تويت
كيف تصل الكهرباء إلى بيوتنا
الرحلة التي تمضيها الكهرباء حتى تصل إلى بيوتنا وإلى مقابس منزلك رحلة طويلة جدًا لكنها سريعة للغاية، هذا ليس بالسحر ولا خيال علمي، هي عملية تدريجية تفسر الكثير من الأمور المتعلقة بالكهرباء، إليك تلك العملية.
الكهرباء
هي مصدر طاقة ثانوي يُحصل عليها من تحويل مصدر أولي إلى شكل أخر من الطاقة، يمكن أن تكون تلك المصادر الأولية متجددة كالشمس أو الريح أو غير متجددة كالفحم الحجري والغاز الطبيعي والنفط.
بشكل عام تتكون الكهرباء من ذرات، ولفهم الكهرباء لا بدّ من فهم المعلومات الأساسية عن الذرات، فالذرة تتكون من نواة تقع في مركز الذرة، تتألف هذه النواة من جسيمات هي البروتونات والنيترونات، بينما تدور الإلكترونات حولها بمدارات متتالية، تنجذب كل من البروتونات والإلكترونات إلى بعضها البعض على اعتبار أنّ لكل منهما شحنة كهربائية، حيث تُشحن الإلكترونات بشحنة سالبة بينما تُشحن البروتونات بشحنة موجبة، تكون الذرة متوازنة عندما يكون عدد الإلكترونات مساويًا لعدد البروتونات، أمّا النترونات فهي جسيمات خاملة لا تحمل أيّ شحنة كهربائية ويختلف عددها من ذرة لأخرى.
بالعودة إلى الإلكترونات، تتمتع الإلكترونات الموجودة في أقرب مدار حول النواة بجاذبية أقوى من الإلكترونات البعيدة عن النواة، وبالتالي يمكن لتلك الإلكترونات (الموجودة في المدار الخارجي للذرة) أن تخرج من مدارها وتنتقل من ذرة لأخرى، وتسمى حينها بالإلكترونات الحرة، هذه الإلكترونات هي التي تكون التيار الكهربائي.
طريقة توليد الكهرباء في محطات التوليد
كما ذكرنا سابقًا، لتوليد الكهرباء نحتاج إلى مصدر أولي لتحويله والحصول عليها، بالتالي تختلف طريقة التوليد باختلاف نوع المادة الأولية المستخدمة لذا نجد تنوع في محطات التوليد، أهم تلك المحطات:
كيف تصل الكهرباء إلى بيوتنا
بعد أن تولد الكهرباء في محطات التوليد، تبدأ رحلتها حتى تصل إلى بيوتنا وفق الآتي:
مستقبل الكهرباء
على قدر الإفادة الكبيرة التي تقدمها الكهرباء لنا، إلا أنّ بعض طرق توليدها تزيد من مشاكل الاحتباس الحراري والتغير المناخي وتلوث الهواء، وللحد من ذلك يجب خفض الكميات الكبيرة للوقود الأحفوري المستخدمة في توليد الكهرباء، لذا يتم التوجه إلى استخدام الطاقة المتجددة او كما تُعرف بالطاقة النظيفة لتوليدها بحيث تؤمن مصادر مستقبلية موثوقة للطاقة وبأسعار معقولة، تعد الطاقة النووية الأبرز في ذلك لذا أدخلت الرابطة النووية العالمية برنامج Harmony، الذي يسعى لجعل ما ما لا يقل عن 25% من إنتاج الكهرباء يعتمد على الطاقة النووية قبل العام 2050.
الكهرباء
هي مصدر طاقة ثانوي يُحصل عليها من تحويل مصدر أولي إلى شكل أخر من الطاقة، يمكن أن تكون تلك المصادر الأولية متجددة كالشمس أو الريح أو غير متجددة كالفحم الحجري والغاز الطبيعي والنفط.
بشكل عام تتكون الكهرباء من ذرات، ولفهم الكهرباء لا بدّ من فهم المعلومات الأساسية عن الذرات، فالذرة تتكون من نواة تقع في مركز الذرة، تتألف هذه النواة من جسيمات هي البروتونات والنيترونات، بينما تدور الإلكترونات حولها بمدارات متتالية، تنجذب كل من البروتونات والإلكترونات إلى بعضها البعض على اعتبار أنّ لكل منهما شحنة كهربائية، حيث تُشحن الإلكترونات بشحنة سالبة بينما تُشحن البروتونات بشحنة موجبة، تكون الذرة متوازنة عندما يكون عدد الإلكترونات مساويًا لعدد البروتونات، أمّا النترونات فهي جسيمات خاملة لا تحمل أيّ شحنة كهربائية ويختلف عددها من ذرة لأخرى.
بالعودة إلى الإلكترونات، تتمتع الإلكترونات الموجودة في أقرب مدار حول النواة بجاذبية أقوى من الإلكترونات البعيدة عن النواة، وبالتالي يمكن لتلك الإلكترونات (الموجودة في المدار الخارجي للذرة) أن تخرج من مدارها وتنتقل من ذرة لأخرى، وتسمى حينها بالإلكترونات الحرة، هذه الإلكترونات هي التي تكون التيار الكهربائي.
طريقة توليد الكهرباء في محطات التوليد
كما ذكرنا سابقًا، لتوليد الكهرباء نحتاج إلى مصدر أولي لتحويله والحصول عليها، بالتالي تختلف طريقة التوليد باختلاف نوع المادة الأولية المستخدمة لذا نجد تنوع في محطات التوليد، أهم تلك المحطات:
- المحطات الحرارية: تستخدم هذه المحطات الفحم أو الغاز لتوليد الكهرباء، حيث يتم إنتاج الكهرباء عبر حرق أحد تلك المواد ضمن أفران خاصة لتسخين خزان من الماء، يتبخر الماء عند تسخينه ويتحول إلى بخار، يُستخدم البخار في تدوير توربينات، دوران التوربين يولد الكهرباء حيث تعمل مولدات على تحويل الطاقة الميكانيكية الناتجة عن التوربين إلى طاقة كهربائية، في النهاية يتم تكثيف البخار مجددًا باستخدام مكثف ليتحول إلى ماء وتعود الدورة من جديد.
- المحطات الحرارية ذات الدوران المركب: تستخدم هذه المحطات ذات المواد الأواية التي تستخدمها المحطات الحرارية التقليدية، وتعمل بطريقة مشابهة جدًا لها، إلا أنّها تتميز عنها بأنّها تحوي توربين أخر يقوم بسحب الهواء من الوسط المحيط ليتم تسخينه أيضًا بأحد المواد الأولية ليساهم في توليد المزيد من الكهرباء، تعتبر هذه المحطات أكثر كفاءة ومرونة مقارنةً بالمحطات التقليدية، كما أنّها أقل تلويثًا للهواء.
- المحطات النووية: تعمل هذه المحطات عن طريق الحرارة الناتجة عن الانشطار النووي لأحد الذرات ضمن المفاعل، يُستخدم اليورانيوم عادةً، حيث تُستخدم تلك الحرارة في تسخين كميات كبيرة من الماء لتتبخر وتدور التوربين المتصل بمولد.
- المحطات الحرارية الجوفية: آلية عمل هذه المحطات مشابهة للمحطات السابقة، حيث تولد الكهرباء عن طريق تدوير توربين متصل بمولد عن طريق البخار، لكن المختلف هنا أنّه تُستخدم حرارة الأرض الباطنية في عملية التسخين حيث يتم تمديد مجموعة من الأنابيب في باطن الأرض.
- المحطات العضوية: تستخدم هذه المحطات النفايات العضوية بكافة أشكالها الحيوانية والنباتية والصناعية لتأمين الحرارة اللازمة للتوليد.
- المحطات الكهرومائية: لا تحتاج هذه المحطات إلى حرارة بل يمكن أن نقول عنها أنّها النسخة المتطورة من طواحين الهواء القديمة، حيث تستخدم دفقات كبيرة من الماء لتحريك التوربينات وتوليد الكهرباء.
- المزارع الريحية: في هذه المحطات يتم توليد الكهرباء عن طريق تدوير التوربينات بقوة الرياح.
- المزارع الشمسية: يوجد نوعا توليد في هذه المحطات، في بعض المحطات تُستخدم أشعة الشمس لتسخين الماء وتدوير التوربينات عن طريق البخار الناتج، أمّا النوع الثاني فيستخدم الخلايا الكهرضوئية للحصول على تيار كهربائي مباشرةً.
- محطات المد والجزر: تستخدم هذه المحطات حركة المد والجزر لتدوير التوربينات الموصولة إلى مولد وبالتالي توليد الكهرباء.
- محطات طاقة الأمواج: تشبه هذه المحطات المحطة السابقة، لكنها تستخدم قوة الأمواج بدلاً من المد والجزر في التوليد.
كيف تصل الكهرباء إلى بيوتنا
بعد أن تولد الكهرباء في محطات التوليد، تبدأ رحلتها حتى تصل إلى بيوتنا وفق الآتي:
- يُرسل التيار الكهربائي عبر محولات رافعة للجهد لكي تكون قادرة على قطع مسافات طويلة، تمر الشحنة الكهربائية عبر خطوط التوتر العالي التي تمتد عبر البلاد.
- يصل التيار بعد ذلك إلى محطة فرعية حيث يُخفص جهده ليُنقل عبر خطوط نقل أصغر حتى يصل إلى المحولات الموزعة ضمن المناطق السكنية.
- تعمل تلك المحولات على تخفيض التوتر مرة أخرى ليصل إلى 220-240 V، بحيث يكون آمنًا للاستخدام ضمن المنازل.
- تُنقل بعد ذلك بخطوط التوتر المنخفض لتصل إلى العداد الكهربائي الذي يقيس كمية الكهرباء المُستهلكة ضمن المنزل أو المكتب، وعلى أساسها يتم تحصيل الفواتير.
- تصل الكهرباء إلى بيوتنا بعد ذلك إلى لوحة التوزيع المكونة من مجموعة من قواطع الحماية لحماية المنزل من الحمل الزائد، لتنتقل بعدها عبر الأسلاك ضمن الجدران إلى المقابس والمفاتيح الموزعة ضمن المنزل.
مستقبل الكهرباء
على قدر الإفادة الكبيرة التي تقدمها الكهرباء لنا، إلا أنّ بعض طرق توليدها تزيد من مشاكل الاحتباس الحراري والتغير المناخي وتلوث الهواء، وللحد من ذلك يجب خفض الكميات الكبيرة للوقود الأحفوري المستخدمة في توليد الكهرباء، لذا يتم التوجه إلى استخدام الطاقة المتجددة او كما تُعرف بالطاقة النظيفة لتوليدها بحيث تؤمن مصادر مستقبلية موثوقة للطاقة وبأسعار معقولة، تعد الطاقة النووية الأبرز في ذلك لذا أدخلت الرابطة النووية العالمية برنامج Harmony، الذي يسعى لجعل ما ما لا يقل عن 25% من إنتاج الكهرباء يعتمد على الطاقة النووية قبل العام 2050.