الطاقة الخفية: كيف تشكل الكهرباء الحرارية مستقبلًا نظيفًا؟

في عصر الطاقة المتجددة، تبرز الكهرباء الحرارية كأحد أبرز الحلول المستدامة لتحديات الطاقة العالمية. تعتمد هذه التقنية على استغلال الحرارة المخزنة تحت سطح الأرض لتوليد الطاقة الكهربائية، وهي تقدم بديلاً نظيفًا وموثوقًا يمكن أن يسهم في تقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري ومكافحة ظاهرة الاحتباس الحراري.

من خلال استخدام تقنيات متطورة، تتمكن المحطات الحرارية من تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية ومن ثم إلى كهرباء، وذلك باستخدام دورات ترموديناميكية معقدة تضمن الكفاءة والفعالية.

تتميز الكهرباء الحرارية بقدرتها على توفير الطاقة بشكل مستمر، على عكس مصادر الطاقة المتجددة الأخرى كالطاقة الشمسية وطاقة الرياح التي قد تتأثر بالظروف الجوية والمناخية.

في مصر، تُعد الكهرباء الحرارية جزءًا لا يتجزأ من خطة الدولة لتنويع مصادر الطاقة وتعزيز الاستدامة. تسعى الحكومة المصرية إلى استغلال الموارد الطبيعية الغنية، مثل الحرارة الأرضية في مناطق الواحات وسيناء، لتحقيق الاستقلال الطاقي ودعم النمو الاقتصادي.

مع تزايد الوعي العالمي بأهمية الطاقة المتجددة، تقف الكهرباء الحرارية كشاهد على إمكانية الجمع بين التقدم التكنولوجي والحفاظ على البيئة، مؤكدةً على أن مستقبل الطاقة يمكن أن يكون نظيفًا ومستدامًا.

ونستعرض معا خلال التقرير التالي كل ما تريد معرفته عن الكهرباء الحرارية، ونقدم إجابات عن أبرز الأسئلة الشائعة حول هذه الطاقة الخفية التي يمكنها المساهمة في صناعة مستقبل نظيف خالي من التلوث.

ما هي الكهرباء الحرارية؟

الكهرباء الحرارية هي مصطلح يشير إلى طريقتين مختلفتين لتوليد الطاقة. من جهة، يعبر عن الكيفية التي يُستغل بها الفرق الحراري لإنتاج الطاقة الكهربائية، ومن جهة أخرى، يحيل على توليد الطاقة الحرارية انطلاقًا من تطبيق تيار كهربائي بين قطبي مادة معينة بهدف التسخين أو التبريد دون اللجوء إلى المحروقات أو الوسائل التقليدية.

على سبيل المثال، في محطات الطاقة الحرارية، يتم تحويل الحرارة إلى كهرباء عن طريق استخدام البخار الناتج عن تسخين الماء لتشغيل التوربينات التي تولد الكهرباء. وفي السياق الثاني، يمكن استخدام الكهرباء لتوليد الحرارة كما في أجهزة التدفئة الكهربائية.

كيف يتم توليد الكهرباء الحرارية؟

توليد الكهرباء الحرارية يتم عبر عملية تحويل الطاقة الحرارية المتولدة من حرق الوقود إلى طاقة ميكانيكية ومن ثم إلى طاقة كهربائية.

إليك خطوات توليد الكهرباء الحرارية بالتفصيل:

1. الاحتراق: يتم حرق الوقود، مثل الفحم أو الغاز الطبيعي، لإنتاج حرارة عالية.

2. توليد البخار: الحرارة المنتجة تستخدم لتسخين الماء في الغلايات لتحويله إلى بخار عالي الضغط.

3. التوربينات البخارية: يُوجه البخار إلى التوربينات البخارية حيث يدفع شفرات التوربين لتدور.

4. توليد الكهرباء: دوران التوربين يؤدي إلى تحريك المولدات الكهربائية المتصلة بها، مما ينتج عنه توليد الكهرباء.

5. التكثيف: بعد خروج البخار من التوربين، يتم تكثيفه مرة أخرى إلى الماء في المكثفات لإعادة استخدامه في الغلايات.

هذه العملية تُعرف بدورة رانكين، وهي تُستخدم في معظم محطات الطاقة الحرارية لتوليد الكهرباء. وتوجد طرق أخرى لتوليد الكهرباء الحرارية مثل استخدام الطاقة الحرارية الأرضية أو الطاقة الشمسية الحرارية، ولكن العملية الأساسية تبقى متشابهة في تحويل الطاقة الحرارية إلى كهرباء.

ما هي التكنولوجيا المستخدمة في محطات الكهرباء الحرارية؟

محطات الكهرباء الحرارية تستخدم مجموعة متنوعة من التكنولوجيات لتحويل الطاقة الحرارية إلى كهرباء.

إليك بعض التقنيات الأساسية المستخدمة في محطات الكهرباء الحرارية: 

- الغلايات البخارية: تعمل على تسخين الماء لتحويله إلى بخار مضغوط.

- توربينات البخار: يُوجَّه البخار المضغوط إلى توربين بخاري يدور ويحول الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية.

- المكثفات الحرارية: بعد خروج البخار من التوربين، يتم تكثيفه وإعادة تدويره إلى الغلاية.

- دورة رانكن: هي الدورة الترموديناميكية الأساسية التي تُستخدم في محطات الطاقة الحرارية لتحويل الحرارة إلى عمل.

بالإضافة إلى ذلك، تستخدم بعض المحطات الحرارية مصادر حرارة بديلة مثل: 

- الطاقة الشمسية*: حيث تُستخدم المرايا لتركيز أشعة الشمس على خزان يحتوي على ماء يتحول إلى بخار.

- الطاقة الحرارية الأرضية: التي تستغل حرارة الأرض لتسخين الماء وتوليد البخار.

تتميز هذه التكنولوجيات بكفاءتها العالية وقدرتها على توليد الكهرباء بشكل مستمر، وهي تلعب دورًا مهمًا في تنويع مصادر الطاقة والحد من الاعتماد على الوقود الأحفوري.

 ما هي الفوائد والتحديات المرتبطة بالكهرباء الحرارية؟

الكهرباء الحرارية تقدم العديد من الفوائد وتواجه بعض التحديات، وإليك تفصيل لكل منها:

الفوائد:

- مستدامة ومتجددة: الكهرباء الحرارية تعتبر مصدرًا متجددًا للطاقة ولا تنضب بسهولة.

- صديقة للبيئة: تقلل من الانبعاثات الضارة ولا تعتمد على الوقود الأحفوري.

- موثوقية عالية: توفر طاقة مستمرة ولا تتأثر بالتغيرات الجوية كالطاقة الشمسية أو طاقة الرياح.

- تنوع المصادر: يمكن استخدام مصادر مختلفة مثل الطاقة الشمسية الحرارية والطاقة الحرارية الأرضية.

التحديات:

- كفاءة منخفضة: كفاءة محطات الطاقة الحرارية قد تكون منخفضة مقارنةً بمصادر الطاقة الأخرى.

- تكلفة الإنشاء: تكاليف إنشاء محطات الكهرباء الحرارية يمكن أن تكون مرتفعة.

- التأثير البيئي: بعض المشروعات قد تؤثر على النظم البيئية المحلية وتتطلب إدارة مستدامة.

- الحاجة لتكنولوجيا متقدمة: تطوير وصيانة هذه المحطات يتطلب تكنولوجيا متقدمة وخبرة فنية.

تعتبر الكهرباء الحرارية جزءًا هامًا من مستقبل الطاقة المتجددة، وتسعى العديد من الدول، بما فيها مصر، لتطوير هذا القطاع وتحسين كفاءته وتقليل التكاليف المرتبطة به لتحقيق أقصى استفادة منه.

ما مصادر إنتاج الكهرباء الحرارية؟

مصادر إنتاج الكهرباء الحرارية متنوعة وتشمل: 

1. الوقود الأحفوري: يُعد الفحم والنفط والغاز الطبيعي من أبرز مصادر الوقود الأحفوري المستخدمة في توليد الكهرباء الحرارية.

2. الطاقة النووية: تُستخدم الطاقة الناتجة عن الانشطار النووي لتسخين الماء وإنتاج البخار الذي يُحرك التوربينات لتوليد الكهرباء.

3. الطاقة المتجددة: تشمل الطاقة الكهرومائية من السدود والطاقة الحركية للمياه المتدفقة، وطاقة الرياح، والطاقة الحرارية الأرضية.

4. الطاقة الشمسية الحرارية: تُستخدم الحرارة المُستمدة من أشعة الشمس لتسخين سائل يُحرك التوربينات ويُولد الكهرباء.

5. الكتلة الحيوية: يمكن استخدام المواد العضوية كمصدر للطاقة عبر حرقها لإنتاج الحرارة وتوليد الكهرباء.

هذه المصادر تُستغل بطرق مختلفة لتحويل الطاقة الحرارية إلى كهرباء، وتُعد جزءًا أساسيًا من البنية التحتية لإنتاج الطاقة في العالم.

ما هو العنصر الأساسي في إنتاج الكهرباء الحرارية؟

العنصر الأساسي في إنتاج الكهرباء الحرارية هو الحرارة التي يمكن توليدها من مصادر مختلفة مثل الوقود الأحفوري (مثل الفحم والبترول والغاز الطبيعي)، الطاقة النووية، أو الطاقة المتجددة كالطاقة الشمسية والطاقة الحرارية الأرضية. تُستخدم هذه الحرارة لتسخين الماء وتحويله إلى بخار مضغوط يُوجَّهُ إلى توربين بخاري موصول بمولد كهربائي لإنتاج الكهرباء. هذه العملية تُعرف بدورة رانكن، وهي تشكل الأساس لمعظم محطات الطاقة الحرارية.

هل الكهرباء الحرارية ملوثة للبيئة؟

يمكن أن تكون الكهرباء الحرارية ملوثة للبيئة، خاصةً عندما يتم إنتاجها من محطات تعمل بالوقود الأحفوري مثل الفحم والنفط والغاز الطبيعي. حرق هذه المواد ينتج عنه غازات تحتوي على مواد سامة مثل ثاني أكسيد الكربون، والتي تساهم في ارتفاع درجة حرارة الأرض وتعزز الاحتباس الحراري. كما يؤدي إلى تلوث الهواء، مما يشكل خطرًا على صحة الإنسان والكائنات الحية الأخرى.

ومع ذلك، هناك مصادر أخرى للكهرباء الحرارية التي تعتبر أقل ضررًا للبيئة، مثل الطاقة الحرارية الأرضية، التي تستخدم حرارة الأرض لتوليد الكهرباء. هذه الطريقة تعتبر أكثر استدامة وتسبب تلوثًا أقل مقارنةً بمحطات الوقود الأحفوري.

هل يستخدم الغاز الطبيعي في توليد الكهرباء الحرارية؟

نعم، يُستخدم الغاز الطبيعي بشكل واسع في توليد الكهرباء الحرارية. يُعد الغاز الطبيعي من المصادر الأكثر نظافة بين الوقود الأحفوري لأنه ينتج كميات أقل من الانبعاثات مثل ثاني أكسيد الكربون عند احتراقه. يُستخدم في محطات الطاقة التي تعمل بتوربينات الغاز وفي أنظمة الدورة المركبة، حيث يتم استغلال الحرارة المهدرة من التوربينات الغازية لتوليد المزيد من الكهرباء عبر التوربينات البخارية. هذا يزيد من الكفاءة الإجمالية للمحطة.

بالإضافة إلى ذلك، يُعتبر الغاز الطبيعي خيارًا أفضل من الفحم لأنه يحتوي على نسبة أقل من الملوثات مثل الكبريت والزئبق، مما يقلل من تأثيره السلبي على البيئة. ومع ذلك، لا يزال يُعتبر مصدرًا للانبعاثات الكربونية ويساهم في الاحتباس الحراري، لذا توجد جهود لتحسين كفاءة استخدامه وتقليل البصمة الكربونية لمحطات الطاقة التي تعمل بالغاز الطبيعي.

هل يمكن توليد الكهرباء الحرارية من النفايات؟

نعم، يمكن توليد الكهرباء الحرارية من النفايات. تُعرف هذه العملية بـ "تحويل النفايات إلى طاقة" (WtE) أو "توليد الطاقة من النفايات" (EfW)، وهي تشمل استخدام النفايات لتوليد الطاقة بأشكال مختلفة، مثل الطاقة الكهربائية أو الحرارية.

تتضمن عملية توليد الكهرباء الحرارية من النفايات عدة خطوات رئيسية:

1. حرق النفايات: يتم حرق النفايات في درجات حرارة عالية لتوليد الحرارة، التي تستخدم بعد ذلك لإنتاج البخار.

2. توليد الكهرباء: يدفع البخار التوربينات لتوليد الكهرباء.

3. التحويل إلى غاز: يمكن تحويل النفايات إلى غاز يستخدم كوقود.

4. الانحلال الحراري: تحول النفايات إلى وقود سائل أو غازي عن طريق التسخين في غياب الأكسجين.

تُعد هذه الطريقة مفيدة للبيئة لأنها تقلل من كمية النفايات التي تذهب إلى مكبات النفايات وتقلل من انبعاثات الغازات الدفيئة. كما أنها توفر مصدرًا للطاقة يمكن الاعتماد عليه ويساعد في تقليل استخدام الوقود الأحفوري.

على الجانب الآخر، تتضمن سلبيات توليد الكهرباء الحرارية من النفايات عدة جوانب، منها:

1. الانبعاثات: حرق النفايات ينتج عنه انبعاثات غازية قد تحتوي على مواد سامة وملوثات مثل الديوكسينات والفيورانات، والتي يمكن أن تكون ضارة بالصحة العامة والبيئة.

2. الرماد: الرماد الناتج عن حرق النفايات يحتوي على معادن ثقيلة ومواد سامة أخرى، ويجب التعامل معه بحذر لتجنب التلوث.

3. الكفاءة: محطات تحويل النفايات إلى طاقة قد لا تكون كفاءتها عالية مقارنةً بمصادر الطاقة الأخرى، وقد تتطلب استثمارات كبيرة للبناء والصيانة.

4. التأثير على إعادة التدوير: قد يؤثر تحويل النفايات إلى طاقة سلبًا على جهود إعادة التدوير، حيث يُفضل حرق النفايات بدلاً من إعادة استخدامها أو تدويرها.

5. الاعتماد على النفايات: قد تؤدي الاعتمادية على النفايات كمصدر للطاقة إلى تقليل الحوافز لتقليل النفايات من المصدر.

هل يوجد مشروعات لتطوير محطات كهرباء حرارية في مصر؟

نعم، هناك عدة مشروعات لتطوير محطات الكهرباء الحرارية في مصر. على سبيل المثال، شركة السويدي إليكتريك لديها خبرة واسعة في بناء محطات الطاقة الحرارية، وقد ساهمت في بناء أكبر محطة توليد طاقة تعمل بنظام الدورة المُركّبة في مصر. كما تشير المعلومات إلى أن وزارة الكهرباء والطاقة المتجددة نفذت 48 مشروعًا لإنتاج الكهرباء من المصادر التقليدية بتكلفة بلغت 271 مليار دولار، ومن بينها محطات عملاقة في العاصمة الإدارية الجديدة وبني سويف والبرلس بطاقة 14.4 ألف ميجاوات.

بالتأكيد، هناك العديد من المشروعات الطموحة لتطوير محطات الكهرباء الحرارية في مصر.

إليك بعض تفاصيل مشروعات توليد الكهرباء الحرارية في مصر: 

- شركة السويدي إليكتريك لديها خبرة واسعة في بناء محطات الطاقة الحرارية، وقد ساهمت في بناء أكبر محطة توليد طاقة تعمل بنظام الدورة المُركّبة في مصر. هذه المحطات تعمل بكفاءة توليد طاقة تصل إلى 60% وتتميز بانخفاض تكاليف التشغيل واستهلاك الوقود.

- محطة توليد كهرباء بني سويف، التي تعمل بنظام الدورة المُركّبة بقدرة 4800 ميجاوات، تم تنفيذها في مدة قياسية (33 شهرًا) بواسطة تحالف "السويدي-سيمنز"، وهي تعد من أكبر محطات الطاقة في العالم التي تعمل بالغاز وبنظام الدورة المُركّبة.

- مشروع مجمع بنبان للطاقة الشمسية، الذي يعد أكبر مجمع محطات لتوليد الكهرباء النظيفة على مستوى العالم، ويمثل أحد أهم مشاريع البنية التحتية في مصر لتوليد الكهرباء من الطاقة الجديدة والمتجددة.

- محطة بنبان للطاقة الشمسية بمحافظة أسوان، التي تعد أكبر موقع لتوليد الطاقة الكهربائية في العالم بقدرات إنتاجية 1465 ميجاوات، ومن المستهدف أن تصل القدرات الإنتاجية للمحطة إلى 2000 ميجاوات.

هذه المشروعات تعكس التزام مصر بتنويع مصادر الطاقة والاستثمار في الطاقة المتجددة لتحقيق الاستقلال الطاقي ودعم النمو الاقتصادي.

ما هي إجراءات الحد من تأثيرات الكهرباء الحرارية؟

للحد من تأثيرات الكهرباء الحرارية المولدة من النفايات، يمكن اتخاذ عدة إجراءات استراتيجية وفعالة، ومنها:

1. التحول إلى مصادر الطاقة المتجددة: استخدام الطاقة الشمسية، طاقة الرياح، الطاقة الكهرومائية، والوقود الحيوي بدلاً من الوقود الأحفوري.

2. تحسين كفاءة الطاقة: استخدام تقنيات وأجهزة موفرة للطاقة مثل مصابيح LED وأجهزة كهربائية عالية الكفاءة.

3. تعزيز إعادة التدوير: تقليل النفايات من خلال إعادة استخدام المواد وإعادة تدويرها لتقليل الحاجة إلى حرق النفايات.

4. الاستثمار في تقنيات احتجاز الكربون: تطوير وتطبيق تقنيات لاحتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه لمنعه من الوصول إلى الغلاف الجوي.

5. الزراعة المستدامة: تبني ممارسات زراعية تقلل من الانبعاثات وتحافظ على التربة والمياه.

6. النقل المستدام: استخدام وسائل نقل صديقة للبيئة مثل السيارات الهجينة والكهربائية وتشجيع استخدام وسائل النقل العام.

7. التوعية والتعليم: نشر الوعي حول أهمية الحفاظ على البيئة وتشجيع السلوكيات المستدامة بين الأفراد والمجتمعات.

من خلال تطبيق هذه الإجراءات، يمكن تقليل الآثار السلبية لتوليد الكهرباء الحرارية والمساهمة في حماية البيئة وتعزيز الاستدامة.

وفي نهاية هذا التقرير، نجد أنفسنا أمام مفترق طرق حيث تلتقي الحاجة الماسة للطاقة مع التحديات البيئية الملحة. الكهرباء الحرارية تقدم لنا فرصة لاستغلال الطاقة الطبيعية المتجددة والحد من الاعتماد على الوقود الأحفوري. ومع ذلك، لا يمكننا تجاهل التأثيرات البيئية والاقتصادية المرتبطة بتطوير هذه التكنولوجيا. يتطلب الأمر توازنًا دقيقًا وتعاونًا عالميًا لضمان أن نستفيد من فوائد الكهرباء الحرارية مع الحفاظ على كوكبنا للأجيال القادمة. فلنسعى جميعًا لتحقيق هذا الهدف، مدفوعين بالأمل والإبداع والإرادة لبناء مستقبل مستدام.