مصادر الطاقة المتجددة: نظرة عامة سهلة على مصادر الطاقة المتجددة

مصادر الطاقة المتجددة, في أي مناقشة حول تغير المناخ، تتصدر الطاقة المتجددة عادة قائمة التغييرات التي يمكن أن يقوم بها العالم لدرء أسوأ آثار ارتفاع درجات الحرارة. وذلك لأن مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح لا تنبعث منها ثاني أكسيد الكربون وغيره من غازات الاحتباس الحراري التي تساهم في الاحترار العالمي.

مصادر الطاقة المتجددة

الطاقة النظيفة لديها ما هو أكثر بكثير للتوصية من مجرد كونها "خضراء". ويخلق هذا القطاع المتنامي فرص عمل، ويجعل الشبكات الكهربائية أكثر مرونة، ويوسع نطاق الحصول على الطاقة في البلدان النامية، ويساعد على خفض فواتير الطاقة. وقد ساهمت كل هذه العوامل في نهضة الطاقة المتجددة في السنوات الأخيرة، حيث سجل كل من الرياح والطاقة الشمسية أرقاما قياسية جديدة لتوليد الكهرباء.

على مدى السنوات ال 150 الماضية أو نحو ذلك، اعتمد البشر بشكل كبير على الفحم والنفط والوقود الأحفوري الآخر لتشغيل كل شيء من المصابيح الكهربائية إلى السيارات إلى المصانع. والوقود الأحفوري متأصل في كل ما نقوم به تقريبا، ونتيجة لذلك، وصلت غازات الدفيئة المنبعثة من حرق تلك الوقود إلى مستويات عالية تاريخيا.

وبما أن غازات الدفيئة تحبس الحرارة في الغلاف الجوي التي لولا ذلك لهربت إلى الفضاء، فإن متوسط درجات الحرارة على السطح آخذ في الارتفاع. الاحترار العالمي هو أحد أعراض تغير المناخ، وهو المصطلح الذي يفضل العلماء الآن وصف التحولات المعقدة التي تؤثر على نظم الطقس والمناخ في كوكبنا. ولا يشمل تغير المناخ ارتفاع متوسط درجات الحرارة فحسب، بل يشمل أيضا الظواهر الجوية المتطرفة، وتغير أعداد الأحياء البرية وموائلها، وارتفاع مستوى البحار، ومجموعة من الآثار الأخرى.

وبطبيعة الحال، فإن مصادر الطاقة المتجددة - مثل أي مصدر للطاقة - لها مقايضاتها الخاصة والمناقشات المرتبطة بها. يركز أحدهما على تعريف الطاقة المتجددة. بالمعنى الدقيق للكلمة، فإن الطاقة المتجددة هي ما قد تعتقده: فهي متاحة على الدوام، أو كما تقول إدارة معلومات الطاقة الأميركية، "لا تنضب تقريبا". ولكن "المتجددة" لا تعني بالضرورة الاستدامة، كما يجادل معارضو الإيثانول القائم على الذرة أو سدود الطاقة الكهرومائية الكبيرة في كثير من الأحيان. كما أنه لا يشمل الموارد الأخرى منخفضة الانبعاثات أو الصفر التي لها دعاة خاصة بها، بما في ذلك كفاءة الطاقة والطاقة النووية.

ما هي الطاقة المتجددة؟

تأتي الطاقة المتجددة، التي غالبا ما يشار إليها باسم الطاقة النظيفة، من مصادر طبيعية أو عمليات يتم تجديدها باستمرار. على سبيل المثال، تستمر أشعة الشمس أو الرياح في السطوع والنفخ، حتى لو كان توافرها يعتمد على الوقت والطقس.

في حين أن الطاقة المتجددة غالبا ما ينظر إلى تكنولوجيا جديدة، تسخير قوة الطبيعة منذ فترة طويلة تستخدم للتدفئة والنقل والإضاءة، وأكثر من ذلك. وقد عملت الرياح القوارب للإبحار في البحار وطواحين الهواء لطحن الحبوب. وقد وفرت الشمس الدفء خلال النهار وساعدت على إشعال الحرائق لتستمر حتى المساء. ولكن على مدى السنوات ال 500 الماضية أو نحو ذلك، تحول البشر بشكل متزايد إلى مصادر طاقة أرخص وأقذر مثل الفحم والغاز المحطم.

والآن بعد أن أصبح لدينا طرق مبتكرة وأقل تكلفة لالتقاط واستبقاء طاقة الرياح والطاقة الشمسية، أصبحت مصادر الطاقة المتجددة مصدرا أكثر أهمية للطاقة، حيث تمثل أكثر من ثمن التوليد في الولايات المتحدة. كما يحدث التوسع في مصادر الطاقة المتجددة على نطاقات كبيرة وصغيرة، من الألواح الشمسية على السطح على المنازل التي يمكن أن تبيع الطاقة مرة أخرى إلى الشبكة إلى مزارع الرياح البحرية العملاقة. وحتى بعض المجتمعات الريفية بأكملها تعتمد على الطاقة المتجددة في التدفئة والإضاءة.

ومع استمرار نمو استخدام الطاقة المتجددة، سيكون الهدف الرئيسي تحديث شبكة الكهرباء الأميركية، مما يجعلها أكثر ذكاء وأمانا ودمجا بشكل أفضل عبر المناطق.

الطاقة القذرة

وتشمل الطاقة غير المتجددة، أو "القذرة"، الوقود الأحفوري مثل النفط والغاز والفحم. مصادر الطاقة غير المتجددة متوفرة بكميات محدودة فقط و تستغرق وقتا طويلا لتجديدها. عندما نضخ الغاز في المحطة، نستخدم موردا محدودا مكررا من النفط الخام موجود منذ عصور ما قبل التاريخ.

كما توجد مصادر الطاقة غير المتجددة عادة في أجزاء محددة من العالم، مما يجعلها أكثر وفرة في بعض الدول من غيرها. وعلى النقيض من ذلك، فإن كل بلد لديه إمكانية الوصول إلى أشعة الشمس والرياح. كما أن إعطاء الأولوية للطاقة غير المتجددة يمكن أن يحسن الأمن القومي من خلال الحد من اعتماد بلد ما على الصادرات من الدول الغنية بالوقود الأحفوري.

ويمكن للعديد من مصادر الطاقة غير المتجددة أن تعرض البيئة أو صحة الإنسان للخطر. فعلى سبيل المثال، قد يتطلب التنقيب عن النفط تعدين الغابات الشمالية في كندا، ويمكن أن تسبب التكنولوجيا المرتبطة بالتكسير الزلازل وتلوث المياه، ومحطات توليد الطاقة بالفحم. وعلاوة على ذلك، فإن كل هذه الأنشطة تسهم في الاحترار العالمي.

أنواع مصادر الطاقة المتجددة

الطاقه الكهرمائيه: على مدى قرون، سخر الناس طاقة التيارات النهرية، مستخدمين السدود للسيطرة على تدفق المياه. الطاقة الكهرومائية هي أكبر مصدر للطاقة المتجددة في العالم حتى الآن، مع الصين والبرازيل وكندا والولايات المتحدة وروسيا المنتجين الرئيسيين للطاقة الكهرومائية. في حين أن الطاقة الكهرومائية هي من الناحية النظرية مصدر للطاقة النظيفة التي تغذيها الأمطار والثلوج، كما أن لديها العديد من العيوب.

ويمكن للسدود الكبيرة أن تعطل النظم الإيكولوجية للأنهار والمجتمعات المحيطة بها، مما يضر بالحياة البرية وتشريد السكان. توليد الطاقة الكهرومائية عرضة لتراكم الطمي، والتي يمكن أن تعرض القدرة للخطر وتضر المعدات. كما يمكن أن يسبب الجفاف مشاكل. في غرب الولايات المتحدة، كانت انبعاثات ثاني أكسيد الكربون على مدى فترة 15 عاما أعلى ب 100 ميغاطن مما كانت ستكون عليه عادة، وفقا لدراسة أجريت عام 2018، مع تحول المرافق العامة إلى الفحم والغاز لتحل محل الطاقة الكهرومائية المفقودة بسبب الجفاف. وحتى الطاقة الكهرومائية بكامل طاقتها تتحمل مشاكل الانبعاثات الخاصة بها، حيث تطلق المواد العضوية المتحللة في الخزانات الميثان.

السدود ليست الطريقة الوحيدة لاستخدام المياه لتوليد الطاقة: تهدف مشاريع طاقة المد والجزر والأمواج في جميع أنحاء العالم إلى التقاط الإيقاعات الطبيعية للمحيطات. تولد مشاريع الطاقة البحرية حاليا ما يقدر بنحو 500 ميغاواط من الطاقة – أي أقل من واحد في المائة من جميع مصادر الطاقة المتجددة – ولكن الإمكانات أكبر بكثير. وقد شجعت برامج مثل جائزة سالتير الاسكتلندية الابتكار في هذا المجال.

ريح: بدأ تسخير الرياح كمصدر للطاقة منذ أكثر من 7000 سنة. والآن، تنتشر توربينات الرياح المولدة للكهرباء في جميع أنحاء العالم، والصين والولايات المتحدة وألمانيا هي المنتج الرئيسي لطاقة الرياح. وفي الفترة من 2001 إلى 2017، زادت القدرة التراكمية للرياح في جميع أنحاء العالم إلى أكثر من 539 ألف ميجاوات من 23900 ميجاوات – أي أكثر من 22 ضعفا.

قد يعترض بعض الناس على كيف تبدو توربينات الرياح في الأفق وعلى كيفية صوتها، ولكن طاقة الرياح، التي تنخفض أسعارها، تثبت أنها مورد قيم للغاية بحيث لا يمكن إنكاره. في حين أن معظم طاقة الرياح تأتي من التوربينات البرية ، فإن المشاريع البحرية تظهر أيضا ، مع أكثرها في المملكة المتحدة وألمانيا. تم افتتاح أول مزرعة رياح بحرية في الولايات المتحدة في عام 2016 في رود آيلاند، وتكتسب مشاريع بحرية أخرى زخما. مشكلة أخرى مع توربينات الرياح هي أنها تشكل خطرا على الطيور والخفافيش ، مما أسفر عن مقتل مئات الآلاف سنويا ، وليس بقدر ما هو من الاصطدامات الزجاجية وغيرها من التهديدات مثل فقدان الموائل والأنواع الغازية ، ولكن بما فيه الكفاية أن المهندسين يعملون على حلول لجعلها أكثر أمانا للحياة البرية الطائرة.

شمسي: من أسطح المنازل إلى المزارع على نطاق المرافق العامة، تعمل الطاقة الشمسية على إعادة تشكيل أسواق الطاقة في جميع أنحاء العالم. في العقد من 2007 و 2017، زاد إجمالي الطاقة المركبة في العالم من الألواح الكهروضوئية بنسبة هائلة بلغت 4300 في المائة.

بالإضافة إلى الألواح الشمسية، التي تحول ضوء الشمس إلى كهرباء، تستخدم محطات الطاقة الشمسية المركزة المرايا لتركيز حرارة الشمس، وتستمد الطاقة الحرارية بدلا من ذلك. تقود الصين واليابان والولايات المتحدة التحول الشمسي، ولكن لا يزال أمام الطاقة الشمسية طريق طويل تقطعه، حيث تمثل حوالي اثنين في المائة من إجمالي الكهرباء المولدة في الولايات المتحدة في عام 2017. كما يتم استخدام الطاقة الحرارية الشمسية في جميع أنحاء العالم للمياه الساخنة والتدفئة والتبريد.

الكتله الحيويه: وتشمل طاقة الكتلة الحيوية الوقود الحيوي مثل الإيثانول والديزل الحيوي، ونفايات الخشب والخشب، والغاز الحيوي من مدافن القمامة، والنفايات الصلبة البلدية. مثل الطاقة الشمسية، الكتلة الحيوية هي مصدر طاقة مرن، وقادرة على تزويد المركبات بالوقود، والمباني الحرارية، وإنتاج الكهرباء. ولكن الكتلة الحيوية يمكن أن تثير قضايا شائكة.

ويقول منتقدو الإيثانول القائم على الذرة، على سبيل المثال، إنه ينافس سوق الغذاء للذرة ويدعم نفس الممارسات الزراعية الضارة التي أدت إلى تكاثر الطحالب السامة وغيرها من المخاطر البيئية. وبالمثل، اندلعت مناقشات حول ما إذا كانت فكرة شحن الكريات الخشبية من الغابات الأميركية إلى أوروبا فكرة جيدة حتى يمكن حرقها من أجل الكهرباء. وفي الوقت نفسه، يعمل العلماء والشركات على إيجاد سبل لتحويل غلاف الذرة، والحمأة المستعملة، وغيرها من مصادر الكتلة الحيوية إلى طاقة بكفاءة أكبر، بهدف استخراج قيمة من المواد التي كانت ستذهب سدى لولا ذلك.

الطاقه الحراريه الارضيه: تستخدم لآلاف السنين في بعض البلدان للطهي والتدفئة، والطاقة الحرارية الأرضية مشتقة من الحرارة الداخلية للأرض. وعلى نطاق واسع، يمكن استغلال الخزانات الجوفية من البخار والمياه الساخنة من خلال الآبار التي يمكن أن تقطع مسافة ميل أو أكثر لتوليد الكهرباء. على نطاق أصغر، تحتوي بعض المباني على مضخات حرارية حرارية أرضية تستخدم اختلافات في درجة الحرارة على عمق عدة أقدام تحت الأرض للتدفئة والتبريد. على عكس الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، تتوفر الطاقة الحرارية الأرضية دائما، ولكن لها آثار جانبية تحتاج إلى إدارتها، مثل رائحة البيض الفاسدة التي يمكن أن تصاحب كبريتيد الهيدروجين الصادر.

الطاقه الكهرمائيه

الطاقة الكهرومائية هي مصدر الطاقة المتجددة الأكثر استخداما، حيث تتجاوز الطاقة الكهرومائية المركبة على مستوى العالم 1,295 جيجاواط، وهو ما يمثل أكثر من 18٪ من إجمالي قدرة توليد الطاقة المركبة في العالم وأكثر من 54٪ من القدرة العالمية لتوليد الطاقة المتجددة.

وينطوي الأسلوب الأكثر شيوعا لتوليد الطاقة الكهرومائية على بناء سدود على الأنهار وإطلاق المياه من الخزان لدفع التوربينات. وتمثل محطات التخزين المضخ طريقة أخرى لتوليد الطاقة الكهرمائية.

تمتلك الصين أكبر قدرة لتوليد الطاقة الكهرومائية في العالم وتستضيف أكبر محطة للطاقة الكهرومائية في العالم، الخوانق الثلاثة (22.5 جيجاواط). شكلت البلاد ما يقرب من 40٪ من إجمالي الطاقة الكهرومائية المضافة في العالم في عام 2018. البرازيل والولايات المتحدة وكندا وروسيا لديها أيضا بعض من أكبر منشآت الطاقة الكهرومائية في العالم.

وقال " ان الصين لديها اكبر قدرة لتوليد الطاقة الكهرومائية فى العالم " .

غير أن مشاريع الطاقة الكهرمائية أصبحت مثيرة للجدل خلال السنوات الأخيرة بسبب الآثار البيئية والاجتماعية المتصلة بالتنوع البيولوجي وإعادة توطين البشر.

طاقة الرياح

تعد الرياح ثاني أكثر مصادر الطاقة المتجددة استخداما، حيث تجاوزت طاقة الرياح المركبة عالميا 563 جيجاواط في عام 2018، وهو ما يمثل حوالي 24٪ من إجمالي قدرة توليد الطاقة المتجددة في العالم.

الصين، التي تبلغ طاقتها المركبة أكثر من 184 جيجاواط، هي أكبر مولد لطاقة الرياح في العالم، تليها الولايات المتحدة (94 جيجاواط بحلول نهاية عام 2018). أكثر من نصف طاقة الرياح التي تمت إضافتها في جميع أنحاء العالم في عام 2018 كانت 49 جيجاواط في الصين (20 جيجاواط) والولايات المتحدة (7 جيجاواط).

ألمانيا وأسبانيا والهند والمملكة المتحدة وإيطاليا وفرنسا والبرازيل وكندا والبرتغال هي البلدان الرئيسية الأخرى المنتجة لطاقة الرياح، والتي تشكل مع الصين والولايات المتحدة أكثر من 85٪ من إجمالي الطاقة الإنتاجية لطاقة الرياح في العالم.

قاعدة طاقة الرياح 8GW جيوتشيوان في الصين تحتل حاليا المرتبة كأكبر مزرعة الرياح البرية في العالم، في حين أن 659MW والني تمديد مزرعة الرياح البحرية الواقعة في البحر الأيرلندي، المملكة المتحدة، هي أكبر مزرعة الرياح البحرية.

الطاقة الشمسية

أكثر من 486 جيجاواط من القدرة المركبة تجعل الطاقة الشمسية ثالث أكبر مصدر للطاقة المتجددة في العالم، مع هيمنة التكنولوجيا الكهروضوئية (PV). كما أن استخدام تكنولوجيا الطاقة الشمسية المركزة آخذ في الارتفاع، حيث وصلت القدرة المركبة ل CSP العالمية إلى 5.5 جيجاواط بحلول نهاية عام 2018. تمتلك الصين والولايات المتحدة وألمانيا واليابان وإيطاليا والهند أكبر قدرة شمسية طاقة كهروضوئية في العالم، في حين تمتلك إسبانيا 42٪ من قدرة الطاقة الشمسية الشاملة العالمية.

بلغ معدل النمو السنوي للقدرة التراكمية للطاقة الشمسية 25٪ خلال السنوات الخمس الماضية، مما يجعل الطاقة الشمسية أسرع مصادر الطاقة المتجددة نموا.

وشكلت آسيا ما يقرب من 70٪ من إجمالي 94 جيجاواط من التوسع العالمي في الطاقة الشمسية في عام 2018، في حين أضافت الولايات المتحدة وأستراليا وألمانيا 8.4 جيجاواط و3.8 جيجاواط و3.6 جيجاواط في مشاريع الطاقة الشمسية الجديدة خلال العام.

يعد مشروع نور أبو ظبي للطاقة الشمسية الذي تبلغ طاقته 1.17 جيجاواط في دولة الإمارات العربية المتحدة حاليا أكبر محطة للطاقة الشمسية في موقع واحد في العالم.

الطاقة الحيوية

الطاقة الحيوية هي رابع أكبر مصدر للطاقة المتجددة بعد الطاقة المائية والرياح والطاقة الشمسية. ويتجاوز صافي الطاقة الإنتاجية للكهرباء في العالم من الكتلة الحيوية حاليا 117 جيجاواط، في حين ارتفع توليد الطاقة الحيوية العالمية من 317 تيراواط في الساعة في عام 2010 إلى أكثر من 495 تيراواط في الساعة في عام 2018.

ويتزايد استخدام الكتلة الأحيائية الحديثة، ولا سيما الوقود الأحيائي والكريات الخشبية، لتوليد الحرارة والطاقة، إلى جانب مصادر الكتلة الأحيائية التقليدية مثل المنتجات الثانوية الزراعية.

الولايات المتحدة والبرازيل والصين والهند وألمانيا والسويد هي حاليا مولدات الطاقة الحيوية الرائدة في العالم. شكلت الصين والهند والمملكة المتحدة أكثر من نصف إجمالي توسع الطاقة الحيوية في العالم في عام 2018.

محطة توليد الطاقة 740MW Ironbridge تقع في سيفيرن خانق، المملكة المتحدة، هي أكبر محطة للطاقة التي تغذيها الكتلة الحيوية في العالم، في حين أن محطة 140MW Vaskiluodon Voima في فنلندا هي أكبر محطة للغاز الحيوي في العالم.

الطاقة الحرارية الأرضية

تجاوزت الطاقة العالمية لتوليد الطاقة الحرارية الأرضية 13.2 جيجاواط في عام 2018 مما يجعلها خامس أكبر مصدر متجدد لتوليد الكهرباء. تجاوز توليد الكهرباء الحرارية الأرضية 85 تيراواط ساعة في عام 2018.

ثلث الطاقة الخضراء المولدة باستخدام مصادر الحرارة الجوفية هي الكهرباء، في حين أن الثلثين المتبقيين هو الحرارة المباشرة. الولايات المتحدة والفلبين وإندونيسيا والمكسيك وإيطاليا هي أكبر خمسة منتجين للطاقة الحرارية الأرضية في العالم.

زادت الطاقة الحرارية الأرضية العالمية بمقدار 539 ميجاوات في عام 2018، منها 40٪ تقريبا.

مجمع جيزر للطاقة الحرارية الأرضية، الذي يقع شمال سان فرانسيسكو في كاليفورنيا، الولايات المتحدة، مع 900MW من الطاقة الإنتاجية النشطة، هو أكبر محطة للطاقة الحرارية الأرضية في العالم، تليها محطة الطاقة الحرارية الأرضية 820MW سيرو بريتو في المكسيك.