التحويل بين الطاقة الحرارية والطاقة الكهربائية

الطاقة، بمختلف أشكالها، هي الحاجة الضرورية والملحّة التي لا نستطيع الاستغناء عنها في حياتنا اليومية، لدرجة أنه يعتمد مقياس تقدم أي مجتمعٍ على مدى قوة استخدامه لمصادر الطاقة، بالتالي يجب أن ندرك مفاهيم الطاقة، وأنّه بالإمكان التحويل بين أشكالها، على سبيل المثال، نقوم يوميًّا باستخدام الإبريق الكهربائي لتسخين المياه لإعداد كوبٍ من الشاي، هل فكرنا يومًا أنّ هذا تحولًا بين شكلين من أشكال الطاقة؟ نعم، الطاقة الكهربائية والطاقة الحرارية، وهذا هو صلب موضوع مقالنا التالي. إذن، لنتعرف كيف يمكن التحويل بين الطاقة الحرارية والطاقة الكهربائية.

كما يشير الاسم، فإن تحويل الطاقة الكهربائية إلى حراريةٍ هو شكلٌ من أشكال التحويل الطاقي. الطاقة الكهربائية هي إحدى أشكال الطاقة التي تنتج عن تخزين أو تحرك الجسيمات المشحونة (الإلكترونات)، والتي يُطلق عليها اسم الطاقة الكهربائية الكامنة عندما تكون مُخزّنةً، أمّا عندما تتحرك الإلكترونات في تيارٍ كهربائيٍّ، فهي تمثل طاقةً حركيةً، ينتج عن الحركة ارتفاعٌ في درجة الحرارة، وهذا ما يسمى الطاقة الحرارية. كلما ازدادت سرعة حركة الإلكترونات ازدادت الحرارة معها، وهو ما يعرف بالتحويل الطاقي للكهرباء إلى حرارةٍ..

تكثر الأمثلة التي نصادفها في أحداثنا اليومية عن تحويل الطاقة الكهربائية إلى حراريةٍ، منها:

تتم عملية التحويل هذه باستخدام المحطات الحرارية، وذلك عن طريق حرق الوقود، غالبًا الفحم، لتسخين المياه، وبالتالي تبخرها، يكون البخار الناتج ذا ضغطٍ ودرجة حرارةٍ عاليتين، فيستخدم هذا البخار لتدوير محور التوربين ذي الشفرات المرتبطة بالمولد، وكما نعرف، التوربين هو جهازٌ ميكانيكيٌّ يحول الطاقة الحركية وضغط البخار إلى طاقةٍ مفيدةٍ، إذن، يعمل البخار على تدوير شفرات التوربين، التي بدورها تقوم بتدوير محور التوربين المتصل بالشفرات، ثم يقوم المحور بتدوير المولد الذي يحول هذه الطاقة الحركية إلى طاقةٍ كهربائيةٍ.

لكي تقوم المحطات الحرارية بعملها، تحتاج إلى بعض المواد الأولية، كالفحم الذي يأتي بأحجامٍ كبيرةٍ، ويتم تكسيره بالكسارات إلى قطعٍ أصغر، حجم القطعة حوالي 50 مم، بالإضافة إلى معالجة المياه المستخدمة والتي ستتحول إلى بخارٍ كما قلنا، وتلامس أنابيب الغلايات وشفرات التوربين وغيرها.

تُجلب المياه عادةً من الأنهار، بالتالي تكون مخالطةً للكثير من الأوساخ والملوثات، لذا يجب معالجتها وتنقيتها قبل إدخالها إلى الغلايات، لأنّه إذا لم تتم معالجتها فسوف تقلل من عمر وكفاءة المعدات مسببةً تآكل الأسطح وتقشيرها، مما قد يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الأجزاء المستخدمة للضغط، الأمر الذي قد يودي إلى حدوث انفجارٍ.

أمّا الدخان المتصاعد من أعمدة المحطة، فهو مفيدٌ أيضًا في توليد الطاقة ولا بد من استغلاله، كونّه يتمتع بدرجة حرارةٍ عالية، إذ تتم الاستفادة من هذه الحرارة في تسخين الماء قبل دخوله إلى الغلاية، بالتالي يوفر من تكاليف التسخين التي تحتاج إلى الكثير من الوقود، والكمية المتبقية من الدخان، تُمرّر عبر مرشحاتٍ لامتصاص جزيئات الغبار منها قبل إطلاقها في الهواء..

تعتبر المحطات الحرارية خيارًا مثاليًّا لإنتاج الطاقة بتكاليفَ منخفضةٍ كما أنها صديقةٌ للبيئة، لكن وللأسف، بالمقابل فهي كأيّ مصدر طاقةٍ آخر، تمتلك نقاط ضعفٍ أيضًا. بعد أن انتهينا من التحويل بين الطاقة الحرارية والطاقة الكهربائية إليك أهم الإيجابيات والسلبيات التي تتمتع بها المحطات الحرارية: