اساسيات معرفية

معارف اساسية عن الطاقة   

معلومات اكثر تجدها هنا  

 https://sites.google.com/site/e4poor/renewables/basics                                      

الانسان والطاقة

•  احتاج الانسان للطاقة واستعملها بمعدل متزايد منذ ان وجد على سطح  _الارض  منذ ملايين السنين .
•  الانسان البدائي (ككل الكائنات الحية ) استمد طاقتة اساسا من غذائة 
•   بإكتشاف الانسان للنار, بدأت احتياجاتة للطاقة في الازدياد وخاصة _{بعد ان}  استعملها في طهو  طعامة وتدفئتة .
•   بمرور الزمن ووصول الانسان الى مرحلة الزراعة والاستقرار ,   _{اضاف بعدا   جديدا}  لاستعمال الطاقة بتدريبة لبعض الحيوانات   لمساعدتة في بذل الطاقة  ( الجر , الحرث , التنقل)      
•  _{الاحتياج المتزايد للطاقة دفعة لاستعمال طاقة الرياح في الابحار وادارة   طواحين الهواء ثم}   استخدم مساقط المجاري المائية لتدور العنفات  المائية

•  حتى هذه المرحلة نستطيع القول ان الانسان استعمل فقط مصادر  _الطاقة  المتجددة في انشطتة
•   _{مع الثورة الصناعية التي انطلقت بإكتشاف الالة البخارية(1700م) استعمل  الانسان انواع}   جديدة من   مصادر الطاقة الناضبة  كالفحم   بكميات كبيرة     
•   _{وباختراع محركات الاحتراق الداخلي بدأاستعمال المشتقات البترولية ( الناضبة  ايضا)}   وبكميات متزايدة .
•   _{اكتشاف الدورلت الحرارية والكهرباء وتطبيقاتها في محطات القوى  قدم   للانسان طواعية غير مسبوقة في  نقل الطاقة واستعمالها  حيث يريد . ولم}  يعد   مرتبطا بالمجاري المائية لادارة  ماكيناتة من العنفات المائية  او بالتلال المرتفعة  لاستعمال الطواحين الهوائية  في ادارة ماكيناتة .      
•   مصدر جديد للطاقة اضيف بعد الحرب العالمية الثانية وهو الطاقة النووية .
•     يعتمد العالم حاليا اعتمادا كبيرا على الفحم، والنفط، والغاز الطبيعي كمصادر للطاقة. الوقود الأحفوري    مصدر غير متجدد للطاقة  ، أي أنها تعتمد على موارد محدودة من شأنها أن تتضاءل في   نهاية المطاف،   لتصبح مكلفة جدا أو ضارة بيئيا ضررا لا يمكن اصلاحة . في المقابل، الطاقة المتجددة ، مثل طاقة الرياح  والطاقة الشمسية،طاقات تتجدد باستمرار، ولن  تنفد أبدا   

---

بعض المعلومات الرقمية ... تساعد في فهم ما يحتوية الموفع من معلومات  قياس الطاقة الوحدة الاساسية في الطاقة هي الجولJoule 1 جول = 1وات.ثانية كيلووات ساعة= 3600كيلو جول كيلووات ساعة= 860 كيلوكالوري كيلوكالوري = كمية الطاقة اللازمة لرفع درجة حرارة                  لتر ماء درجة مئوية واحدة مكافئ 1 طن نفط = 10 مليون كيلوكالوري                      = 12 ميجاوات ساعة            كيلووات=1000 وات                kilowatt ميجاوات = 1000 كيلووات     megawatt جيجاوات= 1000 ميجاوات        gigawatt تيراوات = 1000 جيجاوات      terawatt بيتاوات= 1000 تيراوات         petawatt مصدر كهرباء بقدرة 1 ميجاوات يكفي لامداد 1000 منزل متوسط بالكهرباء المنزل المتوسط ( مصر) يستهلك 10 كيلووات ساعة من الطاقة الكهربية .كيلوجرام من المشتقات النفطية يعطي 10,000 كيلو كالوري تقريبا , اذن منزلك يستهلك  860 جرام نفط يوميا في صورة طاقة كهربية . محطات الكهرباء تعمل بكفاءة 35% تقريبا اذن فمنزلك يستهلك في الحقيقة 2.5 كيلوجرام نفط يوميا. استهلاكنا (مصر) في مجمل صور الطاقة ( كهرباء نقل صناعة …)=2.75 كيلوجرام للفرد يوميا .                                                                                                                                 ما هي الطاقة ؟   الطاقة هي استطاعة بذل شغل .  الطاقة موجودة بعدة صور : حرارة ( حرارية  Thermal ) ,ضوء ( ضوئية  Radiant )  حركة ( طاقة حركة  Kinetic energy ) , كهربائية ( طاقة كهربية  Electrical energy        كيميائية ( طاقة كيميائية  Chemical energy ) , نووية ( طاقة نووي  Nuclear     energy ) ,جاذبية ( Gravitational )  الطاقة في كل شئ , نستعمل الطاقة في مشينا وطهو طعامنا وفي الطيران الى الفضاء و..... هناك نوعان من الطاقة :  طاقة وضع (Potential energy ) وهي طاقة مخزنة                                 طاقة عاملة  ( Kinetic energy )  كمثال لذلك : الغذاء الذي نتناولة يخزن في جسمنا كطاقة كيميائية الى اللحظة التي نستعملها ( الطاقة) في لعبنا اوعملنا . مثال اخر الماء خلف السد يخزن الطاقة الى اللحظة التي يندفع فيها الى تربينات توليد الكهرباء . وبطارية السيارة مثال ثالث تخزن الطاقة على صورة كيميائية الى اللحظة التي تطلقها لبدء تدوير محرك السيارة . اشكال الطاقة طاقة الوضع طاقة مخزونة تنطلق عند الحاجة   طاقة الحركة طاقة منطلقة طاق فاعلة  الطاقة الكيميائية : طاقة موجودة في الروبط الكيميائية بين ذرات جزيئات المادة , موجودة في كل انواع الوقود الاحفوري , تتحرر الطاقة الكيميائية وتتحول الى  طاقة حرارية عند الاحتراق .مثال اخر الطاقة الخزنة في بطارية السيارة . طاقة ميكانيكية : طاقة مخزنة في الاجسام المضغوطة او المشدودة مثل الطاقة المخزنة في اليايات المضغوطة والمشدودة , والطاقة المخزنة في الهواء المضغوط . الطاقة النووية :الطاقة المخزنة في روابط مكونات نواة الذرة , كمية ضخمة من الطاقة تتحرر عند تغييرهذه الروابط , تنتج الطاقة من تفكيك نواة اليورانيوم في المفاعلات النووية , وفي الشمس تنتج الطاقة من دمج انوية ذرات الهيدروجين . طاقة الجاذبية :طاقة مخزنة في الاجسام تعتمد على كتلتها وموضغها من مركز الجاذبية , عند نزول الدراجة من منحدر فهي تستهلك طاقة جاذبية خزنت في كتلة الدراجة عند صعودها للمنحدر, كتلة المياة المخزنة وراء سد تخزن كمية من الطاقة تتناسب مع كتلة المياة وارتفاعها . الطاقة الاشعاعية :طاقة كهرومغناطيسية تنتقل في الفضاء بموجات مستعرضة , تشمل اشعة الضوء المرئي واشعة x واشعة جاما وموجات الراديو , ضوء الشمس احد انواع الطاقة الاشعاعية وهو المغذي للحياة على سطح الارض . الطاقة الحرارية : هي الطاقة الموجودة في حركة وذبذبة الذرات والجزيئات في المادة ,فكلما زادت درجة حرارة المادة دل ذلك على زيادة سرعة الذرات والجزيئات فيها . طاقة الحركة : هي الطاقة الموجودة في الاجسامالمتحركة وتعتمد على سرعة وكتلة الجسم . الطاقة الكهربية :هي الطاقة الموجودة في حركة سيل الالكترونات في المادة . مصادر الطاقة   الكهرباء في بيوتنا يمكن انتأتينا من محطة قوى تستعمل الوقود الاحفوري ( الفحم ,مشتقات النفط , الغاز الطبيعي ) في انتاجها للكهرباء او من محطة كهرومائية كمحطة كهرباء السد العالي او من محطة تربينات هوائية اذن يمكننا القول ان الوقود الاحفوري وطاقة المياة وطاقة الرياح مصادر للطاقة .   يمكن تصنيف مصادر الطاقة الى نوعين    مصادر طاقة متجددة : (1) الطاقة المائية   (2) الطاقة الشمسية   (3) طاقة الرياح                                    (4) طاقة باطن الارض الحرارية           (5) طاقة الكتلة الحيوية   مصادر غير متجددة ( ناضبة) : (1) القود الاحفوري         (2) القود النووي   الوقود الاحفوري هو المصد الرئيس للطافة (مصادر الطاقة في الولايات المتحدة كمثال : 83% وقود احفوري , 9% نووي , 8% مصادر متجددة ) . تكون في باطن الارض تحت تأثير حرارة باطن الارض وضغط قشرتها خلال ملايين السنين . يستنفذة الانسان بمعدلات متسارعة تنبئ بقرب نضوبة . الاحتمال الاكبر ان تندم البشرية على حرقة كوقود .والخوف من ان يسبب حرقة كوقود وما ينفثة من انبعاثات ضرر لايمكن اصلاحة . زيادة الوعي بأفضلية استخدام المصادر المتجددة للطاقة قد ينقذنا من مصير غير معلوم .  اساسيات  وحدات قياس الطاقة     كما الطول يقاس بالمتر ومشتقاتة , والوزن يقاس بالكيلوجرام ومشتقاتة , كذلك الطاقة لها  وحدات قياس , الجول ( نسبة الى جيمس جول لابحاثة في المكافئ الميكانيكي للحرارة ) هو الوحدة الاساسية للطاقة                                                                             الكيلووات ساعة = 3600 كيلوجول    ( وهو عمليا =  كمية الطاقة الكهربية اللازمة لتشغيل                            دفاية كهربية قدرة  1000 وات لمدة   ساعة كاملة )  حصان ميكانيكي ساعة = 2685 كيلوجول       ( وهو عمليا =كمية الطاقة الميكانيكية                                الخارجة  من  محرك 1 حصان   لمدة ساعة كاملة )      الكيلوكالوري  = 4,19 كيلوجول        ( وهو عمليا =  كمية الطاقة الحرارية اللازمة                          لرفع  درجة حرارة لتر ماء درجة  مئوية واحدة )     كل انواع الطاقات يمكن تحويلها الى الاخرى      1 كيلووات ساعة = 1.34 حصان ميكانيكي ساعة = 860 كيلوكالوري      اذن ان كان لدينا محرك بقدرة 1.34 حصان ميكانيكي يشغل مولد كهرباء     (دينامو) هذا المولد   سيعطي قدرة 1000 وات (1 كيلووات ) واذا اعطى المولد     كهرباءة  الى سخان مياة فأن المياة   ستأخذ كمية 860 كيلوكالوري خلال ساعة     كاملة من التشغيل ( بفرض ان الكفاءة 100% )     واذا كانت سعة السخان     100 لتر فدرجة حرارتة ستزيد 8.6 درجة مئوية    الطاقة الميكانيكية والطاقة الحرارية وجهان محسوسان للطاقة يمكن فهمهما بسهولة     اما الطاقة  الكهربية فهي وسيط للتحويل بينهما , نسمع مصطلح حصان ميكانبكي    فما هو ؟     الحصان الميكانيكي : هو قدرة الة على رفع وزن 75 كيلوجرام بسرعة 1 متر في الثانية ضد  عجلة الجاذبية                        هل الحصان الميكانيكي وحدة طاقة ؟ الجواب لا ... بل هو وحدة قدرة    الحصان ساعة هو وحدة الطاقة وهو  رفع وزن 75 كيلوجرام بسرعة 1 متر في    الثانية ضد  عجلة الجاذبية  لمدة ساعة كاملة    اذن فوحدات الطاقة هي وحدات القدرة x الزمن    الحصان وحدو قدرة ...... الحصان ساعة  وحدة طاقة       الكيلووات وحدة قدرة ..... الكيلووات ساعة  وحدة طاقة    الكيلوجرام الواحد من المحروقات ( الخشب الجاف , الفحم , السولار ,    الجازولين , ....)  يعطي تقريبا 10000 كيلوكالوري من الطاقة الحرارية    اذن الكيلوجرام الواحد من المحروقات يعطي 15.6 حصان ساعة  ( طاقة     ميكانيكية )   اذن الكيلوجرام الواحد من المحروقات يعطي 11.6 كيلووات ساعة ( طاقة     كهربية )   اذن الكيلوجرام الواحد من المحروقات يرفع درجة حرارة خزان مياة ( 1000     لتر ) 10  درجات   مئوية  ( طاقة حرارية )    كل التحويلات السابقة بفرض ان كفائة التحويل من وجه لاخر في الطاقة هي    100%    ندفع فواتير الكهرباء على ما نستهلك من كيلووات ساعة اي على ما نستهلك من    كمية طاقة .   ندفع ؟؟؟ جنية لملئ خزان الوقود ب ؟؟؟ التي هي ؟؟؟ كيلوكالوري من الطاقة     لنندفع  بسيارتنا  ذات القدرة 70 حصان لمدة 10 ساعات .  سؤال !!! لماذا تسعى المانيا (81 مليون نسمة , 37900$/ للفرد سنويا , 500 مليار كيلووات ساعة سنويا ) لتوفير20% من احتياجاتها للطاقة من مصادر متجددة بحلول العام 2020 ونحن في مصر ( 85 مليون نسمة , 6500$/ للفرد سنويا , 123 مليار كيلووات ساعة ) لم نعمل شئ ذا بال , السنا احوج منهم لخطتهم وخاصة اننا في موقع جغرافي انسب؟ ... لو كان بمستطاعي لقلت ( ان استعمال الطاقات المتجددة والتشجيع على استعمالها فريضة )