يعتبر توليد الكهرباء من أكبر الاختراعات التي غيرت نمط عيش الإنسان، و الدليل على ذلك أنه بمجرد حدوث عطل يسبب انقطاع التيار الكهربائي نتساءل كيف كان بإمكان الناس العيش بدون تيار كهربائي في القدم. لذلك ارتأينا عزيزي القارئ أن نأخذك في جولة عبر الزمن من الماضي الى المستقبل للتعرف على آخر الاختراعات في توليد الكهرباء و احدث المشاريع العَالمية في هذا المجال.

توليد الطاقة الكهربائية في العالم

قبل الحديث عما وصل إليه العلم حديثا في مجال توليد الكهرباء، لابد أن نتعرف أكثر عن هذا النوع من الطاقة وكيف ظهر في الحياة و أصبح العيش من دونها شبه مستحيل.

إكتشاف الكهرباء

اكتشف الإنسان الكهرباء منذ العصور القديمة حيث أن كلمة كهرباء مشتقة من كلمة الكتروس “elektros” وهي الكلمة اليونانية  التي أطلقت عليها وبما يعرف بالعنبر الأصفر، الذي هو عبارة عن مادة كانت خصائصها الكهروستاتيكية معروفة لدى الإغريق ولكن اختراعها لم تكن له قيمة علمية أو عملية حيث بقي عبارة عن ملاحظة من الملاحظات التجريبية للظواهر الطبيعية التي لها علاقة بالكهرباء كالبرق والكهرباء الساكنة الناتجة عن الاحتكاك.

إختراع مولدات الكهرباء

عكس اكتشاف الكهرباء، يعتبر فهم الظواهر الكهربائية حديث نسبيًا حيث أن التجارب الأولى انطلقت خلال القرن السادس عشر، حيث قام المخترع البريطاني ويليام جيلبرت وهو عالم فيزياء أيضا (1544–1603) بإجراء أول الدراسات على الكهرباء الساكنة التي تنتج بواسطة الاحتكاك. بعد ذلك، تم اختراع أَول مولد للتيار الكهربائي كهروستاتيكي يعمل بالاحتكاك خلال القرن السابع عشر.

اهتم العلماء والباحثون بعد ذلك بموضوع الكهرباء واصبحت البحوث اكثر جدية خصوصا بعد اختراع البطارية سنة 1785 من طرف الفيزيائي الايطالي اليساندرو فولتا. عام 1831 يساهم الانجليزي ميكاييل فاراداي باكتشاف الحث الكهرومغناطيسي وهي ظاهرة فيزيائية تسمح بتوليد التيار الكهربائي داخل ناقل تحت تأثير حقل مغناطيسي وهو ما اعطى دفعة نوعية لهذا الميدان.

الإنتاج الصناعي للكهرباء

توالت بعد ذلك اختراعات واكتشافات كثيرة في هذا الميدان وبحلول نهاية القرن التاسع عشر أصبح الإنتاج الصناعي للكهرباء ممكن خصوصا وأنه تم اختراع عدة أجهزة تعمل بالكَهرباء كالمحركات الكهربائية و الإنارة. بعد ذلك، عرف الطلب على هذا النوع من الطاقة  إقبالا متزايدا و أصبح إنتاج هذه الطاقة امرا لا بد منه مما أدى إلى ظهور محطات لتوليد الكهرباء، حيث أن جميع الموارد الطبيعية المتوفرة تم استخدامها للإنتاج بما فيها الموارد المتجددة كالرياح و الشمس والمياه، والموارد الغير متجددة كالبترول والغاز.

اخر المشاريع العالمية في مجال توليد الكهرباء

من المعروف أن هناك طلبا متزايدا على الطاقة الكهربائية وهو ما دفع جميع الدول للتفكير بإنشاء محطات و اختراعات توليد الكهرباء بشكل جدي حسب الموارد المتوفرة لديها. ولكن ماهي اكبر المحطات انتاجا للطاقة الكهربائية في العالم وما نوعها؟ للإجابة على هذا السؤال قمنا عزيزي القارئ بجرد اكبر المحطات حسب كل صنف وهي كالاتي بعد ذلك نمر إلى آخر الاختراعات في توليد الكهرباء :

محطة سد الممرات الثلاثة بالصين

على عكس ما يضنه الكثير، فان المراتب الستة الأولى لأكبر محطات إنتاج كهرباء في العالم هي لمحطات إنتاج بالطاقة المتجددة وليست الطاقة الأحفورية وهي تعتمد كلها على تحويل الطاقة المائية الى طاقة كهربائية. اكبر هذه المحطات من حيث الإنتاج هي محطة الممرات الثلاث المتواجدة بمنطقة هوباي في قلب الصين، وهي تعتمد على توليد الكهرباء بالطاقة المائية المتدفقة عبر سد باستعمال 26 مولد هيدروليكي  بقدرة إنتاج إجمالية تعادل 22500 ميغاواط.

مجمع جبل علي لتوليد الكهرباء

تحتل هذه المحطة المتواجدة بالإمارات العربية المتحدة المرتبة الاولى في إنتاج الكهرباء باستعمال الطاقات الأحفورية وهي سابع أكبر محطة عالميا من حيث قدرة الإنتاج إذ أنها تستعمل الغاز الخام الطبيعي لتوليد الكهرباء بقدرة إنتاج تقدرب 12900 ميجاواط.

المحطة النووية غوري بكوريا الجنوبية

احتلت هذه المحطة المرتبة الأولى في إنتاج الكهرباء بالطاقة النووية والمرتبة التاسعة عالميا من حيث الانتاج وهذا بعد توقف محطة كاشيوازاكي-كاريوا عن العمل إثر الحادث الذي وقع جراء زلزال تلته موجة تسونامي ضربت منطقة وجوده. تتكون هذه المحطة من سبع مفاعلات نووية بقدرة انتاج اجمالية تقارب 7500 ميغا وات.

محطة الشعيبة لتحلية المياه المالحة و توليد الكهرباء

تعتبر هذه المحطة اكبر محطة لإنتاج الكهرباء بمشتقات البترول و تحتل المرتبة الثالثة عشر عالميا من حيث الانتاج بقدرة 6531 ميغاواط ومقرها المملكة العربيه السعودية.

الجرف الأصفر بالمغرب

بالنسبة للمغرب، فإن أكبر محطة لإنتاج الكهرباء فهي محطة الجرف الاصفر التي تعتمد على استعمال طاقة الفحم الحجري لتحويلها لطاقة كهربائيه وتبلغ القدرة الإنتاجية لهذه المحطة أكثر من 2000 ميغاواط. ومقارنة بالمشاريع السابقة فإن مشروع محطة نور لإنتاج الكهربائي باستغلال الطاقة الشمسية الحرارية المتواجدة بمنطقة ورزازات في صحراء المغرب صنفت كأكبر محطة تخزين وتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقه كهربائية لسنة 2016 لما له من أهمية.

التويسترون، آخر الاختراعات في توليد الكهرباء

آخر ما توصل إليه العلم في ميدان توليد الكهرباء في الوقت الراهن هو اختراع جديد يعرف باسم التويسترون.  يعتبر هذا الاختراع الذي طوره علماء وباحثون كوريون من جامعة هانيانغ بكوريا الجنوبية  وأمريكيون من جامعة تكساس بالولايات المتحدة الأمريكية، مؤخرًا اختراعا مذهلاً  حيث انه تم ترشيحه بأنه سيكون طاقة المستقبل، إذ أن هذا الأخير عبارة عن خيط قادر على توليد الكهرباء عند الالتواء أو التمدد ببساطة وبدون الحاجة إلى بطارية كهربائية خارجية أو وقود أو مصدر طَاقه. يتكون التويسترون من ألياف نانوية كربونية وألياف مجوفة صغيرة وخفيفة، يبلغ قطرها 10000 مرة أصغر من الشعرة وقادرة على توليد الكهرباء بانزلاقها على بعضها البعض وبشكل ذاتي.

مبدأ عمل جهاز Twistron

لإنتاج الكهرباء بنظام تويسترون، يجب أولاً غمر ألياف الأنابيب النانوية الكربونية (Carbon Nanotube Fibres) في محلول كهروليتي حيث يمكن تكوين هذا الأخير عن طريق إضافة ملح الطعام أو حمض إلى  الماء. عندها سيتم شحن الألياف بالأيونات و بمجرد سحبها، لويها أو ضغطها ، ستبدأ الشحنات في الاقتراب والابتعاد بشدة الضغط المطبق عليها وهو ما يؤدي إلى توليد تيار كهربائي.

التطبيقات المحتملة لنظام تويسترون

اليوم لا تزال هذه التكنولوجيا في طور التجريب فقط، لكن النتائج الأولية تنبئ بمستقبل كبير لها في إنتاج الكهرباء بدون المحركات والمولدات التقليلدية. فقد أظهرت الاختبارات أن استعمال تويسترون واحد يكفي لتشغيل مصباح عالي التوهج. إن الخصائص الفيزيائية للتويسترون كالوزن الخفيف وقدرته على تغيير الشكل لا تمكنه من إنتاج الكهرباء فقط، بل يمكنه أن يحل محل البطاريات.

على سبيل المثال ، يمكن استخدام التويسترون في صناعة ملابس مولدة للكهرباء بإمكانها تغذية الهواتف النقالة والأجهزة المحمولة عن طريق الكهرباء المنتج أثناء المشي أو الحركة، كما يمكن استعماله لتغذية بعض الأجهزة الطبية التي توضع في جسم المرضى كجهاز تنظيم ضربات القلب أو جهاز تنشيط الخلايا المخية المزروعة لمرضى الباركينسون.

نتائج التجارب الأولية

أجريت بعض التجارب الأولية لإعطاء فكرة عن كمية الطاقة الكهربائية المنتجة بتكنولوجيا تويسترون. التجربة الأولى هي ابتكار طريقة تمثلت في شد كمية تعادل حوالي كيلوغرام واحد من خيوط التويسترون بتردد 30 مرة في الثانية، تم توليد طاقة مقدارها 250 واط وهو ما يكفي لتشغيل كمبيوتر صغير أو حتى مبرد صغير. وبالنسبة للتجربة الثانية، قام الباحثون بخياطة قميص من خيط التويسترون والنتيجة المذهلة تمثلت في أن التنفس الطبيعي البسيط يسمح بتوليد تيار كهربائي لمدة معينة.

التجربة الثالثة تمت خارج المختبر وذلك لدراسة إمكانية استخدَام التويسترون لتوليد الطاقة الكهربائية بكمية كبيرة وبدون انقطاع، حيث قام الباحثون بنشر تويسترون طوله 10 سنتيمترات قرب الأمواج وفي مياه البحر لتحل محل السائل الإلكتروليتي المحضر في المخبر، وقاموا بتثبيته ببالون يطفو فوق السطح من جهة وبقطعة من الرصاص لتستقر في قاع البحر من جهة أخرى. النتيجة كانت أَنه في كل اندفاع للموجة، يتم إبعاد البالون مما يؤدي إلى شد السلك بنسبة 25٪ و بالتالي توليد الكهرباء، كل هذه ابتكارات وتجارب لاتزال في تحديث مستمر.

المساهمة في إحداث ثورة في إنتاج الكهرباء

التحدي جدي و كبير بالفعل، فمن جهة يشهد العالم احتياجات متزايدة  بطريقة رهيبة لإنتاج الطاقة لتلبية الطلب ومن جهة أخرى، فإن الوقود الأحفوري في تناقص مستمر زيادة على أن جرس الإنذار البيئي يدق منذ عدة عقود بسبب ما يخلفه استعمال هذا النوع من الوقود في إنتاج الطاقة من نتائج وخيمة على كوكب الأرض، كالتلوث و انبعاث الغازات التي تؤثر على الغلاف الجوي للكرة الأرضية وزيادة الحرارة.

الحل الوحيد الذي يمكنه ضمان إنتاج الطاقة الكهربائية بالكمية المطلوبة والحفاظ على الموارد الطبيعية والبيئة هو الاعتماد في المستقبل على مزيج الطاقة الذي يجمع بين العديد من مصادر الطاقة بما فيها الطاقات الأحفورية، الطاقة النووية و الطاقات المتجددة، في انتظار الصحوة والمزيد من التطور العلمي أو اخر اختراعات توليد الكهرباء النظيف، الذي ربما قد يسمح بالتحكم الكلي في إنتاج الطاقة النووية مع معالجة المخلفات المشعة، وزيادة مردود إنتاج الكهرباء عن طريق الطاقات المتجدده (Renewable energy) وخفض تكلفة الإنتاج لتعويض استعمال الطاقات الأحفورية في إنتاج الكهرباء على المستوى البعيد. في انتظاركل ذلك، يبقى الاقتصاد و ترشيد استهلاك الكهرباء أهم وأنجع إجراء يمكن اتخاذه في الوقت الراهن.

 قدمنا في هذه المقالة لمحة موجزة عن تاريخ توليد الكهرباء ، بما في ذلك اكتشاف الكهرباء، واختراع المولدات ، والإنتاج الصناعي للكهرباء. وأيضًا بعضًا من أحدث المشاريع العالمية في مجال توليد الكهرباء ، وناقشنا أحدث اختراع في مجال توليد الكهرباء ، وهو (Twistron) ، وهو عبارة عن خيط مصنوع من ألياف الكربون النانوية التي يمكنها توليد الكهرباء عن طريق التواء أو الشد.