هل تساءلت يومًا كيف يتم شحن هاتفك والأجهزة الإلكترونية الأخرى؟ إلى جانب إبقائنا على اتصال رقميًا ، فإن الكهرباء أيضًا تنقذ الأرواح في المستشفيات وصناعة الطاقة وتحافظ عليها الاقتصاد الأمريكي ذاهب. سواء كان مصدرًا للطاقة في القرن التاسع عشر مثل الفحم أو مصدر القرن الحادي والعشرين مثل الطاقة الشمسية ، فإن الأمر يستحق معرفة كيفية عمل الطاقة الكهربائية ، وكيفية توليدها ، وأين يأتي العصير الذي يمد حياتنا بالطاقة من عند.
ما تحتاج لمعرفته حول الطاقة الكهربائية
تنشأ الطاقة الكهربائية عن طريق تدفق الإلكترونات ، الذي يُطلق عليه غالبًا "التيار" ، من خلال موصل ، مثل السلك. تعتمد كمية الطاقة الكهربائية المتولدة على عدد الإلكترونات المتدفقة وسرعة التدفق. يمكن أن تكون الطاقة إما محتملة أو حركية. كتلة الفحم ، على سبيل المثال ، تمثل الطاقة الكامنة. عندما يتم حرق الفحم ، تصبح طاقته الكامنة طاقة حركية.
الأشكال الشائعة للطاقة
هنا ستة أكثر أشكال الطاقة الشائعة.
الطاقة الكيميائية: هذه هي الطاقة المخزنة أو "المحتملة". يتطلب إطلاق الطاقة الكيميائية من الوقود القائم على الكربون الاحتراق (على سبيل المثال ، حرق الفحم أو النفط أو الغاز الطبيعي أو الكتل الحيوية مثل الخشب).
طاقة حرارية: تشمل المصادر النموذجية للطاقة الحرارية الحرارة من الينابيع الساخنة تحت الأرض ، أو احتراق الوقود الأحفوري والكتلة الحيوية ، أو العمليات الصناعية.
الطاقة الحركية: الطاقة الحركية هي الحركة. يمكن التقاط هذا النوع من الطاقة وتحويله إلى كهرباء عندما يتحرك الماء في النهر عبر سد لتوليد الطاقة الكهرومائية ، على سبيل المثال ، أو عندما يحرك الهواء توربينات الرياح.
الطاقة النووية: هذه هي الطاقة المخزنة في الروابط داخل الذرات والجزيئات. عندما يتم إطلاق الطاقة النووية ، يمكن أن ينبعث منها نشاط إشعاعي وحرارة (طاقة حرارية) أيضًا.
طاقة شمسية: تشع الطاقة من الشمس ويمكن التقاط أشعة الضوء باستخدام الخلايا الكهروضوئية وأشباه الموصلات. يمكن استخدام المرايا لتركيز القوة. تعتبر حرارة الشمس أيضًا مصدرًا حراريًا.
طاقة الدوران: هذه هي الطاقة المشتقة من الغزل ، والتي تنتجها عادة الأجهزة الميكانيكية مثل الحذافات.
كيف تصادر الولايات المتحدة طاقتها
كجزء من وزارة الطاقة ، فإن إدارة معلومات الطاقة (EIA) مكلفة بتتبع كيفية إبقاء الولايات المتحدة على الأضواء. البيانات هنا مبنية على مصادر الطاقة في 2018، وهو متوسط في جميع القطاعات واستخدامات الطاقة:
- البترول (النفط) 36٪
- غاز طبيعي 31٪
- فحم 13%
- الطاقة المتجددة 11٪ (بشكل أساسي الكتلة الحيوية والوقود الخشبي (45٪) ، الطاقة الكهرومائية (23٪) ، الرياح (22٪) ، الطاقة الشمسية (8٪) ، والطاقة الحرارية الأرضية (2٪))
- الطاقة النووية 8٪
تستطيع الغوص أعمق في البيانات وإيجاد اختلالات كبيرة بين كيفية الحصول على الطاقة في بيئات مختلفة. على سبيل المثال ، في حين أن صناعة النفط تغذي 92٪ من قطاع النقل (مثل الغاز للسيارات) ، فإنها توفر فقط 8٪ من الكهرباء السكنية.
في ما يلي تحليل كامل لمصدر الكهرباء عندما يضيء المواطن الأمريكي العادي الأضواء في منزله أو يشحن هاتفه في منفذ:
- غاز طبيعي 43٪
- مبيعات التجزئة من قطاع الطاقة الكهربائية 42٪ (يمثل قطاع الطاقة الكهربائية 1٪ من إجمالي استخدامات البترول في الولايات المتحدة ، 35٪ من استخدام الغاز الطبيعي ، و 91٪ من استخدام الفحم ، و 56٪ من استخدام الطاقة المتجددة ، و 100٪ من الطاقة النووية استعمال)
- البترول (النفط) 8٪
- طاقة متجددة 7٪
هذه الأرقام متوسط مصادر الكهرباء في جميع أنحاء البلاد. إذا كنت تريد المزيد من المعلومات المحددة التي تخاطب مجتمعك بشكل مباشر ، فراجع ملف انهيار الدولة والأقاليم من استخدام الطاقة. يستمد قطاع الطاقة الكهربائية في كل ولاية الطاقة من مجموعة فريدة من المصادر ، وتخلق هذه النسب اختلافات كبيرة في مصادر الكهرباء المنزلية من ولاية إلى أخرى.
على سبيل المثال ، أنتج قطاع الطاقة الكهربائية في ولاية إنديانا 79.5٪ من الكهرباء من الفحم في عام 2017 ، بينما شكلت مصادر الطاقة المتجددة 5.9٪ من إنتاج قطاع الطاقة. في ولاية أوريغون ، من ناحية أخرى ، جاء 76.7٪ من طاقة قطاع الطاقة الكهربائية من مصادر متجددة في عام 2017 ، و 3.2٪ من الفحم.
ما ينتظرنا في المستقبل
اعتبارًا من عام 2019 ، تتوقع حكومة الولايات المتحدة أن تشهد أكبر نمو في مصادر الطاقة المتجددة. بحلول عام 2050 ، كان وزارة الطاقة تتوقع لرؤية زيادة بنسبة 2.7٪ في استهلاك الطاقة المتجددة عبر الاقتصاد بأكمله - وهذا لا يشمل مصادر الطاقة الكهرومائية أو الكتلة الحيوية. من المتوقع أيضًا أن يصبح الغاز الطبيعي مصدرًا أكثر انتشارًا للكهرباء ، حيث من المتوقع أن يرتفع الاستهلاك بنسبة 0.5٪ بحلول عام 2050. من المتوقع أن تصبح المصادر الرئيسية الأخرى للكهرباء أقل انتشارًا بشكل طفيف بحلول عام 2050 - من المتوقع أن ينخفض استهلاك البترول بنسبة 0.1٪ ، والفحم بنسبة 0.7٪ ، والطاقة النووية بنسبة 0.6٪.