شرح الميد · الطاقة والقدرة وتصنيفات المصادر

هدف الدرس

تمييز مقدار الطاقة من معدل انتقالها، وتصنيف المصدر وفق منشئه وتجدد مورده وطريقة تداوله.

الفهرس

• الطاقة والقدرة ووحداتهما
• الطاقة الأولية والثانوية
• التجارية وغير التجارية
• المتجددة وغير المتجددة

الطاقة والقدرة ووحداتهما

الطاقة هي القدرة على إنجاز شغل، ويمكن أن تظهر طاقة حركة أو وضع أو حرارة أو كهرباء أو طاقة كيميائية ونووية. تغيّر صورتها لا يجعلها مقدارًا جديدًا من نوع القدرة: القدرة معدل انتقال الطاقة في الزمن. لهذا تقاس الطاقة بالجول أو بالكيلوواط ساعة، وتقاس القدرة بالواط أو الكيلوواط.

عندما يعمل جهاز بقدرة ثابتة، تكون الطاقة المستهلكة حاصل ضرب قدرته في مدة تشغيله. قراءة القدرة على الجهاز تخبرنا بمعدل الاستهلاك عند ظروف التشغيل المحددة؛ أما فاتورة الطاقة فتتعلق أيضًا بزمن التشغيل. جهازان بالقدرة نفسها لا يستهلكان بالضرورة الطاقة نفسها إذا اختلفت مدة الاستخدام.

E = P × t
1 kWh = 3,600,000 J

تكون النتيجة بالكيلوواط ساعة إذا كانت القدرة بالكيلوواط والزمن بالساعة. ولا يجوز استعمال الواط ساعة بوصفه وحدة قدرة؛ وجود الزمن في حاصل الضرب يجعله وحدة طاقة. كذلك لا يعني ارتفاع القدرة وحده ارتفاع الكفاءة: الكفاءة تربط الناتج المفيد بالطاقة الداخلة، بينما القدرة تصف سرعة التحويل.

الطاقة الأولية والثانوية

الطاقة الأولية تؤخذ من المورد الطبيعي قبل تحويلها إلى حامل أكثر ملاءمة للاستخدام. الشمس والرياح والفحم والنفط الخام أمثلة تختلف في تجددها، لكنها تشترك في كونها موارد أولية. أما الطاقة الثانوية فتنشأ من تحويل مصدر أولي، مثل إنتاج الكهرباء أو البخار لتوصيل الطاقة إلى المستخدم.

يمكن إنتاج الكهرباء من الشمس أو الفحم؛ لذا فإن تسميتها طاقة ثانوية لا تحدد وحدها إن كانت متجددة. يلزم الرجوع إلى المورد الذي غذّى عملية التحويل. وتظهر الخسائر عبر مراحل التحويل والنقل والاستخدام، فيكون تقليل الفقد أحد سبل تحسين كفاءة النظام.

التجارية وغير التجارية

يعتمد هذا التصنيف على طريقة تداول الطاقة. الطاقة التجارية متاحة في السوق بثمن معلوم، مثل الوقود المشترى والكهرباء المباعة. وغير التجارية تجمع أو تستخدم داخل المجتمع خارج التداول المعتاد، مثل مخلفات زراعية يستعملها صاحبها محليًا.

المورد نفسه قد يدخل في سياق تجاري أو غير تجاري؛ بيع الوقود الحيوي في السوق يختلف عن جمع الحطب للاستخدام المنزلي. لذلك لا تتساوى عبارة «غير تجارية» مع «متجددة»، ولا تعني «تجارية» أن الطاقة أحفورية. المعياران يجيبان عن علاقتين مختلفتين: التداول من جهة، وتجدد المورد من جهة أخرى.

المتجددة وغير المتجددة

المورد المتجدد يستمر أو يتجدد على مقياس زمني يناسب استعماله، مثل الإشعاع الشمسي وحركة الرياح ودورة المياه. أما الفحم والنفط والغاز فتكوّنت خلال مدد طويلة وتستهلك أسرع من إمكان تعويضها طبيعيًا. والوقود النووي يصنّف هنا غير متجدد رغم اختلاف طريقة تحرير طاقته عن احتراق الوقود الأحفوري.

الاستدامة لا تلغي قيود الموقع أو الزمن. فالرياح تتغير، والشمس لا تصل إلى سطح اللوح بالمقدار نفسه طوال اليوم. وقد يلزم رأس مال أولي ومساحة وبنية نقل. هذه القيود ترتبط بإتاحة المورد وكثافة الطاقة، ولا تجعل المورد غير متجدد.

يمكن الجمع بين المعايير الثلاثة: الإشعاع مورد أولي متجدد، والكهرباء الناتجة منه طاقة ثانوية، ثم توصف بالتجارية عندما تباع. بهذه الطريقة نحافظ على كل تصنيف من دون خلطه بالآخر.

الخلاصة

خلاصة الدرس: الطاقة مقدار والقدرة معدل. أصل المورد وتجددُه وتداوله ثلاثة معايير مستقلة، والكهرباء صورة ثانوية يمكن أن تأتي من موارد مختلفة.