كيفية توليد الكهرباء من الحركة تتطلب دراسات عميقة في مجال الفيزياء، فإن توليد الكهرباء هي الشغل الشاغل لعقول الجميع، فلا يمكننا العيش الآن بدون الكهرباء، ولذلك يبحث العلماء والمهندسين عن طرق متطورة لتوليد الكهرباء من مصادر مختلفة للطاقة، ولكن كيف يمكننا توليد الكهرباء من الطاقة الحركية؟ هذا ما سنعرفه من خلال موقع البلد.
كيفية توليد الكهرباء من الحركة
لا وجود للحياة بدون طاقة تحرك مجراها، فالطاقة لا تُفنى ولا تُستحدث من العدم كما نعرف، ولكنها تتحول من شيء لآخر.
فالطاقة الناجمة عن عمليات التصادم تتحول إلى طاقة أخرى مستمرة، وبهذا الشكل لا تنتهي، ولكن تتحول إلى صورة أخرى، ولذلك تم استغلال الطاقة الحركية في تحويلها إلى طاقة كهربائية يمكن استخدامها في جميع شؤون الحياة.
اتجه العلماء إلى مصادر أخرى بديلة ونظيفة وغير ملوثة للبيئة، مثل: الطاقة الحركية والتي تنتج من حركة الرياح وحركة الماء على سبيل المثال والتي تُعد نوع من أنواع الطاقة المتجددة.
بعد أن قاموا بإنتاج الكهرباء من عدة مصادر طبيعية من الطاقة مثل الطاقة الحرارية والطاقة الميكانيكية باستخدام الوقود الحفري، مثل: البترول الناتج من الضغط والحرارة على بقايا الكائنات الحية، ولكن هذا المصدر من الطاقة بدأ أن ينفذ، لأنها طاقة غير متجددة، كما أنها ملوثة للبيئة.
اخترع الإنسان العديد من الأجهزة التي تمكنه من تحويل الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية، حتى قام العالم الأمريكي (مايكل فارادي) باختراع المولد الكهربائي عام 1831 ميلاديًا، والذي يعتمد على الحث الكهرومغناطيسي، أي يعتمد على حركة المغناطيس داخل دوار مجوف.
أولًا: كيفية توليد الكهرباء من المولد الكهربائي
يعمل المولد الكهربائي عن طريق الاعتماد على حركة المغناطيس بداخله من خلال الدوار المجوف الذي يلتف حوله، ومن خلال حركة الدوار يتولد تيار كهربائي ينتقل إلى الجزء الثابت، وهو عبارة عن مجموعة ملفات من الأسلاك تُشكل أسطوانة ثابتة ويُسمي الملف أو Stator.
يتحرك التيار الكهربائي في كل قسم من أقسام الملف بشكل منفصل، ثم بعد ذلك تتحد التيارات الكهربائية وتكوّن تيارًا كبيرًا هو الكهرباء الناتجة عن الطاقة الحركية للمغناطيس، ويعتمد كمية الكهرباء المتولدة على سرعة دوران المغناطيس بداخل الملف.
يمكن لهذا المولد الكهربائي إنارة منزل كبير وهذا يعتمد على المولد إذا كان مولد قوي، كما أنه يستخدم في الكثير من الآلات الصناعية وإضاءة المصابيح والبواخر والطائرات وحركة السيارات وغيرها من الاستخدامات التي لا حصر لها.
ثانيًا: كيفية توليد الكهرباء من حركة الرياح
من المصادر الحديثة لإنتاج الطاقة الكهربائية، ومعرفة كيفية توليد الكهرباء من الحركة، هي طاقة الرياح والتي تعتبر من مصادر الطاقة المتجددة، أي أنها قابلة للتجدد باستمرار.
كما تتميز الطاقة المتجددة بتقليل الانبعاثات الكربونية، ولذلك فإنها لا تُسبب أي تلوث للبيئة، ولهذا أصبحت تُشكل نسبة (20%:29%) من الطاقة الكهربائية الموجودة من بداية القرن الحادي والعشرين وحتى عام 2024.
وطبقًا إلى الدراسات الحديثة التي أُجريت حتى عام 2024، فإنها تقول أنّ مصادر الطاقة الكهربائية التي تُنتج من الطاقة المتجددة قد زادت 8%.
أما عن كيفية توليد الكهرباء من الحركة، مثل: حركة الرياح فهي تتولد من التوربينات الهوائية على مسافات مرتفعة من سطح الأرض وبذلك تكون مواجهة لحركة الرياح، تشمل هذه التوربينات عدة أجزاء أساسية تساعد على توليد الكهرباء.
- شفرات التوربين والتي تُشبه المراوح وتُمثل الجزء الدوار في التوربين الهوائي مع مقدمة التوربين، بحيث تكون مواجهة للرياح ويتم تثبيتها بزاوية محددة.
- يقوم عمود الدوران منخفض السرعة بدوران مع الجزء الدوّار بحيث يكون بنفس السرعة ويتصل مع الجزء التالي وهو ناقل الحركة.
- يقوم ناقل الحركة من خلال مجموعة من التروس برفع سرعة دوران عمود الدوران منخفض السرعة.
- أما عن عمود الدوران مرتفع السرعة فهو يتصل من أحد طرفيه بناقل الحركة والذي بدوره يزيد من سرعة هذا العمود، ويتصل الطرف الأخر بالمولد الكهربائي فينقل له تلك الحركة.
- يتحرك عمود الدوران مرتفع السرعة بداخل الجزء الثابت من المولد الكهربائي والذي يقوم بعد ذلك بتوليد مجالًا مغناطيسيًا فينتج الطاقة الكهربائية.
- هناك أجزاء أخرى تعمل داخل التوربين الهوائي، ولكنها خاصة بتوجيه سرعة الرياح ونظام الحماية والتوقف.
ثالثًا: توليد الطاقة الكهربائية من حركة المياه
يعرف توليد الكهرباء من حركة المياه بالطاقة الكهرومائية، وذلك من خلال التوربينات المائية، وتتواجد في المناطق المائية المرتفعة، مثل: الشلالات.
يعتمد كيفية توليد الكهرباء من الحركة على تدفق وسرعة الماء الجارية، وكلما زاد ارتفاع مصدر جريان الماء كلما زادت طاقتها التي تتحول إلى طاقة حركية، ثم إلى طاقة كهرومائية بفعل التوربينات الموجودة داخل الماء، وهناك 3 طرق يمكن من خلالها تحويل الطاقة الحركية للماء إلى طاقة كهرومائية.
- الطريقة الأولى: عمل سدود على ارتفاعات عالية من الماء والتي تقوم بتخزين المياه بداخلها، ثم يتم استغلال طاقة الوضع بدفع المياه المخزنة من السدود في تشغيل التوربينات المائية عبر الشفرات التوربينية والتي تقوم بدورها في توليد الحركة بداخل المولد.
- الطريقة الثانية: هي استخدام قنوات مائية تقوم بتوجيه حركة مياه الأنهار بسرعة عالية إلى التوربينات المائية فتعمل على توليد الكهرباء.
- الطريقة الثالثة: هي تحويل الطاقة الكهربائية الناتجة من الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة النووية إلى طاقة وضع، عن طريق تخزينها في مواقع مرتفعة من الماء لاستخدامها عند الحاجة إليها.
ماهي مميزات توليد الكهرباء من الحركة؟
تعددت مميزات إنتاج الطاقة الكهربائية من الطاقة الحركية، والتي هي نوع من أنواع الطاقة المتجددة.
- هي طاقة نظيفة وصديقة للبيئة ولذلك يمكن استخدامها دون الخوف من أي مخاطر، قد تحدث خلاف الطاقة غير المتجددة، مثل: احتراق الوقود الحفري الذي يقوم بتلويث الهواء وارتفاع نسبة ثقب الأوزون.
- مصدر مهم للغاية في إنتاج الطاقة وحل مشكلة الكهرباء بأقل التكاليف الممكنة.
- تتميز الطاقة المتجددة بتقليل الانبعاثات الكربونية التي تحدث جراء استخدام الوقود وبالتالي فيها تقلل من ظاهرة الاحتباس الحراري.
- تقلل من خطر ثقب الأوزون عن طريق تقليل نسبة CFCs المتولدة من مداخن المصانع والسيارات.
- تعتبر مصدر موثوق منه ويمكن الاعتماد عليه في إنتاج الكهرباء، ويرجع هذا أنها لا تنضب أبدًا ولا تُستحدث من العدم، مثل: طاقة الرياح وطاقة المياه.
- تتميز بأنها لا تحتاج تكاليف صيانة مرتفعة بعد عملية التشغيل، كما أن الناتج منها من الطاقة الكهربائية يغطي أي تكاليف لصيانتها.
- تقوم برفع النمو الاقتصادي وزيادة الدخل القومي والعالمي، فإنها تنتج الوقود بأقل التكاليف الممكنة.
- كما أن إنشاءها لأول مرة غير مكلف مقارنة بالمصادر الأخرى مثل حفر الآبار الذي يحتاج مبالغ باهظة الثمن لاستخراج النفط.
- توفر فرص عمل جديدة للكثير من الموارد البشرية واحتياج توليد الطاقة لأعمال الصيانة والتركيب وإدارة المشاريع.
- توفر كل سُبل الأمان الممكنة للعاملين بها، مما يجعل الإقبال عليها كبير.
- توسع دائرة الاستثمار بها بشكل كبير في الدول التي تعمل بالطاقة المتجددة حيث لوحظ التطور الاستثماري الذي حدث بعد استخدامها.
ما زالت تدور الأبحاث العلمية عن كيفية توليد الكهرباء من الحركة، وكيف يتم تحويل العالم في السنوات القادمة إلى مكان نظيف خالي من أي ملوثات هوائية.
