المركزية في التوليد وطريقة النقل أكثر الاستخدامات هدرا للطاقة

ترشيد الطاقة في المباني يبدأ من مرحلة التصميم.. م. المطوع ل ^:

كشف متخصص في الطاقة والبيئة أن أكثر الاستخدامات هدراً للطاقة تتمحور في المركزية في توليدها وطريقة نقلها، وذلك لتمحور السكان حول مدن عملاقة تحتاج قدرا كبيرا من الطاقة، خصوصا في تشغيلها من ناحية المواصلات والإضاءة والمباني وغيرها.
وأوضح أن هذا فيه هدر كبير للطاقة والموارد، مؤكداً أن توعية المستخدمين بأهمية الطاقة وطرق استخدامها هي الطريق الأمثل للوصول إلى استخدام متزن من قبل المستخدمين.
ونبه إلى أهمية التقليل الذكي في مساحات البناء وتصميم المنازل وفق معطيات الطبيعة مثل توجيه المبنى، ورفع كفاءة الغلاف، ورفع كفاءة الطاقة، لرفع مستوى الأداء في العناصر المساهمة في استهلاك الطاقة للحصول على أعلى إنتاج بأقل قيمة استهلاكية.
وشدد على أن التوفير هو أسرع وأقصر الطرق لاستثمار الطاقة قبل البحث في تكنولوجيا جديدة لتوليدها، ويبدأ من قبل وصول الكهرباء إلى الاستخدام ويكون في عمليات الإنتاج والنقل
المركزية في توليد الطاقة
وقال ل «اليوم» المهندس المعماري يزيد المطوع، الحاصل على شهادة الريادة في الطاقة والبيئة (LEED) من المجلس الأمريكي للأبنية الخضراء، ماجستير في الهندسة المعمارية من جامعة AAU الأمريكية،: «تتمثل المحاور الهامة في المحافظة على الطاقة واستدامتها في ثلاثة أمور أولها، الحد من استخدام الطاقة الكهربائية، فبدلا من التفكير في إنتاج كميات كبيرة منها يمكن التفكير في كيفية الاقتصاد في استخدامنا لها.
وشدد على أن التوفير هو أسرع وأقصر الطرق لاستثمار الطاقة قبل البحث في تكنولوجيا جديدة لتوليدها، ويبدأ من قبل وصول الكهرباء إلى الاستخدام ويكون في عمليات الإنتاج والنقل.
وأفصح أن من أكثر الاستخدامات هدرا للطاقة هي المركزية في توليد الطاقة وطريقة نقلها، فتمحور البشر حول مدن عملاقة يحتاج قدرا كبيرا من الطاقة خصوصا في تشغيل هذه المدن من ناحية المواصلات والإضاءة وتشغيل المباني وغيرها، وهذا فيه هدر كبير للطاقة والموارد، وقد تم التنبه للمشاكل الناتجة عن المركزية في علوم التخطيط الحديثة.
وزاد المهندس المطوع: في أمريكا ظهر ما يسمى بالضواحي (suburbs) وهي مدن مصغرة مكتفية ذاتيا ومستقلة في خدماتها تكون بين المدن الكبيرة لتخفف من التكدس السكاني وتقلل من استخدام المواصلات من وإلى المدن وهذا فيه توفير كبير للطاقة.
وأكد أن إلغاء المركزية لا يكون فقط في المدن بل حتى في الخدمات فمثلا توصيل الكهرباء عبر أسلاك الضغط العالي قاطعة بذلك الجبال والأودية عملية مكلفة ومجهدة جدا بالإضافة إلى أن فيها هدرا كبيرا للطاقة المنقولة (الكهرباء) فكيف يكون ذلك؟
وأجاب بقوله «إن عملية نقل وحدة واحدة من الكهرباء تحتاج إلى إنتاج ست وحدات وذلك لفقدها خمس وحدات في عملية النقل، وفي المقابل، يمكن التقليل من نقل هذه الطاقة أو توزيع محطات إنتاج الطاقة أو حتى توفير طاقات بديلة من مصادر طبيعية متجددة في نفس الموقع من غير الحاجة إلى نقلها».
وتابع «المطوع»: «إن توعية المستخدمين في أهمية الطاقة وطريقة استخدامها هي الطريق الأمثل للوصول إلى استخدام متزن من قبل المستخدمين، وبالتالي يعود ذلك بالنفع على الفرد المستخدم وعلى المدينة ككل، فالتوفير أسرع واقصر الطرق لاستثمار الطاقة بدل البحث في تكنولوجيا جديدة للتوليد أو لحفظ الطاقة.
الاستراتيجيات في توفير الطاقة
وأكد المهندس المطوع أن هناك بعض الاستراتيجيات في توفير الطاقة في المباني ذات التأثير الكبير وهي تبدأ من مرحلة التصميم قبل الإنشاء إلى ما بعد التشغيل،
وعلى سبيل المثال، التقليل الذكي في مساحات البناء، لو افترضنا أن هناك مدرسة قديمة مساحتها 1860م2 كل وظيفة من وظائف المدرسة، كالمسرح والصالة الرياضية وقاعة المحاضرات مثلا لها غرفة خاصة بها.
بينما التصميم الحديث الذكي يستخدم نظام الغرف المتعددة الاستخدام (Multi-purpose rooms) حيث يكون هناك غرفة واحدة يمكن أن تستوعب أكثر من وظيفة للتوفير في المواد، الإضاءة، التكييف، وبالطبع هذا له تأثير مباشر في خفض استهلاك الطاقة في المباني.
واسترسل أيضا، من الاستراتيجيات في توفير الطاقة في المباني هي التصميم وفق معطيات الطبيعة مثل توجيه المبنى وتكون في أن يقوم المعماري في تحديد الأماكن الأكثر عرضة للشمس وتجنبها في البلدان الحارة لتقليل كمية الحرارة الداخلة والعكس بالنسبة للبلدان الباردة، بالإضافة إلى استغلال إضاءة الشمس في توفير إضاءة الطبيعية للتقليل من استخدام الإضاءة الكهربائية، أيضا لتهوية الطبيعية ومعرفة اتجاه الرياح يساعد على التقليل من استخدام التكييف.
ونبه «المطوع» إلى أن من أهم الاستراتيجيات في توفير الطاقة أيضا هي رفع كفاءة الغلاف للمبنى ويشمل الجدران الخارجية، النوافذ، الأبواب وأي منفذ يربط بين داخل وخارج المبنى، ومن ذلك استخدام العوازل في الجدران, وأيضا استخدام كاسرات الشمس للتقليل من أشعة الشمس المسلطة بشكل مباشر.
وهذا بدوره يقلل من هدر الطاقة في التكييف أو التدفئة ويساعد على توفير الطاقة, كل هذه الاستراتيجيات لا يمكن قياس فاعليتها من دون تركيب عدادات مراقبة لاستهلاك الطاقة فهذه أهم الخطوات في الطريق إلى توفير الطاقة».
وأضاف «المطوع»: ثاني محاور المحافظة على الطاقة واستدامتها يتمثل في رفع كفاءة الطاقة، وهو رفع مستوى الأداء في العناصر المساهمة في استهلاك الطاقة وذلك للحصول على أعلى إنتاج بأقل قيمة استهلاكية ممكنة مثل، رفع كفاءة غلاف المبنى بحيث يقلل من الهواء الحار الداخل وهروب الهواء البارد وهذا بدوره يرفع معدل استهلاك الطاقة في المكيفات.
تقنيات جديدة للعزل الحراري
أكد المهندس المطوع أن هناك أنواعا كثيرة وتقنيات جديدة من العزل الحراري فلابد من الحرص على اختيار أجود الأنواع, واستخدام أجهزة ذات كفاءة عالية, وان الأجهزة قليلة الثمن عن الدفع تستهلك قيمة اكبر لصيانتها ولهدرها للطاقة.
بينما الأجهزة ذات الكفاءة العالية رغم ارتفاع سعرها عند الدفع إلا أنها على المدى البعيد تكون أوفر بكثير, إضافة إلى التسجيل في بعض البرامج التي بدورها تحسب معدل صرفك خلال السنة ويقارنه بمن مثله من المباني حتى يتسنى لك معرفة صرفك مقارنة بمن حولك.
وأشار باحث الطاقة المتجددة، أن معرفتك لمعدل الصرف في البيئة التي تسكن فيها يساعدك على التنافس في تقليل استهلاكك، لا سيما انه يسهل لك معرفة ما إذا كنت فوق المعدل الطبيعي للصرف وذلك قد يكون بسبب خلل ما تسبب في هدر الطاقة لديك ويمكن لك معرفته والتعامل معه, واستخدام مجسم الطاقة من قبل المصممين (Energy Modeling) ويكون في مرحلة التصميم قبل الإنشاء.
ويساعد مجسم الطاقة في رسم صورة توقعيه لعملية استهلاك المبنى للطاقة من خلال دورته التشغيلية ويبين أماكن الخلل والتسريبات التي من خلالها يكون هناك هدر كبير للطاقة في المبنى وبالتالي يمكن تجاوزها قبل الإنشاء.
وزاد«المطوع»: ثالث محاور المحافظة على الطاقة واستدامتها يكمن في الطاقة المتجددة, وهي الطاقة القادمة من مصادر طبيعية متجددة مثل الرياح، الشمس، الأمواج وغيرها، وتكون مناقضة للطاقة القادمة من البترول أو الغاز او الطاقة النووية.
وحسب إدارة معلومات الطاقة الأمريكية EIA فإن 34% من استهلاك الطاقة قادم من البترول، بينما 25 بالمائة غاز طبيعي، و 21 بالمائة لحرق للفحم و 9 بالمائة هي طاقة نووية، وأخيرا 10 بالمائة طاقة متجددة, والطاقات غير المتجددة لا تكون طاقات صديقة للبيئة وذلك لأنها تصدر Co2 وهو عامل رئيسي في الاحتباس الحراري ومشاكل طبقة الأوزون، وبالتالي تكون مصدر لرئيسي لتلوث المدن.
وقال المطوع «: هناك أنواع وتقنيات مختلفة للطاقات المتجددة ومنها ما يمكن إنتاجه في موقع الاستخدام ومنها غير ذلك, ومن هذه التقنيات على سبيل المثال، الطاقة الشمسية Solar وهي تقوم على تحويل طاقة الشمس الحرارية إلى طاقة كهربائية ويمكن إنتاجها في موقع الاستخدام.
والطاقة الجوفية Geothermal وهي طاقة يمكن إنتاجها في الموقع وتعتمد على الطاقة الحرارية في باطن الأرض وتقوم بتحويلها إلى طاقة كهربائية أو الاستفادة منها كحرارة ناتجة لتدفئة المنزل.
وطاقة الرياح Wind أيضا من أشهر الطاقات المتجددة هي طاقة الرياح وهي عبارة عن مراوح ضخمة توجه إلى أماكن هبوب الرياح وتقوم بتحويل الطاقة الحركية الناتجة عن دوران هذه المراوح إلى طاقة كهربائية، وطاقة الوقود الحيوي Biomass وهو شبيه لعملية حرق الفحم إلا أنه لا يعتمد على مورد واحد (مثل الفحم) بل يكون عن طريق حرق قطع الأخشاب وبقايا الأشجار الزائدة والمخلفات الطبيعية وتحويل طاقتها الحرارية بعد الحرق إلى كهرباء.
تدفق السيول إلى كهرباء
والطاقة المائية hydropower وهي أكثر الطاقات المتجددة إنتاجا للطاقة فهي تمثل 35٪ من أجمالي إنتاج الطاقات المتجددة، وتكون الطاقة المائية بتحويل الطاقة الناتجة من حركة الأمواج وتدفق السيول إلى كهرباء.
ولا تقتصر الطاقات المتجددة على هذه التقنيات بل هناك الكثير ولا نعلم ما يخبئ لنا المستقبل من تقنيات, ففي الولايات المتحدة الأمريكية ظهرت شركات متخصصة في إنتاج الطاقات البديلة وبيع هذه الطاقة على المستخدمين فهذا سهل عملية استخدام أنواع الطاقة المتجددة من خارج الموقع كاستعارتها من احد الشركات المنتجة للطاقة الخضراء وعند شراء طاقة خضراء من هذه الشركات يحصل المستخدم على شهادة تسمى REC's.
وأوضح «المطوع»: «الطاقة هي القدرة على القيام بفعل ما, فهي تسهل حياتنا وتعطينا ما نريد من خلال استخدام المواصلات تشغيل المصانع والأبنية والأجهزة الإلكترونية وغيرها, ولكن هناك أنواع من الطاقة الاستخدام المفرط لها يؤثر على البيئة بشكل غير مباشر.
وأنواع الطاقة عديدة مثل الطاقة الكهربائية والميكانيكية والكيميائية والحرارية وغيرها، ويمكننا التحويل بين هذه الطاقات، على سبيل المثال للحصول على طاقة كهربائية نحتاج إلى إنتاج طاقة حرارية ومن ثم تحويلها إلى طاقة كهربائية.
لكن السؤال ما هي العلاقة بين الحرارة والطاقة؟ وما هي الحرارة؟, الحرارة هي تعبير عن الطاقة الحركية بين ذرات الجسم, والذرات والجزيئات هي في حركة دائمة وهذه الحركة تسمى الحرارة وهي تخلق شكلا من أشكال الطاقة تسمى الطاقة الحرارية.
وأضاف: فكل جسم في الكون له طاقة حرارية معينة، وكلما زادت سرعة الحركة بين ذرات الجسم زادت حرارته، وفي حال لمس سطح هذا الجسم فإن هذه الذرات تنتقل إلى الجسم الآخر وتزيد من حركة الذرات فيه وبذلك يتم الشعور بهذه الحركة على شكل الحرارة، إذا كانت حركة الجزيئات أو الذرات كبيرة جدا فإنها قد تمزق الروابط الكيميائية بين الجسم الآخر، وهذا ما يسمى بالاحتراق».
وتابع «المطوع»: «الحرارة تنتقل في ثلاث طرق أولها التوصيل الحراري–Conduction وهو انتقال الحرارة من خلال التلامس بين المواد الصلبة فقط، ويختلف باختلاف نوع المادة (خشب، حديد،..الخ) وسمكها.
وثانيها الحمل الحراري–Convection وهو انتقال الحرارة والكتلة (الحركة) الى المادة السائلة أو الصلبة، مثل غليان الماء, وثالثها الإشعاع –Radiation وهو انتقال الحرارة في شكل موجات مثل أشعة الشمس.
واسترسل: وهي الطريقة الوحيدة التي يمكن من خلالها تسخين الأجسام في الفضاء, وكل الأجسام تصدر حرارة ولكن تختلف حسب نوع المادة, فمثلا يمكن الحصول على الدفء من الحرارة الصادرة من النار ولا يمكن ذلك من الحرارة الصادرة من جسم الإنسان، وإن الطاقة الحرارية هي الناتجة من حركة الأجسام واحتراقها وهي أكثر أنواع الطاقة شيوعا، وهناك طاقات حرارية أخرى مثل الطاقة الحرارية الناتجة من الشمس فيمكن أيضا تحويلها إلى كهرباء وغيرها».
حركة المياه الأكثر إنتاجا للطاقة المتجددة
توليد الطاقة من الخلايا الشمسية