لخّصلي

المبحث الأول: الطاقة الكهربائية ومصادرها
تُعتبر الطاقة الكهربائية من أهم أشكال الطاقة المستخدمة في الحياة اليومية، والمجالات الصناعية. تُعرف الطاقة الكهربائية بأنها القدرة على القيام بشغل ما، وتتميز بسهولة الاستخدام وسهولة تحويلها لأشكال أخرى من الطاقة رغم صعوبة تخزينها بكميات كبيرة .1 الطاقة:
- لغة: الطاقة كلمة ذات أصل لاتينيٍ energeوهي تعني قوى فيزيائية تسمح بالحركة، والإطاقة مع القدرة على الشيء ونقول طوقا وأطاقه والاسم.- أما اصطلاحا: تعرف الطاقة بأنها الوسيلة الرئيسية التي يعتمدها الإنسان لتحقيق عالم أفضل وراحة أكبر وسعادة ورفاه أمثل
إن التعريف السائد للطاقة هو القدرة على القيام بعمل (نشاط) ما، وتعرف أيضا بأنها قدرة المادة على إعطاء قوى قادرة على انجاز عمل معين. هناك عدة صور عديد للطاقة يتمثل أهمها في الحرارة والضوء والصوت، وهناك أيضا الطاقة الميكانيكية التي تولد الآلات. تعرف الكهرباء (Electricity)بأنها إحدى أشكال الطاقة التي يمكن ملاحظتها والشعور بها في الطبيعة، حيث تنشأ الكهرباء نتيجةً لتدفق الشحنات الثابتة أو المتحركة، إذ تحمل الإلكترونات هذه الشحنات، ونتيجةً لذلك تنشأ أشكال الكهرباء المختلفة من خلال تراكم أو حركة عدد من الإلكترونات، كما يمكن تعريف الكهرباء بأنها الطاقة اللازمة لتشغيل معظم الأجهزة الإلكترونية التي تعمل باستخدام الطاقة الكهربائية؛ كالهواتف والأضواء وحتى ألعاب الفيديو. ويعود الفضل باكتشاف الكهرباء إلى العالم بنجامين فرانكلين، الذي تمكن من اكتشافها في عام 1752م من خلال تجربته
ثم جعلها تحلق أثناء عاصفة رعدية، حيث انتقلت الكهرباء من غيوم العاصفة إلى الطائرة الورقية وتدفقت عبر الخيط وأصابته بصدمة، وفيما يأتي أبرز المصطلحات المرتبطة بالكهرباء:
‌أ. الشحنة الكهربائية:
الشحنات الموجبة والشحنات السالبة، حيث تتجاذب الشحنات الكهربائية المتعاكسة،‌ب. التيار الكهربائي:
‌ج. بحيث يمكن أن تشعر الأجسام الأخرى بقوة هذا المجال عند اقترابها من هذه المساحة.‌د. الجهد الكهربائي:
المغناطيسية:
هنالك علاقة تربط بين الكهرباء والمغناطيسية، إذ ينشأ عن المجال المغناطيسي تيارًا كهربائيًا، كما أن المجال المغناطيسي قادر على تحريك الشحنات الكهربائية. وهي أحد أنواع الكهرباء التي تنشأ نتيجةً لحالة من عدم التوازن بين الشحنات السالبة والموجبة في المواد، وعادةً ما تنتج الكهرباء الساكنة نتيجةً لتلامس المواد الصلبة مع بعضها البعض، ويمكن أن تتسبب الكهرباء الساكنة في العديد من المخاطر؛ كالصدمات المؤلمة، اشتعال بعض أنواع المواد، إتلاف الأجهزة
الإلكترونية الحساسة، ويعد البرق من أبرز الأمثلة على الكهرباء الساكنة. كيفية توليد الكهرباء الساكنة:
عادةً ما تنتج الكهرباء الساكنة عند ملامسة جسمين لبعضهما البعض وفصلهما، حيث تتولد شحنات كهربائية على أسطح هذه الأجسام تعرف باسم الشحنات السالبة، وفيما يأتي سيتم الحديث عن كيفية توليد الكهرباء الساكنة:
- الاحتكاك:
والتي تعرف أيضًا باسم الشحن الكهربائي، حيث يتم توليد الكهرباء الساكنة عن طريق انتقال الإلكترونات بين جسمين عند احتكاكهما ببعضهما البعض، فعلى سبيل المثال عند ملامسة المطاط مع فراء الحيوانات، فستقوم ذرات المطاط بسحب الإلكترونات من ذرات فراء الحيوانات، وذلك نتيجةً لكون المطاط يمتلك جاذبية أكبر للإلكترونات من جاذبية فراء الحيوانات، حيث سيسبب ذلك بإحداث اختلال في الشحنات في كلا الجسمين،
- الحث:
تتم هذه الطريقة باستخدام عملية الاستقطاب، فستتجه الشحنات الموجبة إلى الكرة الأقرب من الجسم المشحون، بينما ستتجه الشحنات السالبة إلى الكرة الأبعد عن الجسم المشحون، وعند إبعاد الكرتين عن بعضهما البعض، فستظل هذه الكرات محتفظة بالشحنات الموجبة أو السالبة التي اكتسبتها من عملية الحث.- التوصيل:
تتم عملية توليد الكهرباء الساكنة عن طريق التوصيل من خلال ملامسة جسم مشحون بجسم محايد، فعلى سبيل المثال عند ملامسة صفيحة ألمنيوم ذات شحنة موجبة مع كرة معدنية محايدة، فسيتم شحن الكرة المعدنية المحايدة نتيجةً لتلامسها مع صفيحة الألمنيوم المشحونة، مما سيولد كهرباء ساكنة.2- الكهرباء المتحركة:
تعد الكهرباء المتحركة (Dynamic electricity) هي النوع الثاني للكهرباء، وهي تدفق الشحنة الكهربائية في اتجاه واحد كما يحدث في التيار الكهربائي، ويعد هذا التيار الناتج عن الكهرباء المتحركة كمية مادية يمكن قياسها والتعبير عنها عدديًا، كما تعد وحدة الأمبير هي الوحدة القياسية للتيار، ومن الجدير بالذكر أن الكهرباء المتحركة هي النوع الذي عادةً ما يتم استخدامه بشكلٍ يومي من قبل مختلف الناس. كيفية توليد الكهرباء المتحركة:
هنالك مجموعة من الطرق التي يمكن من خلالها توليد الكهرباء المتحركة، وفيما يأتي أبرز هذه الطرق:
- مولد الكهرباء:
وهو جهاز يقوم بتحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية، وعادةً ما تستخدم محطات الطاقة التجارية هذه المولدات لتوفير الكهرباء، وهنالك عدة طرق لتوفير الطاقة اللازمة لتشغيل مولدات الكهرباء؛- التوليد الكيميائي للكهرباء:
يمكن توليد الكهرباء عن طريق حركة الإلكترونات من عنصر إلى آخر في تفاعلات الأكسدة والاختزال، بحيث تفيد هذه الطريقة في معالجة المعادن وصناعة البطاريات.- التوليد الضوئي للكهرباء:
يمكن أن تتحرك الجسيمات المشحونة من أو داخل مادة ما عند امتصاصها للإشعاع الكهرومغناطيسي، بحيث تستخدم هذه الطريقة في الخلايا الشمسية وأجهزة التوصيل الضوئي.3 تعريف الطاقة الكهربائية:
الطاقة الكهربائية هي عبارة عن تحويل الطاقات المتواجدة في الطبيعة، مثل الطاقة الميكانيكية أو الطاقة الشمسية والرياح.يمكن تعريف الطاقة الكهربائية بالإنجليزي(Energyélectrique): بمقدار الشغل المبذول في الدارة الكهربائية اللازمة لتحريك الشحنات الكهربائية إذ تسمى هذه الحركة بالتيار الكهربائي ، وتخضع الطاق لقانون حفظ الطاقة الذي ينص على أن الطاقة لا تفنى ولا تستحدث وإنما تتحول من شكل إلى آخر، وعليه فإن الطاقة الكهربائية تتحول إلى ميكانيكية في المحركات والطاقة الحركية تتحول إلى كهربائية في المولدات، المختلفة والمتنوعة والتي تتميز بسهولة تحوليها إلى طاقة، وتعد الطاقة الكهربائية مصدراً ثانوياً لعدم القدرة على استخراجها من باطن الأرض أو تعديلها على العكس من المصادر المشتقة من الطاقة الأولية كطاقة الشمس وطاقة الرياح والفحم والنفط والغاز الطبيعي.وتعد الطاقة الكهربائية إحدى أهم العناصر الأساسية التي تفيدنا في حياتنا اليومية والتي نحصل عليها من الموارد الطبيعية لتلبية احتياجاتنا في شتي المجالات مثل تشغيل كافة الأجهزة المنزلية والتجارية والصناعية.المطلب الثاني: مصادر الطاقة الكهربائية:
1 الوقود الأحفوري:
حيثُ تشكّل عمليّة حرقها مصدرًا من مصادر الطاقة التي تُستخدم في قطاعات التدفئة وتوليد الكهرباء والصناعة والنقل. ويشتمل الوقود الأحفوري على عدّة أنواع أشهرها، الفحم الحجري، والنفط، والغاز الطبيعي، تعتمد محطات توليد الطاقة بشكل كبير على البخار الناتج عن الفحم (بالإنجليزية: Steam Coal) لتوليد الكهرباء، ويعرف باسم الفحم الحراري، ويتمّ تحويله إلى طاقة كهربائية عن طريق الخطوات الآتية:
- تحويل الفحم إلى مسحوق ناعم عن طريق طحنه، حتى يتم حرقه بسرعة أكبر.- تمرير الماء عبر أنابيب ضيقة،- تشغيل المولّدات عن طريق البخار الناتج، وثاني أكسيد الكربون والذي يتواجد في طبقات باطن الأرض إلى جانب أنواع الوقود الأحفوري الأخرى كالنفط والفحم، ويستخدم الغاز الطبيعي في توليد الكهرباء من خلال الطرق الآتية:
‌أ. وحدات توليد البخار:
يحدث في هذه الوحدة عمليّة حرق الغاز لطبيعي لتسخين المياه في السخان وإنتاج البخار المُستخدم في تشغيل التوربينات وبالتالي توليد الكهرباء، ويُشار إلى أنّ هذا النوع من التقنيات له كفاءة إنتاجية منخفضة.‌ب. وتتمتع هذه الوحدات بسرعة التشغيل وسهولته.‌ج. وحدات الدورة المركّبة:
وعلى الجانب الآخر يحدث استغلال الحرارة الناتجة بهدف إنتاج البخار وبالتالي توليد الكهرباء، ويُشار إلى أنّ هذه الوحدات أكثر كفاءًة من التقنيات السابقة.‌د. النفط:
يعرّف النفط (بالإنجليزيةOil: )على أنّه سائل يتشكّل نتيجة تحلل المواد العضوية في باطن الأرض على مدى ملايين السنين، والذي يمر بعمليات تكرير تهدف إلى الحصول على أنواع الوقود المُختلفة منها، البنزين، والكيروسين، وما ينتُج عن التقطير مثل؛ الديزل ووقود الطائرات، إضافة إلى وقود المخلّفات المُستخدم في قطاعي الصناعة والكهرباء.‌ه. البخار التقليدي:
(بالإنجليزية:ConventionnelSteam) يحدث من خلال هذه التقنية عمليّة حرق النفط بهدف تسخين المياه لإنتاج البخار المُستخدم في توليد الطاقة الكهربائية.
‌ز. ويليها إعادة استخدام تلك الغازات في غلي مياه السخّان وتوليد البخار المُستخدم في تشغيل التوربين الآخر. الطاقة الشمسية وطاقة الرياح. ويُشار إلى أنّ هذا النوع من الطاقة لا يصدر عنه انبعاثات كربونية على عكس مصادر الوقود الأحفوري مثل الفحم والنفط والتي تُعد من مصادر الطاقة غير المتجددة ومواردها محدودة. يُمكن استخدام المياه المُتدفقة لتوليد الطاقة الكهربائية، عن طريق مولدات كهربائية تعمل على تحويل الطاقة الحركية الموجودة في المياه المتحركة إلى طاقة كهربائية، ويحدث ذلك عن طريق استخدام السدود، الطاقة الشمسية:
يتمُّ تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية عن طريق الألواح الكهروضوئية، حيث تمتص هذه الألواح أشعة الشمس مُسببةً ما يسمى بالتأثير الضوئي (بالإنجليزية: (photoelectric effect، الذي ينتج عنه توليد تيار كهربائي يُمكن توزيعه على المنازل.‌ج. طاقة الرياح:
تُستخدم طاقة الرياح في تشغيل توربينات الرياح بهدف توليد الطاقة الكهربائية، حيثُ يعتمد مبدأ عملها على استخدام شفرات طويلة تشبه أجنحة الطائرة تعمل على تجميع الطاقة الحركية الناشئة من تدفق الرياح فوق الشفرات والذي بدوره يؤدي إلى دورانها. وترتبط تلك الشفرات بجزء متحرك يعمل على تشغيل توربينات موّلدة ينتُج عنها الطاقة الكهربائية.‌د. تمثّل الطاقة الحيوية أو ما يُعرف بطاقة الكتلة الحيوية (بالإنجليزية:Biomass energy ). التدفئة، والنقل، وتوليد الكهرباء. ويُشار إلى أنّ الكتلة الحيوية تحتوي على طاقة كيميائية مصدرها أشعة الشمس فعلى سبيل المثال تصنع النباتات الكتلة الحيوية بواسطة عمليّة البناء الضوئي،- لأخشاب ومخلّفات عملية معالجة الأخشاب، والحطب، ونشارة الخشب.- المحاصيل الزراعية مثل الذرة، وقصب السكر، والأغذية، ومخلّفات الخشب.- روث الحيوانات ومخلفات الصرف الصحي البشريّ. وتوليد الكهرباء. وفيما يلي أبرز تقنيات تحويل الطاقة الحرارية الجوفية إلى كهرباء:
 البخار الجاف:
(بالإنجليزية:Dry steam)، (بالإنجليزية (Flash steam: تُعدّ هذه التقنية الأكثر شيوعًا وتُستخدم فيها خزانات المياه الجوفية الساخنة ذات درجات الحرارة التي تتجاوز 182 درجة مئوية، بحيث ينتقل الماء الساخن في هذه الخزانات تحت تأثير ضغطها الخاص، وعندما ينتقل إلى الأعلى فإنّ الضغط يقل، تقنية ثنائي الدورة:
(بالإنجليزية:Binary cycle)، تستخدم وحدات هذه التقنية الماء عند درجات حرارة تتراوح ما بين 107-182 درجة مئوية بهدف تسخين مائع يُطلق عليه السائل العامل والذي غالبًا ما يكون مركب عضوي له نقطة غليان منخفضة، حيثُ يتبخر هذا السائل في مبادل حراري كي يُستخدم فيما بعد في تشغيل التوربينات وتوليد الكهرباء.‌و. الطاقة النووية:
تعدُّ الطاقة النووية (بالإنجليزية (Nuclear power: إحدى مصادر الطاقة الكهربائية،7% فقط من الطاقة، ويعود ذلك إلى مخاطرها التي لا يُمكن التغاضي عنها، حيث إن حدوث أي خلل في النظام يؤدي إلى حدوث انصهار نووي، إضافة إلى النشاط الإشعاعي الهائل الناتج عن حرق الوقود، الذي يعدُّ التخلُّص منه أمراً صعباً إلى جانب خطره على البيئة. وعلى الرغم من ذلك، إذ ينتج عن هذا الانشطار طاقة حرارية تعمل على إنتاج البخار الذي يعمل على تشغيل مولدات تُنتج الطاقة الكهربائية. تُستخدم الطاقة الكهربائية في كافة جوانب الحياة ويتمكن البشر باستخدامها من ممارسة أنشطتهم اليومية وأعمالهم، وبالتالي النمو والازدهار، وتتنوع مصادر إنتاج الطاقة الكهربائيّة والتي عادةً ما تكون إمّا مصادر متجددة، وتشمل كلًّا من طاقة المياه، والطاقة الشمسية، وطاقة الحرارة الجوفية، أو مصادر غير متجددة، وتشمل: الوقود الأحفوري بأنواعه المختلفة.المطلب الثالث: أهمية الطاقة الكهربائية في الحياة اليومية:
تُستخدم الكهرباء في القطاع الصناعي لتشغيل المُحرّكات، والآلات المختلفة والأضواء، وأجهزة الحواسيب، والمعدّات المكتبيّة، ومعدّات التدفئة، والتهوية في المنشآت والأبنية، بحيث تشتري مُعظم المرافق الصناعيّة الكهرباء من مرافق التزويد بالطاقة الكهربائية، أو من منتجي الطاقة المستقلّين، بينما تولّد بعض هذه المرافق الكهرباء لاستخدامها في تشغيل المصانع عن طريق حرق الوقود.تغيَّر وجهُ العالم الصناعيِّ مع بداية الثورة الصناعية في القرن التاسع عشر بفضل استخدام الكهرباء في صناعة المنتجات، وأعلى جودة، ممّا أدّى إلى زيادة إنتاج السلع المتعددة، والقدرة على تشغيل الآلات في جميع الصناعات سواءً أكانت الكبيرة أم الصغيرة، الأمر الذي ساهم في نموّ الصناعات، وتحسين حالة أفراد المجتمع.2 تطوير القطاع الزراعي:
تُساهم الكهرباء بشكل فعّال في مجال الزراعة، حيث تُستخدَم العديد من التطبيقات الحديثة التي تعمل بالكهرباء في مجالات متنوّعة في القطاع الزراعي، وتتراوح تلك التطبيقات من البسيط نسبيّاً إلى الأكثر تعقيداً، وتحويلها إلى شكل آخر قابل للاستفادة، كبيوت الدواجن، وفي البيوت البلاستيكيّة الخاصّة بالمحاصيل الزراعيّة المُختلفة.
من خلال توفير المعدّات اللازمة للحفاظ على جودة المنتجات، وتتمّ عمليّة إدارة المزارع والتحكم بالمعدّات الكهربائية باستخدام الحاسوب، وبالإضافة إلى ذلك تمّ تطوير معدّات تعمل بالطاقة الكهربائيّة لحفظ المحاصيل وتخزينها، وتقليل وقت العمل، وعدد الأيدي العاملة. وتُساعدهم على استغلال أوقاتهم والاستفادة منها بشكل أفضل، والحصول على كميات إنتاجيّة أكبر، وتساهم في تطوير استراتيجيات الريّ لديهم، وتحسين مستوى أنشطتهم الزراعيّة. والمعاهد، ومن هذه الخدمات الإضاءة التي يُمكن من خلالها التدريس في الفصول المدرسية في أيّ وقت من اليوم، كما تُسهّل الكهرباء من عملية الاستفادة من تكنولوجيا المعلومات والاتصالات في الصفوف الدراسية، من خلال استخدام أجهزة التلفاز، والحواسيب.يجد الذكر هنا أنّ البنية التحتية السيئة الخاصة بالمدارس يُمكن أن تؤثر سلباً في كل من المعلمين والطلاب خلال العملية التعليمية في حال عدم وجود الكهرباء، وذلك لافتقارهم للأدوات والوسائل التكنولوجيّة التي تسهّل العمليّة الدراسيّة بأكملها.4 استحداث طرق تجارة جديدة:
يعتمد القطاع التجاري على الطاقة الكهربائية بشكل كبير، كما ساهمت في فتح مجال تجاريّ جديد في العصر الحالي؛ ألّا وهو مجال التجارة الإلكترونية، بحيث سهلت عملية التواصل مع المناطق الجغرافية البعيدة عن طريق استخدام الهاتف المحمول والإنترنت، واللذان يعتمدان بشكل رئيسي على الكهرباء.يشتمل استخدام الكهرباء في القطاع التجاري على التدفئة والتبريد، وإضاءة المباني والساحات التجارية، كما تُستخدَم الكهرباء في الشركات والمراكز التجارية في جميع أنحاء المدن لتشغيل أجهزة الحاسوب، والفاكس، وآلات النسخ والطباعة، والمصاعد والأدراج الكهربائية، وغيرها الكثير.5 تحسين الرعاية الصحية:
أدّى استخدام الكهرباء إلى الوصول إلى علاج الكثير من الأمراض عن طريق استخدام أجهزة العلاج الكهربائيّ، وتشغيل الآلات والمعدّات الكهربائيّة عند القيام بالعمليات الجراحيّة، هذا إلى جانب قدرتها على تصوير الأجهزة الداخليّة في الجسم من خلال استخدام الأشعة السينيّة.
توفِّر الكهرباء أيضًا بيئة مناسبة للمحافظة على صلاحية المطاعيم والأدوية، وتساهم في إنشاء شبكة معلومات طبية تربط العيادات الصحية الصغيرة بالمختصين والمستشفيات الكبيرة في حالات الطوارئ، كما ساهمت في زيادة أعداد المرضى المعالجين خلال اليوم الواحد بفضل توفير الإضاءة المناسبة للعلاج خلال فترة الليل، مما أدّى إلى تقليل نسبة الوفيات.6 تشغيل الأجهزة الضرورية في المنزل:
تعمل الكهرباء على تشغيل الأجهزة الكهربائية الضرورية للحياة اليومية كالثلاجة، والغسالة، وشحن الأجهزة الخلوية والحواسيب، والتدفئة والتبريد وغيرها،7 إنارة المدن:
وأساسها خاصة في المدن، وتُعتبر إنارة المدن واحدة من أهم فوائد الكهرباء للمدن، إلى جانب تشغيل الإشارات الضوئية التي تسمح للسائقين بالمرور أو التوقف وبالتالي تنظيم السير، والعمل، والحياة بشكل عام في المجتمع المدني. تعمل الكهرباء على تشغيل الكثير من الأجهزة التي تُوفّر التسلية والترفيه للإنسان، كالتلفاز، وشاشات العرض، إلى جانب ألعاب الفيديو، والألعاب الكهربائية للأطفال التي تخلقُ لهم جوًّا من المتعة والترفيه والتي لا يمكن لها أن تعمل دون وجود الكهرباء. تعمل الكهرباء على تبديد القلق وزيادة الأمان عبر التقليل من عزلة المناطق الريفية وحتّى المدن عن بعضها البعض، وذلك عبر تشغيل مصابيح الإنارة الخارجية على الطّرقات، وأجهزة الإنذار، وأنظمة الحماية، وإشارات المرور،10 تحسين قطاع المواصلات:
إذ تتميز هذه المركبات بتصميم خاصٍ يساهم في منع تأثير الهواء الخارجيّ على السيارة أثناء قيادتها، مما يُساهم بتقليل الطاقة المستخدمة للتشغيل أولًا،أهمية الكهرباء الساكنة في حياتنا:
تُعرّف الكهرباء الساكنة بأنّها ظاهرة كهربائية تنتقل فيها الجسيمات المشحونة من جسم إلى آخر، وتنشأ الكهرباء الساكنة عادًة عند فرك جسمين مع بعضهما البعض بحيث يتكوّن كل منهما من مواد عازلة للكهرباء، ويُساعد الهواء الجاف على نشأة الكهرباء السكونية بشكل أكبر. تنشأ بين الأجسام المشحونة بالكهرباء السكونية شحنةً كهربائيّةً سكونيّةً متساوية في المقدار، إلا أنّ للكهرباء الساكنة فوائد كثيرة،- تنقية الهواء من الملوثات:
تُستخدم الكهرباء الساكنة في الحد من التلوث من خلال استخدام جهاز يعمل على الشحنات الثابتة على جزيئات الأوساخ في الهواء، بحيث يُجمّع الجهاز تلك الجسيمات المشحونة على جزء منه يشبه اللوح ويُسمّى مُجمع الشحنة الكهربائية المعاكسة.- التصوير الجاف للورق:
تستخدم الكهرباء الساكنة في آلة التصوير أو آلة Xerox للنسخ والطباعة الجافة، تدخل الكهرباء الساكنة في عملية صناعة السيارات، إذ تُستخدم الكهرباء الساكنة في بعض مصانع سيارات الكهرباء، ثم رش رذاذ خفيف من الطلاء على جسم المركبة، بعد ذلك تنجذب جزيئات الطلاء المشحونة إلى السيارة وتلتصق بسطحها، بنفس الآلية التي يلتصق فيها البالون المشحون بالحائط.المطلب الأول: شبكة نقل الطاقة الكهربائية:
يمثل نظام النقل الكهربائي جزءا كبيرا ومهما من شبكة النظام الكهربائي، او تلك التي تربط الأنظمة الكهربائية ببعضها من خلال خطوط الربط. (Inteconnector)التي توفر إمكانية نقل الطاقة الكهربائية في الظروف العادية أو الطارئة بجدوى اقتصادية مقبولة.1 تعريف شبكة نقل الكهرباء:
تُعرف شبكة نقل الطاقة الكهربائية بأنها مجموعة من المكونات الهندسية والتقنية التي تعمل معًا لنقل الطاقة الكهربائية عبر مسافات طويلة .2 مكونات شبكة نقل الطاقة الكهربائية وأهميتها:
هذه الشبكة تُعتبر جزءًا أساسيًا من البنية التحتية الكهربائية، وتساهم في تلبية احتياجات المجتمع من الطاقة.‌أ. محطات توليد الطاقة:
تعتبر نقطة البداية لشبكة نقل الكهرباء، حيث يتم توليد الطاقة الكهربائية باستخدام مصادر مختلفة مثل الفحم، الغاز الطبيعي،‌ب. خطوط النقل:
تُستخدم موصلات الألمنيوم أو النحاس في هذه الخطوط12.‌ج. المحولات:
ومحولات الخفض التي تقلل الجهد قبل توزيع الكهرباء على المستهلكين.‌د. تدعم الموصلات المعلقة في الهواء وتساعد في الحفاظ على المسافات المناسبة بين الأسلاك والأرض. هذه الأبراج مصممة لتحمل الظروف الجوية المختلفة14.‌ه. عوازل الخط:
تعمل على عزل الموصلات كهربائيًا عن الأبراج الداعمة، مما يضمن سلامة النظام ويمنع حدوث قصر كهربائي13.‌و. تشمل قواطع الدائرة ومانعات الصواعق وأجهزة التحكم الأخرى التي تحمي النظام من الأعطال وتضمن التشغيل الموثوق. المحطات الفرعية:
تتحكم في توزيع الطاقة الكهربائية وتقوم بتحويل الجهد العالي إلى جهد منخفض مناسب للاستخدام المنزلي والصناعي،2.2 أهمية شبكة نقل الكهرباء :
‌أ. توفير الطاقة بكفاءة:
تساهم الشبكة في توصيل الطاقة الكهربائية بكفاءة عالية من مواقع توليد بعيدة إلى المناطق السكنية والصناعية، مما يساعد في تلبية احتياجات المجتمع من الطاقة.‌ب. تقليل الفقد الكهربائي:
رفع مستوى الجهد أثناء النقل يقلل من التيار وبالتالي يقلل الفقد الكهربائي الناتج عن المقاومة في الموصلات.‌ج. استمرارية الخدمة:
حيث يمكن أن تأتي الكهرباء من خطوط بديلة. التكامل الإقليمي والدولي:
تسهم الشبكات في ربط الدول المختلفة مما يسمح بتبادل الطاقة الكهربائية ويعزز الأمن الطاقي بين الدول. مما يسهم في دعم التنمية الاقتصادية والاجتماعية.3 التحديات التي تواجه شبكات نقل الكهرباء:
تواجه شبكات نقل الكهرباء عدة تحديات معقدة تتطلب استراتيجيات فعالة للتغلب عليها. والبيئية، وتؤثر بشكل مباشر على كفاءة وأمان الشبكات. فيما يلي أبرز التحديات:
تذبذب واكتظاظ الشبكة :
مما يؤدي إلى عدم استقرار الإمدادات. حيث لا تستطيع خطوط النقل استيعاب كميات كبيرة من الطاقة المتجددة في أوقات الذروة
‌ب. ضعف استقرار الشبكة. يتطلب ذلك تحسين تقنيات التحكم والتخزين لضمان توازن العرض والطلب. البنية التحتية القديمة:
المعدات القديمة تؤدي إلى معدلات عطل أعلى، مما يزيد من تكاليف الصيانة ويؤثر على موثوقية الخدمة.‌د. تكامل التكنولوجيا الجديدة:
هذا يتطلب استثمارات كبيرة وتغييرات في كيفية إدارة الشبكات.‌ه. الاستجابة للطلب:
يعتبر إدارة الطلب تحديًا رئيسيًا،‌و. التهديدات السيبرانية:
تزداد المخاطر المرتبطة بالهجمات السيبرانية التي يمكن أن تؤثر على تشغيل الشبكة وسلامتها.‌ز. تواجه شبكات النقل نقصًا في رأس المال اللازم للاستثمار في تحديث البنية التحتية وتوسيع الشبكة لمواجهة الطلب المتزايد .المطلب الثاني: شبكة توزيع الكهرباء
1 تعريف شبكة التوزيع الكهربائي
شبكة توزيع الكهرباء هي الجزء الذي يربط بين شبكة النقل والمستهلكين النهائيين، وتعتبر المرحلة الأخيرة في سلسلة توصيل الطاقة الكهربائية. والمرافق العامة.2 مكونات شبكة توزيع الكهرباء
تعمل على خفض الجهد العالي الذي يتم نقله من الشبكة الرئيسية إلى مستويات جهد مناسبة للاستخدام المحلي (مثل 11 كيلو فولت أو 400 فولت).‌ب. خطوط التوزيع:
‌ج. تقوم بتحويل الجهد الكهربائي من مستوى عالٍ إلى مستوى منخفض مناسب للاستخدام المنزلي أو التجاري.‌د. والمانعات،

المبحث الأول: الطاقة الكهربائية ومصادرها
تُعتبر الطاقة الكهربائية من أهم أشكال الطاقة المستخدمة في الحياة اليومية، حيث تُستخدم في تشغيل الأجهزة الكهربائية، وتدفئة المنازل، وعمليات النقل، والمجالات الصناعية. تُعرف الطاقة الكهربائية بأنها القدرة على القيام بشغل ما، وتتميز بسهولة الاستخدام وسهولة تحويلها لأشكال أخرى من الطاقة رغم صعوبة تخزينها بكميات كبيرة .
*المطلب الأول: مفهوم الطاقة الكهربائية:
1 الطاقة:

• لغة: الطاقة كلمة ذات أصل لاتينيٍ energeوهي تعني قوى فيزيائية تسمح بالحركة، والإطاقة مع القدرة على الشيء ونقول طوقا وأطاقه والاسم.


• أما اصطلاحا: تعرف الطاقة بأنها الوسيلة الرئيسية التي يعتمدها الإنسان لتحقيق عالم أفضل وراحة أكبر وسعادة ورفاه أمثل
  
  إن التعريف السائد للطاقة هو القدرة على القيام بعمل (نشاط) ما، وتعرف أيضا بأنها قدرة المادة على إعطاء قوى قادرة على انجاز عمل معين. هناك عدة صور عديد للطاقة يتمثل أهمها في الحرارة والضوء والصوت، وهناك أيضا الطاقة الميكانيكية التي تولد الآلات.
  2 الكهرباء:
  تعرف الكهرباء (Electricity)بأنها إحدى أشكال الطاقة التي يمكن ملاحظتها والشعور بها في الطبيعة، حيث تنشأ الكهرباء نتيجةً لتدفق الشحنات الثابتة أو المتحركة، إذ تحمل الإلكترونات هذه الشحنات، ونتيجةً لذلك تنشأ أشكال الكهرباء المختلفة من خلال تراكم أو حركة عدد من الإلكترونات، كما يمكن تعريف الكهرباء بأنها الطاقة اللازمة لتشغيل معظم الأجهزة الإلكترونية التي تعمل باستخدام الطاقة الكهربائية؛ كالهواتف والأضواء وحتى ألعاب الفيديو. ويعود الفضل باكتشاف الكهرباء إلى العالم بنجامين فرانكلين، الذي تمكن من اكتشافها في عام 1752م من خلال تجربته
  الشهيرة إذ قام بربط مفتاح معدني في طائرة ورقية، ثم جعلها تحلق أثناء عاصفة رعدية، حيث انتقلت الكهرباء من غيوم العاصفة إلى الطائرة الورقية وتدفقت عبر الخيط وأصابته بصدمة، وفيما يأتي أبرز المصطلحات المرتبطة بالكهرباء:
  ‌أ. الشحنة الكهربائية:
  تعرف الشحنة الكهربائية بأنها المادة الفيزيائية الأساسية للمادة التي تجعلها تتعرض لقوة عند الاحتفاظ بها في مجال كهربائي أو مغناطيسي، وتتمثل الشحنات الكهربائية بنوعين وهما؛ الشحنات الموجبة والشحنات السالبة، حيث تتجاذب الشحنات الكهربائية المتعاكسة، بينما تتنافر الشحنات الكهربائية المتشابهة.
  ‌ب. التيار الكهربائي:
  يعرف التيار الكهربائي بأنه تدفق الشحنات الكهربائية عبر مادة موصلة للكهرباء في فترة زمنية محددة، وعادةً ما ينشأ التيار نتيجةً لحركة الإلكترونات الحرة في المواد الموصلة للكهرباء.
  ‌ج. المجال الكهربائي:
  يعرف المجال الكهربائي بأنه مساحة معينة تتواجد حول جسم ما مشحون كهربائيًا، بحيث يمكن أن تشعر الأجسام الأخرى بقوة هذا المجال عند اقترابها من هذه المساحة.
  ‌د. الجهد الكهربائي:
  يعرف الجهد الكهربائي بأنه مقدار القوة التي تقوم بتحريك الإلكترونات من مناطق الطاقة المرتفعة إلى مناطق الطاقة المنخفضة.
  ‌ه. المغناطيسية:
  هنالك علاقة تربط بين الكهرباء والمغناطيسية، إذ ينشأ عن المجال المغناطيسي تيارًا كهربائيًا، كما أن المجال المغناطيسي قادر على تحريك الشحنات الكهربائية.
  2.1 أنواع الكهرباء:
  1- الكهرباء الساكنة: تعرف الكهرباء الساكنة أيضًا باسم الإستاتيكية(static)، وهي أحد أنواع الكهرباء التي تنشأ نتيجةً لحالة من عدم التوازن بين الشحنات السالبة والموجبة في المواد، وعادةً ما تنتج الكهرباء الساكنة نتيجةً لتلامس المواد الصلبة مع بعضها البعض، ويمكن أن تتسبب الكهرباء الساكنة في العديد من المخاطر؛ كالصدمات المؤلمة، اشتعال بعض أنواع المواد، إتلاف الأجهزة
  الإلكترونية الحساسة، ويعد البرق من أبرز الأمثلة على الكهرباء الساكنة.
   كيفية توليد الكهرباء الساكنة:
  عادةً ما تنتج الكهرباء الساكنة عند ملامسة جسمين لبعضهما البعض وفصلهما، حيث تتولد شحنات كهربائية على أسطح هذه الأجسام تعرف باسم الشحنات السالبة، وفيما يأتي سيتم الحديث عن كيفية توليد الكهرباء الساكنة:


• الاحتكاك:
  والتي تعرف أيضًا باسم الشحن الكهربائي، حيث يتم توليد الكهرباء الساكنة عن طريق انتقال الإلكترونات بين جسمين عند احتكاكهما ببعضهما البعض، فعلى سبيل المثال عند ملامسة المطاط مع فراء الحيوانات، فستقوم ذرات المطاط بسحب الإلكترونات من ذرات فراء الحيوانات، وذلك نتيجةً لكون المطاط يمتلك جاذبية أكبر للإلكترونات من جاذبية فراء الحيوانات، حيث سيسبب ذلك بإحداث اختلال في الشحنات في كلا الجسمين، وبالتالي سينتج عن هذه العملية كهرباء ساكنة.


• الحث:
  تتم هذه الطريقة باستخدام عملية الاستقطاب، حيث يتم توليد الطاقة الساكنة عن طريق الحث دون ملامسة الجسم المراد شحنه بأي جسم آخر مشحون، فعلى سبيل المثال عند تقريب جسم مشحون بشحنة سالبة من كرتين معدنيتين متلامستين تقف كل منهما على عمود عازل، فستتجه الشحنات الموجبة إلى الكرة الأقرب من الجسم المشحون، بينما ستتجه الشحنات السالبة إلى الكرة الأبعد عن الجسم المشحون، وعند إبعاد الكرتين عن بعضهما البعض، فستظل هذه الكرات محتفظة بالشحنات الموجبة أو السالبة التي اكتسبتها من عملية الحث.


• التوصيل:
  تتم عملية توليد الكهرباء الساكنة عن طريق التوصيل من خلال ملامسة جسم مشحون بجسم محايد، فعلى سبيل المثال عند ملامسة صفيحة ألمنيوم ذات شحنة موجبة مع كرة معدنية محايدة، فسيتم شحن الكرة المعدنية المحايدة نتيجةً لتلامسها مع صفيحة الألمنيوم المشحونة، مما سيولد كهرباء ساكنة.
  2- الكهرباء المتحركة:
  تعد الكهرباء المتحركة (Dynamic electricity) هي النوع الثاني للكهرباء، وتعرف الكهرباء المتحركة أيضًا باسم الديناميكية، وهي تدفق الشحنة الكهربائية في اتجاه واحد كما يحدث في التيار الكهربائي، ويعد هذا التيار الناتج عن الكهرباء المتحركة كمية مادية يمكن قياسها والتعبير عنها عدديًا، كما تعد وحدة الأمبير هي الوحدة القياسية للتيار، ومن الجدير بالذكر أن الكهرباء المتحركة هي النوع الذي عادةً ما يتم استخدامه بشكلٍ يومي من قبل مختلف الناس.
   كيفية توليد الكهرباء المتحركة:
  هنالك مجموعة من الطرق التي يمكن من خلالها توليد الكهرباء المتحركة، وفيما يأتي أبرز هذه الطرق:


• مولد الكهرباء:
  يعرف أيضًا باسم الدينامو، وهو جهاز يقوم بتحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية، وعادةً ما تستخدم محطات الطاقة التجارية هذه المولدات لتوفير الكهرباء، وهنالك عدة طرق لتوفير الطاقة اللازمة لتشغيل مولدات الكهرباء؛ كالتوربينات أو طاقات المفاعل النووي.


• التوليد الكيميائي للكهرباء:
  يمكن توليد الكهرباء عن طريق حركة الإلكترونات من عنصر إلى آخر في تفاعلات الأكسدة والاختزال، بحيث تفيد هذه الطريقة في معالجة المعادن وصناعة البطاريات.


• التوليد الضوئي للكهرباء:
  يمكن أن تتحرك الجسيمات المشحونة من أو داخل مادة ما عند امتصاصها للإشعاع الكهرومغناطيسي، بحيث تستخدم هذه الطريقة في الخلايا الشمسية وأجهزة التوصيل الضوئي.
  3 تعريف الطاقة الكهربائية:
  الطاقة الكهربائية هي عبارة عن تحويل الطاقات المتواجدة في الطبيعة، فيمكن الحصول عليها عن طريق الصواعق والاحتكاك ولكن هذا صعب وغير مجدٍ اقتصادياً. ولكن يمكن توليد الطاقة الكهربائية بعدة طرق أخرى منها الكيميائية مثل البطاريات أو عن طريق تحويل الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية وذلك بتحريك سلك موصل في مجال مغناطيسي كما في المولدات الكهربائية أو بتسخين مزدوج حراري كما في المزدوجة الحرارية. وهي شكل من أشكال الطاقة الناتجة عن تدفق الكهرباء في الدوائر الكهربائية حيث يتم توليدها عن طريق تحويل الطاقات الأخرى إلى طاقة كهربائية، مثل الطاقة الميكانيكية أو الطاقة الشمسية والرياح.
  يمكن تعريف الطاقة الكهربائية بالإنجليزي(Energyélectrique): بمقدار الشغل المبذول في الدارة الكهربائية اللازمة لتحريك الشحنات الكهربائية إذ تسمى هذه الحركة بالتيار الكهربائي ، وتخضع الطاق لقانون حفظ الطاقة الذي ينص على أن الطاقة لا تفنى ولا تستحدث وإنما تتحول من شكل إلى آخر، وعليه فإن الطاقة الكهربائية تتحول إلى ميكانيكية في المحركات والطاقة الحركية تتحول إلى كهربائية في المولدات، وغيرها من الأمثلة. المختلفة والمتنوعة والتي تتميز بسهولة تحوليها إلى طاقة، وتعد الطاقة الكهربائية مصدراً ثانوياً لعدم القدرة على استخراجها من باطن الأرض أو تعديلها على العكس من المصادر المشتقة من الطاقة الأولية كطاقة الشمس وطاقة الرياح والفحم والنفط والغاز الطبيعي.
  وتعد الطاقة الكهربائية إحدى أهم العناصر الأساسية التي تفيدنا في حياتنا اليومية والتي نحصل عليها من الموارد الطبيعية لتلبية احتياجاتنا في شتي المجالات مثل تشغيل كافة الأجهزة المنزلية والتجارية والصناعية.
  المطلب الثاني: مصادر الطاقة الكهربائية:
  يدرج فيما يلي أبرز أنواع مصادر الطاقة الكهربائية:
  1 الوقود الأحفوري:
  يعرف الوقود الأحفوري (بالإنجليزية:Fossil fuels) بأنه مواد أصلها نباتات وحيوانات متحللة دُفنت تحت طبقات الصخور والرواسب لآلاف السنين، وتحولت فيما بعد إلى مواد غنية بعناصر الكربون والهيدروجين، حيثُ تشكّل عمليّة حرقها مصدرًا من مصادر الطاقة التي تُستخدم في قطاعات التدفئة وتوليد الكهرباء والصناعة والنقل. ويشتمل الوقود الأحفوري على عدّة أنواع أشهرها، الفحم الحجري، والنفط، والغاز الطبيعي،
  2 الفحم:
  تعتمد محطات توليد الطاقة بشكل كبير على البخار الناتج عن الفحم (بالإنجليزية: Steam Coal) لتوليد الكهرباء، ويعرف باسم الفحم الحراري، ويزوّد محطات توليد الطاقة بما نسبته 41% من الكهرباء، ويتمّ تحويله إلى طاقة كهربائية عن طريق الخطوات الآتية:


• تحويل الفحم إلى مسحوق ناعم عن طريق طحنه، حتى يتم حرقه بسرعة أكبر.


• حرق مسحوق الفحم على درجات حرارة عالية وفق أنظمة احتراق معينة.


• تمرير الماء عبر أنابيب ضيقة، حيث تعمل الطاقة الحرارية الناتجة عن احتراق الفحم على تحويل الماء إلى بخار.


• تشغيل المولّدات عن طريق البخار الناتج، لإنتاج الكهرباء .
  3 الغاز الطبيعي:
  يُعرف الغاز الطبيعي (بالإنجليزية:Natural Gas )على أنّه مجموعة من الغازات الغنية بمركبات الهيدروكربون أبرزها؛ غاز الميثان، والنيتروجين، وثاني أكسيد الكربون والذي يتواجد في طبقات باطن الأرض إلى جانب أنواع الوقود الأحفوري الأخرى كالنفط والفحم، ويستخدم الغاز الطبيعي في توليد الكهرباء من خلال الطرق الآتية:
  ‌أ. وحدات توليد البخار:
  (بالإنجليزية: SteamGénération Units)، يحدث في هذه الوحدة عمليّة حرق الغاز لطبيعي لتسخين المياه في السخان وإنتاج البخار المُستخدم في تشغيل التوربينات وبالتالي توليد الكهرباء، ويُشار إلى أنّ هذا النوع من التقنيات له كفاءة إنتاجية منخفضة.
  ‌ب. توربينات الغاز المركزية:
  (بالإنجليزية Centralized Gas Turbines) يعتمد مبدأ عمل هذه الوحدات على استخدام الغازات الساخنة المنبعثة من عملية حرق الغاز الطبيعي في تحريك التوربينات وتوليد الطاقة الكهربائية، وتتمتع هذه الوحدات بسرعة التشغيل وسهولته.
  ‌ج. وحدات الدورة المركّبة:
  تشتمل هذه الوحدات على توربينات الغاز ووحدات البخار معًا بحيث تعمل توربينات الغاز كما ذُكِر سابقًا وتُولّد الكهرباء، وعلى الجانب الآخر يحدث استغلال الحرارة الناتجة بهدف إنتاج البخار وبالتالي توليد الكهرباء، ويُشار إلى أنّ هذه الوحدات أكثر كفاءًة من التقنيات السابقة.
  ‌د. النفط:
  يعرّف النفط (بالإنجليزيةOil: )على أنّه سائل يتشكّل نتيجة تحلل المواد العضوية في باطن الأرض على مدى ملايين السنين، وهو أحد موارد الطاقة غير المتجددة، والذي يمر بعمليات تكرير تهدف إلى الحصول على أنواع الوقود المُختلفة منها، البنزين، والكيروسين، وغاز النفط المُسال، وما ينتُج عن التقطير مثل؛ الديزل ووقود الطائرات، إضافة إلى وقود المخلّفات المُستخدم في قطاعي الصناعة والكهرباء. فيما يأتي أبرز الطُرق المُستخدمة لتحويل النفط إلى كهرباء:
  ‌ه. البخار التقليدي:
  (بالإنجليزية:ConventionnelSteam) يحدث من خلال هذه التقنية عمليّة حرق النفط بهدف تسخين المياه لإنتاج البخار المُستخدم في توليد الطاقة الكهربائية.
  ‌و. توربينات الاحتراق:
  (بالإنجليزية Combustion turbine) حرق النفط تحت ضغط محدد بهدف إنتاج غازات العوادم الساخنة التي تستخدم في تحريك التوربينات وبالتالي توليد الطاقة الكهربائية.
  
  ‌ز. تقنية الدورة المركّبة:
  (بالإنجليزية:Combined-cycle technology) يعتمد مبدأ عمل هذه التقنية على حرق النفط في توربينات متخصصة تُدعى توربينات الاحتراق والتي ينتج منها غازات العوادم الساخنة المُستخدمة في توليد الكهرباء، ويليها إعادة استخدام تلك الغازات في غلي مياه السخّان وتوليد البخار المُستخدم في تشغيل التوربين الآخر.
  4 الطاقة المتجددة:
  يُمكن تعريف الطاقة المتجددة (بالإنجليزيةRenewable energy:)على أنّها طاقة يُحصل عليها من موارد تتجدد على نحوٍ طبيعي، ومنها؛ الطاقة الشمسية وطاقة الرياح. ويُشار إلى أنّ هذا النوع من الطاقة لا يصدر عنه انبعاثات كربونية على عكس مصادر الوقود الأحفوري مثل الفحم والنفط والتي تُعد من مصادر الطاقة غير المتجددة ومواردها محدودة. وينتُج عن عمليّة احتراق الوقود الأحفوري غازات ثاني أكسيد الكربون والميثان، وفيما يلي أبرز أنواع الطاقة المتجددة:
  4.1 أنواع الطاقة المتجددة:
  ‌أ. الطاقة المائية:
  يُمكن استخدام المياه المُتدفقة لتوليد الطاقة الكهربائية، عن طريق مولدات كهربائية تعمل على تحويل الطاقة الحركية الموجودة في المياه المتحركة إلى طاقة كهربائية، ويحدث ذلك عن طريق استخدام السدود، حيث تتدفق المياه من أعلى السد إلى أسفله، فيعمل ضغط المياه المُتدفقة على تدوير المُولدات وإنتاج الكهرباء.
  ‌ب. الطاقة الشمسية:
  يتمُّ تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية عن طريق الألواح الكهروضوئية، حيث تمتص هذه الألواح أشعة الشمس مُسببةً ما يسمى بالتأثير الضوئي (بالإنجليزية: (photoelectric effect، الذي ينتج عنه توليد تيار كهربائي يُمكن توزيعه على المنازل.
  ‌ج. طاقة الرياح:
  تُستخدم طاقة الرياح في تشغيل توربينات الرياح بهدف توليد الطاقة الكهربائية، حيثُ يعتمد مبدأ عملها على استخدام شفرات طويلة تشبه أجنحة الطائرة تعمل على تجميع الطاقة الحركية الناشئة من تدفق الرياح فوق الشفرات والذي بدوره يؤدي إلى دورانها. وترتبط تلك الشفرات بجزء متحرك يعمل على تشغيل توربينات موّلدة ينتُج عنها الطاقة الكهربائية.
  ‌د. الطاقة الحيوية:
  تمثّل الطاقة الحيوية أو ما يُعرف بطاقة الكتلة الحيوية (بالإنجليزية:Biomass energy ).موادًا عضوية متجددة ومصدرها النباتات والحيوانات، وتُستخدم هذه الطاقة كوقود في قطاعات متعددة منها؛ التدفئة، والنقل، وتوليد الكهرباء. ويُشار إلى أنّ الكتلة الحيوية تحتوي على طاقة كيميائية مصدرها أشعة الشمس فعلى سبيل المثال تصنع النباتات الكتلة الحيوية بواسطة عمليّة البناء الضوئي، وفيما يلي أبرز المصادر التي يمكن الحصول على الطاقة الحيوية من خلالها:


• لأخشاب ومخلّفات عملية معالجة الأخشاب، والحطب، ونشارة الخشب.


• المحاصيل الزراعية مثل الذرة، وفول الصويا، وقصب السكر، والطحالب، ومخلّفا عمليّة معالجة الأغذية.


• مواد النفايات المنزلية الصلبة ذات المنشأ الحيوي مثل، القطن، والورق، والمصنوعات الصوفية، والأغذية، ومخلّفات الخشب.


• روث الحيوانات ومخلفات الصرف الصحي البشريّ.
  ‌ه. الطاقة الحرارية الجوفية:
  تُعرف الطاقة الحرارية الجوفية (بالإنجليزية:Geothermal Energy)بأنّها حرارة تصدُر من باطن الأرض، وتعد إحدى مصادر الطاقة المتجددة وذلك يعود إلى استمرارية إنتاج الأرض للحرارة، وتُستخدم هذه الطاقة في عدة مجالات منها، التدفئة، وتوليد الكهرباء. ويعتمد مبدأ عمل وحدات الطاقة الحرارية الجوفية على توليد الكهرباء على البخار الذي يتشكّل من خلال مناطق المياه الساخنة التي تتواجد تحت سطح الأرض والذي بدوره يُشغّل توربينات مولدات الكهرباء، وفيما يلي أبرز تقنيات تحويل الطاقة الحرارية الجوفية إلى كهرباء:
   البخار الجاف:
  (بالإنجليزية:Dry steam)، تعمل وحدات توليد الطاقة الحرارية بالبخار الجاف من خلال استخدام بخار الخزانات الجوفية وتوجيهه إلى وحدات توليد الطاقة مباشرةً لتشغيل التوربينات التي بدورها تنتج الكهرباء .
   البخار السريع:
  (بالإنجليزية (Flash steam: تُعدّ هذه التقنية الأكثر شيوعًا وتُستخدم فيها خزانات المياه الجوفية الساخنة ذات درجات الحرارة التي تتجاوز 182 درجة مئوية، بحيث ينتقل الماء الساخن في هذه الخزانات تحت تأثير ضغطها الخاص، وعندما ينتقل إلى الأعلى فإنّ الضغط يقل، ويتشكّل البخار من غليان الماء والذي يُفصل فيما بعد عنه ليُستخدم في تشغيل التوربينات وتوليد الكهرباء .
   تقنية ثنائي الدورة:
  (بالإنجليزية:Binary cycle)، تستخدم وحدات هذه التقنية الماء عند درجات حرارة تتراوح ما بين 107-182 درجة مئوية بهدف تسخين مائع يُطلق عليه السائل العامل والذي غالبًا ما يكون مركب عضوي له نقطة غليان منخفضة، حيثُ يتبخر هذا السائل في مبادل حراري كي يُستخدم فيما بعد في تشغيل التوربينات وتوليد الكهرباء.
  ‌و. الطاقة النووية:
  تعدُّ الطاقة النووية (بالإنجليزية (Nuclear power: إحدى مصادر الطاقة الكهربائية، ولكنها تُنتج ما نسبته 4.7% فقط من الطاقة، ويعود ذلك إلى مخاطرها التي لا يُمكن التغاضي عنها، حيث إن حدوث أي خلل في النظام يؤدي إلى حدوث انصهار نووي، إضافة إلى النشاط الإشعاعي الهائل الناتج عن حرق الوقود، الذي يعدُّ التخلُّص منه أمراً صعباً إلى جانب خطره على البيئة. وعلى الرغم من ذلك، تلجأ بعض الدول إلى هذه الطريقة نظراً لكلفتها المعتدلة وفاعليتها، ويتمُّ توليد الكهرباء عن طريق حدوث انشطار نووي لذرات اليورانيوم، إذ ينتج عن هذا الانشطار طاقة حرارية تعمل على إنتاج البخار الذي يعمل على تشغيل مولدات تُنتج الطاقة الكهربائية. تُستخدم الطاقة الكهربائية في كافة جوانب الحياة ويتمكن البشر باستخدامها من ممارسة أنشطتهم اليومية وأعمالهم، وبالتالي النمو والازدهار، وتتنوع مصادر إنتاج الطاقة الكهربائيّة والتي عادةً ما تكون إمّا مصادر متجددة، وتشمل كلًّا من طاقة المياه، والطاقة الشمسية، وطاقة الحرارة الجوفية، والطاقة الحيوية، وكذلك الطاقة النووية، أو مصادر غير متجددة، وتشمل: الوقود الأحفوري بأنواعه المختلفة.
  المطلب الثالث: أهمية الطاقة الكهربائية في الحياة اليومية:
  1 زيادة إنتاجية القطاع الصناعي:
  تُستخدم الكهرباء في القطاع الصناعي لتشغيل المُحرّكات، والآلات المختلفة والأضواء، وأجهزة الحواسيب، والمعدّات المكتبيّة، ومعدّات التدفئة، والتبريد، والتهوية في المنشآت والأبنية، بحيث تشتري مُعظم المرافق الصناعيّة الكهرباء من مرافق التزويد بالطاقة الكهربائية، أو من منتجي الطاقة المستقلّين، بينما تولّد بعض هذه المرافق الكهرباء لاستخدامها في تشغيل المصانع عن طريق حرق الوقود.
  تغيَّر وجهُ العالم الصناعيِّ مع بداية الثورة الصناعية في القرن التاسع عشر بفضل استخدام الكهرباء في صناعة المنتجات، وساهمت الطاقة الكهربائية في إنتاج السلع بشكل أسرع، وأكثر إتقاناً، وأعلى جودة، أمّا في العصر الحالي فقد زاد استخدام الآلات الكهربائية، ممّا أدّى إلى زيادة إنتاج السلع المتعددة، والقدرة على تشغيل الآلات في جميع الصناعات سواءً أكانت الكبيرة أم الصغيرة، الأمر الذي ساهم في نموّ الصناعات، وتحسين حالة أفراد المجتمع.
  2 تطوير القطاع الزراعي:
  تُساهم الكهرباء بشكل فعّال في مجال الزراعة، حيث تُستخدَم العديد من التطبيقات الحديثة التي تعمل بالكهرباء في مجالات متنوّعة في القطاع الزراعي، وتتراوح تلك التطبيقات من البسيط نسبيّاً إلى الأكثر تعقيداً، مثل تلك المُستخدَمة في معالجة مواد الخام المستخرجة من الطبيعة، وتحويلها إلى شكل آخر قابل للاستفادة، بالإضافة إلى التطبيقات الكهربائيّة التي تسمح بإيجاد بيئة خاضعة للرقابة في بيوت تربية الماشية، كبيوت الدواجن، وفي البيوت البلاستيكيّة الخاصّة بالمحاصيل الزراعيّة المُختلفة.
  
  تلعب الكهرباء دوراً أساسياً في مزارع الألبان، من خلال توفير المعدّات اللازمة للحفاظ على جودة المنتجات، وتتمّ عمليّة إدارة المزارع والتحكم بالمعدّات الكهربائية باستخدام الحاسوب، وبالإضافة إلى ذلك تمّ تطوير معدّات تعمل بالطاقة الكهربائيّة لحفظ المحاصيل وتخزينها، ممّا ساهم في التغلُّب على تغيّرات الأحوال الجويّة السيّئة، وتقليل وقت العمل، وعدد الأيدي العاملة.
  تُساعد الكهرباء على زيادة إنتاجيّة المزارعين، حيث تتيح للمُزارع إمكانية تشغيل الآلات الكهربائيّة، وتُساعدهم على استغلال أوقاتهم والاستفادة منها بشكل أفضل، والحصول على كميات إنتاجيّة أكبر، وتساهم في تطوير استراتيجيات الريّ لديهم، وتحسين مستوى أنشطتهم الزراعيّة.
  3 تسهيل عملية التعليم:
  يُمكن للكهرباء أن توفّر العديد من الخدمات في مجال التعليم داخل الفصول الدراسية في المدارس، والجامعات، والمعاهد، ومن هذه الخدمات الإضاءة التي يُمكن من خلالها التدريس في الفصول المدرسية في أيّ وقت من اليوم، كما تُسهّل الكهرباء من عملية الاستفادة من تكنولوجيا المعلومات والاتصالات في الصفوف الدراسية، من خلال استخدام أجهزة التلفاز، والحواسيب.
  يجد الذكر هنا أنّ البنية التحتية السيئة الخاصة بالمدارس يُمكن أن تؤثر سلباً في كل من المعلمين والطلاب خلال العملية التعليمية في حال عدم وجود الكهرباء، وذلك لافتقارهم للأدوات والوسائل التكنولوجيّة التي تسهّل العمليّة الدراسيّة بأكملها.
  4 استحداث طرق تجارة جديدة:
  يعتمد القطاع التجاري على الطاقة الكهربائية بشكل كبير، إذ تُعدّ أساس الخدمات التجارية التي تُزوِّدُ المستهلكين من الصناعات المختلفة باحتياجاتهم، كما ساهمت في فتح مجال تجاريّ جديد في العصر الحالي؛ ألّا وهو مجال التجارة الإلكترونية، بحيث سهلت عملية التواصل مع المناطق الجغرافية البعيدة عن طريق استخدام الهاتف المحمول والإنترنت، واللذان يعتمدان بشكل رئيسي على الكهرباء.
  يشتمل استخدام الكهرباء في القطاع التجاري على التدفئة والتبريد، وإضاءة المباني والساحات التجارية، كما تُستخدَم الكهرباء في الشركات والمراكز التجارية في جميع أنحاء المدن لتشغيل أجهزة الحاسوب، والفاكس، وآلات النسخ والطباعة، والمصاعد والأدراج الكهربائية، وغيرها الكثير.
  5 تحسين الرعاية الصحية:
  أدّى استخدام الكهرباء إلى الوصول إلى علاج الكثير من الأمراض عن طريق استخدام أجهزة العلاج الكهربائيّ، وتشغيل الآلات والمعدّات الكهربائيّة عند القيام بالعمليات الجراحيّة، هذا إلى جانب قدرتها على تصوير الأجهزة الداخليّة في الجسم من خلال استخدام الأشعة السينيّة.
  
  توفِّر الكهرباء أيضًا بيئة مناسبة للمحافظة على صلاحية المطاعيم والأدوية، وتساهم في إنشاء شبكة معلومات طبية تربط العيادات الصحية الصغيرة بالمختصين والمستشفيات الكبيرة في حالات الطوارئ، كما ساهمت في زيادة أعداد المرضى المعالجين خلال اليوم الواحد بفضل توفير الإضاءة المناسبة للعلاج خلال فترة الليل، مما أدّى إلى تقليل نسبة الوفيات.
  6 تشغيل الأجهزة الضرورية في المنزل:
  تعمل الكهرباء على تشغيل الأجهزة الكهربائية الضرورية للحياة اليومية كالثلاجة، والغسالة، وشحن الأجهزة الخلوية والحواسيب، والتدفئة والتبريد وغيرها، وهي أجهزة ضروريّة تعمل على تسهيل الحياة بشكل كبير وملحوظ دون مشقّة، كما توفّر الكهرباء الإنارة للمنازل التي لا غنى عنها.
  7 إنارة المدن:
  تُعدّ الكهرباء أساس الحياة الحديثة، وأساسها خاصة في المدن، وتُعتبر إنارة المدن واحدة من أهم فوائد الكهرباء للمدن، وتشمل إنارة الطرق الداخلية والخارجية، إلى جانب تشغيل الإشارات الضوئية التي تسمح للسائقين بالمرور أو التوقف وبالتالي تنظيم السير، والعمل، والحياة بشكل عام في المجتمع المدني.
  8 التسلية:
  تعمل الكهرباء على تشغيل الكثير من الأجهزة التي تُوفّر التسلية والترفيه للإنسان، كالتلفاز، وشاشات العرض، إلى جانب ألعاب الفيديو، والألعاب الكهربائية للأطفال التي تخلقُ لهم جوًّا من المتعة والترفيه والتي لا يمكن لها أن تعمل دون وجود الكهرباء.
  9 رفع درجة الأمن المجتمعي:
  تعمل الكهرباء على تبديد القلق وزيادة الأمان عبر التقليل من عزلة المناطق الريفية وحتّى المدن عن بعضها البعض، وذلك عبر تشغيل مصابيح الإنارة الخارجية على الطّرقات، وأجهزة الإنذار، وأنظمة الحماية، وإشارات المرور، وهو ما ينعكس إيجابًا على أمن المجتمع وسلامة مواطنيه.
  10 تحسين قطاع المواصلات:
  تعمل الطاقة الكهربائية على تشغيل المركبات الموفّرة للطاقة، إذ تتميز هذه المركبات بتصميم خاصٍ يساهم في منع تأثير الهواء الخارجيّ على السيارة أثناء قيادتها، مما يُساهم بتقليل الطاقة المستخدمة للتشغيل أولًا، والحفاظ على البيئة من الملوثات والغازات التي تُطلقها السيارات المُعتمدة على الطاقة البترولية.
  أهمية الكهرباء الساكنة في حياتنا:
  تُعرّف الكهرباء الساكنة بأنّها ظاهرة كهربائية تنتقل فيها الجسيمات المشحونة من جسم إلى آخر، وتنشأ الكهرباء الساكنة عادًة عند فرك جسمين مع بعضهما البعض بحيث يتكوّن كل منهما من مواد عازلة للكهرباء، ويُساعد الهواء الجاف على نشأة الكهرباء السكونية بشكل أكبر.
  تنشأ بين الأجسام المشحونة بالكهرباء السكونية شحنةً كهربائيّةً سكونيّةً متساوية في المقدار، ومتعاكسة في الاتجاه. يُمكن أن تُسبّب الكهرباء الساكنة الإزعاج لدى بعض الناس عند التعرض لها، إلا أنّ للكهرباء الساكنة فوائد كثيرة، ومنها ما يأتي:


• تنقية الهواء من الملوثات:
  تُستخدم الكهرباء الساكنة في الحد من التلوث من خلال استخدام جهاز يعمل على الشحنات الثابتة على جزيئات الأوساخ في الهواء، بحيث يُجمّع الجهاز تلك الجسيمات المشحونة على جزء منه يشبه اللوح ويُسمّى مُجمع الشحنة الكهربائية المعاكسة.


• التصوير الجاف للورق:
  تستخدم الكهرباء الساكنة في آلة التصوير أو آلة Xerox للنسخ والطباعة الجافة، ويكون ذلك عبر شحن الحبر كهربائيًا بحيث يلتصق بالورق بشكل دقيق.


• دهان السيارات:
  تدخل الكهرباء الساكنة في عملية صناعة السيارات، إذ تُستخدم الكهرباء الساكنة في بعض مصانع سيارات الكهرباء، ويكون ذلك عبر شحن الطلاء بشحنة كهربائية، ثم رش رذاذ خفيف من الطلاء على جسم المركبة، بعد ذلك تنجذب جزيئات الطلاء المشحونة إلى السيارة وتلتصق بسطحها، بنفس الآلية التي يلتصق فيها البالون المشحون بالحائط.

المبحث الثاني: شبكات نقل وتوزيع الطاقة الكهربائية:
المطلب الأول: شبكة نقل الطاقة الكهربائية:
يمثل نظام النقل الكهربائي جزءا كبيرا ومهما من شبكة النظام الكهربائي، ويعرف بأنه ذلك الجزء الذي يصل بين محطات التوليد وشبكات التوزيع، او تلك التي تربط الأنظمة الكهربائية ببعضها من خلال خطوط الربط. (Inteconnector)التي توفر إمكانية نقل الطاقة الكهربائية في الظروف العادية أو الطارئة بجدوى اقتصادية مقبولة.
1 تعريف شبكة نقل الكهرباء:
تُعرف شبكة نقل الطاقة الكهربائية بأنها مجموعة من المكونات الهندسية والتقنية التي تعمل معًا لنقل الطاقة الكهربائية عبر مسافات طويلة .
2 مكونات شبكة نقل الطاقة الكهربائية وأهميتها:
تتكون شبكة نقل الكهرباء من عدة مكونات أساسية تلعب دورًا حيويًا في توصيل الطاقة الكهربائية من محطات التوليد إلى محطات التوزيع. هذه الشبكة تُعتبر جزءًا أساسيًا من البنية التحتية الكهربائية، وتساهم في تلبية احتياجات المجتمع من الطاقة.
2.1 مكونات شبكة نقل الكهرباء:
‌أ. محطات توليد الطاقة:
تعتبر نقطة البداية لشبكة نقل الكهرباء، حيث يتم توليد الطاقة الكهربائية باستخدام مصادر مختلفة مثل الفحم، الغاز الطبيعي، الطاقة النووية، والطاقة المتجددة (مثل الطاقة الشمسية والرياح).
‌ب. خطوط النقل:
تنقل الكهرباء عبر مسافات طويلة بجهد عالٍ (عادةً بين 110 إلى 760 كيلو فولت) لتقليل الفقد في الطاقة. تُستخدم موصلات الألمنيوم أو النحاس في هذه الخطوط12.
‌ج. المحولات:
تشمل محولات الرفع التي تزيد من مستوى الجهد لتسهيل النقل، ومحولات الخفض التي تقلل الجهد قبل توزيع الكهرباء على المستهلكين. هذه المحولات تساهم في تحسين كفاءة النقل.
‌د. أبراج الدعم:
تدعم الموصلات المعلقة في الهواء وتساعد في الحفاظ على المسافات المناسبة بين الأسلاك والأرض. هذه الأبراج مصممة لتحمل الظروف الجوية المختلفة14.
‌ه. عوازل الخط:
تعمل على عزل الموصلات كهربائيًا عن الأبراج الداعمة، مما يضمن سلامة النظام ويمنع حدوث قصر كهربائي13.
‌و. أجهزة الحماية:
تشمل قواطع الدائرة ومانعات الصواعق وأجهزة التحكم الأخرى التي تحمي النظام من الأعطال وتضمن التشغيل الموثوق.
‌ز. المحطات الفرعية:
تتحكم في توزيع الطاقة الكهربائية وتقوم بتحويل الجهد العالي إلى جهد منخفض مناسب للاستخدام المنزلي والصناعي، مما يجعلها نقطة الربط بين شبكة النقل وشبكة التوزيع.
2.2 أهمية شبكة نقل الكهرباء :
‌أ. توفير الطاقة بكفاءة:
تساهم الشبكة في توصيل الطاقة الكهربائية بكفاءة عالية من مواقع توليد بعيدة إلى المناطق السكنية والصناعية، مما يساعد في تلبية احتياجات المجتمع من الطاقة.
‌ب. تقليل الفقد الكهربائي:
رفع مستوى الجهد أثناء النقل يقلل من التيار وبالتالي يقلل الفقد الكهربائي الناتج عن المقاومة في الموصلات.
‌ج. استمرارية الخدمة:
تصميم الشبكات بشكل متداخل يضمن أن الإمداد الكهربائي مستمر حتى في حالة حدوث أعطال، حيث يمكن أن تأتي الكهرباء من خطوط بديلة.
‌د. التكامل الإقليمي والدولي:
تسهم الشبكات في ربط الدول المختلفة مما يسمح بتبادل الطاقة الكهربائية ويعزز الأمن الطاقي بين الدول.
تعتبر شبكة نقل الكهرباء عنصرًا حيويًا لضمان توفير الطاقة بشكل مستدام وموثوق، مما يسهم في دعم التنمية الاقتصادية والاجتماعية.
3 التحديات التي تواجه شبكات نقل الكهرباء:
تواجه شبكات نقل الكهرباء عدة تحديات معقدة تتطلب استراتيجيات فعالة للتغلب عليها. هذه التحديات تتعلق بالتغيرات التكنولوجية، والبيئية، والاقتصادية، وتؤثر بشكل مباشر على كفاءة وأمان الشبكات. فيما يلي أبرز التحديات:
‌أ. تذبذب واكتظاظ الشبكة :
تعتبر تذبذب مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح من أكبر التحديات، حيث إن إنتاجها يعتمد على الظروف الجوية، مما يؤدي إلى عدم استقرار الإمدادات. هذا التذبذب يمكن أن يسبب اكتظاظًا في الشبكة، حيث لا تستطيع خطوط النقل استيعاب كميات كبيرة من الطاقة المتجددة في أوقات الذروة
‌ب. ضعف استقرار الشبكة.
تواجه الشبكات الكهربائية صعوبة في الحفاظ على الاستقرار بسبب زيادة الاعتماد على مصادر الطاقة المتجددة. يتطلب ذلك تحسين تقنيات التحكم والتخزين لضمان توازن العرض والطلب.
‌ج. البنية التحتية القديمة:
تعاني العديد من شبكات الكهرباء من بنية تحتية قديمة تحتاج إلى تحديثات كبيرة لتلبية الطلب المتزايد. المعدات القديمة تؤدي إلى معدلات عطل أعلى، مما يزيد من تكاليف الصيانة ويؤثر على موثوقية الخدمة.
‌د. تكامل التكنولوجيا الجديدة:
يجب على مشغلي الشبكات دمج تقنيات جديدة مثل أنظمة تخزين الطاقة والشبكات الذكية ضمن سياسات وإجراءات قديمة. هذا يتطلب استثمارات كبيرة وتغييرات في كيفية إدارة الشبكات.
‌ه. الاستجابة للطلب:
يعتبر إدارة الطلب تحديًا رئيسيًا، حيث يجب على مشغلي الشبكات التعامل مع تقلبات الأحمال الكهربائية وضمان قدرة الشبكة على الاستجابة لزيادة الطلب، خاصة مع تزايد استخدام السيارات الكهربائية.
‌و. التهديدات السيبرانية:
مع زيادة الاعتماد على التكنولوجيا الرقمية، تزداد المخاطر المرتبطة بالهجمات السيبرانية التي يمكن أن تؤثر على تشغيل الشبكة وسلامتها.
‌ز. الاستثمارات المالية:
تواجه شبكات النقل نقصًا في رأس المال اللازم للاستثمار في تحديث البنية التحتية وتوسيع الشبكة لمواجهة الطلب المتزايد .
تتطلب مواجهة هذه التحديات جهودًا متكاملة بين الحكومات، ومشغلي الشبكات، والمستثمرين لضمان تطوير شبكة كهربائية أكثر مرونة وكفاءة.
المطلب الثاني: شبكة توزيع الكهرباء
1 تعريف شبكة التوزيع الكهربائي
شبكة توزيع الكهرباء هي الجزء الذي يربط بين شبكة النقل والمستهلكين النهائيين، وتعتبر المرحلة الأخيرة في سلسلة توصيل الطاقة الكهربائية. تهدف هذه الشبكة إلى توزيع الكهرباء من المحطات الفرعية إلى المنازل، والمصانع، والمرافق العامة.
2 مكونات شبكة توزيع الكهرباء
‌أ. محطات التحويل:
تعمل على خفض الجهد العالي الذي يتم نقله من الشبكة الرئيسية إلى مستويات جهد مناسبة للاستخدام المحلي (مثل 11 كيلو فولت أو 400 فولت).
‌ب. خطوط التوزيع:
تتكون من كابلات هوائية أو أرضية تنقل الكهرباء من محطات التحويل إلى المستهلكين. تُستخدم خطوط التوزيع ذات الجهد المتوسط (6.6 - 33 كيلو فولت) والجهد المنخفض (220-380 فولت).
‌ج. محولات التوزيع:
تقوم بتحويل الجهد الكهربائي من مستوى عالٍ إلى مستوى منخفض مناسب للاستخدام المنزلي أو التجاري.
‌د. أجهزة الحماية:
تشمل قواطع الدائرة، والمانعات، وأجهزة التحكم التي تحمي الشبكة من الأعطال وتضمن التشغيل الآمن.
‌ه. لوحات التوزيع:
تستخدم لتوزيع الطاقة الكهربائية إلى مختلف الدوائر في المباني السكنية أو الصناعية، وتحتوي على قواطع الدائرة وأجهزة قياس.
‌و. الكابلات والتوصيلات:
تشمل الكابلات الأرضية والأسلاك الهوائية التي تربط بين مختلف مكونات الشبكة وتوصل الكهرباء إلى المستهلكين.
3 وظائف شبكة توزيع الكهرباء
‌أ. توزيع الطاقة:
تقوم بتوزيع الطاقة الكهربائية من محطات التحويل إلى المستهلكين النهائيين، مما يضمن وصول الكهرباء بشكل موثوق.
‌ب. تحويل الجهد:
تعمل على تحويل الجهد العالي إلى جهد منخفض مناسب للاستخدام في المنازل والمرافق التجارية والصناعية.
‌ج. حماية النظام:
تضمن أجهزة الحماية سلامة الشبكة من الأعطال الكهربائية، مما يقلل من المخاطر المتعلقة بالحرائق أو الأضرار الأخرى.
‌د. تحسين الكفاءة:
تسهم الشبكة في تحسين كفاءة نقل الطاقة وتقليل الفقد الكهربائي أثناء عملية التوزيع.
‌ه. تلبية الطلب المتزايد:
تساعد في تلبية الطلب المتزايد على الطاقة من خلال توفير إمدادات كهربائية موثوقة للمستهلكين.
تعتبر شبكة توزيع الكهرباء جزءًا أساسيًا من البنية التحتية للطاقة في أي مجتمع، حيث تضمن توفير الطاقة الكهربائية بشكل مستمر وآمن للمستهلكين في مختلف القطاعات.
المطلب الثالث: كفاءة شبكات الكهربائية:
1 تعريف كفاءة الشبكة الكهربائية:
كفاءة الشبكة الكهربائية تشير إلى مدى فعالية الشبكة في نقل وتوزيع الطاقة الكهربائية من محطات التوليد إلى المستهلكين مع الحد الأدنى من الفقد في الطاقة. يتم حساب كفاءة الشبكة من خلال نسبة الطاقة الكهربائية التي تصل إلى المستهلكين إلى إجمالي الطاقة التي تم توليدها. تعكس هذه الكفاءة قدرة الشبكة على توفير الطاقة المطلوبة بأقل تكلفة وأعلى جودة، مما يسهم في تحسين الأداء العام للنظام الكهربائي. تتضمن كفاءة الشبكة الكهربائية عدة جوانب، منها:
‌أ. كفاءة توليد الطاقة: تعتمد على مدى فعالية محطات توليد الطاقة في تحويل مصادر الطاقة إلى كهرباء.
‌ب. كفاءة النقل: تشير إلى مدى فعالية نقل الطاقة عبر خطوط النقل، حيث تؤثر المقاومة الكهربائية على
الفقد في الطاقة.
‌ج. كفاءة التوزيع: تتعلق بكيفية توزيع الطاقة إلى المستهلكين، بما في ذلك تقنيات التحكم في الأحمال.
2 العوامل المؤثرة على كفاءة الشبكة الكهربائية:
تتأثر كفاءة الشبكة الكهربائية بعدة عوامل رئيسية، والتي تشمل:
‌أ. المقاومة الكهربائية:
تعتمد كفاءة الشبكة على مستوى المقاومة في الأسلاك الكهربائية. كلما زادت المقاومة، زادت الفقد في الطاقة أثناء نقلها، مما يؤثر سلبًا على الكفاءة العامة للشبكة.
‌ب. كفاءة توليد الطاقة:
تتأثر كفاءة الشبكة أيضًا بكفاءة محطات توليد الطاقة. على سبيل المثال، في محطات الطاقة الكهروضوئية، تلعب عوامل مثل كمية الإشعاع الشمسي وزاوية الميل وكفاءة الخلايا الشمسية دورًا كبيرًا في تحديد كمية الطاقة المنتجة.
‌ج. فقدان الطاقة:
تشمل الخسائر الناتجة عن التوصيلات الكهربائية، حيث يمكن أن تؤدي الاتصالات غير المثالية إلى فقدان الطاقة. يجب أن تكون التوصيلات متسقة لتقليل هذه الخسائر.
‌د. درجة الحرارة:
تؤثر درجة حرارة البيئة على كفاءة الشبكة. على سبيل المثال، ارتفاع درجة الحرارة يمكن أن يؤدي إلى تقليل كفاءة الخلايا الشمسية، مما يؤثر على كمية الطاقة المنتجة.
‌ه. العوامل الطبوغرافية:
تلعب العوامل الطبوغرافية دورًا في كمية الإشعاع الشمسي التي تصل إلى الألواح الشمسية، مما يؤثر على كفاءة توليد الطاقة في الشبكة.
‌و. فقدان الغبار:
يمكن أن تؤدي تراكمات الغبار على الألواح الشمسية إلى تقليل كفاءتها، مما يستدعي الصيانة الدورية لتنظيفها.
‌ز. كفاءة العاكس:
تعتبر كفاءة العاكس من العوامل المهمة، حيث يجب أن تكون كفاءة تحويل الطاقة عالية لتقليل الفقد أثناء عملية التحويل من التيار المستمر إلى التيار المتردد.
3 استراتيجيات تحسين كفاءة الشبكات الكهربائية:
تحسين كفاءة الشبكة الكهربائية يعد أمرًا حيويًا لضمان توفير الطاقة بشكل فعال وتقليل الفقد في الطاقة. هناك عدة استراتيجيات يمكن تطبيقها لتحقيق ذلك، ومنها :
‌أ. تحديث البنية التحتية:

• استبدال الأسلاك القديمة بأسلاك ذات مقاومة أقل لتحسين نقل الطاقة وتقليل الفقد.


• استخدام محولات ذات كفاءة عالية لتقليل الفقد أثناء تحويل الطاقة.
  ‌ب. تطبيق تقنيات الشبكات الذكية:


• استخدام أنظمة إدارة الطاقة الذكية التي تسمح بمراقبة وتحليل استهلاك الطاقة بشكل دقيق، مما يساعد في تحسين كفاءة الشبكة.


• دمج تقنيات الاتصال الحديثة لتحسين التواصل بين مكونات الشبكة، مما يسهل إدارة الأحمال.
  ‌ج. تحسين أنظمة التوليد:


• تعزيز استخدام مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية والرياح، مما يقلل الاعتماد على الوقود الأحفوري.


• تحسين كفاءة محطات توليد الطاقة من خلال استخدام تقنيات حديثة مثل الدورة المركبة، مما يزيد من إنتاج الطاقة بكفاءة أعلى.
  ‌د. إدارة الأحمال:


• تطبيق استراتيجيات إدارة الأحمال لتوزيع الطاقة بشكل متوازن وتقليل الذروة في الاستهلاك، مما يساعد في تقليل الفقد


• استخدام تقنيات تخزين الطاقة مثل البطاريات لتخزين الطاقة الزائدة خلال فترات الإنتاج العالي، مما يعزز استقرار الشبكة
  ‌ه. تحسين الصيانة:


• تنفيذ برامج صيانة دورية للمعدات الكهربائية لضمان عملها بكفاءة، مما يقلل من الأعطال ويزيد من الاعتمادية


• استخدام تقنيات المراقبة عن بُعد لتحديد المشكلات قبل أن تؤثر على الأداء، مما يسهم في تحسين الكفاءة العامة للشبكة.
  
  ‌و. التثقيف والتوعية:


• توعية المستهلكين بأهمية كفاءة الطاقة وكيفية تقليل استهلاكهم للطاقة، مما يعزز من فعالية الشبكة.


• تشجيع استخدام الأجهزة الكهربائية ذات الكفاءة العالية، مما يقلل من الطلب على الطاقة.
  ‌ز. تطبيق المعايير واللوائح:


• الالتزام بالمعايير الدولية والمحلية المتعلقة بكفاءة الطاقة لضمان تحسين الأداء العام للشبكة.