أبحاث رائدة لإنتاج الكهرباء من حرارة الكمبيوتر النقال

تتسبب أجهزة الكمبيوتر المحمولة في إطلاق كميات كبيرة من الحرارة، وهذه الحرارة تنجم عن تحويل جزء لا يستهان به من الكهرباء المخزنة في البطارية، مما يشكل هدر للطاقة وتقليل مدة عمل الجهاز بسبب ضياع الطاقة الكهربائية على شكل حرارة.

هذه المعضلة كانت محط اهتمام فريق بحثي في معهد ماساشوستس، من اجل إيجاد أنجع الحلول للاستفادة القصوى من تلك الطاقة المهدورة.

يقوله البروفيسور بيتر فاغلستين استاذ الهندسة الكهربائية في المعهد، إن التكنولوجيا الحالية قادرة على تحويل الحرارة إلى كهرباء، لكنها تحول فقط 10% من الحرارة مما يفترض نظرياً أن تحوله إلى كهرباء، من هنا فإنه يأمل الاستفادة مما يسمى ( بقع الكم ) لتحقيق تحويل مجد لهذه الطاقة.

ويضيف البروفيسور فاغلستين أن ( بقع الكم ) هي عبارة عن بقع من مادة شبه موصلة تتكون كل منها من مئة ذرة تقريباً، وهي تستجيب للحرارة بتكوين تيار من الالكترونات أي كهرباء، ويقول انه إذا أمكن تصميم صفوف من هذه البقع لتوضع بالقرب من سطح ساخن، فإن الحرارة المنبعثة ستتسبب في تكوين تيار من الالكترونات يتدفق بين البقع، من هنا، فإنه وفريق البحث العامل معه، قد اظهروا نظرياً، انه يمكن الحصول على أفضل تدفق للالكترونات إذا كانت المسافة بين البقع بحدود ميكرون واحد، أي جزء بالألف من المليمتر.

ويختتم فاغلستين بقوله إن ما عملناه كان إظهار انه يمكن نظرياً الحصول على طاقة كبيرة من عملية تحويل كهذه باستخدام ( بقع الكم ) وانه إن أمكن عملياً تكوين فجوات صغيرة بين البقع ستكون الطاقة الكهربائية الناتجة كبيرة جداً.

من جانب آخر فقد كشفت عدد من الدراسات العلمية، أن جانبا كبيرا من الطاقة الكهربائية يتم فقدانها جراء تحولها إلى طاقة حرارية منبعثة من الأجهزة الكهربائية، وقد حرصت عدد من الجهات المسؤولة عن وضع المواصفات والمقاييس وترشيد استهلاك الطاقة، على وضع ضوابط صارمة لهذا الهدر، مما أدى إلى عدم سماح بعض الدول باستيراد الأجهزة الكهربائية القديمة التي تنبعث منها مقادير كبيرة من الحرارة.

وزارة العلوم والتكنلوجيا / مركز بحوث الطاقة الشمسية

العلوم والتكنلوجيا / مركز بحوث الطاقة الشمسية :

النشاطات الموجودة حالياً في المركز:

1. تصميم وتصنيع منظومة انارة الشوارع تعمل وفق الاجواء البيئية العراقية.
2. تصميم وتصنيع منظومة معالجة الغبار المتراكم على الخلايا الشمسية.
3. تصميم وتصنيع ثلاث منظومات تتبع صغيرة خاصة بإنارة الشوارع ، متوسطة لتطبيقات الإنارة الاضطرارية للمباني وكبيرة لتطبيقات الحماية الكاثودية والمولدات الكهربائية ومشاريع ضخ المياه.
4. تصميم وبناء ونصب منظومة إنارة اضطرارية لطابق معالي وزير الداخلية والعاملة بالطاقة الشمسية.
5. الاختبار الميداني وتقييم الأداء الفعلي للسخان الشمسي تحت ظروف التشغيل المحلية.
6. انجاز منظومة تدفئة الغرف والقاعات تعمل بالطاقة الشمسية الحرارية.
7. تصميم وتصنيع منظومة سقي وارواء للاراضي الزراعية تعمل بالطاقة المتجددة الهجينة (شمسية + رياح).
8. تصميم وتصنيع منظومة توليد الكهرباء باستخدام الطاقة الشمسية لتشغيل مختبرات مراكز سلامة الغذاء(دائرة بحوث البيئة والمواد الخطرة).
9. انجاز المسلك التكنولوجي لمنظومة انارة الشوارع .
10. إعداد التصاميم الخاصة بإنتاج سخان شمسي محلي يلائم البيئة العراقية.
11. إعداد الدراسات والتصاميم لتصنيع خلايا شمسية بطريقة الرش الحراري الكيمياوي CIS.
12. إعداد الدراسات والتصاميم الخاصة بتصنيع الطباخ الشمسي يعمل بتقنية خزن الطاقة.
13. إعداد الدراسات والتصاميم الخاصة بتصنيع المولد الكهربائي المنزلي بالتأثير الشمسي الحراري.
14. تصميم وتصنيع مصباح إنارة حديث يتكون من الدايودات الباعثة للضوء والتي لها مزايا خاصة في الإنارة تختلف عن بقية المصابيح العاملة في إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية.
15. اعداد الدراسات والتصاميم لمشروع الكهرباء البديلة للمتحف العراقي.
16. اعداد التصاميم لمحطة هجينة للحماية الكاثودية لانابيب النفط .
17. اعداد التصاميم لمشروع انارة المجمعات السكنية في مختلف مواقع وزارة النفط.
18. اعداد الدراسات لتصنيع منظومة متكاملة تعمل بالطاقة الشمسية لتشغيل حضيرة تربية دواجن لصالح الدائرة الزراعية.
19. اعداد التصاميم لتصنيع مركز حوضي لانتاج الكهرباء المنزلية .
20. اعداد التصاميم لتصنيع منظومة لتعقيم المياه تعمل بالطاقة الشمسية.
21. اعداد دراسة حول العواصف الغبارية وادارة البيئة.
22. الاشراف على 7 طلاب دراسات عليا (2 دكتوراه، 5 ماجستير) جميعهم في الطاقة الشمسية.
23. تقديم بحث في دور المراكز البحثية غير الاكاديمية في دعم الصناعات الصغيرة.
24. المشاركة في معرضين (بغداد ، كردستان)
25. تقييم عدة دراسات علمية لمكتب رئيس الوزراء مع 12 براءة اختراع.

المخطط المستقبلي:

1. الدعم المادي والمعنوي وتنشيط حركة البحث في مجالات الطاقة الشمسية.
2. القيام بمشاريع رائدة وكبيرة نوعاً ما وعلى مستوى يفيد البلد كمصدر آخر من الطاقة وتدريب الكوادر الفنية المحلية عليها.
3. تنشيط طرق التبادل العلمي والمشورة العلمية مع بقية الدول.
4. تطبيق جميع سبل ترشيد الحفاظ على الطاقة ودراسة أفضل طرقها بالإضافة إلي دعم المواطنين الذين يستعملون الطاقة الشمسية في منازلهم أسوة بدعم تكلفة الطاقة الكهربائية المولدة من المصادر التقليدية.
5. تشجـيع التعاون مع الـــدول المتقدمــة في هـذا المجال والاستفــادة من خبراتهــا على أن يكـون ذلك مبنيــاً على أســاس المنفعة المتبادلة.
************************************

الرياح مصدر متجدد للطاقة

استخدم الناس طاقة الرياح للمرة الأولى في عام 3000 قبل الميلاد تقريباً على شكل مراكب شراعية في مصر إذ قامت الأشرعة بأسر طاقة الريح لسحب المركب عبر الماء، واستخدمت الطواحين الأولى لطحن الحبوب إمّا في عام 2000 قبل الميلاد في بابل القديمة أو في عام 200 قبل الميلاد في بلاد فارس القديمة، احتوت هذه الأدوات الأولى عارضة خشبية عمودية واحدة أو أكثر والأسفل المسن ربط بعمود تدوير يدار بالريح وإن المفهوم من استخدام طاقة الرياح لطحن الحبوب انتشرت بسرعة في الشرق الأوسط وكانت في استخدام واسع قبل فترة طويلة من استخدام الطاحونة الأولى التي ظهرت في أوروبا
التطوير الحديث لتقنية وتطبيقات طاقة الرياح كانت جارية بشكل جيد جدا بالثلاثينات، عندما قامت 600,000 طاحونة بسد حاجة المناطق الريفية البعيدة بالكهرباء والماء وعندما بدأ انتشار توزيع الكهرباء بدرجة واسعة في البلدات والمزارع بدأ ينحسر استعمال طاقة الرياح في الولايات المتّحدة ولكنّه ارتفع ثانية بعد نقص النفط الأمريكي في أوائل السبعينات وخلال السنوات الـ30 الماضية تقلب البحث والتطوير مع اهتمامات الحكومة الاتحادية وحوافز الضريبة وفي وسط الثمانينات كان تقدير طاقة توربينات الرياح يصل كحد أقصى إلى 150 كيلو واط وفي عام 2006 قدّر مقياس التوربينات التجارية عموماً بأكثر من 1 ميغا واط ومتوفرة أيضاً بقدرة تصل إلى 4 ميغا واط.





يعتبر الحصول على الطاقة الكهربائية ، أمرا حيويا وهاما للغاية ، وقد بذل الإنسان جهودا كبيرة للحصول على الطاقة الكهربائية من مختلف المصادر ، فاستخدم الفحم والنفط والتفاعلات النووية ، كما لجأ إلى استخدام الطاقة الشمسية والمساقط المائية والرياح ، لتلبية بعض احتياجاته المتزايدة من الطاقة ، فما هو مدى استخدام طاقة الرياح Wind Energy حاليا ؟.

مصدر لا ينضب من الطاقة

تعتبر الرياح مصدرا مثاليا للطاقة ، فهي لا تنضب ولا تخلف أي غازات ضارة أو نفايات خطيرة تلوث البيئة وتهدم التوازن الأيكولوجي لكوكب الأرض ، وقد سخرها الإنسان لخدمته منذ القِدم وشاع استخدامها في بعض مناطق أوروبا لطحن الحبوب ورفع المياه وقطع الأخشاب.
إن حركة الرياح الديناميكية المستمرة ، تمكننا من تحويلها إلى طاقة توربينية دورانية منتظمة ، وباستخدام مولدات كهربائية Electric Generator خاصة ، يمكن تحويل هذه الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية .
يقدر حجم طاقة الرياح في العالم وعلى سرعة 4 متر / ثانية بأكثر من 53000 تريليون واط ساعة سنويا ، وهذا الرقم المذهل يفوق أربع مرات عن ما تم استهلاكه من الطاقة الكهربائية في عام واحد وفي جميع أنحاء العالم.
إن الدراسات التي قامت بها منظمة الطاقة العالمية IFA تدل على أن استهلاك البشرية من الطاقة الكهربائية سوف يتضاعف مرتين بحلول عام 2020 وهذا سوف يشكل استنزافا للمصادر التقليدية للطاقة ، وتوصى هذه اللجنة بضرورة أن تلبي طاقة الرياح ما مجمله 20% من احتياجات الإنسان اليومية.



مميزات طاقة الرياح

تتمتع طاقة الرياح بالكثير من المميزات التي تؤهلها لأن تكون مصدرا مثاليا للطاقة في ظل تطوير الكثير من المولدات الكهربائية التي تدار بواسطة الهواء المتحرك ، وقد أثبتت هذه المولدات قدرات تقنية متميزة ، فهي لا تحتاج إلى صيانة مستمرة ولا ينجم عنها غازات ضارة تلوث البيئة ، كما أنها تعمل بشكل جيد على سرعات منخفضة للرياح ، لكن من مساوئ هذا المصدر للطاقة ، تذبذب حركة الرياح مما يؤدي إلى عدم انتظام حصولنا على الطاقة الكهربائية ، وقد تم معالجة هذا الأمر بعدة طرق ، منها استخدام الطاقة الناتجة في ساعات ذروة هبوب الرياح وتخزينها في بطاريات أو تحويلها إلى خلايا تحليل مائية للحصول على الهيدروجين والذي سوف يستخدم لاحقا عندما يسكن الهواء.
لقد انتشرت مزارع الرياح عالميا وقد تولت إنتاج حصادات الرياح ( مضخات الرياح ) كبرى شركات إنتاج الطاقة في العالم ، ويقدر عدد الحصادات التي تباع سنويا بأكثر من عشرة ألاف وهذا الرقم آخذ في التزايد سنويا.
إن طاقة الرياح تلعب دورا هاما في بعض المناطق النائية والتي يصعب إيصال التيار الكهربائي لها بواسطة شبكة الكهرباء الوطنية في تلك الدول ، وقد وضعت الكثير من دول العالم خططا طموحة لاستخدام هذا المصدر من الطاقة وتقليل كلفة إنتاج الطاقة الكهربائية من الرياح بحيث تصل إلى .025 يورو لكل كيلو واط بحلول عام 2020 ، ويبين الجدول التالي كمية إنتاج الطاقة الكهربائية من الرياح في بعض دول العالم . *

بحث عن محرك الديزل و توليد الطاقة الكهربائية . بحوث . بحوث متكامله . بحث جاهز . بحوث علمية و ادبيه محرك الديزل ومستقبل توليد الطاقة الكهربائية

محرك الديزل هو محرك احتراق داخلي اخترعه المهندس الالماني رودلف ديزل عام 1892 وذلك بعد خمسة اعوام من اعمال البحث والتطوير. لقد كان محرك الديزل منذ نشأته الاولى، وعلى امتداد القرن العشرين بأسره، حلا جذابا للكثير من التطبيقات الصناعية المدنية والعسكرية، حيث رأى فيه رجال الاعمال ضالتهم المنشودة في الحصول على مصدر للطاقة عملي، وموثوق، ورخيص الكلفة. والان وفي ضوء المتغيرات الكثيرة التي لحقت بقطاع الطاقة على امتداد القرن، فان هذا المحرك سيجتاز الخط الفاصل بين القرنين العشرين والحادي والعشرين وهو اكثر تفاؤلا بمستقبله في خدمة الانسان. ان محرك الديزل يستطيع ان يلعب دورا رئيسيا في محطات توليد الطاقة المستقبلية. ولكن قبل ان يحدث ذلك لابد من تطوير محركات الديزل بحيث يتم التحكم بغازات العادم المنطلقة منها، بالاضافة الى التصدي الى التحديات الشديدة والكثيرة التي تواجه صانعي هذا النوع من المحركات.

ومع ان محرك الديزل، شأنه شأن محرك البنزين، مستعمل في السيارات منذ عقود كثيرة، الا ان الاختلافات بين المحركين عديدة، وهذه الاختلافات هي التي أهلت وتؤهل محرك الديزل الى دور حضاري متميز في القرن القادم. ان محرك الديزل على عكس محرك البنزين المستعمل في السيارات الصغيرة، لا يشعل الوقود اعتمادا على طاقة حرارية خارجية، مثل شمعات الاشتعال وما تتطلبه من دارة كهربائية ذات جهد عال لتأمين الشرارة وتقطيعها بواسطة البلاتين، ولكنه يستعمل الحرارة المتولدة عن انضغاط الهواء لاشعال خليطة الهواء - الوقود في اسطوانته.

وبغية الوصول الى درجة الحرارة العالية اللازمة للاحتراق فإن نسبة الانضغاط اللازمة في محركات الديزل يجب ان تكون عالية تصل الى 1:16 وهي النسبة الاكثر استعمالا. وعند نسبة الانضغاط هذه فإن درجة الحرارة ترتفع الى 500 درجة مئوية كما يرتفع الضغط الى 40كلغ سم2، علما بان نسبة انضغاط الهواء في محرك البنزين العادي تقع في المجال 4:1 و10:1.


التشغيل
محرك الديزل يمكن ان يكون اما بدورة ذات اربعة اشواط او ذات شوطين. بالنسبة للدورة ذات الاشواط الاربعة فإن المكبس يتحرك أولا نحو الاسفل بينما تكون فتحة الدخول مفتوحة (مرحلة الامتصاص). وهذه المرحلة تؤدي الى امتلاء الاسطوانة بالهواء ثم تنغلق فتحة دخول الهواء، وعندما يبتدىء المكبس مرحلة الصعود الى الاعلى حيث يضغط الهواء في الاسطوانة (شوط الانضغاط) وقبل ان يصل المكبس الى ذروة ارتفاعه يتم حقن الوقود عبر فوهة خاصة. عندها يمتزج الوقود مع الهواء المضغوط ويشتعل المزيج بتأثير درجة الحرارة الناتجة عن الانضغاط الشديد. وهكذا يندفع المكبس بشدة نحو الاسفل بتأثير انفجار مزيج الهواء فى الوقود (شوط التمدد او شوط الطاقة). بعدها يرتفع المكبس من جديد حيث يكون صمام الطرد مفتوحا هذه المرة حيث يدفع امامه غازات الاحتراق بأسرها (شوط التفريغ). وهكذا تبدأ العملية من جديد باستقدام هواء جديد بينما يبدأ المكبس شوطا جديدا للامتصاص.

ان محرك الديزل ذا الشوطين مماثل لنظيره ذي الاشواط الاربعة باستثناء ان غازات الافلات تطرد من الاسطوانة بواسطة طارد خاص عندما يكون المكبس في وضعية الحجم الاعظمي تقريبا. وفي الوقت ذاته فان مروحة الطرف تقدم امدادا جديدا من الهواء لمزجه مع الوقود عندما يصل المكبس الى وضعية الحجم الاعظمي. في هذا المحرك فان الاحتراق يحدث كل دورة، بينما يحدث كل دورتين بالنسبة للمحرك رباعي الاشواط، كما ان معظم محركات الديزل الكبيرة تستعمل الدورة ذات الشوطين.


رسم يوضح الأشواط الأربعة في محرك الديزل

ان تشغيل محركات الديزل اقتصادية نظرا لأن هذه المحركات تستخدم وقودا ارخص من البنزين وهي تقدم طاقة اكبر. كما انها ابسط ميكانيكيا وهي ليست بحاجة الى نظام الاشعال المعقد ولا تحتاج الى الكاربويتور (المفحم) الموجود في محركات الاحتراق الداخلي العادية. الا انها اثقل - لأن جدران الاسطوانة اسمك كي تكون اقوى لتتحمل الضغط العالي المطلوب - فهي تستعمل عموما لتزويد السيارات بالطاقة. وهي تلاقي تطبيقا واسعا مع ذلك في الشاحنات الضخمة، والاتوبيسات، عربات الجر في القطارات، والسفن، وفي المعدات الصناعية ذات الاداء العنيف حيث تتطلب الامور استطاعات تصل الى 5000 حصان بخاري. وفي هذه الحالة فانها الأكفأ أداء من المحركات الأخرى.

لقد مضى اكثر من قرن منذ ان نجح رودلف ديزل بابتكار المحرك المعروف باسمه، ذي الاستطاعات المتدرجة، القادر على استعمال انواع الوقود المحلية المتوفرة. وقد شكل هذا الاختراع نقطة التفاف مصيرية حاسمة في مجال استعمال الطاقة عموما، والكهرباء خصوصا، في الصناعة.



ولكن ديزل كان سيصعب عليه التعرف على محركه اليوم، على الجيل الجديد من محركات الديزل. فمحرك الديزل الآن لا يزال اكثر انواع المحركات كفاءة ضمن جميع انواع محركات الاحتراق الداخلي، والشيء الذي تغير هو سلسلة التطويرات والتحسينات في تكنولوجيا هذا المحرك في غضون هذا القرن، مع حقن الوقود وعنفات (توربينات) الدورة المشتركة التي ادت الى زيادة المردود بشكل كبير في الوقت الذي انقصت ضمنه كمية الغازات الضارة المنطلقة الى الجو. واصبحت محركات الديزل المشتركة مع الغاز المحركات الرئيسية في سوق محطات توليد الطاقة، مع حصة مشتركة في السوق تبلغ حوالي 10% من محطات التوليد جميعها التي تبنى سنويا حول العالم.

وبما ان المجتمع الحديث يعتمد كليا وبشكل مستمر على الطاقة الكهربائية فان مجموعة مختلفة من الصانعين تنتج الان انواعا من الديزل في تشكيلة واسعة من احجام المحركات وذلك لتلبية احتياجات متنوعة بشكل هائل من التطبيقات المؤقتة والدائمة على السواء. ونظرا لمردود المحرك، ووثوقيته، وتكاليفه التأسيسية المنخفضة، فان محركات الديزل الصغيرة (ذات الاستطاعة الاقل من 1 ميغاوات) والمتوسطة (باستطاعة تتراوح بين 1 - 30 ميغاوات) تستعمل غالبا في الدول النامية من اجل اغراض التغذية الكهربائية الرئيسية، وكذلك في العالم المتقدم كمصدر داعم للاستطاعة او كبديل منافس للاستطاعة المستجرة من الشبكة العامة (القومية). ولكن يرى بعضهم في الدول المتقدمة ان هناك امكانية كبيرة لاستعمال محرك الديزل في توليد الحمولة الأساسية.

ان مجموعات التوليد المتوسطة والكبيرة ذات الاستطاعة الاكبر من 30 ميغاوات المصممة من اجل توليد الكهرباء يمكن ان يبلغ مردودها 50 - 55 بالمائة. كما ان وحدات الديزل الكبيرة قابلة للمقارنة (حسب سعر وحدة الكيلووات) مع محطات توليد الكهرباء العاملة بالفحم الحجري. وتتميز بالعمر الطويل وتقدم حلا بديلا اقتصاديا في التطبيقات حيث لا يمكن اللجوء الى انشاء محطات للتوليد كبيرة.

محطات الديزل الكهربائية
كانت معامل توليد الكهرباء بواسطة محركات الديزل هي المعامل السائدة في سوريا الى عهد قريب. ولا تزال معظم البلدان الصغيرة والقرى تعتمد اعتمادا كليا على محركات الديزل في توليد الكهرباء. كما ان المعامل الصناعية في سوريا كانت تستخدم مجموعات الديزل الكهربائية لتوليد القدرة اللازمة لأغراضها الصناعية. وقد بدأ استخدام محطات التوليد البخارية في كل من دمشق وحمص وحلب بعد ان زادت الاستطاعة المطلوبة عن الحدود العملية التي تصلح لها مجموعات الديزل. وبعد ان تم استكمال شبكة التوتر العالي التي تصل المدن السورية بعضها ببعض، فان الاعتمادات على محركات الديزل قلت بالتدريج، كما هي الحال الان في البلدان الصناعية. وسوف تبقى لمجموعات الديزل الكهربائية اهميتها في المناطق البعيدة التي سيتأخر ربطها بالشبكة العامة.

وعلى النطاق العالمي العام تستخدم محركات الديزل في توليد الكهرباء على الاشكال التالية:

1 - وحدات توليد متنقلة يمكن تحريكها من مكان الى اخر حيثما تكون القدرة الكهربائية ضرورية.

2 - وحدات احتياطية لا تعمل في الاحوال العادية، تجهز بها المنشآت التي يسبب انقطاع الكهرباء عنها خطرا او خسارة لا تعوض، كالمستشفيات وبرادات الاغذية وغيرها. وهذه المجموعات تنطلق للحركة تلقائيا فور حدوث عطل ما في الشبكة الكهربائية العامة.

3 - وحدات توليد رئيسية في المحطات الخاصة بالبلدان الصغيرة او المصانع او المؤسسات الاخرى المستقلة، التي لا تستطيع ان تستمد القدرة من شبكة الارتباط العامة.

وعندما تستخدم محركات الديزل في معامل التوليد الثابتة فانها تتصل مع المولدات الكهربائية وتتراوح السرعة المستعملة بين 250 - 1500 دورة في الدقيقة. وهي تحتاج عادة الى مولدات كهربائية كبيرة القطر من النوع ذي الاقطاب البارزة وطول محوري قصير. ان المجموعات البطيئة ثقيلة لكنها متينة وهذا ما يجعل هذه المجموعات مفضلة لتوليد الكهرباء في المحطات المركزية على الرغم مما تتطلبه هذه المجموعات من رأس مال كبير، يزيد كثيرا على تكاليف المجموعات السريعة.

كما ان محرك الديزل من افضل انواع المحركات لتوليد الكهرباء في الاستطاعات التي تصل حتى 5000 حصان، وهناك العديد من المزايا التي يتمتع بها هذا المحرك، كمحرك رئيسي في معامل التوليد وهي:

1 - الكلفة المنخفضة نسبيا لوقود محركات الديزل.

2 - سرعة اقلاعه وأخذ الحمل كاملا في أقل من دقيقة.

3 - المردود العالي للمحركات مهما كانت استطاعاتها.

4 - بساطة تكوين المعمل.

5 - عدم الحاجة الى مقادير كبيرة من الماء.

ومن الناحية الأخرى هناك مساوىء لاستخدام محركات الديزل في توليد الكهرباء منها:

1 - الكلفة العالية للتجهيزات التأسيسية بالنسبة للكيلوواط.

2 - مساحة المعمل اللازمة تصبح كبيرة.

3 - كما أن رأس المال المطلوب يصبح باهظا عندما تزيد الاستطاعة، بحيث ان هناك حدا اقتصاديا يقف عنده استخدام هذه المحركات، وتحدد هذه الاستطاعة الاجمالية في المحطة الواحدة عادة بمقدار 15 - 20 ميغاوات.

أجهزة في منزلك تستنزف الطاقة الكهربائية بدون أن نشعري

في حياتنا اليومية ومن ضمن الأجهزة الكهربائية التي نستعملها بشكل مستمر في البيت هناك أجهزة صغيرة تستهلك قدراً كبيراً لا نتصوره من الطاقة الكهربائية. ويصعب تخيل انها من أسباب استنزاف الطاقة مثل إطارات الصور الكهربائية .

ويقول معهد أبحاث الطاقة الكهربائية الامريكية المتخصص في مجال التنمية والأبحاث الكهربائية إننا لو تصورنا أن كل عائلة أميركية لديها واحد من تلك الاطارات وتركته مفتوحاً على مدار الساعة فإن الأمر سيتطلب تشغيل خمس محطات لتوليد الكهرباء لتغذيتها معاً .

أما بالنسبة للأجهزة المنزلية الكبيرة، مثل الثلاجات ومجففات الملابس، طالما اعتبرت مثالاً نموذجياً على الأجهزة المستنزفة للطاقة، ولكن الأجهزة الكبيرة الإستهلاك لا يشترط فيها أن تكون كبيرة الحجم.

فالأجهزة الصغيرة تمتص باجتماعها معاً كمية كبيرة جداً من الطاقة من شبكة الكهرباء، ومع تزايد إنتشار تلك الأجهزة يتزايد استهلاكها بشكل مطرد هو الآخر.

تشمل الأدوات الصغيرة الأخرى المستنزفة للطاقة: شاحنات الهواتف النقالة ومحولات التيار للحواسيب المحمولة، التي تبقى موصلة على الدوام بالقابس الكهربائي. فتلك الشاحنات تستمر بسحب الطاقة حتى عند فصلها عن الأجهزة التي تشحنها. وتلقب هذه الأجهزة "الشغّالة على الدوام"، مثل الطابعات أو مكبرات الصوت وغيرها، بـ "مصاصة دماء الطاقة" لأنها تواصل امتصاص الطاقة حتى عندما تكون مطفأة او في حالة انتظار.

لكن الأسوأ لم يأت بعد، اذ ان أعداد الأجهزة "الشغالة على الدوام" مستمرة في التزايد. فالبيت الذي كان يحوي على ثلاثة أجهزة قبل 30 عام يمتلك الآن أكثر من ثلاثين نوع من الأجهزة اليوم .

هذا الواقع يجعل من مكافحة "مصاصات دماء الطاقة" مسألة جديرة بالاهتمام على المدى البعيد، فبينما تستهلك الثلاجة في العادة حوالي 8 بالمئة من الاستهلاك المنزلي السنوي للطاقة، تستهلك تلك الأجهزة الصغيرة مجتمعة حوالي 4 بالمئة.

أما أفضل الطرق تقدم عليها العائلة لكبح جماح جميع تلك الأجهزة المستنزفة للطاقة هو إطفاء الأدوات وفصلها عن الكهرباء عندما لا تكون قيد الإستعمال.

وإذا لم يكن فصلها عن القابس أمراً عملياً أو ملائماً قد يترتب علينا استعمال قاطع دورة ذكي يتحكم في وقف تدفق الكهرباء الى أي جهاز عندما يكون موضوعاً بحالة السبات أو الإنتظار. على سبيل المثال هناك قاطعات دورة ذكية تسمح لك بتنظيم الجهاز الرئيس، مثل الكمبيوتر، بحيث تنطفئ جميع الأجهزة الفرعية الأخرى الداعمة له كالطابعة والسماعات عندما تقوم باطفائه.

نحن لا نكترث عادة بإعادة تغيير التنظيمات الأفتراضية لأجهزتنا، ولكننا في الحقيقة قادرون على توفير مقدار لا يستهان به من الطاقة في هذا المجال أيضا. مثلا، نحن نستطيع يدويا أن نعيد تنظيم شدة سطوع شاشة التلفزيون والحدة الافتراضية لصورته.

اطلاعنا على حقيقة الطاقة التي نهدرها بإبقائنا أجهزتنا مشتغلة طول الوقت ينبغي ان تدفعنا ايضا لتغيير عاداتنا. ويوصي كايل تانجر، وهو المدير التنفيذي لإحدى المؤسسات البيئية الإستشارية، باستعمال جهاز مراقبة على غرار الجهاز المعروف باسم "تقليص الواط" وهو جهاز يقيس كفاءة استهلاك الأجهزة المنزلية للطاقة، وهو يعطي المستهلك إحساساً افضل بتكاليف ما يستهلكه من الكهرباء.

الأجهزة الأكثر استهلاكا للطاقة

تلفزيون البلازما: هذا الجهاز هو آخر الصيحات في هذه الأيام، ولكنه رغم شعبيته الآخذة في التوسع يستهلك كمية كبيرة من الكهرباء، ويطلق حرارة عالية أثناء الإشتغال. فالتلفزيون الذي بحجم 27 بوصة يستهلك ما بين 110 الى 120 واطاً والتلفزيون ال سي دي بحجم 42 بوصة يستهلك حوالي 200 واط، بينما أجهزة تلفزيون البلازما فإنها، وبكل سهولة، قادرة على التهام المقدار الأكبر: فتلفزيون البلازما بحجم 42 بوصة يستهلك 325 واطاً.

اطارات عرض الصور الرقمية: رغم انها كانت إلى وقت قريب من الأجهزة الجديدة الغالية الثمن فهي تتحول بسرعة إلى أجهزة متاحة للجميع بشكل اوسع بفضل انخفاض سعرها الى ما بين 20 و30 دولاراً. ولو كان كل منزل يمتلك واحدا من تلك الاطارات، وتركه مفتوحاً على مدار الساعة، فإن هذه الأجهزة لوحدها مجتمعة ستحتاج الى جهد خمس محطات طاقة، كما يقدر معهد أبحاث الطاقة الكهربائية.

لوحات مفاتيح العاب الفيديو: تشغيل الرسومات البيانية عالية المستوى، التي تنشئ هذه الالعاب الخلابة بصريا، على تلك الأجهزة تتطلب ايضا الكثير من الطاقة. وإذا ما كانت معايير كفاءة الطاقة ضعيفة في لوحات مفاتيح تلك الأجهزة، مثل اكس بوكس 360 وبلاي ستيشن 3 فإن ذلك سيضر بنا من هذا الجانب أيضاً.

فمجلس الدفاع عن الموارد الطبيعية الاميركي يتوقع ان لوحات المفاتيح في اميركا مجتمعة تستهلك حوالي 16 مليار كيلو واط في الساعة سنويا، أي ما يعادل كمية الطاقة التي تستهلكها مدينة سان دييغو.

أجهزة استقبال الاشارة التلفزيونية "الريسيفر": تبدو هذه الأجهزة أقل استنزافا للطاقة: اذ انها تسحب عادة حوالي 30 واطاً من الكهرباء. لكن نظرا لأن هذه الأجهزة تترك مشتغلة بشكل دائم يصل استهلاك الواحد منها على مدار العام إلى حوالي 256 كيلو واطاً في الساعة، أي ما يعادل الاستهلاك السنوي لتلفزيون سي أر تي 28 بوصة.

شاحنات البطاريات: الشاحنات الفردية الخاصة بالأجهزة النقالة، مثل الهواتف المحمولة وأجهزة بي دي أي، تعتبر واطئة الإستهلاك للطاقة حيث أنها تستهلك ما معدله 7 الى 10 واطات. ولكن اذا ما تركت متصلة بمخارج الكهرباء فإنها سوف تستمر بسحب الطاقة حتى عندما لا تكون تلك الأجهزة موصولة بها.

الأبحاث عن مجلة فوربس

مركز بحوث الطاقة والوقود قام بتحوير عربة (Golf) كهربائية للعمل بالطاقة الشمسية

ضمن آلية التعاون بين الجامعة التكنولوجية ودوائر الدولة, تم التعاون بين مركز بحوث الطاقة والوقود وديوان الوقف الشيعي / العتبة الكاظمية المقدسة على تحوير عربات العتبة الكاظمية المقدسة لتعمل بالطاقة الشمسية كبديل للشاحنة الكهربائية المستخدمة سابقا. استخدمت الألواح الشمسية ومنظمات الشحن في التحوير حيث أثبتت النتائج عن نجاح التجربة لتعطي زيادة في ساعات اشتغال العربة واستخدام امثل للبطاريات المستخدمة في العربة ولا تحتاج العربة إلى مصدر للطاقة الكهربائية أثناء وقوفها، ولإعادة شحنها دائما تترك في أي مكان معرض للإضاءة أو للأشعة الشمسية . وقد تم فحص وإقرار النموذج المحورمن قبل الجهة المستفيدة بموجب محضر بين المركز (الجهة المنفذة للمشروع) وديوان الوقف الشيعي / العتبة الكاظمية المقدسة( الجهة المستفيدة) بتاريخ 13/2/2011 علماً بان نظام عمل الطاقة الشمسية لايلغي نظام العمل السابق للعربة.

تصميم وتصنيع منظومة توجيه كهربائية لمراوح إنتاج الكهرباء

أجرى باحثون في مركز بحوث الطاقة في نينوى تجارب عديدة لغرض دراسة ضرورة تصنيع منظومة التوجيه والسيطرة (Yawing System) للحصول على الطاقة الكهربائية، من خلال منظومات توليد الكهرباء من الرياح.
وقد تحدث أحد الباحثين في هذا المجال قائلاً :"إن هناك العديد من البحوث والدراسات التي وضعت لإنتاج الطاقة الكهربائية بواسطة الرياح، وبمشاركة وزارة الصناعة التي كان لها الفضل الأكبر في إكمالها، مستندة على فكرة أن استخدام طاقة الرياح كمصدر من مصادر الطاقة ليست فكرة جديدة بل هي فكرة خدمت الإنسان منذ أكثر من (2000) سنة، وهذا ما جاء في التاريخ القديم عن كيفية استخدام طواحين الهواء من خلال الحضارات القديمة في كل من العراق وايران ومصر والصين، ونقل هذه التقنية إلى أوربا لتظهر في ايطاليا، وفرنسا، واسبانيا والبرتغال وبعدها في أنكلترا، وهولندا، وألمانيا)، والتي اعتبرت طاقة الرياح فيها هي أحدى أنواع تحولات الطاقة الشمسية، إذ تتكون الرياح كمحصلة لتيار الهواء الذي يهب من منطقة الضغط العالي ذات درجة الحرارة المرتفعة نتيجة الأشعة الشمسية التي تصل إلى منطقة الضغط الواطئ ذات درجة الحرارة الواطئة".

وتابع في حديثه :"إن الطاقة المتولدة من الرياح، أي تكنولوجيا استخدام الرياح لتوليد الطاقة الكهربائية، هي أسرع مصادر توليد الكهرباء الجديدة نموا على الصعيد العالمي، حيث يتم من خلالها إنتاج الطاقة من الرياح بواسطة توربينات ذات ثلاث ريش تديرها الرياح عند وضعها على قمة أبراج مرتفعة، وتعمل كما تعمل المراوح ولكن بطريقة عكسية، فبدل استخدام الكهرباء لإنتاج الرياح تقوم هذه التوربينات باستعمال الهواء لإنتاج الطاقة".

وبين :"انه في هذه التجارب تم تصنيع توربين هواء بقطر (1,5) متر مع منظومة توجيه كهربائية يتم تغذيتها بالطاقة من المولد الخاص بالتوربين عن طريق مؤشر الرياح (Vane pointer ) المرتبط بمفتاح كهربائي ثنائي (duel switch)، بحيث تكون حركة المحرك الكهربائي وحركة مؤشر الرياح بتوافق تام لمواجهة الرياح وبالاتجاهين المتعاكسين، كما وتضمنت التجربة دراسة تأثير سرعة الرياح المختلفة ومقدار تيار المحرك الكهربائي على مقدار تطابق محوري مؤشر الرياح ومحور التوربين أي ما يسمى بزاوية التطابق".

ومن جانبه أكد الباحث (حقي اسماعيل محمود) احد المختصين في المركز (لوكالتنا) :"إن احد الأجزاء المهمة في منظومات توليد الكهرباء من الرياح هي منظومة التوجيه والسيطرة أو ما يسمى بالـ (Yawing System) وواجبها هو جعل توربين الهواء مواجها للرياح بشكل دائم للحصول على أقصى طاقة ممكنة، كما تسيطر على إيقاف التوربين عند سرعة الرياح العالية تجنبا للأضرار وإعادته للعمل بعد زوال الخطر".

أما عن الجوانب العلمية في هذا المجال تحدث قائلاً :"ابتدأ العمل الجاد لمشاريع طاقة الرياح في مجالي الضخ وتوليد الكهرباء لأول مرة في العراق وبالتحديد في مركز بحوث الطاقة والبيئة عام 1993 بعد إن كان يقتصر على جمع البيانات والبحوث النظرية فقط، حيث هدف البحث إلى تصميم وتصنيع منظومة توجيه كهربائية تتألف من محرك كهربائي ( 12v , 20w ) الذي يعمل بالتيار المستمر مع تشكيلة تروس (Gear & pinion) ملحقه به لتدوير توربين الهواء مع منظومة سيطرة تعمل مجتمعة لكي يواجه التوربين الرياح ويحصل على أقصى طاقة منها، هذا المحرك الكهربائي يستمد طاقته من نفس مولد المروحة المسؤول عن شحن بطارية المنظومة، وتم فعلاً تصنيع توربين هواء بسيط خاص بشحن بطارية (12 فولت) مع استخدام محرك كهربائي يعمل بالتيار المستمر وبالمواصفات ( 12v,20w ) مثبت عليه ترس صغير (pinion) متعشق مع ترس كبير (Race) ذي أسنان خارجية، كانت نسبه عدد الأسنان بين الترسين هي ( 1/5 ) بحيث أن الترس الكبير مثبت على الطبلة الدوارة (Turn Table) للتوربين، أما المحرك فمثبت على قاعدة متصلة بالبرج (ثابت)، عند دورانه يحرك التوربين والنصل ومؤشر الرياح (كامل المنظومة)حسب اتجاه الدوران عن طريق الـ (Tail Vane) المرتبط بحدبة (Cam) تعمل مع مفتاح كهربائي ثنائي (Duel Switch) الذي بدوره يعكس حركة المحرك في الاتجاهين بحركة توافقية مع حركة المؤشر عن طريق منظومة سيطرة مؤلفة من ريليات (Relays) ومقاومة متغيرة كاربونية لضبط مقدار التيار المناسب وجعل الحركة للمحرك والمؤشر بنفس التوافق، لضمان الاستجابة الصحيحة لمواجهة التوربين للرياح".

وعن أهم الاستنتاجات التي خرجت بها تلك البحوث والتجارب تحدث قائلاً :"استنتجنا من هذه البحوث مدا أهمية هذا الموضوع بعد تسجيل البيانات المستحصلة باستخدام الأجهزة (مقياس التيار الكهربائي الرقمي (Digital Ammeter) وجهاز قياس سرعة الرياح ذي السلك الحار الرقمي (Hot Wire Digital Anemometer ) )، والتي بينت العلاقة بين التيار الخاص بالمحرك الكهربائي ومقدار زاوية التطابق بين محوري المؤشر والتوربين باستخدام سرعة رياح مختلفة وان الزاوية أعلاه تصبح (صفرا) عند التيارات (3,3 ، 2,9 ، 2,25) أمبير مع سرعة الرياح (7,5,3) م/ثا على التوالي، والتفسير لهذه النتائج هو عند زيادة سرع الرياح نحتاج إلى تيار أقل للتوجيه وذلك لزيادة السرعة للهواء على نفس مساحة المؤشر، بذلك تزداد الاستجابة والعكس صحيح، وان العلاقة بين سرعة الرياح وزاوية التطابق بين المحورين باستخدام التيار الأمثل 3,3 أمبير، حيث أن الزاوية تصبح صفراً عند سرعة رياح مقدارها 6 م/ ثا لهذا النوع من التوربينات".

مشيراً إلى :"إن استخدام المنظومة الكهربائية للتوجيه هي أفضل من المنظومة الميكانيكية (Tail)، وذلك لتقليل الأوزان والمساحات وسرعة الاستجابة فيها"...(أ.ر)