تأثير الاحتباس الحراري على فصل الشتاء

تأثير الاحتباس الحراري على فصل الشتاء

يعد الاحتباس الحراري (Global Worming)، أحد أبرز وأهم تحديات القرن الواحد والعشرين أمام البشرية، وبما أننا ندخل فصل الشتاء، فقد يعتقد البعض أن الاحتباس الحراري لا يؤثر فيه، وقد يتسائلون أيضا، لماذا لا نحصل على شتاء دافىء؟، وهذا ما نحن بصدد طرحه.

ولكن في البداية لنضع بعض التعريفات المهمة، إن الفرق بين الطقس والمناخ هو فرق في المدة الزمنية، فالطقس يصف الحالة الجوية لمنطقة ما خلال لحظة محددة، أما المناخ فهو متوسط الطقس على المنطقة خلال مدة طويلة (30 سنة حسب تعريف وكالة علوم الغلاف الجوي والمحيطات NOAA)، أما الاحتباس الحراري، فهو زيادة في درجة حرارة الغلاف الجوي للأرض، والتي تؤدي بدورها إلى تغيرات عديدة في المناخ، والسبب الرئيسي له ما يسمى بغازات الدفيئة، وهي مجموعة غازات زاد تركيزها في الغلاف الجوي عن الحد الطبيعي بسبب الأنشطة البشرية، وأكثرها شهرة ثاني أكسيد الكربون (CO2)، الناتج بشكل رئيسي عن حرق الوقود الأحفوري.

فعندما تسقط الأشعة الشمسية على الأرض، ينعكس جزء منها إلى الغلاف الجوي، ويكون من المفترض أن تتبدد إلى خارج الأرض، ولكن التركيز العالي لغازات الدفيئة يقوم بعكسها وإرجاعها (حبسها) داخل الغلاف الجوي، مما يعني وبشكل مباشر تخزين كميات أكبر من الطاقة في أغلفة الأرض المختلفة، ومن الجدير بالذكر أن ارتفاع درجة الغلاف المائي هو الأكثر ضررا، فهو يعمل على تقليل النشاط للأحياء البحرية والتي تستوطن الطبقة الأكثر ارتفاعا في درجة الحرارة (الـ 700 متر الأولى)، كما أنه يؤثر على الشعب المرجانية التي تعتبر موطنا لكثير من العوالق البحرية، بداية السلسلة الغذائية داخل المحيطات والبحار.

من جهة أخرى، فإن الاحتباس الحراري يؤدي إلى زيادة معدلات التبخر من المسطحات المائية، مما يعني الكثير من الأمطار والثلوج شتاءً عبر عواصف أقوى وأكثر برودة، بكميات هطول كبيرة قد تؤدي إلى فيضانات هائلة، كما أن كميات الطاقة الكبيرة المخزنة سيتم تفريغها عبر أعاصير مجنونة وربما متزامنة أيضا، كما حدث هذه السنة في الولايات المتحدة، إذ ترافق الإعصاران إيرما وجوز (Irma, Jose)، وبطاقة هائلة، فقد وصلت سرعة الرياح للإعصار إيرما إلى 295 كم/س!.

إن الاحتباس الحراري ليس مشكلة محلية أو إقليملة، بل هو تهديد واضح وجلي للبشرية جمعاء، ولذلك فعلى العالم كله أن يضع خططاً واضحةً وسريعة وملزمة أيضاً، وللحقيقة فإن التحركات بدأت للحد من هذا الخطر، إذ أن الصين والتي تعد أكبر باعث لثاني أكسيد الكربون على مستوى العالم، تعد اليوم من أكثر الدول استثمارا في الطاقة المتجددة، كما أن إتفاقية باريس للحد من التغير المناخي قد أصبحت موقعةً من كل دول العالم (عدا الولايات المتحدة ثاني أكبر باعث لثاني أكسيد الكربون).

ختاماً، أرجو أن يصبح رتم التغيير أسرع وأقوى، قبل أن يفوت الأوان ونخسر المزيد من الغلاف الإحيائي على أمنا، الأرض.

إعداد: عمر عبد الوهاب

تدقيق:

المصادر:

1-      https://oceanservice.noaa.gov/facts/weather_climate.html

2-      https://www.nationalgeographic.com/environment/oceans/critical-issues-sea-temperature-rise/

3-      http://www.bbc.com/news/world-latin-america-41172545

مستقبل الطاقة وتحدياتها، عالمياً ومحلياً

                                       

مستقبل الطاقة وتحدياتها، عالمياً ومحلياً

إن الطاقة تعد من أهم ركائز الحضارة البشرية، فلطالما قيس تطور حضارة من الحضارات بكمية الطاقة المنتجة فيها، وبتنوع مصادرها، منذ أن كان الإنسان يستخدم النار كمصدر الطاقة الوحيد، إلى عالم اليوم، حيث تدهشنا التكنولوجيا بمقدرتها على ابتداع الأشكال الجديدة للطاقة، ولأن الطاقة بالمختصر هي القدرة على القيام بعمل مفيد، فإنها المحرك لحياتنا، وللمقارنة فإن معدل استهلاك الطاقة لكل فرد في المجتمعات المتطورة اليوم، يفوق نصيب الفرد في مجتمعات فجر البشرية، بمئة ضعف!.

ويشهد عالم اليوم معدلات استهلاك هائلة جداً لم يسبق لها مثيل وذلك بسبب التغيرات الكبيرة في طبيعة الحياة، ويعود الفضل لذلك بإكتشاف الطاقة الكهربائية (الحديثة نسبيا)، هذا الشكل من الطاقة، والذي أدى –وبخطىً متسارعة– إلى تحسين الحياة وجعلها أسهل وأكثر إنتاجاً، فقد ارتبطت الكهرباء بعالمنا اليوم من جميع نواحيه، صناعياً، واقتصادياً، وساسياً حتى.

هذا وقد بلغ الاستهلاك العالمي للطاقة عام 2012م (8979)^[1] مليون مكافئ طن نفط، (ومكافئ طن نفط هي وحدة لتسهيل فهم الاستهلاك العالمي، بحيث يتم تحويل كمية الطاقة المنتجة من المصادر المختلفة إلى ما يكافئها من النفط)، وهذا الرقم في نمو مطرد، لأنه وقبل 25 عاماً فقط (عام 1987م) كان الاستهلاك العالمي (7276)^[2] مليون مكافئ طن نفط، وهذا يعني زيادة بمقدار الربع تقريباً.

تتنوع المصادر الرئيسية لهذه الطاقة تنوعا كبيراً، وتتوزع بنسب متفاوتة أيضاً، فالحصة الكبرى^[2] هي للنفط بنسبة 36.9%، ويليه الفحم الحجري بـ27.2%، ثم الغاز الطبيعي بنسبة 23.8%، وبهذه  النسب يتفوق الوقود الأحفوري (الاسم الجامع للثلاث الأخيرة) بشكل هائل على باقي المصادر، التي تتمثل بالطاقة النووية (5.8%)، والطاقة الكهرومائية (مولدات السدود) بنسبة 6.3%.

ومن الملاحظ في السنوات الأخيرة أن هذه الحصص قد بدأت في الانخفاض تدريجياً، تحت وطأة الثورة  الحاصلة في تكنولوجيا الخلايا الشمسية والعنفات الهوائية، مما سمح بدخول الطاقة المتجددة بقوة في ميدان توليد الطاقة، وتحديدا مع بداية العقد الثاني للقرن العشرين، إذ بلغت نسب التوليد من الطاقة المتجددة (رياح وشمسية) للعام 2012م^[1]، 3.5% من الطاقة العالمية، وهي نسبة لا يستهان بها أبداً، في معرض حديثنا عن تكنولوجيا حديثة نسبياً.

وتنقسم مصادر الطاقة المتجددة الرئيسية لخمس مجموعات، أولها الطاقة الشمسية، وتقسم هذه الأخيرة لطريقتي حصاد، الأولى بتركيز الأشعة الشمسية على مستودع مائي لتوليد البخار منه، وبالتالي تحريك المولدات الكهربائية، بما يدعى بالتأثير الحراري، وأما الطريقة الأكثر انتشاراً، فهي بناء مزارعٍ من الخلايا الكهروضوئية، والتي تقوم بتحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء فوراً.

وثاني المصادر، طاقة الرياح، إذ يتم استغلال المناطق ذات الرياح الشديدة وشبه الدائمة، بإنشاء مزرعة للعنفات الهوائية، والتي ما إن تدور، حتى تمنحنا الكهرباء، وتنقسم باقي المصادر إلى الطاقة الكهرومائية، وطاقة حرارة باطن الأرض، وطاقة الكتلة الحيوية.

إن مصادر الطاقة المتجددة واعدةٌ جداً لبناءِ مستقبلٍ مستدام، وقادرةٌ على إمداد عالمنا بالطاقة بشكل كامل، إذ إن الطاقة الساقطة على الأرض من الشمس ليوم واحد، أكثر من حاجة البشرية لعام كامل!، ولكن لماذا لا ينتقل العالم إلى استخدام الطاقة المتجددة بسرعة وبشكل كليّ؟.

كما عرضنا في بداية الحديث، فإن الطاقة قد ارتبطت بعالمنا اليوم من كل نواحيه، وهي المحرك الرئيس لحياتنا، ولذلك فإن على مصادرنا أن تحقق قدراً عالياً جداً، من الموثوقية والاعتمادية، فعلى سبيل المقارنة، نجد أن مشغلي المحطات العاملة بالوقود الأحفوري يملكون تحكما كاملا بالطاقة الخارجة منها، ويستطيعون بأي لحظة أن يتعاملوا مع الطلب المتغير باستمرار، وهذا يعطي اعتمادية وموثوقية لهذه المحطات، أما بالنسبة للطاقة المتجددة، والتي تعتمد بشكل رئيس على عوامل الطقس، مثل سطوع الشمس وسرعة الرياح، فإن أي تغير مفاجئ في سرعة الرياح مثلا، سيؤدي إلى انقطاع الطاقة عن الكثير من المستهلكين، وهذا يفقدها جزءاً كبيراً من الموثوقية، ولكن تبقى الأبحاث الجارية حالياً من قبل عمالقة هذه التكنولوجيا، واعدةً جداً لحل مثل هذه المشكلات.

أحد أبرز التحديات الأخرى في وجه الطاقة المتجددة، هو اعتماد أنظمة الطاقة واقتصادها على الوقود الأحفوري بشكل كبير جدا، فبالتالي لا يمكن إقصاء الوقود الأحفوري من مصادر الطاقة فوراً، وذلك لوجود مئات ملايين البشر اليوم يعتمدون بشكل كامل عليه، أين سيذهب هؤلاء في حالة توقفنا عن استخدام الوقود الأحفوري؟، وللإجابة على هذا السؤال فإننا كبشرية جمعاءَ، بحاجة لسنوات من التخطيط والمناقشات، الاقتصادية، والتقنية والسياسية، لإزالة هذا التحدي من وجه الطاقة المتجددة والمستقبل المستدام.

على الرغم من ثقل هذه التحديات إلّا أنه يوجد نماذج عالمية رائدة في اعتمادها على الطاقة المتجددة بشكل شبه كليّ، ففي المرتبة الأولى عالمياً، تتربع ألمانيا على عرش الطاقة المتجددة بالنسبة لدول العالم المتطورة، ولكن على صعيد الدول النامية فإن دولة كوستاريكا (الواقعة في أميركا الوسطى) تعد من أكثر نماذج التحول نحو الطاقة المتجددة إلهاماً.

قبل ما يقربُ من خمسةٍ وعشرين عاماً، كان لدى ألمانيا رؤية طموحة لتغطية حاجتها من الطاقة بمصادر متجددةٍ ونظيفة، وبفضل التخطيط المدروس والاستثمار في مجال البنية التحتية للطاقة المتجددة، فقد وصلت ألمانيا لنسبة^[3] 44% تركيبات طاقة متجددة من مجموع تركيبات مصادر الطاقة، وهذه النسبة وحدها قادرة على تغطية حاجة البلاد من الطاقة بشكل كليّ (مجموع التركيبات يكون أكبر من الطلب الحالي وذلك لتغطية النمو المستقبلي)، وهو ما حدث^[4] بتارخ 8/5/2016م، حيث أتت ظروف ملائمة جدا من سطوع شمسي ورياح قوية، بحيث أصبحت كلفة الطاقة سالبة على المستهلك!، وهذا يعني أن شركات انتاج الطاقة أصبحت تدفع للمشتركين حتى يستهلكوا طاقة أكثر، وذلك لصرف الفائض (لأن التوليد يكون على قدر الطلب فقط ولا يجوز أن يكون هنالك زيادة)، هذا الحدث دفع ألمانيا ومعها العالم، لإعادة النظر في توليد الطاقة المتجددة، حتى لا تؤثر بشكل كبير على العاملين في محطات الطاقة الأخرى، وأيضا لتحقيق توازن بين قطاعات الطاقة المختلفة.

بالانتقال للحديث عن دولة أخرى، دولة تعتبر دولة نامية، من دول أميركا الوسطى، ذات تعداد سكاني ومساحة جغرافية صغيرة نسبيا (نصف مساحة وعدد سكان الأردن)، ولكنها حققت معجزة حقيقة في توليد الكهرباء من مصادر الطاقة المتجددة، كوستاريكا أكثر النماذج العالمية إلهاماً في مجال الطاقة المتجددة، فقد وصلت لنسبة 100% تقريبا من حاجتها للكهرباء^[5] في العامين الماضيين، وهذه النتيجة تمنح الأمل لكثير من الدول النامية، بأن تشارك كوستاريكا تجربتها المثيرة في عالم الطاقة المتجددة.

إن موضوع الطاقة في الأردن يعتبر من أكثر المواضيع جدلاً في الفترة الأخيرة، وعلى جميع الأصعدة، إذ إن الأردن يستورد كمية هائلةً جداً من حاجته من الطاقة، ما نسبته 97%، وهذه الكمية المهولة  قد كلفت ما يفوق الأربعة مليارات دينار في عام 2013م^[6]، وهذا المبلغ في ارتفاع سنوي.

لكن الأردن، وبما حباه الله من الخيرات الطبيعية قادر على تحقيق الاكتفاء الذاتي من الطاقة في حالة الاستثمار بمصادر الطاقة المختلفة فيه، فالأردن يمتلك خاماً جيداً من الصخر الزيتي، والذي بعيداً عن مضاره البيئية، يمكن استثماره في غضون 7 سنوات فقط^[7]، كما يملك الأردن خاماً ممتازاً من اليورانيوم، الذي يمكن توليد الطاقة منه وبكفاءة عالية، ويبقى الأهم من هذا وذاك هو طقس الأردن، والذي يبدو محفزاً للبدء بوضع خطط الاستثمار في مجالي الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، بحيث يعد معدل الاشعاع الشمسي في محافظة معان، أحد أعلى المعدلات على مستوى الوطن العربي، كما أن الرياح في محافظة الطفيلة، من حيث الشدة والديمومة، تعتبر مناسبة جدا لإنشاءِ مزارع الرياح.

واستطراداً لموضوع الطاقة الشمسية، فإن الأردن بموقعه الجغرافي المتميز يحظى بمعدل 3000 ساعة مشمسة سنوياً^[7](السنة 8760 ساعة ليلاً ونهاراً)، كما أن توزيع شدة السطوع متماثل تقريبا عبر الأردن، مما يعني عدم الحاجة لإنشاء بنى تحتية مكلفة لحصاد الطاقة الشمسية، ومع الوعي المتزايد بأهمية الطاقة الشمسية، فقد بدأت العديد من الشركات وحتى المواطنين العاديين، بتركيب الألواح الشمسية في منشآتهم وأسطح مبانيهم، ومما أصبح يضرب به المثل في هذا المجال، نظام الخلايا الشمسية الذي قامت الجامعة الهاشمية بتركيبهِ، وبذلك خفضت فاتورتها إلى صفر دينار!، ومن المشاريع الرائدة أيضا على مستوى الأردن، مشروع (شمس معان)^[8] ذو القدرة 52.6 ميجاواط (الميجا تساوي مليون)، هذه النماذج يجب أن تحث الأردن على تعزيز شبكتهِ من الخلايا الشمسية، وأن يقوم بالاستفادة من خبرات الدول الرائدة في هذا المجال، ليخطط لمستقبل أكثر ثباتاً واستدامة.

أما بالنسبة لطاقة الرياح، فإن تركّز تيارات الرياح القوية بعيداً عن مسارات هجرة الطيور، يمنح الأردن قدرةً على الاستفادة القصوى من طاقة الرياح، ولكن بسبب كِبر حجم العنفة الهوائية، فلا نستطيع استخدامها داخل المدن كما الألواح الشمسية، ولكن توضع العنفات في مزارع الرياح، وهي مناطق ذات رياح قوية ومستمرة على مدار العام، وهو ما بدأ الاستثمار فيه فعلياً، فقد بدأ مشروع (رياح الطفيلة)^[9]  المشروع رائد محلياً، ذو قدرة إنتاجية 117 ميجاواط، وهو رقم جيد جدا وقادر على تزويد الكهرباء للعديد من المنازل والمصانع في منطقة الطفيلة والجنوب بشكل عام، وتتكون مزرعة الرياح تلك من 38 عنفة هوائية، تنتج لنا طاقة نظيفة وبفعالية ممتازة.

عند النظر إلى التوجه العالمي نحو تكنولوجيا الطاقة المتجددة، لا تبدو الأردن رائدةً عالمياً مع الأسف، على الرغم من ريادتها إقليمياً، ولكن لم يفت الأوان بعد لتحقيق نظام طاقة فعال ومستدام، وفي الحقيقة فإن تزايد الوعي، بالإضافة إلى المشاريع التي ستدخل الخدمة قريباً، ليبعثُ الأملَ على تجاوز كل التحديات التي تقف عائقا يحول دون الوصول لمستقبل آمن ومستدام، بسواعد شباب وشابات الوطن، الذين أخذوا على عاتقهم أن ينهضوا بقطاع الطاقة في الأردن، فمنهم من بدأ يدرس الموضوع، دراساتٍ أكاديميةً عُليا، ومنهم من انخرط في سوق العمل ليتعلم المهارات في التوصيل، والتركيب، والصيانة، لتكنولوجيا الطاقة المتجددة، كما أصبحت تُعقد دورات للطاقة المتجددة في كثيرٍ من الجامعات والمراكز حول الأردن، لتغطية آخر المستجدات في هذا القطاع المتطور بصورة هائلة، وأنا أؤمن أن الانتقال إلى تلك المرحلة لن يأخذ الكثير من الوقت، وفي الحقيقة، لقد بدأ الأردن أولى خطواته، ميمماً صوب مستقبل نظيفٍ، آمنٍ، ومستدام.

 عمر عبد الوهاب العمرو

طالب هندسة كهربائية –سنة خامسة

جامعة مؤته – الفصل الدراسي الثاني 2016/2017م

كتب المقال للمشاركة في مسابقة (المقالة العلمية) التي تقام في جامعة الأميرة سمية في نيسان – 2017 م.

(حاز المقال على المركز الثاني على مستوى الجامعات الأردنية)

المصادر:

1-    International Energy Outlook 2016, U.S. Energy Information Administration, May 2016.

2-    آراء حول الطاقة والبيئة، منظمة (أوابك)، القاهرة، نيسان 1994.

3-    IEEE, Power & Energy society, Vo.13 -Num. 6, Nov/Dec. 2015.

4-    يوم فائض من الطاقة المتجددة في ألمانيا، مقال على موقع الجزيرة الإخباري الإلكتروني.

5-    Costa Rica Has Been Running on 100% Renewable Energy, science alert web site.

6-    4  مليارات دينار فاتورة الطاقة في الأردن، مقال على موقع جريدة الغد الالكتروني.

7-    الطاقة في الأردن، د.ابراهيم بدران،د. شاكر مقبل،د. عبد القادر عابد، الطبعة  الأولى، دار الفرقان، عمان - الأردن،1986.

8-    "شمس معان" تبدأ تنفيذ المشروع في أيار المقبل، مقال على موقع جريدة الغد الإلكتروني.

9-    اطلاق مشروع لتوليد الكهرباء في الرياح باستطاعة 117 ميجاوات، موقع جريدة الغد الإلكتروني

الطاقة المتجددة: ماذا أحتاج أن أعرف عنها

الطاقة المتجددة: ما أحتاج أن أعرف عنها

إنَّ كوكبنا الأرض، يُعاني بسببنا، فعالمنا الحديث المُتعطش للطاقة والذي يقوم بجمعها عن طريق حرق الوقود الأحفوريّ، مُنتجًا كمياتٍ هائلة من ثاني أكسيد الكربون ومؤديًا إلى إرهاق كوكبنا ورفع حرارته، سيسبب المزيد من المشاكل مستقبلًا.

ولكن، وعلى الرغم من هذا، يبقى الأمل موجود في الطاقة المتجددة "النظيفة"، حيثُ تتجه الأبحاث في عالم الطاقة نحو الحصول على مصادرٍ مُستدامة، آمنة وفعالة.

1.     في البداية ما هي الطاقة المُتجددة؟ وما هي مصادرها الرئيسيّة؟

الطاقة المُتجددة هي الطاقة المأخوذة من مصادر مستدامة، بحيث لن تنتهي هذه المصادر على الأقل على المدى القريب، ومن مصادرها:

-       الطاقة الشمسيّة بنوعيها: إنتاج الكهرباء مباشرةً أو عن طريق تسخين المياه بالمرايا العاكسة (حيثُ يستخدم هذا النظام لتوليد الكهرباء)

طاقة شمسية 1:إنتاج مباشر

طاقة شمسية 2:التأثير الحراري.

-       طاقة الرياح

عنفات "توربينات" هوائية

-       الطاقة الكهرومائيّة

مثال لمحطة مائية

-       طاقة الكتلة الحيويّة

-       طاقة حرارة باطنِ الأرض

2.     هل من الممكن تخزين الكهرباء وإنتاج احتياطيٌ منها كالماء والنفط؟

نسبةً للتكنولوجيا الحاليّة، لا يمكن ذلك إلا عن طريقِ البطاريات وهي مُكلفة جدًا وغيرُ عمليةٍ؛ لأن عملية تخزين الطاقة في البطارية تتطلب أن يكون تيار البطارية تيارًا مستمرًا، وعندما يستخرج التيار سيكون مستمرًا أيضًا، غير أنَّ عملية نقل الطاقة يجب أن تتم بتيارٍ مُتررد لتحقيق كفاءةٍ عاليّة ومنعًا لإضاعة الطاقة، ولذلك يتمُّ في محطات التوليد مُراقبة الحمل ولا يتمُّ التوليد إلا على قدر الحاجة.

3.     هل يمكن أنْ ننتج الكهرباء من الإنسان؟

إنَّ الكهرباء شكلٌ من أشكال الطاقة، ويمكن التحويل بينها وبين أي شكلٍ آخر من أشكال الطاقة، غير أنَّ الإنسان بذاته لا يمثل طاقة، ولكنه يحوي على طاقةٍ مخزونة كيميائيًا فيه، فمثلًا يمكن استغلال مجهوده العضليّ لإنتاج الطاقة.

4.     هل يمكن للألواح الشمسيّة أن تنتج تيارًا متناوبًا؟ وما كمية الطاقة المُنتجةِ من لوحٍ بمساحةِ 1م×1م؟

لا، لا يمكن إنتاج التيار المُتناوب من لوحٍ شمسيّ بشكلٍ مُباشر، فالألواح تنتج تيارًا مُستمرًا ثم تحتاج لـ "إنفيرتر/عاكس" لتحولهُ إلى تيارًا مُتردد يمكن التحكم فيه.

أمّا كمية الطاقةِ المُنتجة من لوحٍ واحد فتختلف اختلافًا شديدًا من لوحٍ لآخر، حيثُ تعتمد على نوع اللوح، والوقت من اليوم، والحالة الجويّة، وكفاءة اللوح، ولكن يمكن القول أنَّ أفضل الألواح المتوافرة تجاريًا الآن، يمكنها إنتاج ما يُقارب الـ 100 واط لكل 1 متر مربع في الظروف المثاليّة.

5.     هل إنَّ الطاقة النوويّة بهذا السوءِ فعلًا، أم أن الإعلام والرأي العام يبالغ في التخوف منها؟

لا شك أنَّ الإعلام يبالغ في الأمر، ولكني شخصيًا لست مع الطاقة النوويّة، بسبب التكاليفِ العاليّة جدًا لإنشائها وتشغيلها، مُقارنةً مع مصادر الطاقة الأخرى مثل الرياح والشمس.

فمثلًا لا تمتلك دول العالم الثالث مُخصبات يورانيوم خاصةً بها، وسوف تتجه لشراء هذا اليورانيوم من الدول المُتطورة.

ومن جهةٍ أخرى، فالشمس والرياح مصادر لا يتحكم بها أحد، ولهذا أنا مع استخدامها بدلًا عن الطاقة النوويّة.

لا ننسى أيضًا أنَّ أبحاث الاندماج النوويّ في تطور مُستمر، فمن يدري ما قد يحصل إنْ تحكمنا بها.

6.     هل للطاقة الكهربائيّة التي تنتجها محطةٌ تعمل بالوقود الأحفوريّ، نفس كفاءةِ وغزارة وثبات الطاقة الكهربائيّة المُنتجة من المحطاتِ التي تعمل بالطاقة الشمسيّة أو الرياح؟

في الحقيقة، إنَّ المحطات الحراريّة (التي تعتمد على حرق مشتقاتِ النفط بأنواعه) ما زالت تعتبر الأرخص وليس الأكفئ، فكفائتها مُنخفضة، أمّا بالنسبةِ للطاقة المتجددة، تشير التوقعات إلى أنها ستصل لسعر النفط في حدود عام 2022م.

وبالنسبة لثبات الإنتاج فالمحطات الشمسيّة ومحطات الرياح تعتبر من هواجس ومخاوف مُهندس التحكم المسؤول عن كامل النظام الكهربائيّ، ولغاية الآن لا يوجد لدينا تحكم بالمناخ ولذلك فقد تنخفض قدرةُ المحطة الشمسيّة بشكلٍ مُفاجئ نتيجةً للظروف الجويّة، وهذا الإنخفاض يجب أنْ يتمَّ تعويضهُ مباشرةً من المحطات الحراريّة التي يمكننا التحكم بها.

المشكلة الرئيسيّة، تتمثل بأنهُ ومن أجل التعويض يجب أنْ تبقى المولدات في حالةِ ربط مع الشبكة، وفي هذهِ الحالة يبقى المولد في حالةِ دوران دون أن يضخ طاقةً للشبكة وهذا الدوران يكلف نقودًا ووقودًا، حيثُ لا فائدة من المولد إلا في حالة حصولِ تغيرٍ مفاجئ، فيبدأ بالعمل.

كما أنَّ الخلايا الشمسيّة "التجاريّة" لا تتعدى 20% في أفضل حالاتها، لكن كل الأبحاث تشير إلى أنه وفي غضون (15-10) سنة ستتغير قوانين اللعبة تمامًا.

7.     ما هي الدول الرائدة في مجال الطاقة المُتجددة؟ وأين العالم العربي منها؟

يقترن اسم الطاقة المتجددة رُبَّما برائدتها "ألمانيا"، والتي وصلت في شهر أيار (مايو) من هذا العام لإنتاجٍ هائل من الطاقة المُتجددة، حيثُ أصبحت تعرفة الطاقة سالبة، أي أنك تحصل على نقودٍ نتيجةً لاستهلاكك الكهرباء، وهذا يعود لطريقتهم في تسعير الكهرباء.

ولكن بعيدًا عن الدول المُتقدمة، إنَّ دولة من العالم الثالث، استمدت ما يُقارب 100% من حاجتها الكهربائيّة من الطاقةِ المُتجددة، هذهِ الدولة هي كوستاريكا (أميركا الوسطى)، هذه الدولة الصغيرة بتعداد 5 مليون نسمة تقريبًا، استطاعت أنْ تتخلص من الوقود الأحفوريّ في إنتاجها للكهرباء.

أمّا الوطن العربيّ فوضعه مُختلف قليلًا، وعلى الرغم من ذلك فإنَّ المغرب والإمارات يقدمان نماذجًا رائعةً جدًا في سبيل حمايةِ البيئة والتخلص من النفط.

إنَّ الأبحاث التي تجري في الإمارات حول الألواح الشمسيّة ورفع كفائتها واعدةٌ جدًا، ولا ننسى أنَّ المغرب ستبدأ ببناء واحدةٍ من أكبر المحطات الشمسيّةِ في العالم.

 إنَّ هذهِ النماذج تعطينا أملًا كبيرًا، للتخلص من النفط، وحمايةِ أمنا الأرض، وزيادة الوعي البيئيّ في الوطن العربيّ والعالم والضروريّ لمواجهة المُستقبل بكل ثقةٍ وقوة.

إعداد: عمر عبد الوهاب

تدقيق: عائشة الصواف

تمدد الزمن

تمدد الزمن

ملاحظة: تمدد الزمن هو حدث فيزيائي مثبت تجريبياً.

نعلم جميعنا أن سرعة الضوء هائلة جداً، وتبلغ 300ألف كم/ثانية، أو 1مليار و80 مليون كم/س، ولكن للتبسيط لنقم بهذه التجربة الذهنية في محاولة لفهم تأثير تمدد الزمن المرتبط مع النظرية النسبية الخاصة، نظرية اينشتاين.

سنفرض أن سرعة الضوء 100كم/س، وأنك تقود سيارتك بسرعة ثابتة 90 كم/س، لمدة ساعتين، أي أنك ستقطع 180كم بسرعة تقدر بـ90% من سرعة الضوء (حسب تجربتنا الذهنية)، ولذلك، سيبدأ تأثير تمدد الزمن بالظهور بشكل واضح، وحسب معادلات النظرية النسبية فإن الجسم الساكن سيمر عليه الوقت بشكل أسرع من الجسم المتحرك، أي أن زمانه سيتمدد، وسيختلف انسياب الوقت، حسب المعادلة:

t = t’*[1-(v2/c2)]^(0.5)

حيث:

t: الزمن بالنسبة للجسم المتحرك

t’:الزمن بالنسبة للجسم الساكن

v: سرعة تحرك الجسم

c: سرعة الضوء  

تعطينا المعادلة القدرة على حساب هذا الفارق بدقة، فإذا طبقنا أرقام تجربتنا على هذه المعادلة، سنجد أن t=52  دقيقة، حسناً، لنفهم هذا المثال أكثر لنتخيل بأنك وصديقك قد قمتما بضبط ساعتيكما ليعملا معا على نفس التوقيت، وبأنك انطلقت في تمام 4:00 مساءً، فعندما تصل ستكون ساعة صديقك قد أصبحت 6:00 مساءً بينما ساعتك أصبحت 4:52 مساءً! أي أن الزمن قد تمدد (ازداد، كبر) بالنسبة لصديقك الساكن!

بسبب هذا التأثير نفسه، فإن رحلتك إلى مجرة أندروميدا أقرب جيراننا، التي تبعد عنا 2 مليون كم، بسرعة قريبة جدا من سرعة الضوء (حوالي 99.9%)، لن يستغرق سوى 28 سنة ولكن بالنسبة للأرض (الساكنة نسبيا) سيمر 2 مليون سنة! مما يعني أنك لو انطلقت في عامنا الحالي 2016، فإنك عندما تصل إلى أندروميدا سيكون تقويمك مؤشراً على عام 2044م، ولكن تقويم الأرض سيكون 2002044م!! هل تتخيل!!

كيف سيحل العلم هذه المشكلة؟!

هذا ما ننتظره!

المصدر: همام غصيب، السندباد الفيزيائي ونسبية آينشاين، الطبعة الأولى، مشورات وزارة الثقافة، 2008

أهم 7 أسئلة واجهتني عن الكهرباء

أهم 7 أسئلة واجهتني عن الكهرباء.

الكهرباء، نحتاجها ونستعملها يوميا، ولا نكاد ندري عنها شيئا، أما بالنسبة لي فالكهرباء هي شغفي وتخصصي أيضا، فأنا طالب هندسة كهربائية في السنة الأخيرة وقمت مؤخرا بمساهمة على منصة حسوب I/O بخصوص الكهرباء، وفي الحقيقة لقد تلقيت العديد من الأسئلة المهمة جدا حول الكهرباء وماهيتها وأحببت أن أشارككم هنا ببعض هذه الأسئلة.

هنا رابط المشاركة على منصة حسوب I/O.

والآن أترككم مع الأسئلة: 

1- كيف تشرح ماهية الكهرباء لطفل ؟

كل شيء يتكون من ذرات، في الذرات قطع صغيرة تسمى الالكترونات، عندما تتحرك هذه الالكترونات فإنها تعطينا من طاقتها لننعم بالضوء والكهرباء.

2- ما هى الفكره الأساسية التى قامت عليها الكهرباء ؟

كلمة “مهندس كهربائي” حديثة، عمرها لا يتعدى 150 عام، بدأ المصطلح بالظهور مع بدأ تصميم خطوط التلغراف.

الكهرباء كما نعرفها اليوم يمكن أن تعزى إلى أبحاث مايكل فارادي وماكسويل، هؤلاء العظماء وحدوا الكهرباء والمغناطيسية فيزيائيا ليأتي بعدهم العظيم نيكولا تسلا ويستخدم نظرياتهم هندسيا.

ربما تكون أعظم لحظة في حياة الكهرباء عندما لاحظ مايكل فارادي الرابطة بينها وبين المغناطيسية

الكهرباء خاصية اساسية في المادة .. فمنذ أن خلق الكون والذرات تحوي الشحنات الكهربائية "البروتون والالكترون".

3- ما علاقة الكهرباء مع المغناطيسية؟

إن الكهرومغناطسية بناء من كلمتين كهرباء-مغناطيسية وذلك لترابطها الشديد، إذ يعتبران وجهين لنفس العملة، تجليان لنفس القوة، والقوة الكهرومغناطيسية قوة أساسية في الطبيعية (بالإشتراك مع النووية الشديدة والنووية الضعيفة والجاذبية)، أيضا يمكننا تقسيم الآلآت الكهربائية لثلاث فئات رئيسية: المولد والمحرك والمحول، وأساس عملهم الرابطة بين الكهرباء والمغناطيسية، مثلا: عندما يقطع موصل مجال مغناطيسي ينشأ فيه تيار (وهذا مبدأ عمل المولد)، أما عندما يمر تيار في موصل ينشأ مجال مغناطيسي (وهذا مبدأ المحرك)، أما المحول فإنه يقوم بتحويل الكهرباء لمجال مغناطيسي ثم يعيد تحويل هذا المجال إلى كهرباء بجهد وتيار مختلف !!

4- ما الفرق بين الجهد الكهربائي (التوتر) والتيار الكهربائي ؟

الجهد الكهربائي هو عبارة عن الطاقة التي تحتاجها لنقل شحنة كهربائية من نقطة لأخرى، يعني إذا كان فرق الجهد بين نقطتين 10 فولت فهذا يعني أننا بحاجة  10 جول من الطاقة لنقل كولوم واحد بين النقطتين، وهو السبب في تحرك التيار الكهربائي،التيار يتحرك من الجهد الأعلى للأدنى.

ومن هذا التعريف نستنتج أن التيار الكهربائي هو عبارة عدد الشحنات التي تمر في موصل في الثانية الواحدة، وقولنا أن 1 أمبير يمر في هذا الموصل يعني أن كولوما واحدا يمر عبره في الثانية الواحدة.

5- ما الفرق بين التيار المتناوب (المتردد) والتيار المستمر؟ وكيف يتم التحويل بينهما؟

التيار المتناوب تحفة نيكولا تيسلا، ويقوم على مبدأ تغيير اتجاه مرور التيار في الموصل وهو التيار المستخدم في عمليات نقل الطاقة الكهربائية، ويكمن الفرق الرئيسي بينه وبين التيار المستمر، أن التيار المستمر لا يغير اتجاهه، فعند قولنا أن تيارا متناوبا يمر في قابس جهاز التلفاز بتردد 50 هيرتز فهذا يعني أن التيار يدخل من السلك الأول للقابس ويخرج من الثاني ثم يتوقف ثم يعود ليدخل من السلك الثاني ويخرج من الأول بانتظام 50 مرة كل ثانية !!

أما بالنسبة للتيار المستمر فيمكن اعتباره تيارا متناوبا ولكن بتردد 0 هيرتز، مما يعني أنه يدخل من السلك الأول ويخرج من الثاني بانتظام ودون تغيير لقيمته أو اتجاهه !!

أما بالنسبة لعملية التحويل، فالجهاز الذي يحول من تيار متناوب لتيار مستمر يسمى المقلم "Rectifier" ولا أعرف في الحقيقة أسماء تجارية له، وأهم تطبيق له هو شواحن أجهزتنا بشكل عام.

أما التحويل من تيار مستمر لمتناوب فجهازه هو الانفيرتر أو العاكس "inverter" وهو اسمه التجاري أيضا، 

وأهم تطبيق له هو تحويل التيار الناتج من الخلايا الشمسية لتيار متناوب. 

6- كم فولت تقتل الإنسان؟

ليس الجهد الكهربائي ما يقتل الإنسان، ولكن مرور التيار الكهربائي فيه هو ما يحرر طاقة كبيرة ويحترق الجسم بسببه، وتقريبا )ثمن،1/8) أمبير تعتبر قاتلة وتعتمد أيضا لمدة التعرض للضربة الكهربائية، تختلف القيمة من شخص لآخر ومن ظرف لآخر، ولكن إذا كان الشخص يقف على الأرض حافيا وعلى أرضية غير مبلولة فتقريبا 220 فولت لمدة ثواني ستكون قاتلة. 

7- لماذا لا زالت بعض الدول تعمل على جهد 110 فولت بدلا من 220 فولت؟

في الحقيقة هناك شبه اتفاق عالمي على توحيد قيمة الفولتية لشبكات التوزيع عند 230 فولت بدلا من 110 و220 فولت، إن هذا سيؤدي لزيادة كفاءة شبكات التوزيع وتقليل فقد الكهرباء، ولكن المخاطر تنطوي في عملية تصميم القوابس والمسافات بينها، إذ أن فولت أعلى يعني الحاجة لمسافة عزل أكبر وإلا فقد تنطلق شرارة تسبب حريق،الأمر لا يدعو للخوف لأن تصميم القوابس يأخذ هذا الكلام بعين الاعتبار، أتوقع أن تتجه كل الدول ل230 فولت قريبا.

الكلمات المفتاحية: الكهرباء، الهندسة الكهربائية، الجهد الكهربائي، التيار الكهربائي، التردد الكهربائي، فولت، أمبير، تيار متناوب، تيار متردد