مع استمرار العالم في مواجهة تحديات الطاقة ، تزداد أهمية فهم مصادر الطاقة وأشكالها. تعد الطاقة الحرارية ، على وجه الخصوص ، مكونا حيويا للعديد من أنظمة الطَّاقة ولديها مجموعة واسعة من التطبيقات ، من تدفئة المنازل وصناعات الطاقة إلى الطهي والنقل.

في هذا المقال سوف نكتشف معلومات عن الطاقة الحرارية ومبادئها العلمية وتطبيقاتها المختلفة في حياتنا اليومية. سندرس أيضا التأثيرات البيئية للطاقة الحََرارية وكيف تغير الابتكارات الجديدة طريقة تفكيرنا في إنتاج الطاقة واستهلاكها.

تعريف الطاقة الحرارية

الطاقة الحرارية (Thermal energy) هي نوع من الطاقَة التي تولدها حركة الجسيمات داخل المادة. أي أنها شكل من أشكال الطاقة الحركية التي يتم تحويلها إلى حرارة بواسطة حركة الذرات والجزيئات الكثيفة ، يمكن أن تكون هذه الحركة إما انتقالية أو دورانية أو اهتزازية.

الطاقة الحرارية موجودة في جميع المواد ، وهي مسؤولة عن مجموعة واسعة من الظواهر الفيزيائية ، من تمدد وانكماش المَواد إلى انتقال الحرارة من جسمٍ إلى آخر. تتناسب كمية الطاقَة الحرارية في مادة ما مع درجة حرارتها ويتم قياسها بوحدات الجول أو السعرات الحَرارية.

معلومات حول أنواع الطاقة الحرارية

مختلف انواع الحرارة والطاقة مرتبطة بتطبيقاتها ومصادرها. يعد فهم الأنواع المُختلفة للطاقة الحرارية أمرا مهما لتصميم الأنظمة الحرارية وتحسينها ، وكذلك لاستكشاف مَصادر طاقة جديدة وأكثر استدامة. أنواعها كالآتي:

طاقة حرارية أرضية

Geothermal energy تسمى أيضا بالطاقة الجوفية ، وهي نوع من الطاقة الحرارية التي تولدها حَرارة باطن الأرض. يمكن تسخير هذه الحرارة من خلال استخدام محطات الطاقة الحرارية الأرضية ، التي تستخرج الماء الساخن أو البخار من الخزانات الجوفية وتستخدمه لتوليد الكهرباء. الطّاقة الحرارية الأرضية هي مصدر متجدد ومستدام للطاقَة ولديه القدرة على توفير جزء كبير من احتياجات الإنسان للكهرباء في العَالم.

طاقة شمسية حرارية

Thermal solar power هي نَوع من الطاقة الحرارية التي تولدها حرارة الشمس. يمكن تسخيرها من خلال استخدَام المجمعات الحَرارية الشمسية ، التي تلتقط أشعة الشمْس وتستخدمها لتسخين سائل أو هواء. يمكن بعد ذلك استخدام هذا السائل الساخن لتَوليد الطاقة الكهربائية أو تدفئة المباني أو توفير الماء الساخِن. تعتبر من المَصادر المتجددة والمستدامة للطاقة ، ويتم استخدامها بشكل متزايد لتزويد المنازل والشركات في كل أنحاء العالم بالطاقَة.

طاقة نووية حرارية

الطاقة النووية Thermonuclear energy هي نوع من الطّاقة الحرارية التي تولدها عملية الانشطار النووي ، والتي تطلق الطاقة الحرارية المخزنة في النوى الذرية. يمكن تسخير هذه الحرارة من خلال استخدَام مَحطات الطاقة النووية ، التي تولد الكهرَباء باستخدام الحرارة لإنتاج البخار الذي يحرك التوربينات. تعد الطاقَة النووية مصدرا مثيرا للجدل وغالبا ما يتم مناقشته بسبب مخاوف تتعلق بالسلامة والتخزين طويل الأمد للنفايات المتمثلة في الإشعاع النووي.

مصادر الطاقة الحرارية

تتضمن بعض المصادر المتجددة والغير متجددة لِلطاقة الحرارية ما يلي:

• الشمس (الاشعاع الشمسي).
• الأرض الباطنية (الطاقة الحَرارية الجَوفية).
• احتراق الوقود الأحفوري (الفحم الحجري والنفط والغاز الطبيعي).
• الانشطار النووي.
• الاحتكاك.
• تفاعلات كيميائية.
• المقاومة الكهرَبائية.
• النفايات الناتجَة عن العمليات الصناعية.
• الكتلة الحيوية.
• الطاقة الحرارية للمحيطات.

معلومة عن الطاقة الحرارية المتجددة

تشير الطاقة الحرارية المُتجددة إلى نَوع الطّاقة الحَرارية التي يتم توليدها من مَصادر تتجدد بشَكل طبيعي بمرور الوقت دون استنفاد الموراد الأساسية. على عكس المصادر غير المتجددة للطاقة الحرارية ، والتي هي محدودة وسوف تنفد في نهاية المطاف. تتضمن بعض الأمثلة الشائعة للمصادر المتجددة لِلطاقة الحرارية ما يلي:

طاقة الكتلة الحيوية:
تُنتج طاقة الكتلة الحيوية (Biomass energy) من المواد العضوية ، مثل الخشب والمحاصيل ومواد النفايات. يَتم إنشاء مَصدر الطاقة هذا من خلال عملية الاحتراق أو التغويز أو التخمير ، والتي يمكن تسخيرها لإنتاج الحرارة أو الكهرباء أو الغاز.

الطاقة الحرارية المائية:
يتم توليد الطاقة الحرارية المائية (Hydrothermal energy) عن طريق تسخير الحَرارة من الينابيع الساخنة وغيرها من مصادر المياه الجوفية. هذين النوعين يعتبران من الطاقات المُتجددة بالإظافة إلى الطاقة الشمسية ، حيث يتم تجديد الحرارة منهم باستمرار الموائل الطبيعية.

استخدامات وفوائد الطاقة الحرارية

أ. اقتصاديا
للطاقة الحرارية العديد من الفوائد والاستخدامات. يمكن أن يساعد في تقليل تكاليف الطاقة للمنازل والشركات ، خاصة عند استخدامها لأغراض التدفئة والتبريد. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يؤدي استخدَام الطاقَة الحَرارية إلى خلق فرص عمل وتعزيز النمو الاقتصادي في قطاع الطاقة المتجددة.

ب. اجتماعيا
يمكن أن يكون للطاقة الحرارية تأثير إيجابي من خلال تحسين الوصول إلى الطاقة في المناطق النائية والمتخلفة. على سبيل المثال ، تحسين نوعية الحياة للأفراد من خلال توفير الوصول إلى الخدمات الأساسية مثل التدفئة والطهي والتبريد.

ج. بيئيا
تتمتع الطاقة الحرارية بالعديد من الفوائد والاستخدامات. لأنه من مَصادر الطاقة المتجددة حيث يمكنه تقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري ومكافحة تغير المناخ. على عكس الوقود الأحفوري ، فإن مصادر الطّاقة الحَرارية لا تنتج تلوثا للهواء أو تساهم في التدهور البيئي. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يساعد استخدام الطاقة الحرارية في تقليل الاعتماد على مصادر الطاقة غير المتجددة وتعزيز مستقبل أكثر استدامة.

توليد الكهرباء من الطاقة الحرارية

مثال: تولد محطات تحويل النفايات إلى طاقة (WtE) الكهرباء من الطاقة الحرارية عن طريق حرق مواد النفايات مثل النفايات الصلبة البلدية أو النفايات الصناعية. تتضمن العملية عادة خطوات كالتالي:

• جمع النفايات ونقلها إلى المصنع.
• فرز النفايات لإزالة المَواد القابلة لإعادة التدوير مثل الزجاج والبلاستيك.
• حرق النفايات المتبقية في غرفة الاحتراق.
• (درجات حَرارة عالية ، حوالي 850 إلى 1000 درجة مئوية.)
• استخدام الحرارة الناتجة عن عملية الاحتراق لغلي الماء وإنتاج البخار.
• توجيه البخار إلى التوربينات ، والتي تشغل المولد الذي ينتج الكهرَباء.

محطات توليد الطاقة الحرارية

تمتلك المملكة العربية السعودية العديد من مَحطات الطاقة الحرارية التي تولد الكهرباء عن طريق حرق الوقود الأحفوري ، مثل النفط والغاز الطبيعي. تشمل بعض محطات الطّاقة الحرارية الرئيسية في الدولة ما يلي:

1- محطة رابغ: تقع في رابغ على ساحل البحر الأحمر. تبلغ طاقته الإنتاجية 2800 ميجاوات.
2- مَحطة الشعيبة: تقع على ساحل البحر الأحمر ، بالقرب من مدينة جدة. تبلغ طاقتها الإجمالية 5600 ميجاوات.
3- محطة القرية البخارية: تقع في القرية في المنطقة الشرقية من المملكة. تبلغ طاقته الإنتاجية 3927 ميغاوات.
4- محَطة غزلان البخارية: تقع في مدينة غزلان في المنطقة الشرقية. تبلغ طاقتها 2600 ميجاوات.