خصائص مصادر الطاقة البديلة

إن. خصائص مصادر الطاقة وطبيعتها عموما تفرض على الانسان تطوير التكنولوجيا الملائمة لاستغلالها، ويتضح هذا بجلاء فيا لو نظرنا الى مصادر الطاقة الشائعة حاليا، فاستخراج النفط مثلا فرض على الانسان تطوير تكنولوجيا الحفر عميتا في باطن الأرض للوصول الى منابعه، وفرض عليه تطوير تكنولوجيا تكرير النفط الى مشتقاته العديدة وتطوير وسائل النقل الملائمة كخطوط الأنابيب الممتدة عبر الصحارى والبحار والمناطق الجليدية ناهيك عن صناعة السفن العملاقة لنقله عبر القارات، وكذلك الأمر مع المصادر الأخرى كالفحم والغاز وطاقة الانشطار النووي ومصادر طاقة الماء عند مساقط الأنهار إذ أن كل مصدر منها كان يفرض ضرورة تطوير التكنولوجيا الملائمة لاستغلاله، وبالنسبة لصادر الطاقة البديلة فان خصائصها ستفرض بالضرورة تطوير المناسب من المعرفة والاجهزة والأدوات اللازمة لاستخدامها، وأهم هذه الخصائص ما يلي :

١ – إن مصادر الطاقة البديلة المرشحة لأن تلعب دوراً هاماً في حياة الانسان وأن تساهم في تلبية نسبة عالية من متطلباته من الطاقة هي مصادر دائمة طويلة الأجل ذلك أنها مرتبطة أساسا بالشمس والطاقة الصادرة عنها، فالطاقة الشمسية التي تحدثنا عنها في نصل سابق هي طاقة الاشعاع الشمسي الصادر عن الشمس والواصل الى الأرض، وطاقة الهوام والرياح ليست الا إحدى تجسيدات تأثير هذا الاشعاع الشمسي على الغلاف الغازي المحيط بالكرة الأرضية وما ينشأ عنه من فروق في الضغوط الجوية من منطقة الى أخرى لأمر الذي يؤدي الى هبوب الرياح، أما الطاقة الحرارية في البحار والمحيطات فهي ليست سوى مخزون الطاقة الشمسية في مياه هذه التجمعات المائية الضخمة وما ينشأ عنه من فروق في درجات الحرارة بين مياه السطح ومياه الأعماق، تلك الفروق التي تشكل مصدرا احتماليا للطاقة بوسع الانسان استخدامه، والحياة النباتية على الارض هي نتاج لعملية التمثيل الضوئي التي توفر لها أشعة الشمس مصدر الطاقة المطلوب، أما أمواج البحر- أحد مصادر الطاقة البديلة التي لم نتطرق إليها في الفصول السابقة-فهي نتاج لحركة الرياح التي هي بدورها إحدى أشكال الطاقة الشمسية.

الشمس — كما تقول النظريات العلمية الشائعة _ ستعمر خمسة آلاف مليون سنة أخرى، وبالقياس الى عمر الانسان على الأرض فان هذه المدة تبدو حقا أبدية. واذا حدث أن عمر الانسان الكون طول هذه الفترة فالأغلب أن ما سيشغل ذهنه حينذاك سيكون مسألة أخرى غير توفير مصدر جديد للطاقة، ونتيجة لذلك، يمكننا القول إن مصادر الطاقة البديلة هي مصادر أبدية وأن تعاملنا معها لابد وأن ينطلق من هذا الاعتبار.

٢- إن مصادر الطاقة البديلة رغم ديمومتها على المدى البعيد الا أنها لا تتوفر بشكل منتظم طول الوقت وعلى مدار الساعة، فهي ليست مخزونا جاهزا نستعمل منه ما نشاء متى نشاء. فصادر الطاقة البديلة تتوفر أو تختفي بشكل خارج قدرة الانسان على التحكم فيها أو تحديد مقادير المتوفر منها. فشدة الاشعاع الشمسي مثلا تختلف من وقت الى آخر طول وقت شروقها في ايوم الواحد، فهو يبدأ من الصفر عند الشروق صباحا ويزداد تدريجيا الى أن يصل الى قيمته العظمى في منتصف النهار ليبدأ بعدها بالانخفاض تدريجيا ليصل الى الصفر مرة أخرى عند الغروب، ولا يتوقف الأمر عند اختلاف شدة الاشعاع الشمسي أثناء النهار الواحد فقط بل إن شدته تختلف من يوم الى آخر وان كان بشكل دوري، واذا كان بالإمكان رصد حركة التغير هذه واستنباط المعادلات والقوانين الرياضية الكفيلة بوصفها فان هناك العديد من العوامل التي تؤثر على مقدار كمية الاشعاع الشمسي الواصل الى الأرض، ومن ضمن هذه العوامل الغيوم والأمطار والعواصف الرملية والترابية وكمية بخار الماء وثاني أوكسيد الكربون في الجو وهي العوامل التي لا يمكن التنبؤ بها جيعا ولا تقدير تأثيراتها على كمية الاشعاع الواصل الى الأرض.

وتنطبق نفس هذه الملاحظة على مصادر الطاقة البديلة الأخرى كطاقة الهواء والرياح وطاقة أمواج البحر، فحين نتحدث عن الطاقة الموائية فالمقصود بذلك هو الطاقة الناتجة عن سرعة المواء، وتدلنا التحليلات النظرية على أن مقدار هذه يتناسب مع مكعب سرعة المواء، ويعني هذا ببساطة أنه اذا تضاعفت سرعة المواء فان كمية الطاقة الناتجة تتضاعف بمقدار ثماني مرات، وأما اذا انفضت الى النصف فستنخفض الطاقة الى ثمن قيمتها الأصلية، وكما نعلم فانه من الصعب التنبؤ بالتغيرات اللحظية لسرعة الهواء بينما يمكننا الحديث عن القيمة الوسطى لهذه السرعة خلال الفصول المختلفة، ومع أنه لا يمكن التقليل من أهمية التنبؤ بالقيم الوسطى لسرعة المواء الا أن ذلك لا يمنحنا القدرة على التنبؤ بكمية الطاقة الممكن توليدها من محطات الطاقة الهوائية على مدار الساعة، وأما بالنسبة لحركة أمواج البحر فانها لارتباطها بحركة الرياح تضع للطبيعة العشوائية لهذه الحركة مما يجعل من الصعب حساب كمية الطاقة المتوفرة في الأمواج في لحظة زمنية معينة، وفي الحديث عن الطاقة الحرارية في البحار والمحيطات فأننا نتحدث في الواقع عن فروق درجات الحرارة بين مياه السطح ومياه الأعماق وهي الفروق التي تتغير مقاديرها في الصيف عنا في الشتاء، ومع أن رصد التغيرات هذه أكثر سهولة من حالة رصد مؤشرات أخرى في المصادر البديلة الأخرى الا أن ذلك لا ينفي حقيقة أننا نتعامل مع ظاهرة ذات طابع متغير.

٣ - إن شدة الطاقة في المصادر البديلة ليست عالية التركين وبالتالي فان استخدام هذه المصادر يتطلب استعمال العديد من لأجهزة ذات المساحات والحجوم الكبيرة، والواقع أن هذا هو أحد أسباب ارتفاع التكلفة الأولية لأجهزة الطاقة البديلة وهو ما يشكل في نفس الوقت أحد العوائق أمام انتشارها السريع.

أن أعلى كمية للإشعاع الشمسي العمودي على وحدة على سطح الغلاف الغازي للأرض يبلغ ٣٥ر١ كيلوواط على المتر لمربع تقريبا، أن كمية الاشعاع الشمسي الساقط على المتر المربع الأفقي خلال اليوم الواحد على سطح الغلاف الغازي على خط عرض ٣٠ شمال خط الاستواء يتراوح ما بين ٦ كيلوواط في أوائل شهر يناير الى حوالي ١٢ كيلوواط وقت لانقلاب الصيفي في يونيو، لكن نتيجة لتأثير الغلاف الغازي على أشعة الشمس فان ما تتلقاه وحدة المساحة على سطح الأرض أقل من ذلك ويبلغ في المتوسط حوالي 70-75% من قيمة الاشعاع على سطح الغلاف الغازي، وبمعنى آخر فان الاشعاع الساقط طوال اليوم على المتر المربع في الكويت مثلا يتراوح ما بين ٤ كيلوواط وقت لانقلاب الشتوي في أواخر ديسمبر الى حوالي ٨ كيلوواط وقت لانقلاب الصيفي في أواخر يونيو.

واضافة الى ما تقدم فان تعدد اشكال الطاقة في مصادر الطاقة البديلة يتيح تلبية المتطلبات من أشكال الطاقة المختلفة التي يحتاجها الانسان في الاستعمال الهائي، فالطاقة الشمسية يمكنها تزويده بجزء كبير من حاجته من الطاقة الحرارية (مياه ساخنة، تدفئة، بخار)، والطاقة الهوائية يمكنها تلبية جزء من متطلباته من الطاقة الحركية (مضخات المياه، ضاغطات الهواء.

والواقع أن تعدد أشكال الطاقة في مصادر الطاقة البديلة يتفق مع تعدد احتياجات الانسان من الطاقة ويمثل في ذات الوقت نقطة ايجابية في جانب استغلال هذه المصادر فبدل الدخول في متاهات تحويل الطاقة من شكل الى آخر عبر سلسلة من العمليات التي تؤدي الى إهدار نسبة عالية من مخزون الطاقة الأساسي في المواد الأحفورية فان مصادر الطاقة تتيح انتاج الطاقة المطلوبة مباشرة، فالخلايا الشمسية تتيح امكان انتاج الطاقة الكهربائية مباشرة والمجمعات الشمسية تنتج طاقة حرارية بينا تنتج الطواحين الهوائية طاقة حركية.

٥- إن ضعف تركيز الطاقة في بعض المصادر البديلة والطاقة الشمسية بالذات يغق مع كثافة الطاقة المطلوبة في العديد من نقاط الاستهلاك، وتتضح صحة هذه العلاقة وتتبلور بشكل أفضل اذا ما اتبعت الاجراءات الكفيلة بتقليل استهلاك الطاقة، ففي الكويت مثلا يبلغ الحمل التبريدي الأفصى في البنايات ذات الطابق الواحد ما يعادل ١٥٠ كيلو كالوري للمتر المربع الواحد في الساعة، وفي ظل اتباع اجراءات حفظ الطاقة فان بالإمكان تقليله الى ما يعادل 100 كيلو كالوري للمتر المربع في الساعة، الا أن قيمة الحمل التبريدي تتغير مع اختلاف درجة الحرارة خارج البناية ولذلك سنفترض أن معدل الحمل التبريدي خلال اليوم الواحد يساوي ٧٥ كيلو كالوري للمتر المربع، ويعني هذا أن كل الحمل التبريدي المطلوب خلال اليوم يساوي ١٨٠٠ كيلو كالوري، واذا افترضنا أن كفاءة تصويل الطاقة الشمسية الى فعل تبريدي تساوي 25% بسبب كفاءة المجمعات الشمسية ومعامل اداء جهاز التبريد الامتصاصي فان الاشعاع الشمسي المطلوب لتحقيق ما تقدم يعادل 7200 كيلو كالوري على المتر المربع في اليوم الواحد، أن الاشعاع الشمسي في اليوم يصل الى حوالي 7000 كيلو كالوري على المتر المربع في اليوم الواحد في الصيف.