ا.د. حسن ثابت كتب مقالا بعنوان "الطاقة المتجددة"

الفصل الأول

مقدمــة

تشكل كل من الطاقة المتجددة والطاقة النووية المصادر الرئيسية للطاقة العالمية خارج الطاقة الأحفورية وهناك اهتمام عالمي كبير بهذين المصدرين ، وخاصة الطاقة الجديدة والمتجددة ، كمصادر مستقبلية للطاقة بحيث تكون بديلاً للطاقة الأحفورية والتي تسعى عديد من الدول وخاصة الدول الصناعية استبدالها بهذه المصادر الجديدة . إن الدافع الرئيسي للاهتمام بالطاقة المتجددة هو الدافع البيئي وذلك للحد من الغازات المنبعثة وخاصة غاز ثاني أكسيد الكربون . وغاز الميثان وغاز الكلور وغاز الفلور . كما أنه كان الدافع الأول لإقرار اتفاقية كيوتو ، وأيضاً السير في اتجاهات تشريعية في السوق الأوروبية المشتركة تستهدف أن تلعب الطاقة المتجددة دوراً متزايداً في تزويد الطاقة في الدول الأوروبية بحيث لا تقل مساهمتها عن 12% من مصادر الطاقة الأولية في عام 2012، وهو أمر يبدو مستحيل التحقيق الآن . ونتيجة لذلك فقد كان هناك تأثير واضح على استعمال الطاقة الأحفورية وخاصة في الدول الأوروبية .

ومن الضروري البدء بتعريف ماذا تعني "الطاقة المتجددة" إذ إن لها العديد من التفسيرات :

1. الطاقة المتجددة التقليدية (غير التجارية) Renewable Sources (Un Commercial)

   وهو من مصادر الطاقة التي كانت شائعة في القرون الماضية خاصة قبل ظهور النفط وتعتمد على استعمال مواد الكتلة الحية biomass التي تنتج وتجمع محلياً (مثل مخلفات المحاصيل ، والخشب ، وروث الحيوانات . . . إلخ) وعلى الرغم من أن معظم دول العالم قد انتقلت بسرعة من استعمال هذا المصدر إلى استعمالات الطاقة الأحفورية منذ بدء استعمال الفحم في القرن التاسع عشر وانتشار استعمال النفط في القرن العشرين ، إلا أن الطاقة المتجددة التقليدية القائمة على الكتلة الحية لا تزال مصدراً وحيداً للطاقة لأكثر من 2 بليون نسمة يعيش معظمهم في جنوب آسيا وفي أواسط إفريقيا . وتصل كمياتها المستعملة إلى أكثر من 1110 مليون طن مكافئ نفط (م. ط. م. ن) سنوياً وبالتالي فإنها تشكل حوالي 10% من المصادر الأولية للطاقة العالمية والتي تقدر بحوالي 11500 م. ط. م. ن. علماً بأنه من الصعب جداً تقدير كميات الكتلة الحية عالمياً ، وهذه الأرقام هي الأرقام العالمية التقديرية فقط .

2. مصادر الطاقة المتجددة الجديدة New Renewables

   وتشمل ما طوّر حديثاً من الوقود الحيوي biofuels ، وطاقة الرياح والطاقة الشمسية ، وطاقة المحيطات والطاقة الجوفية .

3. الطاقة المائية (الكهرومائية) من السدود وانسياب الأنهار:

   الطاقة المتجددة في المنطقة العربية

   بشأن البند الأول وهو الطاقة المتجددة التقليدية (الكتلة الحية) فإن استعمالاتها محدودة في الوطن العربي وتقتصر على الطبقات الريفية الفقيرة في بعض الدول العربية محدودة الدخل وخاصة في إفريقيا (الريف السوداني ، والصومال وموريتانيا وكذلك الريف المغربي) ، وهي قليلة الاستعمال في الدول العربية في آسيا (باستثناء الريف اليمني) لانتشار الوقود الأحفوري . وتستعمل الطاقة المتجددة التقليدية في الريف العربي لغايات الطبخ والتدفئة . إلا أن قيمتها في هذا المجال آخذة بالتراجع للتقدم السريع المستمر في استعمال غاز النفط المسال Liquified Petroleum Gas (LPG) لغايات الطبخ. وأيضاً (التدفئة في بعض الحالات) في معظم أنحاء العالم العربي بما في ذلك المناطق الريفية . وبالتالي فإن قيمة الطاقة المتجددة التقليدية كمصدر رئيسي للطاقة في الدول العربية (كما كان الأمر في النصف الأول من القرن العشرين) قد تراجعت جداً وهي حالياً لا تشكل إلا نسبة ضئيلة ومتناقصة من مصادر الطاقة في البلاد العربية . وحسب تقديرات الأمم المتحدة فإن نسبة استعمالها في البلاد العربية تشكل 18% من الطاقة العربية المستهلكة معظمها في بعض الدول العربية الإفريقية (السودان ، الصومال ، موريتانيا ، المغرب) . إن إجمالي استهلاك الطاقة في العالم العربي عام 2005 يقدر بحوالي 400 م. ط. م. ن. إذا اعتبرنا هذه النسبة فإن الكتلة الحية في المنطقة العربية تشكل حوالي 72 م.ط.م.ن. تقريباً .

   إن البلاد العربية غنية جداً بمصادر الطاقة الشمسية وبعض الدول العربية غنية أيضاً بمصادر طاقة الرياح ، إلا أن استعمالات الطاقة الشمسية لا يزال محدوداً في العالم العربي نتيجة لبطء تطوير التكنولويجا المتعلقة بها واستعمالاتها ومحدودية اقتصاديات الطاقة الشمسية . ولا تزال استعمالات الطاقة الشمسية كمصدر للطاقة في العالم العربي محصورة في تدفئة المياه في بعض الدول (مثل الأردن) وأيضاً في الخلية الفولطية Photo-voltaic (PV) . وهذا ناتج بصورة رئيسية عن توفر الوقود الأحفوري بكميات كبيرة وبأسعار مدعومة في جميع الدول العربية، وكذلك غاز البترول المسال (LPG) مما لا يدع إلا مجالاً محدوداً لأي تطوير جدي اقتصادي للطاقة الشمسية ، ولقد جرت محاولات عديدة لإنشاء محطات لتوليد الطاقة الكهربائية تعمل بالطاقة الشمسية بواسطة التسخين عن طريق المرايا العاكسة ، إلا أن هذه التكنولوجيات لا تزال في مراحلها الأولى كما أن جدواها الاقتصادية مشكوك بها (عربياً وعالمياً) .

   ونظراً لغنى المنطقة العربية بالنفط والغاز فلا يتوقع أن تجد مصادر الطاقة الشمسية استعمالات جدية كثيفة خلال المستقبل المنظور (حتى عام 2020) . وينطبق الشيء نفسه على طاقة المياه والطاقة الجوفية ذات المصادر المحدودة جداً في البلاد العربية . كما أن تطوير استعمالات الوقود الحيوي biofuels محدود نتيجة لمحدودية الزراعة والمياه في البلاد العربية، إلا أنه بدأ تدريجياً إنتاج الغاز الحيوي biogas من مكبات النفايات بكميات متواضعة إلا أنها آخذة في التزايد عاماً بعد آخر .

   وكذلك فإن العديد من الدول العربية (مصر ، المغرب ، وسورية ، والأردن) قد بدأوا في استغلال طاقة الرياح بصورة تجارية ، وتم إنشاء مزارع كبيرة لطاقة الرياح في كل من مصر وسورية وأيضاً في المغرب . وبصورة عامة فإن تكاليف إنتاج الكهرباء من طاقة الرياح عالمياً منافسة تجارياً لتكاليف إنتاج الكهرباء من مصادر الوقود الأحفوري والنووي ، إلا أن فرص طاقة الرياح في الدول العربية لن تكون كبيرة في المستقبل المنظور لتوفر الغاز الطبيعي في معظم الدول العربية وبكميات كبيرة وأسعار رخيصة وكلفة بديلة متدنية low opportunity cost مما يجعل إنتاج الكهرباء من وقود الغاز الطبيعي العربي أرخص أساليب إنتاج الكهرباء ، وخاصة أن مصادر الرياح تعاني من تقطعها وعدم استمراريتها وبعض تأثيراتها البيئية السلبية (مثل الصوت والحاجة لأراضي) وبالتالي فإن طاقة الرياح ولو أنها في مرحلة انتشار في العالم وفي البلاد العربية أيضاً إلا أن مساهمتها في إنتاج الطاقة في البلاد العربية ستظل محدودة . وفيما يلي سنعرض لأنواع الطاقة المتجددة واستخداماتها .

الفصل الثاني

الطاقة الشمسية واستخداماتها

أولا : الطاقة الشمسية Solar Energy

تعتبر الطاقة الشمسية أول مصدر للطاقة عرفه الإنسان على سطح الأرض، وهي طاقة متجددة لن تنتهي أبداً حتى يوم الساعة ، والطاقة الشمسية لا تترك ورائها أي ملوثات بيئية بل على العكس فهي أهم المصادر الرئيسية التي تقتل معظم الميكروبات وتطهر البيئة .

ولقد استطاع العلماء معرفة الطاقة الصادرة عن شعاع شمسي واحد؛ حيث كان المتوسط 4.67 كيلووات ساعة/م2 في اليوم الواحد ، مما يدل على القوة الهائلة للطاقة الشمسية . فالشمس بمثابة قنبلة هيدروجينية هائلة، تتم فيها تفاعلات نووية حرارية ، وهي تفاعلات دمج وليست انشطار كتفاعلات القنبلة الذرية . حيث تندمج كل أربع ذرات هيدروجين من مادة الشمس معاً ، وتتحول إلى ذرة هيليوم .

والمعروف أنه حسب قانون يسمى "قانون بقاء الكتلة" - أن مجموع كتل المواد الداخلة في التفاعل يتساوى مع مجموع كتل المواد الناتجة من التفاعل - إلا أنه في حال التفاعلات التي تتم في الشمس تكون ذرة الهليوم الناتجة من التفاعل أقل من مجموع كتل ذرات الهيدروجين الأربع الداخلة في التفاعل ، والسبب في نقص كتلتها ؛ هو تحولها إلى طاقة . وينتج من ذلك أن درجة حرارة الشمس رهيبة على السطح ، وفي الداخل أشد . كما يندلع من الشمس شواظ عظيم من اللهب . وقد ورد في القرآن الكريم آيات توضح هذه الحقائق العلمية في مثل قوله تعالى: {إنهـا ترمى بشـرر كالقصر كأنه جِمَلَتٌ صُفْر} [المرسلات: 32-33] . ويصـل مداه مئات الألوف من الكيلومترات عبر الفضاء الكوني .

فالشمس مصدر أساسي للأشعة الكونية التي تصل إلينا على الأرض ، ومولد جبار للطاقة وهبه الله لنا بلا مقابل. ولزام علينا أن نشكر الله عز وجل على نعمتي الضوء والحرارة اللتان تمدنا بهما الشمس، حيث يعدل مقدار ما تمدنا به الشمس من طاقة في يوم واحد ثمانية آلاف قنبلة ذرية .

إن عملية اندماج ذرات الهيدروجين لإنتاج الهيليوم في باطن الشمس يمكن أن تستمر لبضعة آلاف الملايين من السنين ، إلا أن نفاد الهيدروجين من قلب الشمس ووفرة الهليوم داخله تؤدي إلى حصول عدم تجانس واضح في توزيع المادة؛ حيث الهيليوم أثقل من الهيدروجين بأربع مرات ، وهذا يعني اختلال كثافة مادة النجم وفقدان التوازن ، لذا لا بد من حركة شاملة لإعادة توازن جسم الشمس ، ويحدث هذا إذ ينتفخ الجزء الخارجي من مادة الشمس انتفاخاً هائلاً بينما يتقلص اللب ، وعندئذ يتغير لون الشمس إلى الأحمر ، وبانتفاخها هذا تصبح عملاقاً هائلاً يبتلع الكواكب الثلاثة الأولى عطارد والزهرة والأرض ، ولذا تسمى الشمس في تلك المرحلة بالعملاق الأحمر ، بينما تضعف القوى الداخلية في اللب ، إلا أن القشرة الخارجية المنتفخة لا تستطيع أن تسند نفسها على شيء فينهار جسم الشمس على بعضه في عملية تسمى التكوير، وذلك بسبب جاذبية أجزائه بعضها لبعض . مما يجعلها تنكمش انكماشاً سريعاً مفاجئاً فتنسحق المواد للشمس ، وتتداخل الجزئيات ، وتتقارب الذرات تقارباً شديداً حتى تكاد تتداخل ؛ غير أن قوة التنافر الكهربائي بين الأغلفة الإلكترونية للذرات تقاوم تداخلها عندما تصبح المسافة بينها قليلة ، وبذلك تتعادل قوة التنافر الكهربائي مع قوى الجذب التي تؤدي إلى تكوير الشمس ، وعندما يحصل هذا التوازن تكون الشمس قد وصلت إلى مستقرها ، ويطلق عليها القزم الأبيض ، إذ لا يتبقى من ضوئها إلا نور خافت ضئيل . ولقد أثبت العالم "شاندرا سيخار" أن جميع النجوم التي تقل كتلتها عن مرة ونصف كتلة الشمس تؤول في نهاية عمرها إلى هذا المصير أي القزم الأبيض ، وهو جسـم كثيف للغاية تصل كثافته إلى طن لكل سنتيمتر مكعب ، ومن ثم إذا نظرنا في تفسير الآية الكريمة التي يقول فيها المولى عز وجل: {إذا الشــمس كورت} [سورة التكوير: 1] نرى أن ابن عباس يفسر قوله تعالى: "كورت بمعنى اضمحلت وذهب ضياؤها" ، فالشمس آيلة إلى التكوير حتى تصير قزماً أبيضاً ، وهذا ما يحدث أثناء الانهيار الجذبي ، إذ تتجمع مادة النجم على بعضها وتدور .

ولقد وجد "سيخار" وآخرون أن الأقزام البيضاء لا تكون على حالة واحدة ، فإذا ما كانت كتلة القزم الأبيض أكبر من كتلة شمسنا فإنه يمكن أن يتطور وقد ينفجر وتتلاشى أجزائه ؛ حيث يكون في حالة غير مستقرة .

وهذا يدلنا على أنه ثمة علاقة بين التفسير الفقهي والتفسير العلمي حيث يخرج بنا إلى حقائق علمية هي:

• إن الحرارة والضغط مرتفعان جداً في باطن الشمس ، وهي شروط مثالية لإطلاق تفاعلات اندماجية ، حيث تتهيج الذرات وتنفلت الإلكترونات من سيطرة النواة ، وتصبح النواة بحالة من شدة الحركة الهائلة مستعدة للاندماج .
• تعتبر ذرة الهيدروجين العنصر الأساسي والأكثر تواجداً في الكون ، ويشكل 75% من عناصر الكون ومنه تتركب نوى الشمس .
• تندمج ذرات من الهيدروجين في باطن الشمس باستمرار لكي تشكل ذرة من الهليوم . ويصحب هذا ضوء ساطع وحرارة هائلة ، حيث إنه في كل ثانية يتحول 4 مليون طن من المادة في الشمس إلى طاقة ، وعليه فإن الشمس تنقص كتلتها 4 مليون طن كل ثانية ، بسبب تحول هذه الكتلة إلى طاقة ترسلها إلى الفضاء .
• إن التفاعلات الاندماجية تدفع الحدود الخارجية للنجم ، وتعمل على تمدده ، وبذلك تعاكس قوى الجذب الثقالي نحو المركز التي يعاني منها كل نجم حسب قانون الجاذبية ، ويظل هذا التوازن ما دامت التفاعلات النووية قائمة ولكن عند نفاذ الوقود الهيدروجيني ، وتوقف التفاعلات النووية ، تبدأ قوى الجاذبية بالتغلب وتؤدي إلى صغر حجم الشـمس ، وتبهت ويضعف ضياؤها ، ويتحقق وعد الله كما ورد في الآية الكريمة {إذا الشمس كورت} [سورة التكوير: 1] .

إن القلق من تلوث هواء المدن ومن المطر الحمضي وتسرب النفط والمخاطر النووية وارتفاع حرارة الأرض يحث على إعادة تفحص بدائل الفحم والنفط والطاقة النووية ، وعلى الرغم من أن مصادر الطاقة البديلة ليست خالية من التلويث عموماً ، فإنه يوجد مجال واسع من الخيارات التي يكون ضررها البيئي أقل بكثير من مصادر الطاقة التقليدية .

إن أفضل التقنيات الواعدة هي التي تسخر طاقة الشمس حيث يعتبر التحويل الحراري المباشر للإشعاعات الشمسية إلى طاقة كهربائية عبر الخلايا الشمسية تقنية جديدة ومتطورة وهو صناعة إستراتيجية باعتبارها مصدراً هاماً للطاقة في المستقبل القريب سيكون له الأثر الأكبر في المحافظة على مصادر الطاقة التقليدية علاوة على أن مصدر طاقته مجانياً ولا ينضب، ونظيف ودون مخلفات أو أخطار تلوث .

تعريف الخلايا الشمسية:

إن الخلايا الشمسية هي عبارة عن محولات فولتضوئية (شكل رقم 1) تقوم بتحويل ضوء الشمس المباشر إلى كهرباء ، وهي شبه موصلة وحساسة ضوئياً ومحاطة بغلاف أمامي وخلفي موصل للكهرباء .

لقد تم إنماء تقنيات كثيرة لإنتاج الخلايا الشمسية عبر عمليات متسلسلة من المعالجات الكيميائية والفيزيائية والكهربائية على شكل متكاثف ذاتي الآلية أو عالي الآلية ، كما تم إنماء مواد مختلفة من أشباه الموصلات لتصنيع الخلايا الشمسية على هيئة عناصر كعنصر السيليكون أو على هيئة مركبات كمركب الجاليوم زرنيخ وكربيد الكادميوم وفوسفيد الأنديوم وكبريتيد النحاس ، وغيرها من المواد الواعدة لصناعة الفولتضوئيات .

شكل رقم (1): محولات فولتضوئية تقوم بتحويل ضوء الشمس المباشر إلى كهرباء .

ميكانيكية تيار الخلايا الشمسية :

الخلية الشمسية للتطبيقات الأرضية هي رقاقة رفيعة من السيليكون مشابة بمقادير صغيرة من الشوائب لإعطاء جانب واحد شحنة موجبة والجانب الآخر شحنة سالبة مكونة ثنائياً ذا مساحة كبيرة .

تولد الخلايا الشمسية قدرة كهربائية عندما تتعرض لضوء الشمس حيث الضوئيات (الفوتونات) والتي يحمل كل منها كماً من الطاقة محدداً يكسب الإلكترونات الحرة طاقة تجعلها تهتز حرارياً وتكسر الرابط الذري بالشبكة بالمادة شبه الموصلة ، ويتم تحرير الشحنات وإنتاج أزواج من الإلكترونات في الفراغ. تنطلق بعد ذلك حاملات الشحنة هذه متجهة نحو وصلة الثنائي متنقلة بين نطاقي التوصيل والتكافؤ وتتجمع عند السطح الأمامي والخلفي للخلية محدثة سريان تيار كهربي مستمر عند توصيل الخلية بمحمل كهربي وتبلغ القدرة الكهربية المنتجة للخلية الشمسية عادة واحد وات .

أنواع الخلايا الشمسية التجارية :

تم تصنيع خلايا شمسية (شكل رقم 2) من مواد مختلفة إلا أن أغلب هذه المواد نادرة الوجود بالطبيعة أو لها خواص سامة ملوثة للبيئة أو معقدة التصنيع وباهظة التكاليف وبعضها لا يزال تحت الدراسة والبحث ، وعليه فقد تركز الاهتمام على تصنيع الخلايا الشمسية السيليكونية وذلك لتوفر عنصر السيليكون في الطبيعة علاوة على أن العلماء والباحثين تمكنوا من دراسة هذا العنصر دراسة مستفيضة وتعرفوا على خواصه المختلفة وملاءمته لصناعة الخلايا الشمسية المتبلرة ومتصدعة التبلر .

شكل رقم (2): الخلايا الشمسية ، تستخدم كمصدر للطاقة سواء للتسخين أو إضاءة المنازل والمباني أو توليد الكهرباء والتبريد ، وفي الأغراض التجارية والصناعية المختلفة .

1. الخلايا الشمسية السيليكونية المتبلرة:

   تصنع هذه الخلايا من السيليكون عبر إنماء قضبان من السيليكون أحادي أو عديد التبلر ثم يؤرب إلى رقائق وتعالج كيميائياً وفيزيائياً عبر مراحل مختلفة لتصل إلى خلايا شمسية .

   كفاءة هذه الخلايا عالية تتراوح بين 9-17% والخلايا السيليكونمية أحادية التبلر غالية الثمن حيث صعوبة التقنية واستهلاك الطاقة بينما الخلايا السيليكونية عديدة التبلر تعتبر أقل تكلفة من أحادية التبلر وأقل كفاءة أيضاً .

2. الخلايا الشمسية السيليكونية الأمورفية (متصدعة التبلر):

   مادة هذه الخلايا ذات شكل سيليكوني حيث التكوين البلوري متصدع لوجود عنصر الهيدروجين أو عناصر أخرى أدخلت قصداً لتكسبها خواص كهربية مميزة وخلايا السيليكون الأمورفي زهيدة التكلفة عن خلايا السيليكون البلوري حيث ترسب طبقة شريطية رقيقة باستعمال كميات صغيرة من المواد الخام المستخدمة في عمليات قليلة مقارنة بعمليات التصنيع البلوري. ويعتبر تصنيع خلايا السيليكون الأمورفي أكثر تطويعاً وملاءمة للتصنيع المستمر ذاتي الآلية .

   وتركز الاهتمام على إدخال الفولتضوئيات كمصدر للطاقة المتجددة في التطبيقات الأرضية بغية تطوير التقنية ووسائل الاستخدام في قطاع السكن والصحة والتعليم والصناعة والزراعة والنفط وغيرها في الاستخدامات الفولتضوئيات الجذابة اقتصادياً ، وفي المناطق المعزولة والنائية حيث تنقص تكلفة شبكات الكهرباء العامة وتساعد في الإنماء الاقتصادي والتطوير الاجتماعي المحلي .

   والمسطحات الفولتضوئية هي مصدر القدرة الكهربية لهذه التطبيقات ، حيث يتكون المسطح من عدة خلايا (متصلة معاً بصفائح سلكية معدنية) مغطاة بملف من البلاستيك الحراري مثل أسيتات فينيل إيثيل أو غيره وآخر من التدلار لحمايتها من الأشعة فوق البنفسجية ومغلقة بصفيحة زجاجية من الأمام وطبقة واقية تعمل كقاعدة إنشائية من الزجاج أو من الألياف الزجاجية أو الخزف الصيني عند الخلف مركب عليها صندوق وصلة كهربائيـة ومحاط بإطار معدني .

   وهذه المسطحات يعوّل عليها كمصدر طاقة كهربائية لأنه لا يوجد لها أجزاء متحركة وذات عمر طويل يتراوح من 15 إلى 35 سنة كما أنها وأمان للبيئة ، كما تضفي على المباني شكلاً معمارياً جميلاً .

استخدامات الطاقة الشمسية

1. الحصول على الطاقة الحرارية

   لتدفئة المباني وتسخين المياه ، والتجفيف ، عن طريق تجميع الطاقة الشمسية على مجمعات توضع فوق كل مبنى أو مصنع .

2. توليد الطاقة الكهربائية من المجمعات الحرارية

   تستخدم مرايا وعدسات في استقبال أشعة الشمس وتركيزها اعتماداً على البُعد البؤري للعدسات ، وتكفي هذه الطريقة لتوليد درجة حرارة تصل إلى 500م ، وهي كافية لتوليد طاقة بخارية لها القدرة على تشغيل توربينات حديثة لتوليد التيار الكهربائي ، والذي بدوره يسـتخدم في إنارة المباني وتشغيل المصانع .

3. توليد الطاقة الكهربائية من الخلايا الضوئية

   باستخدام المولدات الفولتضوئية الضوئية يمكن تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية مباشرة ، وهذه الطريقة تستخدم الآن في تشغيل مراكب الفضاء ، وتُصَنَّع الخلايا الضوئية من السليكون وهي مادة متوفرة ورخيصة وهي المكونة لرمال الصحراء .

   ويمكن تصنيف وتحديد التطبيقات الأرضية وفق القدرة الكهربائية على النحو التالي:

   • تطبيقات ذات قدرة منخفضة:

     وتشمل الأجهزة والمنظومات التالية:
     • الحاسبات والألعاب الإلكترونية والساعات .
     • أجهزة الإذاعة المسموعة وشاحنات وسائط القدرة المنخفضة .

   • تطبيقات ذات قدرة متوسطة:

     وتشمل المنظومات التالية:

     الإنارة - أجهزة الإذاعة المرئية - ثلاجات اللقاح والأمصال - إشارات المرور والإنذار - مراوح الأسقف (التهوية) – هواتف الطوارئ - شاحنات السياج الكهربي .

     حيث يشحن السياج المحاط بالمزارع وأماكن تربية الحيوانات لمنعها من الاقتراب منها .

   • تطبيقات ذات قدرة عالية:

     ضخ المياه - محطات اتصالات الموجات السنتيمترية - محطات الأقمار الصناعية الأرضية - الوقاية المهبطية لحماية أنابيب النفط والغاز والمنشآت المعدنية من التآكل - تغذية شبكة الكهرباء العامة .

الشركات العالمية المصنعة للخلايا الشمسية :

الشركات العالمية العاملة في هذا المجال كثيرة من بينها شركة سولار الألمانية - الفواتوات الفرنسية - اتيار سولار في إيطاليا - كرونار في يوغسلافيا - استروبور في كندا - وهيليودينايكا في البرازيل .

وشركات عديدة في الولايات المتحدة واليابان وهناك شركات متعددة الجنسيات أيضاً .

والجدول رقم (1) يوضح توزيع عدد بعض الشركات المصنعة .

جدول رقم (1): توزيع الشركات التجارية المصنعة للخلايا الشمسية

البلـــد	عدد الشركات > 20	عدد الشركات > 10	عدد الشركات > 5
الولايات المتحدة	*
أوروبــا		*
اليابــان		*
كنـــدا
البرازيل			*
الهنـــد			*
الوطن العربي			*

الاستشارات العالمية في مجال الطاقة الشمسية :

تستثمر الدول المصنعة أموالاً طائلة في مجال الخلايا الشمسية ، وذلك على مستوى البحث والتطوير والتطبيق بغية الوصول إلى تخفيض أسعارها وزيادة كفاءتها وتسهيل طرق إنتاجها وجعلها واعدة للإنتاج والتطبيق الموسع ، والجدول رقم (1) يوضح استثمارات بعض الدول في مجال مشاريع الخلايا الشمسية .

كما تسعى هذه الدول الصناعية جادة من خلال مراكز البحث والتطوير إلى تخفيض تكلفة الوات ذروة إلى 0.5 أو 1 دولار مع العشر سنوات الأولى لهذا القرن ، ولا غرابة في ذلك ، فقد كانت تكلفة الوات ذروة 300-350 دولار في الخمسينات حين كان هذا المجال مقصورا على أبحاث الفضاء .

وعليه فإن الأرقام المشار إليها في ميزانية الإنفاق ومبالغ الاستشارات إنما تدل على ما توليه الدول المتقدمة من اهتمام بالغ لامتلاك الفولتضوئيات لها خاصة وأن المصادر التقليدية آخذة في النضوب بالإضافة إلى ضمان استحواذها على الأسواق العالمية لمنتجات الفولتضوئيات .

استشارات الطاقة الشمسية في الوطن العربي:

يدرك العاملون في مجال الطاقة أن الأراضي العربية هي من أغنى مناطق العالم بالطاقة الشمسية ويتبين ذلك بالمقارنة مع بعض دول العالم الأخرى ، ولو أخذنا متوسط ما يصل الأرض العربية من طاقة شمسية وهو 5 كيلوواط-ساعة/ متر مربع/ اليوم ، وافترضنا أن الخلايا الشمسية بمعامل تحويل 5% وقمنا بوضع هذه الخلايا الشمسية على مساحة 16000 كيلو متر مربع في صحراء العراق الغربية (وهذه المساحة تعادل تقريبا مساحة الكويت) وأصبح بإمكاننا توليد طاقة كهربائية تساوي 400  410 ميجا واط-ساعة في اليوم ، أي ما يزيد عن خمسة أضعاف ما نحتاجه اليوم ، وفي حالة فترة الاستهلاك القصوى .

ومن البديهي أيضا أن طاقتنا النفطية ستنضب بعد مائة عام على الأكثر وهو أحسن المصادر للطاقة ، وذلك لعدم وجود كميات كبيرة من مادة اليورانيوم في بلداننا العربية بالإضافة إلى تكلفة أجهزة الطاقة وتقدم تكنولوجيتها خلال السنوات الخمسين الماضية وإمكانية عدم اللحاق بها وهو ما جعلنا مقصرين في استثمارها ونأمل أن لا تفوتنا الفرصة في خلق تكنولوجيات عربية لاستغلال الطاقة الشمسية وهي لا زالت في بداية تطورها .

إن لاستغلال بدائل الطاقة مردودين مهمين ؛ أولهما جعل فترة استعمال الطاقة النفطية طويلة ، وثانيهما تطوير مصدر للطاقة آخر بجانب مصدر النفط الحالي .

ومن التجارب المحدودة لاستخدامات الطاقة الشمسية في البلاد العربية ما يلي:

1. تسخين المياه والتدفئة وتسخين حمامات السباحة بواسطة الطاقة الشمسية أصبحت طريقة اقتصادية في البلدان العربية وخاصة في حالة تصنيع السخانات الشمسية محليا .
2. تعتبر الطاقة الشمسية أحسن وسيلة للتبريد حيث أنه كلما زاد الإشعاع الشمسي كلما حصلنا على التبريد ، وكلما كانت أجهزة التبريد الشمسي أكثر كفاءة ، ولكن تكلفة التبريد الشمسي تكون أعلى من السعر الحالي للتبريد بثلاثة إلى خمسة أضعاف تكلفته الاعتيادية ، ويعود السبب لارتفاع التكلفة لمواد التبريد الشمسي ومعدات تجميع الحرارة وتوليد الكهرباء .

ولو استعرضنا البحوث والتطبيقات السارية للطاقة الشمسية في الوطن العربي لتبين لنا أن استخدام السخانات الشمسية أصبح شيئا مألوفا في بعض البلدان العربية بينما بقيت صناعة الخلايا بصورة تجارية متأخرة في جميع البلدان العربية بسبب ارتفاع التكلفة الأولية لإنشاء المصانع وتقنياتها .

بعض مشاكل استخدام الطاقة الشمسية:

1. إن أهم مشكلة تواجه الباحثين في مجالات استخدام الطاقة الشمسية هي وجود الغبار ومحاولة تنظيف أجهزة الطاقة الشمسية منه ، وقد برهنت البحوث الجارية حول هذا الموضوع أن أكثر من 50% من فعالية الطاقة الشمسية تفقد في حالة عدم تنظيف الجهاز المستقبل لأشعة الشمس لمدة شهر .

   إن أفضل طريقة للتخلص من الغبار هي استخدام طرق التنظيف المستمر أي على فترات لا تتجاوز ثلاثة أيام لكل فترة وتختلف هذه الطرق من بلد إلى آخر معتمدة على طبيعة الغبار وطبيعة الطقس في ذلك البلد .

2. أما المشكلة الثانية فهي خزن الطاقة الشمسية والاستفادة منها أثناء الليل أو الأيام الغائمة أو الأيام المغبرة . ويعتمد خزن الطاقة الشمسية على طبيعة وكمية الطاقة الشمسية ، ونوع الاستخدام ، وفترة الاستخدام ، بالإضافة إلى التكلفة الإجمالية لطريقة التخزين ، ويفضل عدم استعمال أجهزة للخزن لتقليل التكلفة والاستفادة بدلا من ذلك من الطاقة الشمسية مباشرة حين وجودها فقط . ويعتبر موضوع تخزين الطاقة الشمسية من الموضوعات التي تحتاج إلى بحث علمي أكثر واكتشافات جديدة .

   ويعتبر تخزين الحرارة بواسطة الماء والصخور أفضل الطرق الموجودة في الوقت الحاضر . أما بالنسبة لتخزين الطاقة الكهربائية فما زالت الطريقة الشائعة هي استخدام البطاريات السائلة (بطاريات الحامض والرصاص) ، وتوجد حاليا أكثر من عشر طرق لتخزين الطاقة الشمسية كصهر المعادن ، والتحويل الطوري للمادة ، وطرق المزج الثنائي وغيرها .

3. والمشكلة الثالثة في استخدامات الطاقة الشمسية هي حدوث التآكل في المجمعات الشمسية بسبب الأملاح الموجودة في المياه المستخدمة في دورات التسخين ، وتعتبر الدورات المغلقة واستخدام ماء خال من الأملاح فيها أحسن الحلول للحد من مشكلة التآكل والصدأ في المجمعات الشمسية .

الطاقة المائية - الطاقة الكهرومائية Hydroelectric

إن الطاقة الكهرومائية مصدر رئيسي لإنتاج الطاقة على المستوى العالمي حيث وصل إنتاجها إلى حوالي 3000 تيرواط ساعة (TWh) عام 2002 وبالتالي فهي تشكل حوالي 18% من إنتاج الكهرباء في العالم ، كما أن نموها خلال السـنوات الأخيرة كان أعلى قليلاً من معدل نمو الطلب على الطاقة عالمياً . وتوجد في العالم مصادر واسـعة جـداً لزيادة استغلال الطاقة المائية إلا أن تكاليفها وبعدها عن مصادر الاسـتهلاك يحول بينها وبين الاستثمار . كذلك فإن الطاقة المائية تعاني من مشاكل بيئية كبيرة ناتجة من غمرها لمناطق واسعة مما يتطلب تحريك وإعادة إسكان أعداد كبيرة من الناس بعد تنفيذ السدود (شكل رقم 3) .

شكل رقم (3): استغلال الطاقة المائية عبر إنشاء السدود لتوليد الكهرباء .

تشكل الطاقة المائية مصدراً محدوداً للطاقة في البلاد العربية لمحدودية المياه والأنهار في المنطقة ويقدّر إنتاج الطاقة المائية العربية بحوالي 28 ألف جيجاواط ساعة (GWh) ولا يشكل إلا 12% من إنتاج الكهرباء في العالم العربي (AUPTDE 2004) ، وهي نسبة آخذة في التراجع نتيجة تزايد الإنتاج من مصادر الطاقة الأحفورية ، وينحصر إنتاج الطاقة الكهرومائية في بعض الدول العربية ذات الأنهار كما هو مبين في الجدول رقم (2) .

جدول رقم (2): إنتاج الطاقة الكهرومائية العربية (2004)

الدولة	كمية الكهرباء المنتجة (جيجاوات/ساعة)	نسبة إنتاج الطاقة الكهرومائية
سورية	4247	13.5 %
لبنان	1122	11.0 %
مصر	13019	13.7 %
السودان	1107	29.5 %
المغرب	1600	9.7 %
العراق	5723	19.0 %
تونس	154	1.3 %
الجزائر	251	0.8 %
الأردن	53	0.6 %
المصدر: إحصائيات الاتحاد العربي لمنتجي وناقلي وموزعي الكهرباء (2004)

الهواء كمصدر للطاقة (طواحين الهواء)

الطواحين الهوائية الحديثة وهي تكنولوجيا نظيفة لكن تشوه منظر الطبيعة يمكن إبعادها قريباً عن السهول أو الهضاب لتركيبها في البحار أو أعالي الجبال بفضل نوع جديد من التوربينات الهوائية عالية الفعالية (شكل رقم 4) التي تم تطويرها في السويد .

شكل رقم (4): التوربينات الهوائية (طواحين الهواء) التي تعمل على توليد الطاقة الكهربية من الطاقة الريحية (فعل الرياح) .

في التوربينات الهوائية التقليدية تكون الشفرات الدوارة متصلة بمولد داخل بواسطة محور. والمولد يحتاج عادة إلى أن يدور بسرعات عالية تقتضي وجود علبة سرعات تزيد دوران المحور من 18 دورة في الدقيقة إلى 1500 دورة . لكن علبة السرعات مكلفة جداً ، ويمكن أن تبلى بسرعة ، وهكذا ينبغي إقامة "مزارع" طواحين الهواء حيث يمكن توفير الصيانة للتوربينات بسرعة .

وقد ابتكر ماتس ليغون من مؤسسة ABB الهندسية السويدية توربينات يعتقد أنه يتغلب على كثير من هذه المشكلات ، فبدلاً من استعمال مولد صغير يدور بسرعة عالية ، يشتغل توربين ليغون بواسطة قرص دوار ضخم ذي دوائر مغناطيسـية تعمل بأي سرعة تدور بها الشفرات فلا تحتاج إلى أي علبة سرعات . وينتج توربين ليغون تياراً ذي فولطية عالية فلا يحتاج إلى أي محول كهربائي . ولما كان يحتوي قليلاً من القطع فهو يتمتع بميزات أخرى، هي أنه لا يحتاج إلى صيانة كثيرة ولا يكلف كثيراً، إضافة إلى الاستغناء عن علبة السرعات والمحول يكون هذا التوربين الجديد أكفأ بنحو 20 بالمائة .

وكانت المهمة الثانية للمهندس السويدي هي العثور على طريقة أبسط لنقل الطاقة ، وقال: "نأخذ التيار المتناوب من التوربين ونحوله إلى تيار مباشر . وهذا الأخير يمكن نقله عبر سلك طويل عالي التوتر" . وهكذا يمكن وضع التوربينات الهوائيـة في منطقة يصعب الوصول إليها مثل البحار والجبال العالية .

ويوضح مايكل غراهام وهو خبير في الطاقة الريحية لدى الكلية الملكية في بريطانيا ، أن القضية الجوهرية في الطاقة الريحية هي قبول الناس للضجيج الناتج من الشفرات وتشويه المنظر الطبيعي . وهكذا رأى أن إمكانية إبعاد المولدات الريحية عن المناطق السكنية خيار مفيد .

الطاقة من الهيدروجين Hydrogen Energy

هناك اهتمام متزايد بإنتاج الطاقة عن طريق الهيدروجين (شكل رقم 5) وخاصة بواسطة خلية الوقود Fuel Cell لغاية استخدامها في وسائل النقل . إن خلية الوقود تحول الهيدروجين إلى كهرباء ولا تنتج أي تلوث وبالتالي فإنها تبدو مثالية لغايات الطاقة التي تستخدم للنقل . إلا أن الأمر في الحقيقة ليس بهذه البساطة . وهناك خلط بين طاقة الهيدروجين وخلية الوقود من ناحية وبين الطاقة المتجددة من ناحية أخرى وهذا الخلط يؤدي إلى اعتقاد سائد بأن الهيدروجين وخلية الوقود هي أحد أشكال الطاقة المتجددة، وهو أمر غير صحيح .

إن الحصول على الهيدروجين ليس سهلاً وهو مكلف أيضاً . إن المصدر الرئيس للهيدروجين هو الغاز الطبيعي أي الوقود الأحفوري ، وسيؤدي الغاز الطبيعي إلى انبعاثات عند استخدامه لإنتاج الهيدروجين ، كما أن الغاز مكلف وليس من الاقتصاد تحويله إلى هيدروجين في هذه المرحلة . وقد يكون من الأفضل استخدام الفحم لهذه الغاية ولكن الأمر في حاجة إلى سنوات عديدة من التطوير والاستثمار .

شكل رقم (5): يمكن استخدام الهيدروجين كوقود أو كمصدر للطاقة بعد فصله من مكوناته الطبيعية سواء في الماء أو الهواء

يؤمل في المستقبل استخدام الطاقة المتجددة (خاصة طاقة الرياح والطاقة الشمسية) لإنتاج الهيدروجين وذلك بأن تقوم الطاقة المتجددة بإنتاج الكهرباء واستخدام التيار الكهربائي لغاية فصل الماء إلى مكوناته الهيدروجين والأوكسجين عن طريق محلل كهربائي electrolyzer والذي هو خلية معكوسة ، ولكن هذا الأسلوب أيضاً مكلف للغاية وكفاءته منخفضة ، ويحتاج إلى جهد وسنوات عديدة لتنفيذه ، إلا أنه يظل أحد الأساليب القليلة المجدية في المستقبل لاستعمال الطاقة المتجددة .

إنه من الممكن استخدام الشبكة الكهربائية لغايات عمل المحلل الكهربائي ، إلا أن هذا يعني حالياً استخدام الوقود الأحفوري (وخاصة الفحم) لإنتاج الهيدروجين . ومن الضروري أن نلاحظ بأن السيارة العادية التي تستخدم الكيروسين تنتج انبعاثات حوالي 200-220 جرام من ثاني أكسيد الكربون لكل كيلومتر تقطعه . إذا استخدمت هذه السيارة الهيدروجين بواسطة خلية الوقود فإن الانبعاثات ستكون صفراً، لكن الحصول على الهيدروجين نفسه (في حالة استعمال الشبكة الكهربائية لإنتاجه) يتسبب في انبعاثات تصل إلى 280 جرام من ثاني أكسيد الكربون لكل كيلومتر تقطعه .

إن هذا كله يوضح أنه لا تزال هناك هوة واسعة فنية واقتصادية بين الواقع والآمال المتعلقة بطاقة الهيدروجين وخلية الوقود . والتي لا تزال في مراحلها الأولى واقتصادياتها محدودة جداً وتحدياتها التكنولوجية الكبيرة وبالتالي ، فإن إمكانياتها المستقبلية وقدرتها على استبدال الطاقة الأحفورية لا تزال غير متوفرة في المستقبل المنظور على الأقل .

طاقة الوقود الحيوي (الكتلة الحية) Biomass Energy

نستطيع أن نستمد طاقة الكتلة الحية أو الطاقة البيولوجية من النباتات ونواتج هذه النباتات أيضا ، حيث يعتبر الخشب من قديم الزمان هو أوسع المواد الحيوية إمدادا للطاقة الحيوية ، ولكن من أحدث المواد الأخرى للإمداد بهذه الطاقة هو كثير من المحاصيل الزراعية كالذرة على سبيل المثال (شكل رقم 6)، وأيضا النباتات الخشبية الموجودة بوفرة في مناطق الغابات ، ويستخدم الوقود الحيوي Biomass في إنتاج الكهرباء ووقود النقل والكيماويات الصناعية .

شكل رقم (6): استخدام المحاصيل الزراعية مثل الذرة كمصدر للطاقة الحيوية .

الطاقة الجوفية Geothermal Energy

تعتمد فكرة الطاقة الجوفية على استغلال الطاقة الحرارية الداخلية للأرض (شكل رقم 7) لاستخدامها في كثير من الأغراض مثل إنتاج الكهرباء وتسخين وتبريد المباني .

شكل رقم (7): استغلال الطاقة الحرارية الجوفية للأرض كمصدر من مصادر الطاقة المتجددة .

إنتاج الكهرباء من الطاقة المتجددة في العالم العربي

إن إنتاج الكهرباء من الطاقة المتجددة (غير المائية) في العالم العربي محدود للغاية (أنظر جدول رقم 3) ، نتيجة لاقتصاديات هذا المصدر المشكوك فيها ولانتشار الوقود الأحفوري واستعمال الغاز الطبيعي في إنتاج الكهرباء . إن إنتاج الطاقة الكهربائية من مصادر متجددة لا يتجاوز 5.3 % من مجمل إنتاج الطاقة الكهربائية في العالم العربي عام 2004 وهو إنتاج متواضع للغاية وأقل من المعدلات العالمية والتي تبلغ حوالي 16% . ولا يتوقع أن يزيد هذا الإنتاج في المستقبل بل يتوقع أن يتراجع نتيجة لمحدودية مصادر المياه وإمكانيات الطاقة الكهربائية في العالم العربي وأيضاً للاستثمار المحدود في إنتاج الكهرباء من المصادر الأخرى مثل الرياح ، والطاقة الشمسية وغيرهما ، لانتشار استعمال الغاز الطبيعي لإنتاج الكهرباء في العالم العربي .

الطاقة المتجددة عالمياً

إن الطاقة المتجددة بجميع مصادرها وأشكالها : الطاقة المائية (الكهرومائية) ، والكتلة الحية ، والطاقة الشمسية بما في ذلك طاقة الرياح ، والطاقـة الجوفية (Geothermal) ، تشكل نسبة متزايدة من إنتاج الطاقة في العالم ، وحالياً تمثل الطاقة المائية والكتلة الحية حوالي 15.2% من إنتاج الطاقة العالمية (IEA-Renewable Information 2003) .

إن الإنتاج الكهربائي للطاقة المائية بلغ حوالي 3000 تيراواط ساعة عام 2003 ، وهو أكثر قليلاً من إنتاج الطاقة النووية ، ويعتبر هذا الإنتاج (حرارياً) مساوياً لحوالي 250 م. ط.م.ن من الوقود سنوياً ، إلا أنه يوفر حوالي 640-680 م. ط. م. ن.

وتبلغ إمكانيات إنتاج الطاقة المائية عالمياً نظرياً حوالي 14000 تيراواط ساعة من الكهرباء سـنوياً وهو ما يقارب إنتاج الطاقة الكهربائية في العالم حالياً (WEC, 1998) . إلا أنه لأسباب اقتصادية وبيئية فإن معظم هذه الطاقة لن يستغل . مع ذلك فإن الطاقة المائية ستستمر في التطور فهي أهم مصادر الطاقة المتجددة إذ إنها نظيفة ورخيصة نسبياً وتتطلب كُلفاً بسيطة للتشغيل وكفاءة إنتاجها تقارب حوالي (100%) ، بينما معدل كفاءة الإنتاج من الوقود الأحفوري والنووي هي حوالي (33% فقط) ، وبالتالي وفي السنوات القليلة القادمة فإن مساهمة الطاقة المائية في مصادر الطاقة العالمية قد ينمو بصورة أسرع من نمو إنتاج الطاقة العالمية .

إن مصادر الطاقة المتجددة غير الطاقة المائية كثيرة وأهمها الكتلة الحية Biomass . والكتلة الحية التقليدية تشمل الخشب كوقود (وهو المصدر الرئيسي) وروث الحيوانات وفضلات الإنتاج الزراعي والغابات .

جدول رقم (3): مشاركة الطاقة المتجددة في إنتاج الكهرباء في العالم العربي

البلــد	الطاقة الكهربية المنتجة (ج.و.س)		القدرة المركبة (م.و)
	مولدات مائية	رياح وشمسية	مولدات مائية	رياح وشمسية
الأردن	53	3	12	1
الإمارات	-	-	-	-
البحرين	-	-	-	-
تونس	154	44	621	19
الجزائر	251	-	275	-
السعودية	-	-	-	-
السودان	1.107	-	308	-
سورية	4.247	-	1.528	-
العراق	5.723	-	1.864	-
عمــان	-	-	-	-
فلسطين	-	-	-	-
قطــر	-	-	-	-
الكويت	-	-	-	-
لبنان	1.122	-	272	-
ليبيـا	-	-	-	-
مصــر	13.019	368	2.742	140
المغرب	1.600	199	1.498	54
موريتانيا	-	-	-	-
اليمن	-	-	-	-
المجموع العام	27.276	614	9.120	214
المصدر: النشرة الإحصائية (2001-2004) اتحاد منتجي وناقلي وموزعي الكهرباء
ملاحظات: م.و = ميجاوات (MW)     ج.و.س = جيجاوات ساعة

ولا يتوقع أن تتزايد مساهمة الكتلة الحية في تزويد الطاقة العالمية ، إلا أنه ستبقى تستعمل كمصدر رئيسي للطاقة في الدول النامية المنخفضة الدخل. إلا أنه مع تزايد الطلب على الطاقة في هذه الدول فإنه يتوقع أن يحدث أيضاً تحول تدريجي من الكتلة الحية إلى الطاقة التجارية في عديد من الدول النامية ذات الدخل المحدود .

إن تكنولوجيا الكتلة الحية واستعمالاتها تتطور حالياً بسرعة . فبجانب الحرق المباشر فإن أساليب تحويل المخلفات الحضرية إلى غاز الميثان والتخمير وغيرها من التكنولوجيا تساهم جميعها في تمكين استخدام الكتلة الحية كمصدر مستدام للطاقة . كذلك فإن إمكانيات طاقة الرياح واستعمالاتها تتزايد بسرعة .

إن طاقة الرياح ودورها في توليد الكهرباء عالمياً يتزايد سنوياً بمعدل 13% إلا أنه نظراً لأن حجم هذا التوليد حالياً متواضع ولا يتجاوز حوالي 65 تيراوات ساعة عام 2005 ، فإن مساهمة طاقة الرياح في توليد الكهرباء ستظل محدودة في المستقبل ويتوقع أن تصل هذه المساهمة إلى 930 تيراوات ساعة عام 2030 أي حوالي 3% من إنتاج الكهرباء عندئذٍ . وتبلغ الاستثمارات السنوية حالياً في توسيع طاقة الرياح حوالي 7 بليون دولار سنوياً ، ومعظم هذه الاستثمارات ستتم في ألمانيا حيث تبلغ قدرة المحطات الحالية حوالي 17 ألف ميجاوات وهي تشكل حوالي 4% من قدرة التوليد الكهربائي في ألمانيا . والاتجاه حالياً هو لوضع محطات التوليد من الرياح في المياه خارج الشاطئ Off-Shore وذلك لسرعة الرياح العالية هناك ولتجنب التلوث الصوتي ومناظر المراوح . إلا أن الكلف المتأتية على ذلك مرتفعة وتؤثر سلباً على اقتصاديات طاقة الرياح .

الطاقة في العالم والطاقة المتجددة

في عام 2005 كان استهلاك العالم من الطاقة حوالي 11500 مليون طن مكافئ نفط (م. ط. م. ن) منها 9120 (م. ط. م. ن) من الوقود الأحفوري و630 (م. ط. م. ن) من الطاقة النووية و640 (م. ط. م. ن) من الطاقة المائية يضاف إلى ذلك أكثر من 1110 (م. ط. م. ن) من الطاقة غير التجارية معظمها من الكتلة الحية (UNDP-World Energy Assessment 2003) انظر جدول رقم (4) . إن قاعدة المصادر الضخمة المتوفرة من الوقود الأحفوري والنووي قادرة على تلبية المطالب على الطاقة العالمية لعقود عديدة قادمة .

بصورة تقريبية وعامة فإن استهلاك الطاقة الأولية في بداية القرن الحالي توزعت كما في الجدول (5) الذي يبين أن الطاقة الأحفورية شكلت حوالي 80% من مصادر الطاقة العالمية .

جدول رقم (4): اسـتهلاك الطاقـة في العالـم (2005) مقدر (م.ط.م.ن)

مصدر الطاقة	كمية الاستهلاك
النفط الخام	3840
الغاز الطبيعي	2480
الفحم	2800
الطاقة النووية	630
الطاقة المائية	640
المجمــــوع	10390
الكتلة الحية وغيرها	1110
الإجمـــــالي	11500
استهلاك الطاقة في العالم العربي	400
نسبة استهلاك العالم العربي للعالم	3.5 %

مجموع الطاقة المتجددة (الكتلة الحية والطاقة المائية . . . إلخ) هي 1750 (م.ط.م.ن) وتشكل 15.2% من مصادر الطاقة الأولية . المصدر BP Statistical REview : World Energy Outlook (2004) World Energy Assessment - UNDP (2003)

جدول رقم (5): مساهمة مصادر الطاقة في تلبية الطلب العالمي (في مطلع القرن الحالي)

مصدر الطاقة	كمية الاستهلاك
النفــط	32.9 %
الفحـــم	24.3 %
الغـــاز	21.1 %
الطاقة النووية	5.4 %
الطاقة المائية	5.5 %
الطاقة الجوفية	0.4 %
الكتلة الحيـة	10.4 %
المصدر: World Energy Assessment - UNDP (2003)

مستقبل الطاقة المتجددة

إن مستقبل الطاقة المتجددة ، للعقود القليلة القادمة على الأقل ، لن يكون مشرقاً نتيجة توافر الطاقة الأحفورية بكميات كبيرة تكفي العالم لعقود عديدة قادمة (وربما حتى نهاية القرن) والإشكاليات الكبيرة التي ترافق تطوير الطاقة المتجددة هي كما يلي:

إشكاليات الطاقة المتجددة

إن أهم إشكاليات الطاقة المتجددة المتمثلة أساساً بالطاقة الشمسية (ومنها طاقة الرياح) أنها متقطعة وغير مستمرة وبالتالي فهي تحتاج إلى تخزين مما يجعلها مكلفة وهي أيضاً منتشرة ومبعثرة وبالتالي فإن تجميعها مكلف وهي غير ذات كفاءة عالية . كما أنها تصلح فقط لإنتاج الكهرباء (وأيضاً التسخين في بعض الحالات) وبالتالي فإن من الصعب المتاجرة بها . إن كل هذا يجعلها طاقة غير كفؤة عند مقارنتها بالطاقة الأحفورية (النفط والغاز والفحم) والتي هي مصادر مركزة للطاقة وكفؤة وصالحة لمختلف وجوه استعمالات الطاقة (النقل ، الحرق المباشر ، التسخين ، توليد الكهرباء . . . إلخ) وأيضاً هي طاقة قابلة للتجارة الدولية وعبر البحار . كما أن مصادر الطاقة الأحفورية وافرة للغاية . إن توفر هذه الكميات الكبيرة وخاصة المصادر من النفط الخام والتي يمكن استخراجها تحد جداً من إمكانيات الطاقة المتجددة وتحول بين هذه الطاقة وأخذ حجم أكبر في المستقبل المنظور . إذ إن مصادر الطاقة الأحفورية وخاصة النفط الخام (التقليدية وغير التقليدية) تكفي الاحتياجات العالمية حتى نهاية القرن الحادي والعشرين على الأقل . وبالتالي فإن الاتجاه نحو الطاقة المتجددة سيظل محدوداً جداً في المستقبل المنظور . كما أن التحضر حد من إمكانيات استعمال الكتلة الحية إذ إن مزيداً من الناس المحرومون أصلاً من مصادر الطاقة التجارية أخذوا نتيجة للتحضر في الانتقال للمدينة وانتشر استعمال الوقود التجاري الحديث نسبياً مثل (LPG) لغايات الطبخ والتدفئة وهي استعمالات كانت مقتصرة على الكتلة الحية في الماضي . إلا أن التركيز الأوروبي على الطاقة المتجددة للوفاء باتفاقيات السوق الأوروبية واتفاقية كيوتو ساعد على إيجاد استعمالات جديدة للكتلة الحية لغايات إنتاج الطاقة المتجددة .

وبعد عام 1973 وفي الفترات الأخيرة فقد كان هناك اهتمام متزايد بإنتاج الكحول والتخمير وإنتاج الإيثانول ethanol كبديل (أو خليط مع النفط) . إن هذا البديل ينتج عادة من تخمير قصب السكر أو بعض المنتجات الزراعية وخاصة الذرة أو تخمير الكحـول . وهذا يشكل مصدراً جديراً بالاهتمام وإن كان محدوداً . وينطبق نفس الأمر على الطاقة من الهيدروجين وخلية الوقود .

إن إنتاج الإيثانول من المنتجات الزراعية وخلطه بالبنزين (أو استعماله كبديل للبنزين) أخذ في الازدياد في بعض الدول حيث يتواجد أسـاساً في البرازيل ، ولكن بعض الدول الأوروبية تستعمله حالياً (بواسطة التشريعات في السوق الأوروبية المشتركة) على أن يشكل الإيثانول 10% من وقود السيارات . إن هذا ممكن التحقيق إلا أنه من الصعب أن يتوسع إنتاج الإيثانول أكثر من ذلك لمحدودية الأراضي القابلة للزراعة واحتياجات المياه وللكلف الكبيرة وأيضاً لأنه يحتاج إلى استهلاك كبير للطاقة التقليدية لإنتاجه ونقله .

الطاقة البديلة

يحتل ترشيد الطاقة في المناطق الصناعية والمناطق المكتظة بالسكان في الدول النامية مرتبة متقدمة من الأهمية ، بل إن هذا الترشيد الذي يتم عبر تحسين استخدام الطاقة يمثل أهم مصدر من مصادر الطاقة . ويرى الخبير الألماني "تسافادتسكي" أنه يمكن للطاقات المتجددة كالطاقة الشمسية وطاقة الرياح والمواد العضوية أن تلعب دورا مهما في مجال تجهيز الطاقة وحماية المناخ مستقبلا . ودعا إلى ضرورة وضع خطة شاملة لهذه الطاقات المتجددة منذ الآن وتوفير الوقت اللازم لذلك ، وتصل نسبة الطاقات المتجددة في مجال الطاقة الاقتصادية الأولية حوالي 6% ، وعند حساب استخدام المواد العضوية والحيوية في الأقطار النامية فإن هذه النسبة تصل إلى 15% . وذكر أن استغلال الطاقات المتجددة سوف يزداد مستقبلا على حساب احتياجات الطاقة الأولية في الوقت الحاضر .

ويرى العديد من الخبراء أنه لابد من انقضاء عدة عقود من السنين قبل أن تحتل مصادر الطاقات المتجددة حصة كبيرة في إنتاج الطاقة أكثر مما هي عليه الآن ، فالعالم الصناعي سيظل يعتمد بالدرجة الأولى على مصادر الطاقة الأولية في الخمسين سنة المقبلة على أدنى تقدير ، الأمر الذي يعني بالنسبة ليورجن تريتين وزير البيئة وحماية الطبيعة في ألمانيا ضرورة التوسع في مصادر الطاقات المتجددة بأقصى سرعة ممكنة ، ويأمل تريتين من ذلك تحسين تجهيز الطاقة ورفع مستوى المعيشة في العالم الثالث ، ويركز اهتمامه على مساهمة هذه القطاعات المتجددة في حماية المناخ ، ويذكر أن المؤتمر الدولي الذي عقدته الأمم المتحدة حول البيئة والتنمية في (ريودوجانيرو) قبل سنوات أدى إلى دفعة كبيرة في هذا المجال إذ كان يهدف إلى توفير تجهيز للطاقة بصورة تتناسب مع البيئة والمناخ خاصة على المدى البعيد ، وقد صادقت أكثر من 150 دولة حتى الآن على اتفاقية المناخ الدولية التي تنص على أن الطاقة هي أهم العوامل اللازمة لتوفير اقتصاد صحيح وتنمية اجتماعية وتحسين مستوى المعيشة ، مع التأكيد على خفض الغازات الضارة التي تتسبب في انحباس الحرارة وغيرها من المواد والغازات ، التي ينبغي أن تتحقق من خلال جهود كبيرة وتحول متزايد وحثيث إلى مصادر طاقة أكثر ملاءمة للبيئة ، وخاصة مصادر الطاقة الجديدة والمتجددة ، ويجب استخدام كافة مصادر الطاقة في إطار يحافظ على الصحة والبيئة .

المراجــع

• Baranzini, A., Goldemberg, J., Speck, S., 2000. “A future for carbon taxes”. Ecological Economics 32 (3), 395-412.
• Baron, R., ECON-Energy, 1997. Economic/fiscal instruments: competitiveness issues related to carbon/energy taxation. Policies and Measures for Common Action, Working Paper 14, Annex I Expert Group on the UNFCCC, OECD/IEA, Paris.
• British Petroleum. 2005. “BP Statistical Review of World Energy 2005”, London. E Coal. 2002. “The News Letter of the World Coal Institute” June, 2002. pp 4-6.
• IEA (International Energy Agency). 2004. World Energy Outlook (WEO 2004). Paris.
• IEA (International Energy Agency). 2003. Renewable Energy Information. Paris.
• IEA (International Energy Agency). 2003. World Energy Investment Outlook. Paris.
• IIASA (International Institute for Applied Systems Analysis) and WEC (World Energy Council). 1998. Global Energy Perspectives. Edited by: Nebojša Nakiéenovié, Arnulf Grüble, and Alan McDonald. Cambridge: Cambridge University Press.
• Khatib, H. 1997. “Financial and Economic Evaluation of Projects”. UK: Institution of Electrical Engineers, London.
• Khatib, H. 2003. “Economic Evaluation of Projects”. UK: Institution of Electrical Engineers, London.
• MEES. 2003-2005. Middle East Economic Survey. Various Issues Cyprus.
• NREL, 2006-2007. “National Renewable Energy Laboratory”. Learning About Renewable Energy Home U.S.A.
• UNDP. 2005. Human Development Report. UNDP-New York.
• UNDP/UNDESA/WEC. 2003 “Energy and the Challenge of Sustainability”, 2003. UNDP – NY.
• US Department of Energy (US DOE). 2005. International Energy Oultook. Zhang, “Energy Policy”. 2004.

• الاتحاد العربي لمنتجي وناقلي وموزعي الكهرباء . الإحصاءات السنوية لعام 2001 حتى عام 2004 .
• الأوابك: التقرير الإحصائي السنوي 2004 .
• الأوابك: تقرير الأمين العام السنوي 2004 .
• تقرير التنمية الإنسانية العربية لعام 2003 . برنامج الأمم المتحدة الإنمائي ، الصندوق العربي للإنماء الاقتصادي والاجتماعي.

ا.د حسن ثابت
استاذ جيوفيزياء المياه - قسم الجيولوجيا كلية العلوم - جامعة الأزهر

ا.د حسن ثابت