني أكسيد الكربون. في المرحلة الثانية (القلوية أو الميثان)، تشارك بكتيريا الميثان، التي تدمر الأحماض العضوية وتطلق الميثان وثاني أكسيد الكربون و كمية صغيرةهيدروجين.

يعتمد على التركيب الكيميائيعند تخمير المواد الخام، يتم إطلاق ما بين 5 إلى 15 مترًا مكعبًا من الغاز لكل متر مكعب من المواد العضوية المعالجة.

يمكن حرق الغاز الحيوي لتدفئة المنازل، وتجفيف الحبوب، واستخدامه كوقود للسيارات والجرارات. في تكوينه، الغاز الحيوي يختلف قليلا عن الغاز الطبيعي. بالإضافة إلى ذلك، في عملية إنتاج الغاز الحيوي، تمثل بقايا التخمير ما يقرب من نصف المادة العضوية. يمكن قولبته لإنتاج الوقود الصلب. ومع ذلك، من وجهة نظر اقتصادية، هذا ليس عقلانيا جدا. من الأفضل استخدام بقايا التخمير كسماد.

1 م 3 من الغاز الحيوي يتوافق مع 1 لتر من الغاز السائل أو 0.5 لتر من البنزين عالي الجودة. إن الحصول على الغاز الحيوي سيوفر فوائد تكنولوجية - تدمير النفايات وفوائد الطاقة - الوقود الرخيص.

في الهند، يتم استخدام حوالي مليون منشأة رخيصة وبسيطة لإنتاج الغاز الحيوي، وفي الصين هناك أكثر من 7 ملايين منها من وجهة نظر بيئية، يتمتع الغاز الحيوي بمزايا هائلة، لأنه يمكن أن يحل محل الحطب، وبالتالي الحفاظ على الغابات و منع التصحر. في أوروبا، يلبي عدد من محطات معالجة مياه الصرف الصحي البلدية احتياجاتها من الطاقة من الغاز الحيوي الذي تنتجه.

مصدر بديل آخر للطاقة هو المواد الخام الزراعية: قصب السكر، بنجر السكر، البطاطس، الخرشوف القدس، إلخ. ويتم إنتاج الوقود السائل، وخاصة الإيثانول، عن طريق التخمير في بعض البلدان. وهكذا، في البرازيل، يتم تحويل المادة النباتية إلى كحول إيثيلي بكميات تكفي لتلبية معظم احتياجاتها من وقود السيارات. المواد الخام اللازمة لتنظيم الإنتاج الضخم للإيثانول هي بشكل أساسي قصب السكر. يشارك قصب السكر بنشاط في عملية التمثيل الضوئي وينتج طاقة أكثر لكل هكتار من المساحة المزروعة مقارنة بالمحاصيل الأخرى. ويبلغ إنتاجها حاليا في البرازيل 8.4 مليون طن، أي ما يعادل 5.6 مليون طن من البنزين عالي الجودة. يتم إنتاج البيوكوول في الولايات المتحدة الأمريكية - وهو وقود للسيارات يحتوي على 10٪ إيثانول يتم الحصول عليه من الذرة.

يمكن الحصول على الطاقة الحرارية أو الكهربائية من حرارة أعماق الأرض. تعتبر الطاقة الحرارية الأرضية فعالة اقتصاديًا عندما يكون الماء الساخن قريبًا من سطح القشرة الأرضية - في مناطق النشاط البركاني النشط مع العديد من السخانات (كامتشاتكا، جزر الكوريل، جزر الأرخبيل الياباني). وخلافا لمصادر الطاقة الأولية الأخرى، لا يمكن نقل ناقلات الطاقة الحرارية الأرضية لمسافات تتجاوز عدة كيلومترات. ولذلك، فإن حرارة الأرض هي مصدر محلي نموذجي للطاقة، والأعمال المتعلقة بتشغيلها (التنقيب، وإعداد مواقع الحفر، والحفر، واختبار الآبار، وسحب السوائل، واستلام ونقل الطاقة، وإعادة الشحن، وإنشاء البنى التحتية، وما إلى ذلك) يتم تنفيذه كما هو معتاد في منطقة صغيرة نسبيًا، مع مراعاة الظروف المحلية.

تُستخدم الطاقة الحرارية الأرضية على نطاق واسع في الولايات المتحدة الأمريكية والمكسيك والفلبين. وتبلغ حصة الطاقة الحرارية الأرضية في قطاع الطاقة في الفلبين 19%، والمكسيك 4%، والولايات المتحدة (بما في ذلك استخدامها للتدفئة "مباشرة"، أي دون تحويلها إلى طاقة كهربائية) حوالي 1%. وتتجاوز القدرة الإجمالية لجميع محطات الطاقة الحرارية الأرضية في الولايات المتحدة 2 مليون كيلوواط. توفر الطاقة الحرارية الأرضية الحرارة إلى عاصمة أيسلندا، ريكيافيك. بالفعل في عام 1943، تم حفر 32 بئرا هناك على أعماق تتراوح من 440 إلى 2400 متر، والتي من خلالها ترتفع المياه بدرجة حرارة تتراوح من 60 إلى 130 درجة مئوية إلى السطح. تسعة من هذه الآبار لا تزال تعمل حتى اليوم. وفي روسيا، تعمل في كامتشاتكا محطة للطاقة الحرارية الأرضية بقدرة 11 ميجاوات ويجري بناء محطة أخرى بقدرة 200 ميجاوات.