مجید یزدانی (کارشناسی ارشد معماری)
عضو هیات علمی گروه معماری و شهرسازی دانشگاه خاوران
مدرس دانشکده معماری و شهرسازی دانشگاه فردوسی
آدرس ایمیل جهت جلوگیری از رباتهای هرزنامه محافظت شده اند، جهت مشاهده آنها شما نیاز به فعال ساختن جاوا اسکریپت دارید
امان کسمایی(کارشناسی معماری)
آدرس ایمیل جهت جلوگیری از رباتهای هرزنامه محافظت شده اند، جهت مشاهده آنها شما نیاز به فعال ساختن جاوا اسکریپت دارید
چکيده:
نياز گسترده انسان به منابع انرژي همواره از مسائل اساسي در زندگي بشر بوده و تلاش براي دستيابي به يك منبع تمام نشدني انرژي از آرزوهاي ديرينه انسان محسوب می شود و او همواره در تصورات خود به دنبال منبع نيرويي بی پایان بوده كه در هر زمان و مكان در دسترس او باشد.
باپيشرفت تمدن بشري، گياهان به ويژه درختان(چوب) و پس ازآن زغال سنگ، نفت و گاز وارد بازار انرژي شد، اما به دلایلی چون: نياز روز افزون به انرژي، محدوديت منابع فسيلي و آلودگي هاي زيست محيطي ناشي از سوزاندن و متصاعد شدن گازهاي سمي حاصل ازآن( كه موجب مشكلات تنفسي، افزايش دماي هوا و تغييرات گسترده آب و هوايي مي گردد) صاحبنظران و كارشناسان بر آن شدند كه با استفاده از انرژي هاي پاك نظير انرژي خورشيدي، بادي، زمين گرمايي، هيدروژني و... به جاي انرژي هاي محدود فسيلي،از خطرات و چالش هاي ايجاد شده ممانعت كنند. اين امر سبب شده است كه كشورهاي توسعه يافته با جديّت هرچه تمام تر استفاده از ساير انرژي هاي موجود در طبيعت به خصوص انرژي هاي تجديد شونده را مورد توجه قرار دهند. در اين راستا در اين مقاله سعي داريم با توجه به اهميت انرژي هاي تجديد پذير به صورت خلاصه به معرفي آن ها پرداخته و در انتها مزایای این نوع انرژی هارا نسبت به سوختهای فسیلی بیان کنیم.
لغات کليدي:انرژی ،انرژی های تجدید پذیر ، سوختهای فسیلی.
1. مقدمه
افزایش استاندارد سطح زندگی در کشورها و پیشرفت در زمینه های گوناگون و افزایش جمعیت باعث ازدیاد مصرف انرژی شده است. جمعیت کنونی جهان حدود 6 میلیارد نفر و نرخ رشد سالانه آن تقریباً 2 تا 3% است، به طوری که هر 20 الی 30 سال دو برابر می شود. همچنین مصرف سرانه انرژی در یک مقیاس جهانی 8/0 کیلووات است و شاخص های اقتصادی نشانگر آن است که مقدار سرانه سود ناخالص ملی به طور تصاعدی به مقدار 2% تا 5% در سال رشد دارد و بنابراین چنانچه بازدهی تبدیل انرژی به سرمایه ملی مقدار ثابتی فرض شود، مصرف جهانی انرژی سالانه میزان 4 الی 8 درصد رشد خواهد داشت.(5)
این ارقام نشان می دهند که میزان مصرف انرژی جهان در قرن آینده بالا می باشد و بالطبع این سوال مهم مطرح می باشد که آیا منابع انرژی های فسیلی در قرنهای آینده، جوابگوی نیاز انرژی جهان برای بقا، تکامل و توسعه خواهند بودیا خیر؟(7)
2.انرژی های تجدید ناپذیر (7)
سوخت هاي فسيلي همچون زغال سنگ و نفت از بقاياي گياهان و جانوراني كه در زير درياها در زمانهاي قديم مدفون شده اند به وجود مي آيند و به طور طبيعي، بصورت مواد جامد، مايع و گاز يا مخلوطي از آن ها در معادن یافت مي شوندوخود بر 2 نوع اند.
2-1.منابع هیدروکربنی زنده
شامل بقاياي گياهان درختان، بوته ها و ساير رُستني هاست كه به عنوان سوخت در موارد مختلف كاربرد دارد.
2-2.منابع هیدروکربنی غیر زنده
2-2-1. زغال سنگ
زغال سنگ يكي از منابع توليد انرژي هاي فسيلي است كه اغلب در معادن زير زميني يافت مي شود. بهره برداري از زغال سنگ در شرايط فعلي با صرف هزينه زياد و كار طاقت فرسا ميسر است. به دلیل توليد حرارتي بالا، زغال سنگ در كوره هاي حرارتي، كشتيهاي باري و كارخانجات فولاد سازي کاربرد بیشتری دارد.
2-2-2. نفت
نفت مايعي سياه رنگ و غليظ است كه با حفر چاههاي عميق از زير زمين استخراج مي شود. چون استخراج، ذخيره و پالايش آن نسبت به ساير سوخت ها آسانتر است، بيشتر مورد توجه است.
2-2-3. گاز
گاز يكي ديگر ازاشكال منابع هيدروكربني است كه با تكنيك هاي ويژه اي بدست مي آید.
2-2-3-1. گاز طبيعي:
مخلوطي از گازهاي متان، اتان و پروپان است. اين گاز از دو منبع گاز مستقل و گاز همراه با نفت بدست مي آيد.
2-2-3-2. گاز مایع:
اين نوع گاز كه به دلیل تبدیل راحت از حالت گاز به مایع از پركاربردترين گازهاي مصرفي است،در كپسول هاي خانگي مورد استفاده قرار مي گيرد. اين نوع از گازها مخلوطي از گازهاي پروپان، بوتان، پروپيلن و بوتيلن و در حقيقت مخلوطي از بخش هاي پالايش شده نفت خام است.
3.دلایل نیاز به پیدا کردن جانشین
به دو دلیل عمده باید منابع جدید انرژی را جایگزین سوختهای فسیلی نمود.
3-1.محدودیت منابع سوختهای فسیلی
با توجه به رشد جمعیت و همچنین افزایش مصرف انرژی سالیانه به طور متوسط نزدیک به 10 میلیارد تن سوخت مصرف می شود به طوری که در زمان حاضراین رقم تا 15 میلیارد تن افزایش خواهد یافت، این افزایش به کاهش منابع انرژی فسیلی منجر می شود. و تحقیقات نشان می دهد که عمر متوسط منابع زیرزمینی انرژی (نفت، زغال سنگ و گاز طبیعی) بیش از صد سال نخواهد بود و چنین رشدی احتیاج به منابع جایگزین را اعلام می کند.(6)
3-2.خطرات زیست محیطی (7)
3-2-1. گرم شدن کره زمین ( اثر گلخانه ای)
مصرف سوختهای فسیلی موجب ایجاد دی اکسید کربن و گازهای دیگری میگردد.تجمع و افزایش بیش از حد این گازها در جو زمین،موجب ایجاد لایه ضخیمی از گاز میگردد که همانند پوشش پلاستیکی
گلخانه ها، از بازگشت حرارت مازاد حاصل از تابش نور خورشید به سطح زمین به فضا جلوگیری کرده و گرما را در نزدیکی سطح زمین نگه میدارد و همانند گلخانه باعث گرم شدن هوای زمین میگردد.
در اثر بروز این پدیده زیست محیطی،بنا به تخمین دانشمندان دمای کره زمین در طی قرن حاضر بین ۸/۰ تا ۵/۳ درجه سانتیگراد افزایش می یابد.این اثر از یکسو موجب بروز تغییرات گسترده آب و هوایی در مناطق مختلف زمین و بروز وقایعی نظیر خشکسالی یا بالعکس سیل و طوفانهای شدید می گردد و از سویی دیگر با افزایش سرعت ذوب یخهای قطبی باعث بالا آمدن آب دریاها و اقیانوسها و به زیر آب رفتن بسیاری از مناطق ساحلی و ارضی مستعد سرزمینی خواهد شد.
3-2-2.آلودگی هوا و بارانهای اسیدی
بارانهای اسیدی هم یکی از اشکال آلودگی هوا بشمار میروند.گازهای دی اکسید گوگرد و اکسید نیتروژن حاصل از مصرف سوختهای فسیلی، در هوا با بخار آب موجود ترکیب شده و تشکیل اسید سولفوریک و اسید نیتریک را می دهند که به همراه ابرها بر فراز گستره وسیعی از زمین حرکت کرده و هنگام تبدیل ابرها به بارش، این اسیدها به سطح زمین برگشته و موجب تخریب جنگلها ،پوشش گیاهی و حتـی ساختمانها و ابنیه ساخت دست بشر و نیز آلــودگی منابع آبی سطحی و زیـــرزمینی می گردند.
4. انرژی های تجدید پذیر
انرژی تجدید پذیر عبارت از هر نوع انرژی است که بدون آنکه مخازن تامین کننده آن رو به زوال روند،مورد استفاده قرار گیرند.(3)
4-1. انرژي خورشيدي (1)
خورشيد نه تنها خود منبع عظيم انرژي است، بلكه سرآغاز حيات و منشا تمام انرژي هاي ديگر است. طبق برآوردهاي علمي، حدود 600 ميليون سال از تولد اين منبع عظيم مي گذرد و در هر ثانيه 2/4 ميليون تن از جرم خورشيد به انرژي تبديل مي شود. با توجه به وزن خورشيد كه حدود 333 هزار برابر وزن زمين است اين كره نوراني را مي توان به عنوان منبع عظيم انرژي تا 5 ميليارد سال آينده به حساب آورد.
4-1-1. كاربرد انرژي خورشيدي
درعصر حاضر از انرژي خورشيدي توسط سيتسم هاي مختلف و براي مقاصد متفاوت استفاده و بهره گيری می شودکه عبارتنداز:
١- استفاده از انرژي حرارتي خورشيد براي مصارف خانگی، صنعتی و نيروگاهی .
٢- تبديل مستقيم نور حاصل از پرتوهاي خورشيد به الكتريسيته توسط تجهيز اتي به نام فتوولتائيک .
4-1-1-1. استفاده از انرژي حرارتي خورشيد:
اين بخش از کاربردهاي انرژي خورشيدي شامل دو گروه کاربردهاي نيروگاهي و کاربردهاي غيرنيروگاهي مي باشد.
1- کاربردهاي نيروگاهي.
تأسيساتي که با استفاده از آنها انرژي جذب شده حرارتي خورشيد به الكتريسيته تبد يل مي شود نيروگاه حرارتي خورشيدي ناميده مي شود . اين تأسيسات بر اساس انواع متمرکز کننده های موجود و بر حسب اشكال هندسي متمرکز کننده ها به سه دسته تقسيم مي شوند.
الف - نيروگاههايي که گيرنده آنها آينه هاي سهموی ناوداني هستند (شلجمی باز)
ب- نيروگاههاي که گيرنده آنها دريك برج قرار دارد و نور خورشيد توسط آينه هاي بزرگي به نام هليوستات به آن منعكس ميشود(دريافت کننده مرکزی)
ج - نيرگاههاي که گيرنده آنها بشقابي سهموی (ديش ) مي باشد(شلجمي بشقابی )
بهتر است بدانيم درهر نيروگاهي اعم از نيروگاههاي آبي، نيروگاههاي موسوم به بخاري و نيروگاههاي گازي براي توليد برق از ژنراتورهاي الكتريكي استفاده مي شود که با چرخيدن اين ژنراتورها برق توليد مي شود. اين ژنراتورهاي الكتريكي انر ژي دوراني خود را از دستگاهي بنام توربين تامين می کنند. بدين ترتيب میتوان گفت که ژنراتورها انرژي جنبشي را به انرژي الكتريكي تبديل می کنند . تامين کننده انرژي جنبشي ژنراتورها، توربين ها هستند.
درنيروگاههاي حرارتي خورشيدي وظيفه اصلي بخشهاي خورشيدي توليد بخار مورد نياز برای تغذيه توربينها است يا به عبارت ديگر میتوان گفت که اين نوع نيروگاهها شامل دو قسمت هستند:
الف- سيستم خورشيدي که پرتوهاي خورشيد را جذب کرده و با استفاده از حرارت جذب شده توليدبخار مي نمايد.
ب- سيستمي موسوم به سيستم سنتي که همانند ديگر نيروگاههاي حرارتي بخار توليد شده را توسط توربين و ژنراتور به الكتريسيته تبديل می کند.
2- كاربردهاي غيرنيروگاهي.
کاربردهی غیر نیروگاهی انرژی خورشیدی شامل موارد متعددي است كه مهمترین آن ها عبارتند از: آبگرم كن و حمام خورشيدي، گرمايش و سرمايش ساختمان و تهويه مطبوع خورشيدي، آب شيرين كن خورشيدي، خشك كن خورشيدي، اجاق هاي خورشيدي، كوره خورشيدي، خانه هاي خورشيدي.
4-1-1-2. تبديل مستقيم پرتوهاي خورشيد به الكتريسيته به وسيله تجهيزاتي به نام فتوولتائيك:
به پديده اي كه در اثر تابش نور بدون استفاده از مكانيزم هاي محرك، الكتريسيته توليد كند پديده فتوو لتائيك و به هر سيستمي كه از اين پديده استفاده كند سيستم فتوولتائيك می گويند.
از سري و موازي کردن سلولهاي آفتابي مي توان به جريان و ولتاژ قابل قبولي دست يافت. در نتيجه به يك مجموعه از سلولهاي سري و موازي شده پنل فتوولتائيك مي گويند . امروزه اينگونه سلولها عموماً از ماده سيليسيم تهيه مي شود و سيليسيم مورد نياز از شن و ماسه تهيه مي شودکه در مناطق کويري کشور، به فراواني يافت مي گردد . بنابراين از نظر تامين ماده اوليه اين سلولها هيچگونه کمبودي در جهان وجود ندارد.
سيستم هاي فتوولتائيك را مي توان بطور کلي به سه بخش اصلي تقسيم نمود.
١- پنلهاي خورشيدي : اين بخش در واقع مبدل انرژي تابشي خورشيد به انرژي الكتريكي بدون واسطه مكانيكي مي باشد .
2- توليد توان مطلوب يا پخش كنترل: وظيفه اين بخش كنترل همه مشخصات سيستم و توان ورودي پنل ها طبق نياز مصرف كننده است.
3- مصرف كننده يا بار الكتريكي: با توجه به خروجي DC(برق مستقيم) پنل ها، مصرف كننده مي تواند دو نوع DC(جريان مستقيم )ياAC (جريان متناوب )باشد.
4-1-2. مزاياي انرژي خورشيدي
1- توليد برق بدون مصرف سوخت
2- عدم احتياج به آب زياد
3- عدم آلودگي محيط زيست
4- امكان تأمين شبكه هاي كوچك و ناحيه اي
5- استهلاك كم و عمر زياد
6- عدم احتياج به متخصص
4-2. انرژي باد(7)
انرژي باد نظير ساير منابع انرژي تجديدپذير از نظر جغرافيايي گسترده و در عين حال به صورت پراكنده و غير متمركز محسوب می شود که تقريباً هميشه در دسترس است.
4-2-1. استحصال انرژي از باد توسط توربين هاي بادي
از نظر عملكردي در توربين هاي بادي انرژي جنبشي باد به انرژي مكانيكي و سپس به انرژي الكتريكي تبديل مي شود و داراي دو نوع است:
الف)توربين هاي بادي با محور چرخش عمودي
ب)توربين هاي بادي با محور چرخش افقي
در توربين ها، چرخش پره ها انرژي جنبشي باد را به انرژي مكانيكي و سپس آن را به الكتريسيته تبديل مي کند. باد به پره ها برخورد ميكند و آنها را مي چرخاند. چرخش پره ها باعث چرخش محور اصلي مي شود و اين محور به يك ژنراتو برق متصل است. چرخش اين ژنراتور، برق متناوب توليد مي كند.
4-2-2. كاربرد انرژي باد
4-2-2-1. كاربرد هاي نيرو گاهي
كاربردهاي نيروگاهي توربين هاي بادی شامل كاربردهاي متصل به شبكه برق رساني و به شرح است:
1- توربين هاي بادي منفرد: اين توربين ها جهت تأمين بارهاي الكتريكي از نوع مسكوني، تجاري، صنعتي يا كشاورزي استفاده مي شود. اكثر اين توربين ها در نزديكي كشتزار ها يا گروهي از منازل قرار داده مي شوند.
2- مزارع بادي : اين كاربرد معمولاً چندين توربين بادي متمركز را شامل مي شود و به منظور تأمين انرژي كه از طريق شبكه توزيع مي شود طراحي شده است.
4-2-2-2. كاربردهاي غيرنيروگاهي
1- پمپهاي بادي آبكش كه عمل پمپاژ آب به وسیله آنها برای اهداف زير انجام مي شود:
• تأمين آب آشاميدني حيوانات در مناطق دورافتاده
• آبياري در مقياس كم
• آبكشي از عمق كم جهت پرورش آبزيان
• تأمين آب مصرفي خانگي
2- كاربرد توربين هاي كوچك به عنوان توليد كننده برق جزيره هاي مصرف:
اصلي ترين كاربرد هاي غير نيروگاهي توربين هاي بادي، تأمين برق جزيره هاي مصرف است.
* يك جزيره مصرف، محل يا منطقه اي است كه تأمين برق براي آن از طريق شبكه سراسري برق بسيار مشكل و غير منطقي باشد.
3- شارژ باتري:
براي اين كار بيشتر از توربين هاي بادي با قيمت ارزان و متوسط استفاده مي شود. توربين هاي بادي كوچك جهت مصارف خانگي مفید هستند. نمونه كاربرد چنين توربين ها شامل تأمين دستگاه هاي كمك ناوبري دريايي و مخابرات مي شود.
4-2-3. مزاياي بهره برداري از انرژي باد
توربين هاي بادي به سوخت های فسیلی نیاز ندارند-رايگان بودن انرژي باد- توانايي تأمين بخشي از تقاضاي انرژي برق- كمتر بودن نسبي قيمت انرژي حاصل از باد نسبت به انرژي هاي فسيلي- كمتربودن هزينه هاي جاري و هزينه هاي سرمايه گذاري انرژي باد در بلند مدت- تنوع بخشيدن به منابع انرژي در بلند مدت- قدرت مانور زياد، جهت بهره برداري در هر ظرفيت و اندازه (ازچند وات تا چندين مگاوات)-عدم نياز به آب -عدم نياز به زمين زياد براي نصب و استقرار تاسیسات - نداشتن آلودگي زيست محيطي نسبت به سوختهاي فسيلي- افزايش قابليت اطمينان درتوليد برق .
4-3. انرژي زمین گرمایی (2)
انرژي حرارتي که در پوسته جامد زمين وجود دارد، انرژي زمين گرمايي ناميده ميشود. مرکز زمين منبع عظيمي از انرژي حرارتي است که به شكل هاي گوناگون از جمله فوران هاي آتشفشاني، آبهاي گرم و يا بواسطه خاصيت رسانايي به سطح آن هدايت مي شوند.
به طور کلي مناطقي از زمين که داراي سه ويژگي مهم زير باشند مي توانند داراي پتانسيل خوب جهت بهره برداري از انرژي زمين گرمايي باشند :
١- منبع حرارتي، ٢-سيال حد واسط ٣- محيط متخلخل
مناطقي از زمين که داراي پتانسيل زمين گرمايي مي باشند منطبق بر مناطق آتشفشاني و زلزله خيزجهان هستند.
4-3-1.روشهای بهره برداری از انرژي زمین گرمایی
بهره برداري از انرژي زمين گرمايي به دو روش آلي امكان پذير مي باشد که عبارتند از:
١- استفاده غيرمستقيم يا روش نيروگاهي
٢- استفاده مستقيم يا روش غيرنيروگاهي
4-3-1-1. كاربرد هاي نيرو گاهي
بطور ساده مي توان گفت که نيروگاههاي زمين گرمايي به دو دسته مهم تقسيم مي شوند.
١- نيروگاه زمين گرمايي با سيال دو فاز (بخار و مايع)
سيالي که معمولا به شكل دو فاز مايع و بخار مي باشد از چاههاي زمين گرمايي خارج مي شود. اين سيالات در مخزن جداکننده بخار از مايع جمع آوري شده و سپس فاز بخار از مايع جدا مي شود .
بخار جدا شده وارد توربين شده و باعث چرخش پره هاي توربين مي شود .پره
ها نيز به نوبه خود محور توربين و در نتيجه محور ژنراتور را به حرکت وا مي دارند که باعث بوجود آمدن قطبهاي مثبت و منفي در ژنراتور شده و در نتيجه برق توليد مي شود.
٢- نيروگاه زمين گرمايي با سيال تك فاز (مايع)
در اين نوع نيروگاهها نياز به مخزن جدا کننده نمي باشد زيرا آب گرم وارد مبدل حرارتي شده و حرارت خود را به سيال عامل ديگري که معمولاً ايزوپنتان مي باشد و نقطه جوش پايين تري نسبت به آب دارد منتقل مي کند، دراين فرايند ايزوپنتان به بخار تبديل شده و به توربين منتقل مي شودکه در اينجا توربين و ژنراتور طبق توضيحات فوق مي توانند برق توليد کنند.
4-3-1-2. روشهاي استفاده مستقيم يا غير نيروگاهي
١- استخرهاي آب گرم
دراين روش آب گرم زمين گرمايي را مي توان با آب سرد و معمولي ترکيب نمود و آب نسبتاً گرمي را براي اهدافي چون ايجاد مراکز جذب توريست ومجتمع هاي آب درماني مورد استفاده قرارداد.
٢- مراکز گلخانه اي
مي توان آب گرم زمين گرمايي را توسط لوله کشي به داخل گلخانه ها هدايت نمود، تا بدين وسيله حرارت مورد نياز جهت رشد و نمو گياهان، ميوه و سبزيهاي خاصي را فراهم نمود .
٣- گرمايش منازل
با کمك لوله کشي و يا رادياتورها ي ويژه مي توان مانند سيستم هاي شوفاژ موجود، آب گرم زمين گرمايي را به داخل محيط هاي منازل، بيمارستانها، ادارات و … منتقل و از حرارت اين آبهاي گرم جهت تامين گرمايش محيط استفاده نمو د.
4- حوضچه هاي پرورش ماهي
در مزارع پرورش ماهي مي توان با استفاده از آبهاي گرم زمين گرمايي، حرارت و شرايط مورد نياز براي رشد و پرورش ماهي هاي خاص را فراهم نمود.
٥- ذوب برف و پيشگيري از يخبندان در معابر
با استفاده از لوله هايي که در زير معابر تعبيه مي شود مي توان در فصول سرما حرارت آبهاي گرم را به آسفالت خيابانها و جاده ها يا به سطوح پياده روها منتقل و بدين وسيله برف روي اين سطوح را ذوب نمود.
٦ -پمپ حرارتي
توسط پمپ هاي حرارتي مي توان در تابستان سرمايش و در زمستان گرمايش ساختمانها را تامين نمود.
4-3-2. مزيت هاي كاربرد انرژي زمين گرمايي
1- عدم آلودگي هوا
2- توليد CO2 كم، توليدH2S پايين و عدم توليد NOx
3- عدم آلودگي منابع آب هاي زيرزمين
4- عدم نياز به زمين وسيع
5- صرفه جويي در مصرف سوخت هاي فسيلي
6- طولاني بودن زمان دسترسي
7- گستردگي موارد كاربرد
8- مستقل بودن از شرايط جوي
9- امكان توليد برق به وسيله واحد هاي قابل حمل
4-4. انرژي آب و امواج (7)
درياها و اقيانوس ها با عوامل مختلف فيزيكي، انرژي را دريافت و ذخيره نموده و سپس آن را از دست مي دهند. اين انرژي به صورت موج، جزر و مد، اختلاف درجه حرارت آب است كه مي توان از هر يك از آنها بهره برداري كرد.
4-4-1. انرژي امواج درياها و اقيانوس ها
در اثر انتقال انرژي مكانيكي باد به دريا امواج به وجود مي آيند. ميزان انتقال اين انرژي بستگي به سرعت باد و مسافتي كه باد در طول دريا طي كرده دارد.امواج به خاطر جرم آبي كه نسبت به سطح متوسط دريا جابه جا شده، انرژي پتانسيل و به خاطر سرعت ذرات آب، انرژي جنبشي را با خود حمل مي كنند. انرژي ا مواج حاصله در مناطق ساحلي در حدود 2 تا 3 ميليون مگاوات برآورد مي شود.
امروزه از طريق سه روش انرژي امواج از دريا استحصال مي شود:
الف- استفاده از كانالي به شكل مخروط ناقص: آب را در مخزني مرتفع ذخيره كرده و اين آب در بازگشت به سطح دريا توربيني را به حركت در مي آورد. اين سيستم ها به صورت one shore(نزديك ساحل) يا off shore (دور از ساحل) قابل اجرا هستند.
ب- استفاده از حركت عمومي امواج اقيانوس توسط مكانيزم هاي گوناگون از قبيل پمپ هاي هيدروليك، فنرها و پليمرهاي پيزوالكتريك.
ج- استفاده از يك ستون نوساني آب دستگاه OWC:
در جريان نوسانات دريا،آب بالا رونده در يك استوانه با بدنه فولادي محكم(كه در بستر دريا نصب شده است)، هواي فشرده را از درون يك توربين عبور مي دهد و ژنراتور را به حركت درمي آورد سپس در بازگشت، هوا را در جهت مخالف فشرده و از توربين ديگري عبور مي دهد.
4-4-2. انرژي جزر و مد، درياها و اقيانوس ها
جزر و مد دريا در اثر جاذبه ماه و خورشيد به هنگام گردش زمين به وجود مي آيد. نيروي جاذبه ماه باعث ايجاد برآمدگي در آب ها شده و به علت گردش وضعي زمين اين برآمدگي به سمت غرب جريان پيدا مي كند، در نتيجه موج هايي با دوره 12 ساعت و 25 دقيقه ايجاد مي شود.
در هنگام مد، مي توان آب را پشت مخزن سدي كه در عرض دريا احداث مي گردد، جمع نمود. سپس در هنگام جزر، آب جمع شده در پشت سد را، درست مثل يك نيروگاه برق آبي، به خارج هدايت كرد.
اين سدها داراي توربين هاي قائم محور و جعبه هاي پيش ساخته بتوني يا فولادي هستند كه روي يك حصار سوار شده اند. قسمت هایي از سد براي عبور قايق هاي كوچك و يا كشتي ها به صورت متحرك ساخته شده است.
در اين سدها دريچه ها و حوضچه هایي تعبيه شده است . در هنگام بالا آمدن آب (مد) دريچه ها باز شده و آب وارد حوضچه ها مي شود با پرشدن حوضچه از آب و توقف مد، دريچه ها بسته مي شوند. آب جمع شده در حوضچه يك ارتفاع هيدرواستاتيك را ايجاد مي كند؛ با پائين آمدن آب(جزر) دريچه باز شده و آب از حوضچه به سمت دريا جريان پيدا مي كند در بين اين مسير آب توربين ها تعبيه شده است و با حركت آب توربين ها به چرخش در مي آيد و ژنراتور را به حركت در مي آورد. توليد الكتريسيته تا جايي كه تراز آب حوضچه پائين بيايد ادامه دارد. بعد از اين روند دريچه ها بسته شده و با جزر و مد بعدي اين چرخه تكرار مي گردد.
4-4-3. انرژي حرارتي در دريا ها و اقيانوس ها
انرژي خورشيد سطح آب اقيانوس و درياها را گرم مي كند. در نواحي استوايي، سطح آب تا بيش از 40 درجه گرم تر از درون آب است. اين اختلاف حرارتي مي تواند براي توليد برق به كار برده شود. استفاده از اين نوع انرژي، تبديل انرژي حرارتي اقيانوس يا OTEC ناميده مي شود. براي اين منظور حداقل اختلاف درجه حرارت بين گرم ترين (سطح آب) و سردترين(عمق آب) نقطه آب بايد 36 درجه فارنهايت باشد.
كاربرد اين تكنولوژي علاوه بر توليد برق در شيرين كردن آب، فراهم كردن تهويه مطبوع و يك محيط مناسب براي پرورش ماهي است.
4-5. انرژي زیست توده(3)
هرارگانيسم زنده اي که انرژي خورشيد را جذب نموده و در خود به صورت ذخيره نگه مي دارد بيوماس ناميده مي شود.
يكي از مناسب ترين منابع انرژي تجديد شونده زيست توده يا بيوماس مي باشد که علاوه بر خاصيت تجديد پذير بودن دوستدار محيط زيست نيز مي باشد، اين انرژي يكي از بهترين و پر استفاده ترين نوع انرژي هايي است که از گذشته دور نيز مورد توجه بشر قرار داشته است.
منابع انرژي هاي زيست توده مي توانند به شكل اصلي انرژي مانند الكتريسته و يا حاملهاي انرژي چون سوختهاي گازي و مايع ، نیازهاي بخشهاي مختلف در جامعه بشري را تأمين کنند که اين موضوع وجه تمايز مباحث انرژي زيست توده و نسبت به ساير انرژي هاي نو مي باشد.
زيست توده در ميان انرژي هاي تجديد پذير مقام نخست را در عرضه انرژي جهان دارا مي باشد به گونه اي که در سال ٢٠٠٠ بيش از ١٠ درصد عرضه انرژي اوليه جهان از منابع زيست توده تأمين گرديده است. در زمينه توليد برق از منابع تجديد شونده، زيست توده پس از انرژي آب در جايگاه دوم قرار دارد و د ر سال ٢٠٠٠ حدود ٦ درصد سهم جهاني را به خود اختصاص داده است .
از اعمال مجموعه اي متنوع از فرايندهاي فيزيكي – شيميايي و زيست محيطي بر روي منابع مختلف زيست توده مانند تجزيه و تخمير و غيره در يك محفظه، گازي بدست مي آيد که اصطلاحاً بيوگاز نام دارد . پس از اعمال يك سري فرآيند هاي تصفيه اي مطابق استانداردهاي جهاني و زيست محيطي بر روي اين گاز مي توان آن را به عنوان يك حامل انرژي در نظر گرفت.
4-5-1. منابع زيست توده (بيوماس)
بخشي از تشعشع خورشيد که به اتمسفر زمين مي رسد، به دليل فرايند فتوسنتز در گياهان جذب مي شود. جالب است بدانيدکه ميزان انرژي که سالانه توسط فتوسنتز ذخيره مي شود، چندين برابر بيشتر از کل مصرف معمولي انرژي جهان و حدوداً ٢٠٠ برابر مصرف انرژي غذايي معمولي کل جهان است . و نيز توجه به اين نكته آموزنده است اين بيوماس، که حدود ٩٠ درصد آن در درختان ذخيره مي شود، معادل ذخائر سوختهاي فسيلي قابل استخراج و به ثبت رسيده ميباشد.
منابع بيوماسي که براي توليد انرژي مناسب هستند، طيف وسيعي از مواد را شامل مي شوند که به صورت عمده به شش گروه تقسيم بندي ميگردند:
١- سوختهاي چوبي ٢- زائدات جنگلي، کشاورزي، باغداري و صنايع غذايي ٣- ضايعات جامد زباله هاي شهري ٤- فضولات دامي ٥- فاضلابهاي شهري ٦- فاضلابها پس ماندها و زائدات آلي صنعتي .
4-5-2. تكنولوژيهاي تبديل انرژي بيوماس
تكنولوژي هاي تبديل بيوماس مي تواند به سه دسته اساسي تقسيم شوند . فرايند هاي احتراق مستقيم ، فرآيندهاي ترمو شيميائي و فرآيندهاي بيوشيميائي.
4-5-2-1. فرايندهاي احتراق مستقيم
احتراق مستقيم يك فرايند اساسي است که معمولاً براي تبديل بيوماس به انرژي مفيد مورد استفاده قرار مي گيرد . حرارت يا بخار توليد شده براي توليد الكتريسته و يا فراهم کردن حرارت مورد نياز براي مصارفي نظير فرآيندهاي صنعتي، گرمايش فضا، پخت و پز، يا گرمايش نواحي مختلف شهري مصرف مي شود.
4-5-2-2. فرآيند ترموشيميائي
پيرو ليز از اساسي ترين فرايند هاي مجموعه روشهاي ترموشيميايي در تبديل زيست توده به محصولات با ارزش و مناسب است محصولات توليد شده عبارتند از يك مخلوط گازي ، يك مايع نفت مانند و چيزي شبيه زغال کربني خالص ، توزيع اين محصولات به ميزان و حجم ذخيره ، دماو فشار واکنش و نيز مدت زمان حضور گاز در محل احتراق و نرخ گرمايش بستگي دارد .
4-5-2-3. فر آيند هاي بيو شيميايي
اين نوع فر آيند ها در بيو شيمي مواد خام و فعاليت متابوليك ارگانيزم هاي ميكروبي جهت توليد سوختهاي گازي و سوختهاي مايع کار برد دارد .
4-5-3. مزاياي استفاده از بيوگاز
1- استفاده از بيوگاز سبب كاهش آلودگي محيط زيست خواهد شد و اين امر به دليل استفاده از مواد زائد جامد و مايع در توليد بيوگاز است.
2- استفاده از اين گاز سبب صرفه جويي در سوخت هايي فسيلي شده و همچنين فضولات حيواني و انساني كه براي سلامتي انسان مضر هستند را به كودي آلي و بسيار مناسب براي استفاده در كشاورزي تبديل خواهد كرد.
3- كود حاصل از فرايند توليد بيوگاز فاقد بوي مشمئز كننده، انگل ها و عوامل بيماري زا بوده و همچنين به دليل بيشتر بودن نيتروژن، نسبت به ساير كودها از كيفيت بالاتري برخوارد است.
4- در فرايند سوختن گاز متان، گاز منواكسيد كربن كه از جمله گاز هاي سمي و خطرناك است توليد نمي شود، بنابراين مي توان بيوگاز را به عنوان سوختي سالم و ايمن در مكان هاي مسكوني مورد استفاده قرار داد.
4-5-4. كاربرد هاي بيوگاز
1-در گرم كردن ديگ هاي بخار كارخانه ها
2-به كارگيري، در ژنراتور ها براي توليد برق
3-به عنوان سوخت براي گرم كردن خانه ها و پخت و پز
4-استفاده در صنعت حمل ونقل به عنوان سوخت در خودرو هاي مختلف( اين گاز سبب كاهش ميزان آلاينده دي اكسيد كربن گاز گلخانه اي تا حدود 65 تا 85 درصد مي شود).
4-6. انرژي هیدروژن و پیل سوختی (7)
هيدروژن يكي از عناصري است كه در سطح زمين به وفور يافت مي شود. اين عنصر در طبيعت به صورت خالص وجود ندارد ولي آنرا مي توان به روش هاي مختلف از ساير عناصر بدست آورد. هيدروژن عمده ترين گزينه مطرح بعنوان حامل جديد انرژي است. اين ماده در مقايسه با ساير سوخت ها مي تواند با راندماني بالاتر و احتراق بسيار پاك به ساير اشكال انرژي تبديل شود.
4-6-1. فناوري توليد هيدروژن
هيدروژن از منابع مختلفي همانند منابع انرژي اوليه( منابع پايان پذير مانند نفت خام)، منابع انرژي ثانويه (منابع كه با استفاده از منابع اوليه انرژي توليد مي شوند مانند بنزين) و منابع تجديد پذير (منابعي كه بدون دخالت انسان به طور متناوب توليد مي شوند مانند باد، خورشيد و آب) بدست مي آيد. امروزه هيدروژن را مي توان از فرايند هايي همچون الكتروليز آب، رفورمينگ گاز طبيعي و اكسيداسيون جزيي سوخت هاي فسيلي بدست آورد.
4-6-2. فناوري عرضه و ذخيره هيدروژن
الف) فناوري ذخيره سازي هيدروژن
1- ذخيره سازي به صورت گاز فشرده در مخازن فولادي و كامپوزيتي
2- ذخيره سازي به صورت مايع در مخازن فوق سرد
3- ذخيره سازي در هيدريدهاي فلزي
ب) فناوري انتقال و پخش هيدروژن
1- انتقال از طريق خط لوله(به صورت گاز يا مايع)
2- انتقال از طريق جاده و راه آهن كه در فشار بالا در سيلندر هايي در محدوده فشار حدود15 تا 40 مگا پاسكال توسط كاميون و قطار حمل مي شود.
3- انتقال از طريق دريا با كشتي هاي حامل مخازن گاز
4-6-3. كاربرد هيدروژن
1- كاربرد هيدروژن به عنوان سوخت كه موجب كاهش آلاينده هاي زيست محيطي و حذف اكسيدهاي كربن ناشي از احتراق سوخت هاي فسيلي مي گردد.
2- استفاده از هيدروژن در پيل هاي سوختي
* پيل هاي سوختي نوعي مبدل انرژي هستند كه انرژي را مستقيماً به انرژي الكتريكي تبديل مي کنند. پيل هاي سوختي همانند باتريها عمل مي كنند اما برخلاف باتري ها مادامي كه به آن ها سوخت رسانده شود، از كار نمي افتند و به شارژ مجدد احتياجي ندارند. پيلهاي سوختي پتانسيل شيميايي هيدروژن را به انرژي الكتريكي تبديل كرده و محصول جانبي آن، آب و حرارت است. هيدروژن مورد نياز پيل هاي سوختي را مي توان از منابع مختلفي همانند منابع هيدروكربني نظير نفت خام، گاز طبيعي، زغال سنگ و ... و منابع تجديدپذير نظير باد و خورشيد بدست آورد.
پيل سوختي از دو الكترود و يك الكتروليت مابين آنها تشكيل شده است. اكسيژن بر روي كاتد و هيدروژن بر روي آند حركت نموده و توليد الكتريسيته، آب و گرما مي کند.
4-6-4.مزایای هيدروژن
1- مصرف منحصر به فرد، انتشار بسيار نا چيز آلاينده ها، برگشت پذير بودن چرخه توليد آن و كاهش اثرات گلخانه اي.
2-سيستم انرژيي هيدروژني بدليل استقلال از منابع اوليه انرژي، سيستمي دائمي، پايدار، فنا ناپذير، فراگير و تجديد پذير محسوب می شود.
3-در بحث كنترل آلايندگي و آلودگي شهرها موتورهاي الكتريكي و پيل هاي سوختي جايگزين بسيار مناسبي براي موتورهاي احتراقي است.
4-هيدروژن به عنوان بهترين گزينه و اقتصادي ترين سوخت در دراز مدت به منظور استفاده در خودرو هاي پيل سوختي از پتانسيل بسيار مناسبي بر خوردار است.
5. مزایایانرژی های تجدید پذیر (4)
نخستین و بارز ترین مشخصه این منابع انرژی آن است که این نوع انرژی ها با محیط زیست سازگار هستند.
مزایای انرژی های تجدید پذیر در مقایسه با سوختهای فسیلی عبارتند از :
1- مزایای زیست محیطی :
انرژی های تجدید پذیر گازهای آلاینده و مضر برای اتمسفر را تولید نمی کند.
انرژی های تجدید پذیر زباله و بقایای مشکل آفرین تولید نمی کند.
این انرژی ها پایان ناپذیرند اما انرژی های تجدید ناپذیر منابع محدود و پایان پذیری دارند.
2- مزایای استراتژیک :
انرژی تجدید پذیر را می توان به طور منطقه ای و محلی تولید نمود. اما منابع انرژی های فسیلی تنها در برخی از مناطق وجود دارد.
انرژی های تجدید پذیر باعث قطع وابستگی می شوند.
3- مزایای اجتماعی و اقتصادی :
انرژی های تجدید پذیر باعث ارتقاء سطح جوامع کوچک می شوند چون غالباً تجهیزات آنها در مناطق روستایی نصب می شود.
این انرژی ها به یک ملت فرصت ایجاد و توسعه تکنولوژی های ملی را می دهند.
6. جمع بندي و نتيجه گيري
همانطور که اشاره شد بنا به دلایل محدودیت و در عین حال مرغوبیت انرژی های فسیلی و همچنین مسایل و مشکلات زیست محیطی استفاده از منابع جدید انرژی به جای منابع فسیلی امری الزامی است. سیستمهای جدید انرژی در آینده باید متکی به تغییرات ساختاری و بنیادی باشد که در آن منابع انرژی بدون کربن نظیر انرژی خورشیدی و بادی و زمین گرمایی و کربن خنثی مانند انرژی بیوماس مورد استفاده قرار می گیرند. بدون تردید انرژی های تجدیدپذیر با توجه به سادگی فن آوریشان در مقابل فن آوری انرژی هسته ای از یک طرف و نیز بدلیل عدم ایجاد مشکلاتی نظیر زباله های اتمی از طرف دیگر نقش مهمی در سیستمهای جدید انرژی در جهان ایفا می کنند. در هر حال باید اذعان داشت که به دلایل متعددی بویژه هزینه اولیه و قیمت تمام شده بالا، عدم سرمایه گذاری کافی برای بومی نمودن و بهبود کارآیی تکنولوژیهای مربوطه ،نبود سیاستهای حمایتی در سطح جهانی، منطقه ای و محلی، نفوذ و توسعه انرژی های نو را بسیار کند و محدود ساخته است.
7. منابع
[1] ازانرژي هاي نو چه مي دانيد؟- انرژي خورشيدي - تأليف گروه مؤلفين سازمان انرژي هاي نو ايران - ناشر سانا - گزارش سوم.
[2] ازانرژي هاي نو چه مي دانيد؟- انرژي زمین گرمایی - تأليف گروه مؤلفين سازمان انرژي هاي نو ايران - ناشر سانا - گزارش دوم.
[3] ازانرژي هاي نو چه مي دانيد؟- انرژي زیست توده - تأليف گروه مؤلفين سازمان انرژي هاي نو ايران - ناشر سانا - گزارش سوم.
[4] قیاسوند جواد – تعامل معماری و انرژی های نو- راه و ساختمان شماره 38.
[5] محمد زاده نوین عارف - استراتژی توسعه انرژی پایدار- ص 163-مجموعه مقالات سمینار توسعه کاربرد انرژی های نو – بهمن 1376.
[6] اجزای اصلی برنامه توسعه انرژی های نو برای ایران – وزارت نیرو – معاونت انرژی – دفتر انرژی های نو اسفند 1374.
[7] سایت های اینترنتی :
WWW.IRANWATERSHED.COM
WWW.KRCOM.BLOGFA.COM
WWW.AFTAB.IR
WWW.SUNA.ORG.IR
WWW.NEWS.MOE.ORG.IR
WWW.KNOWCLUB.COM
مجید یزدانی (کارشناسی ارشد معماری)
عضو هیات علمی گروه معماری و شهرسازی دانشگاه خاوران
مدرس دانشکده معماری و شهرسازی دانشگاه فردوسی
آدرس ایمیل جهت جلوگیری از رباتهای هرزنامه محافظت شده اند، جهت مشاهده آنها شما نیاز به فعال ساختن جاوا اسکریپت دارید
امان کسمایی(کارشناسی معماری)
آدرس ایمیل جهت جلوگیری از رباتهای هرزنامه محافظت شده اند، جهت مشاهده آنها شما نیاز به فعال ساختن جاوا اسکریپت دارید
چکيده:
نياز گسترده انسان به منابع انرژي همواره از مسائل اساسي در زندگي بشر بوده و تلاش براي دستيابي به يك منبع تمام نشدني انرژي از آرزوهاي ديرينه انسان محسوب می شود و او همواره در تصورات خود به دنبال منبع نيرويي بی پایان بوده كه در هر زمان و مكان در دسترس او باشد.
باپيشرفت تمدن بشري، گياهان به ويژه درختان(چوب) و پس ازآن زغال سنگ، نفت و گاز وارد بازار انرژي شد، اما به دلایلی چون: نياز روز افزون به انرژي، محدوديت منابع فسيلي و آلودگي هاي زيست محيطي ناشي از سوزاندن و متصاعد شدن گازهاي سمي حاصل ازآن( كه موجب مشكلات تنفسي، افزايش دماي هوا و تغييرات گسترده آب و هوايي مي گردد) صاحبنظران و كارشناسان بر آن شدند كه با استفاده از انرژي هاي پاك نظير انرژي خورشيدي، بادي، زمين گرمايي، هيدروژني و... به جاي انرژي هاي محدود فسيلي،از خطرات و چالش هاي ايجاد شده ممانعت كنند. اين امر سبب شده است كه كشورهاي توسعه يافته با جديّت هرچه تمام تر استفاده از ساير انرژي هاي موجود در طبيعت به خصوص انرژي هاي تجديد شونده را مورد توجه قرار دهند. در اين راستا در اين مقاله سعي داريم با توجه به اهميت انرژي هاي تجديد پذير به صورت خلاصه به معرفي آن ها پرداخته و در انتها مزایای این نوع انرژی هارا نسبت به سوختهای فسیلی بیان کنیم.
لغات کليدي:انرژی ،انرژی های تجدید پذیر ، سوختهای فسیلی.
1. مقدمه
افزایش استاندارد سطح زندگی در کشورها و پیشرفت در زمینه های گوناگون و افزایش جمعیت باعث ازدیاد مصرف انرژی شده است. جمعیت کنونی جهان حدود 6 میلیارد نفر و نرخ رشد سالانه آن تقریباً 2 تا 3% است، به طوری که هر 20 الی 30 سال دو برابر می شود. همچنین مصرف سرانه انرژی در یک مقیاس جهانی 8/0 کیلووات است و شاخص های اقتصادی نشانگر آن است که مقدار سرانه سود ناخالص ملی به طور تصاعدی به مقدار 2% تا 5% در سال رشد دارد و بنابراین چنانچه بازدهی تبدیل انرژی به سرمایه ملی مقدار ثابتی فرض شود، مصرف جهانی انرژی سالانه میزان 4 الی 8 درصد رشد خواهد داشت.(5)
این ارقام نشان می دهند که میزان مصرف انرژی جهان در قرن آینده بالا می باشد و بالطبع این سوال مهم مطرح می باشد که آیا منابع انرژی های فسیلی در قرنهای آینده، جوابگوی نیاز انرژی جهان برای بقا، تکامل و توسعه خواهند بودیا خیر؟(7)
2.انرژی های تجدید ناپذیر (7)
سوخت هاي فسيلي همچون زغال سنگ و نفت از بقاياي گياهان و جانوراني كه در زير درياها در زمانهاي قديم مدفون شده اند به وجود مي آيند و به طور طبيعي، بصورت مواد جامد، مايع و گاز يا مخلوطي از آن ها در معادن یافت مي شوندوخود بر 2 نوع اند.
2-1.منابع هیدروکربنی زنده
شامل بقاياي گياهان درختان، بوته ها و ساير رُستني هاست كه به عنوان سوخت در موارد مختلف كاربرد دارد.
2-2.منابع هیدروکربنی غیر زنده
2-2-1. زغال سنگ
زغال سنگ يكي از منابع توليد انرژي هاي فسيلي است كه اغلب در معادن زير زميني يافت مي شود. بهره برداري از زغال سنگ در شرايط فعلي با صرف هزينه زياد و كار طاقت فرسا ميسر است. به دلیل توليد حرارتي بالا، زغال سنگ در كوره هاي حرارتي، كشتيهاي باري و كارخانجات فولاد سازي کاربرد بیشتری دارد.
2-2-2. نفت
نفت مايعي سياه رنگ و غليظ است كه با حفر چاههاي عميق از زير زمين استخراج مي شود. چون استخراج، ذخيره و پالايش آن نسبت به ساير سوخت ها آسانتر است، بيشتر مورد توجه است.
2-2-3. گاز
گاز يكي ديگر ازاشكال منابع هيدروكربني است كه با تكنيك هاي ويژه اي بدست مي آید.
2-2-3-1. گاز طبيعي:
مخلوطي از گازهاي متان، اتان و پروپان است. اين گاز از دو منبع گاز مستقل و گاز همراه با نفت بدست مي آيد.
2-2-3-2. گاز مایع:
اين نوع گاز كه به دلیل تبدیل راحت از حالت گاز به مایع از پركاربردترين گازهاي مصرفي است،در كپسول هاي خانگي مورد استفاده قرار مي گيرد. اين نوع از گازها مخلوطي از گازهاي پروپان، بوتان، پروپيلن و بوتيلن و در حقيقت مخلوطي از بخش هاي پالايش شده نفت خام است.
3.دلایل نیاز به پیدا کردن جانشین
به دو دلیل عمده باید منابع جدید انرژی را جایگزین سوختهای فسیلی نمود.
3-1.محدودیت منابع سوختهای فسیلی
با توجه به رشد جمعیت و همچنین افزایش مصرف انرژی سالیانه به طور متوسط نزدیک به 10 میلیارد تن سوخت مصرف می شود به طوری که در زمان حاضراین رقم تا 15 میلیارد تن افزایش خواهد یافت، این افزایش به کاهش منابع انرژی فسیلی منجر می شود. و تحقیقات نشان می دهد که عمر متوسط منابع زیرزمینی انرژی (نفت، زغال سنگ و گاز طبیعی) بیش از صد سال نخواهد بود و چنین رشدی احتیاج به منابع جایگزین را اعلام می کند.(6)
3-2.خطرات زیست محیطی (7)
3-2-1. گرم شدن کره زمین ( اثر گلخانه ای)
مصرف سوختهای فسیلی موجب ایجاد دی اکسید کربن و گازهای دیگری میگردد.تجمع و افزایش بیش از حد این گازها در جو زمین،موجب ایجاد لایه ضخیمی از گاز میگردد که همانند پوشش پلاستیکی
گلخانه ها، از بازگشت حرارت مازاد حاصل از تابش نور خورشید به سطح زمین به فضا جلوگیری کرده و گرما را در نزدیکی سطح زمین نگه میدارد و همانند گلخانه باعث گرم شدن هوای زمین میگردد.
در اثر بروز این پدیده زیست محیطی،بنا به تخمین دانشمندان دمای کره زمین در طی قرن حاضر بین ۸/۰ تا ۵/۳ درجه سانتیگراد افزایش می یابد.این اثر از یکسو موجب بروز تغییرات گسترده آب و هوایی در مناطق مختلف زمین و بروز وقایعی نظیر خشکسالی یا بالعکس سیل و طوفانهای شدید می گردد و از سویی دیگر با افزایش سرعت ذوب یخهای قطبی باعث بالا آمدن آب دریاها و اقیانوسها و به زیر آب رفتن بسیاری از مناطق ساحلی و ارضی مستعد سرزمینی خواهد شد.
3-2-2.آلودگی هوا و بارانهای اسیدی
بارانهای اسیدی هم یکی از اشکال آلودگی هوا بشمار میروند.گازهای دی اکسید گوگرد و اکسید نیتروژن حاصل از مصرف سوختهای فسیلی، در هوا با بخار آب موجود ترکیب شده و تشکیل اسید سولفوریک و اسید نیتریک را می دهند که به همراه ابرها بر فراز گستره وسیعی از زمین حرکت کرده و هنگام تبدیل ابرها به بارش، این اسیدها به سطح زمین برگشته و موجب تخریب جنگلها ،پوشش گیاهی و حتـی ساختمانها و ابنیه ساخت دست بشر و نیز آلــودگی منابع آبی سطحی و زیـــرزمینی می گردند.
4. انرژی های تجدید پذیر
انرژی تجدید پذیر عبارت از هر نوع انرژی است که بدون آنکه مخازن تامین کننده آن رو به زوال روند،مورد استفاده قرار گیرند.(3)
4-1. انرژي خورشيدي (1)
خورشيد نه تنها خود منبع عظيم انرژي است، بلكه سرآغاز حيات و منشا تمام انرژي هاي ديگر است. طبق برآوردهاي علمي، حدود 600 ميليون سال از تولد اين منبع عظيم مي گذرد و در هر ثانيه 2/4 ميليون تن از جرم خورشيد به انرژي تبديل مي شود. با توجه به وزن خورشيد كه حدود 333 هزار برابر وزن زمين است اين كره نوراني را مي توان به عنوان منبع عظيم انرژي تا 5 ميليارد سال آينده به حساب آورد.
4-1-1. كاربرد انرژي خورشيدي
درعصر حاضر از انرژي خورشيدي توسط سيتسم هاي مختلف و براي مقاصد متفاوت استفاده و بهره گيری می شودکه عبارتنداز:
١- استفاده از انرژي حرارتي خورشيد براي مصارف خانگی، صنعتی و نيروگاهی .
٢- تبديل مستقيم نور حاصل از پرتوهاي خورشيد به الكتريسيته توسط تجهيز اتي به نام فتوولتائيک .
4-1-1-1. استفاده از انرژي حرارتي خورشيد:
اين بخش از کاربردهاي انرژي خورشيدي شامل دو گروه کاربردهاي نيروگاهي و کاربردهاي غيرنيروگاهي مي باشد.
1- کاربردهاي نيروگاهي.
تأسيساتي که با استفاده از آنها انرژي جذب شده حرارتي خورشيد به الكتريسيته تبد يل مي شود نيروگاه حرارتي خورشيدي ناميده مي شود . اين تأسيسات بر اساس انواع متمرکز کننده های موجود و بر حسب اشكال هندسي متمرکز کننده ها به سه دسته تقسيم مي شوند.
الف - نيروگاههايي که گيرنده آنها آينه هاي سهموی ناوداني هستند (شلجمی باز)
ب- نيروگاههاي که گيرنده آنها دريك برج قرار دارد و نور خورشيد توسط آينه هاي بزرگي به نام هليوستات به آن منعكس ميشود(دريافت کننده مرکزی)
ج - نيرگاههاي که گيرنده آنها بشقابي سهموی (ديش ) مي باشد(شلجمي بشقابی )
بهتر است بدانيم درهر نيروگاهي اعم از نيروگاههاي آبي، نيروگاههاي موسوم به بخاري و نيروگاههاي گازي براي توليد برق از ژنراتورهاي الكتريكي استفاده مي شود که با چرخيدن اين ژنراتورها برق توليد مي شود. اين ژنراتورهاي الكتريكي انر ژي دوراني خود را از دستگاهي بنام توربين تامين می کنند. بدين ترتيب میتوان گفت که ژنراتورها انرژي جنبشي را به انرژي الكتريكي تبديل می کنند . تامين کننده انرژي جنبشي ژنراتورها، توربين ها هستند.
درنيروگاههاي حرارتي خورشيدي وظيفه اصلي بخشهاي خورشيدي توليد بخار مورد نياز برای تغذيه توربينها است يا به عبارت ديگر میتوان گفت که اين نوع نيروگاهها شامل دو قسمت هستند:
الف- سيستم خورشيدي که پرتوهاي خورشيد را جذب کرده و با استفاده از حرارت جذب شده توليدبخار مي نمايد.
ب- سيستمي موسوم به سيستم سنتي که همانند ديگر نيروگاههاي حرارتي بخار توليد شده را توسط توربين و ژنراتور به الكتريسيته تبديل می کند.
2- كاربردهاي غيرنيروگاهي.
کاربردهی غیر نیروگاهی انرژی خورشیدی شامل موارد متعددي است كه مهمترین آن ها عبارتند از: آبگرم كن و حمام خورشيدي، گرمايش و سرمايش ساختمان و تهويه مطبوع خورشيدي، آب شيرين كن خورشيدي، خشك كن خورشيدي، اجاق هاي خورشيدي، كوره خورشيدي، خانه هاي خورشيدي.
4-1-1-2. تبديل مستقيم پرتوهاي خورشيد به الكتريسيته به وسيله تجهيزاتي به نام فتوولتائيك:
به پديده اي كه در اثر تابش نور بدون استفاده از مكانيزم هاي محرك، الكتريسيته توليد كند پديده فتوو لتائيك و به هر سيستمي كه از اين پديده استفاده كند سيستم فتوولتائيك می گويند.
از سري و موازي کردن سلولهاي آفتابي مي توان به جريان و ولتاژ قابل قبولي دست يافت. در نتيجه به يك مجموعه از سلولهاي سري و موازي شده پنل فتوولتائيك مي گويند . امروزه اينگونه سلولها عموماً از ماده سيليسيم تهيه مي شود و سيليسيم مورد نياز از شن و ماسه تهيه مي شودکه در مناطق کويري کشور، به فراواني يافت مي گردد . بنابراين از نظر تامين ماده اوليه اين سلولها هيچگونه کمبودي در جهان وجود ندارد.
سيستم هاي فتوولتائيك را مي توان بطور کلي به سه بخش اصلي تقسيم نمود.
١- پنلهاي خورشيدي : اين بخش در واقع مبدل انرژي تابشي خورشيد به انرژي الكتريكي بدون واسطه مكانيكي مي باشد .
2- توليد توان مطلوب يا پخش كنترل: وظيفه اين بخش كنترل همه مشخصات سيستم و توان ورودي پنل ها طبق نياز مصرف كننده است.
3- مصرف كننده يا بار الكتريكي: با توجه به خروجي DC(برق مستقيم) پنل ها، مصرف كننده مي تواند دو نوع DC(جريان مستقيم )ياAC (جريان متناوب )باشد.
4-1-2. مزاياي انرژي خورشيدي
1- توليد برق بدون مصرف سوخت
2- عدم احتياج به آب زياد
3- عدم آلودگي محيط زيست
4- امكان تأمين شبكه هاي كوچك و ناحيه اي
5- استهلاك كم و عمر زياد
6- عدم احتياج به متخصص
4-2. انرژي باد(7)
انرژي باد نظير ساير منابع انرژي تجديدپذير از نظر جغرافيايي گسترده و در عين حال به صورت پراكنده و غير متمركز محسوب می شود که تقريباً هميشه در دسترس است.
4-2-1. استحصال انرژي از باد توسط توربين هاي بادي
از نظر عملكردي در توربين هاي بادي انرژي جنبشي باد به انرژي مكانيكي و سپس به انرژي الكتريكي تبديل مي شود و داراي دو نوع است:
الف)توربين هاي بادي با محور چرخش عمودي
ب)توربين هاي بادي با محور چرخش افقي
در توربين ها، چرخش پره ها انرژي جنبشي باد را به انرژي مكانيكي و سپس آن را به الكتريسيته تبديل مي کند. باد به پره ها برخورد ميكند و آنها را مي چرخاند. چرخش پره ها باعث چرخش محور اصلي مي شود و اين محور به يك ژنراتو برق متصل است. چرخش اين ژنراتور، برق متناوب توليد مي كند.
4-2-2. كاربرد انرژي باد
4-2-2-1. كاربرد هاي نيرو گاهي
كاربردهاي نيروگاهي توربين هاي بادی شامل كاربردهاي متصل به شبكه برق رساني و به شرح است:
1- توربين هاي بادي منفرد: اين توربين ها جهت تأمين بارهاي الكتريكي از نوع مسكوني، تجاري، صنعتي يا كشاورزي استفاده مي شود. اكثر اين توربين ها در نزديكي كشتزار ها يا گروهي از منازل قرار داده مي شوند.
2- مزارع بادي : اين كاربرد معمولاً چندين توربين بادي متمركز را شامل مي شود و به منظور تأمين انرژي كه از طريق شبكه توزيع مي شود طراحي شده است.
4-2-2-2. كاربردهاي غيرنيروگاهي
1- پمپهاي بادي آبكش كه عمل پمپاژ آب به وسیله آنها برای اهداف زير انجام مي شود:
• تأمين آب آشاميدني حيوانات در مناطق دورافتاده
• آبياري در مقياس كم
• آبكشي از عمق كم جهت پرورش آبزيان
• تأمين آب مصرفي خانگي
2- كاربرد توربين هاي كوچك به عنوان توليد كننده برق جزيره هاي مصرف:
اصلي ترين كاربرد هاي غير نيروگاهي توربين هاي بادي، تأمين برق جزيره هاي مصرف است.
* يك جزيره مصرف، محل يا منطقه اي است كه تأمين برق براي آن از طريق شبكه سراسري برق بسيار مشكل و غير منطقي باشد.
3- شارژ باتري:
براي اين كار بيشتر از توربين هاي بادي با قيمت ارزان و متوسط استفاده مي شود. توربين هاي بادي كوچك جهت مصارف خانگي مفید هستند. نمونه كاربرد چنين توربين ها شامل تأمين دستگاه هاي كمك ناوبري دريايي و مخابرات مي شود.
4-2-3. مزاياي بهره برداري از انرژي باد
توربين هاي بادي به سوخت های فسیلی نیاز ندارند-رايگان بودن انرژي باد- توانايي تأمين بخشي از تقاضاي انرژي برق- كمتر بودن نسبي قيمت انرژي حاصل از باد نسبت به انرژي هاي فسيلي- كمتربودن هزينه هاي جاري و هزينه هاي سرمايه گذاري انرژي باد در بلند مدت- تنوع بخشيدن به منابع انرژي در بلند مدت- قدرت مانور زياد، جهت بهره برداري در هر ظرفيت و اندازه (ازچند وات تا چندين مگاوات)-عدم نياز به آب -عدم نياز به زمين زياد براي نصب و استقرار تاسیسات - نداشتن آلودگي زيست محيطي نسبت به سوختهاي فسيلي- افزايش قابليت اطمينان درتوليد برق .
4-3. انرژي زمین گرمایی (2)
انرژي حرارتي که در پوسته جامد زمين وجود دارد، انرژي زمين گرمايي ناميده ميشود. مرکز زمين منبع عظيمي از انرژي حرارتي است که به شكل هاي گوناگون از جمله فوران هاي آتشفشاني، آبهاي گرم و يا بواسطه خاصيت رسانايي به سطح آن هدايت مي شوند.
به طور کلي مناطقي از زمين که داراي سه ويژگي مهم زير باشند مي توانند داراي پتانسيل خوب جهت بهره برداري از انرژي زمين گرمايي باشند :
١- منبع حرارتي، ٢-سيال حد واسط ٣- محيط متخلخل
مناطقي از زمين که داراي پتانسيل زمين گرمايي مي باشند منطبق بر مناطق آتشفشاني و زلزله خيزجهان هستند.
4-3-1.روشهای بهره برداری از انرژي زمین گرمایی
بهره برداري از انرژي زمين گرمايي به دو روش آلي امكان پذير مي باشد که عبارتند از:
١- استفاده غيرمستقيم يا روش نيروگاهي
٢- استفاده مستقيم يا روش غيرنيروگاهي
4-3-1-1. كاربرد هاي نيرو گاهي
بطور ساده مي توان گفت که نيروگاههاي زمين گرمايي به دو دسته مهم تقسيم مي شوند.
١- نيروگاه زمين گرمايي با سيال دو فاز (بخار و مايع)
سيالي که معمولا به شكل دو فاز مايع و بخار مي باشد از چاههاي زمين گرمايي خارج مي شود. اين سيالات در مخزن جداکننده بخار از مايع جمع آوري شده و سپس فاز بخار از مايع جدا مي شود .
بخار جدا شده وارد توربين شده و باعث چرخش پره هاي توربين مي شود .پره
ها نيز به نوبه خود محور توربين و در نتيجه محور ژنراتور را به حرکت وا مي دارند که باعث بوجود آمدن قطبهاي مثبت و منفي در ژنراتور شده و در نتيجه برق توليد مي شود.
٢- نيروگاه زمين گرمايي با سيال تك فاز (مايع)
در اين نوع نيروگاهها نياز به مخزن جدا کننده نمي باشد زيرا آب گرم وارد مبدل حرارتي شده و حرارت خود را به سيال عامل ديگري که معمولاً ايزوپنتان مي باشد و نقطه جوش پايين تري نسبت به آب دارد منتقل مي کند، دراين فرايند ايزوپنتان به بخار تبديل شده و به توربين منتقل مي شودکه در اينجا توربين و ژنراتور طبق توضيحات فوق مي توانند برق توليد کنند.
4-3-1-2. روشهاي استفاده مستقيم يا غير نيروگاهي
١- استخرهاي آب گرم
دراين روش آب گرم زمين گرمايي را مي توان با آب سرد و معمولي ترکيب نمود و آب نسبتاً گرمي را براي اهدافي چون ايجاد مراکز جذب توريست ومجتمع هاي آب درماني مورد استفاده قرارداد.
٢- مراکز گلخانه اي
مي توان آب گرم زمين گرمايي را توسط لوله کشي به داخل گلخانه ها هدايت نمود، تا بدين وسيله حرارت مورد نياز جهت رشد و نمو گياهان، ميوه و سبزيهاي خاصي را فراهم نمود .
٣- گرمايش منازل
با کمك لوله کشي و يا رادياتورها ي ويژه مي توان مانند سيستم هاي شوفاژ موجود، آب گرم زمين گرمايي را به داخل محيط هاي منازل، بيمارستانها، ادارات و … منتقل و از حرارت اين آبهاي گرم جهت تامين گرمايش محيط استفاده نمو د.
4- حوضچه هاي پرورش ماهي
در مزارع پرورش ماهي مي توان با استفاده از آبهاي گرم زمين گرمايي، حرارت و شرايط مورد نياز براي رشد و پرورش ماهي هاي خاص را فراهم نمود.
٥- ذوب برف و پيشگيري از يخبندان در معابر
با استفاده از لوله هايي که در زير معابر تعبيه مي شود مي توان در فصول سرما حرارت آبهاي گرم را به آسفالت خيابانها و جاده ها يا به سطوح پياده روها منتقل و بدين وسيله برف روي اين سطوح را ذوب نمود.
٦ -پمپ حرارتي
توسط پمپ هاي حرارتي مي توان در تابستان سرمايش و در زمستان گرمايش ساختمانها را تامين نمود.
4-3-2. مزيت هاي كاربرد انرژي زمين گرمايي
1- عدم آلودگي هوا
2- توليد CO2 كم، توليدH2S پايين و عدم توليد NOx
3- عدم آلودگي منابع آب هاي زيرزمين
4- عدم نياز به زمين وسيع
5- صرفه جويي در مصرف سوخت هاي فسيلي
6- طولاني بودن زمان دسترسي
7- گستردگي موارد كاربرد
8- مستقل بودن از شرايط جوي
9- امكان توليد برق به وسيله واحد هاي قابل حمل
4-4. انرژي آب و امواج (7)
درياها و اقيانوس ها با عوامل مختلف فيزيكي، انرژي را دريافت و ذخيره نموده و سپس آن را از دست مي دهند. اين انرژي به صورت موج، جزر و مد، اختلاف درجه حرارت آب است كه مي توان از هر يك از آنها بهره برداري كرد.
4-4-1. انرژي امواج درياها و اقيانوس ها
در اثر انتقال انرژي مكانيكي باد به دريا امواج به وجود مي آيند. ميزان انتقال اين انرژي بستگي به سرعت باد و مسافتي كه باد در طول دريا طي كرده دارد.امواج به خاطر جرم آبي كه نسبت به سطح متوسط دريا جابه جا شده، انرژي پتانسيل و به خاطر سرعت ذرات آب، انرژي جنبشي را با خود حمل مي كنند. انرژي ا مواج حاصله در مناطق ساحلي در حدود 2 تا 3 ميليون مگاوات برآورد مي شود.
امروزه از طريق سه روش انرژي امواج از دريا استحصال مي شود:
الف- استفاده از كانالي به شكل مخروط ناقص: آب را در مخزني مرتفع ذخيره كرده و اين آب در بازگشت به سطح دريا توربيني را به حركت در مي آورد. اين سيستم ها به صورت one shore(نزديك ساحل) يا off shore (دور از ساحل) قابل اجرا هستند.
ب- استفاده از حركت عمومي امواج اقيانوس توسط مكانيزم هاي گوناگون از قبيل پمپ هاي هيدروليك، فنرها و پليمرهاي پيزوالكتريك.
ج- استفاده از يك ستون نوساني آب دستگاه OWC:
در جريان نوسانات دريا،آب بالا رونده در يك استوانه با بدنه فولادي محكم(كه در بستر دريا نصب شده است)، هواي فشرده را از درون يك توربين عبور مي دهد و ژنراتور را به حركت درمي آورد سپس در بازگشت، هوا را در جهت مخالف فشرده و از توربين ديگري عبور مي دهد.
4-4-2. انرژي جزر و مد، درياها و اقيانوس ها
جزر و مد دريا در اثر جاذبه ماه و خورشيد به هنگام گردش زمين به وجود مي آيد. نيروي جاذبه ماه باعث ايجاد برآمدگي در آب ها شده و به علت گردش وضعي زمين اين برآمدگي به سمت غرب جريان پيدا مي كند، در نتيجه موج هايي با دوره 12 ساعت و 25 دقيقه ايجاد مي شود.
در هنگام مد، مي توان آب را پشت مخزن سدي كه در عرض دريا احداث مي گردد، جمع نمود. سپس در هنگام جزر، آب جمع شده در پشت سد را، درست مثل يك نيروگاه برق آبي، به خارج هدايت كرد.
اين سدها داراي توربين هاي قائم محور و جعبه هاي پيش ساخته بتوني يا فولادي هستند كه روي يك حصار سوار شده اند. قسمت هایي از سد براي عبور قايق هاي كوچك و يا كشتي ها به صورت متحرك ساخته شده است.
در اين سدها دريچه ها و حوضچه هایي تعبيه شده است . در هنگام بالا آمدن آب (مد) دريچه ها باز شده و آب وارد حوضچه ها مي شود با پرشدن حوضچه از آب و توقف مد، دريچه ها بسته مي شوند. آب جمع شده در حوضچه يك ارتفاع هيدرواستاتيك را ايجاد مي كند؛ با پائين آمدن آب(جزر) دريچه باز شده و آب از حوضچه به سمت دريا جريان پيدا مي كند در بين اين مسير آب توربين ها تعبيه شده است و با حركت آب توربين ها به چرخش در مي آيد و ژنراتور را به حركت در مي آورد. توليد الكتريسيته تا جايي كه تراز آب حوضچه پائين بيايد ادامه دارد. بعد از اين روند دريچه ها بسته شده و با جزر و مد بعدي اين چرخه تكرار مي گردد.
4-4-3. انرژي حرارتي در دريا ها و اقيانوس ها
انرژي خورشيد سطح آب اقيانوس و درياها را گرم مي كند. در نواحي استوايي، سطح آب تا بيش از 40 درجه گرم تر از درون آب است. اين اختلاف حرارتي مي تواند براي توليد برق به كار برده شود. استفاده از اين نوع انرژي، تبديل انرژي حرارتي اقيانوس يا OTEC ناميده مي شود. براي اين منظور حداقل اختلاف درجه حرارت بين گرم ترين (سطح آب) و سردترين(عمق آب) نقطه آب بايد 36 درجه فارنهايت باشد.
كاربرد اين تكنولوژي علاوه بر توليد برق در شيرين كردن آب، فراهم كردن تهويه مطبوع و يك محيط مناسب براي پرورش ماهي است.
4-5. انرژي زیست توده(3)
هرارگانيسم زنده اي که انرژي خورشيد را جذب نموده و در خود به صورت ذخيره نگه مي دارد بيوماس ناميده مي شود.
يكي از مناسب ترين منابع انرژي تجديد شونده زيست توده يا بيوماس مي باشد که علاوه بر خاصيت تجديد پذير بودن دوستدار محيط زيست نيز مي باشد، اين انرژي يكي از بهترين و پر استفاده ترين نوع انرژي هايي است که از گذشته دور نيز مورد توجه بشر قرار داشته است.
منابع انرژي هاي زيست توده مي توانند به شكل اصلي انرژي مانند الكتريسته و يا حاملهاي انرژي چون سوختهاي گازي و مايع ، نیازهاي بخشهاي مختلف در جامعه بشري را تأمين کنند که اين موضوع وجه تمايز مباحث انرژي زيست توده و نسبت به ساير انرژي هاي نو مي باشد.
زيست توده در ميان انرژي هاي تجديد پذير مقام نخست را در عرضه انرژي جهان دارا مي باشد به گونه اي که در سال ٢٠٠٠ بيش از ١٠ درصد عرضه انرژي اوليه جهان از منابع زيست توده تأمين گرديده است. در زمينه توليد برق از منابع تجديد شونده، زيست توده پس از انرژي آب در جايگاه دوم قرار دارد و د ر سال ٢٠٠٠ حدود ٦ درصد سهم جهاني را به خود اختصاص داده است .
از اعمال مجموعه اي متنوع از فرايندهاي فيزيكي – شيميايي و زيست محيطي بر روي منابع مختلف زيست توده مانند تجزيه و تخمير و غيره در يك محفظه، گازي بدست مي آيد که اصطلاحاً بيوگاز نام دارد . پس از اعمال يك سري فرآيند هاي تصفيه اي مطابق استانداردهاي جهاني و زيست محيطي بر روي اين گاز مي توان آن را به عنوان يك حامل انرژي در نظر گرفت.
4-5-1. منابع زيست توده (بيوماس)
بخشي از تشعشع خورشيد که به اتمسفر زمين مي رسد، به دليل فرايند فتوسنتز در گياهان جذب مي شود. جالب است بدانيدکه ميزان انرژي که سالانه توسط فتوسنتز ذخيره مي شود، چندين برابر بيشتر از کل مصرف معمولي انرژي جهان و حدوداً ٢٠٠ برابر مصرف انرژي غذايي معمولي کل جهان است . و نيز توجه به اين نكته آموزنده است اين بيوماس، که حدود ٩٠ درصد آن در درختان ذخيره مي شود، معادل ذخائر سوختهاي فسيلي قابل استخراج و به ثبت رسيده ميباشد.
منابع بيوماسي که براي توليد انرژي مناسب هستند، طيف وسيعي از مواد را شامل مي شوند که به صورت عمده به شش گروه تقسيم بندي ميگردند:
١- سوختهاي چوبي ٢- زائدات جنگلي، کشاورزي، باغداري و صنايع غذايي ٣- ضايعات جامد زباله هاي شهري ٤- فضولات دامي ٥- فاضلابهاي شهري ٦- فاضلابها پس ماندها و زائدات آلي صنعتي .
4-5-2. تكنولوژيهاي تبديل انرژي بيوماس
تكنولوژي هاي تبديل بيوماس مي تواند به سه دسته اساسي تقسيم شوند . فرايند هاي احتراق مستقيم ، فرآيندهاي ترمو شيميائي و فرآيندهاي بيوشيميائي.
4-5-2-1. فرايندهاي احتراق مستقيم
احتراق مستقيم يك فرايند اساسي است که معمولاً براي تبديل بيوماس به انرژي مفيد مورد استفاده قرار مي گيرد . حرارت يا بخار توليد شده براي توليد الكتريسته و يا فراهم کردن حرارت مورد نياز براي مصارفي نظير فرآيندهاي صنعتي، گرمايش فضا، پخت و پز، يا گرمايش نواحي مختلف شهري مصرف مي شود.
4-5-2-2. فرآيند ترموشيميائي
پيرو ليز از اساسي ترين فرايند هاي مجموعه روشهاي ترموشيميايي در تبديل زيست توده به محصولات با ارزش و مناسب است محصولات توليد شده عبارتند از يك مخلوط گازي ، يك مايع نفت مانند و چيزي شبيه زغال کربني خالص ، توزيع اين محصولات به ميزان و حجم ذخيره ، دماو فشار واکنش و نيز مدت زمان حضور گاز در محل احتراق و نرخ گرمايش بستگي دارد .
4-5-2-3. فر آيند هاي بيو شيميايي
اين نوع فر آيند ها در بيو شيمي مواد خام و فعاليت متابوليك ارگانيزم هاي ميكروبي جهت توليد سوختهاي گازي و سوختهاي مايع کار برد دارد .
4-5-3. مزاياي استفاده از بيوگاز
1- استفاده از بيوگاز سبب كاهش آلودگي محيط زيست خواهد شد و اين امر به دليل استفاده از مواد زائد جامد و مايع در توليد بيوگاز است.
2- استفاده از اين گاز سبب صرفه جويي در سوخت هايي فسيلي شده و همچنين فضولات حيواني و انساني كه براي سلامتي انسان مضر هستند را به كودي آلي و بسيار مناسب براي استفاده در كشاورزي تبديل خواهد كرد.
3- كود حاصل از فرايند توليد بيوگاز فاقد بوي مشمئز كننده، انگل ها و عوامل بيماري زا بوده و همچنين به دليل بيشتر بودن نيتروژن، نسبت به ساير كودها از كيفيت بالاتري برخوارد است.
4- در فرايند سوختن گاز متان، گاز منواكسيد كربن كه از جمله گاز هاي سمي و خطرناك است توليد نمي شود، بنابراين مي توان بيوگاز را به عنوان سوختي سالم و ايمن در مكان هاي مسكوني مورد استفاده قرار داد.
4-5-4. كاربرد هاي بيوگاز
1-در گرم كردن ديگ هاي بخار كارخانه ها
2-به كارگيري، در ژنراتور ها براي توليد برق
3-به عنوان سوخت براي گرم كردن خانه ها و پخت و پز
4-استفاده در صنعت حمل ونقل به عنوان سوخت در خودرو هاي مختلف( اين گاز سبب كاهش ميزان آلاينده دي اكسيد كربن گاز گلخانه اي تا حدود 65 تا 85 درصد مي شود).
4-6. انرژي هیدروژن و پیل سوختی (7)
هيدروژن يكي از عناصري است كه در سطح زمين به وفور يافت مي شود. اين عنصر در طبيعت به صورت خالص وجود ندارد ولي آنرا مي توان به روش هاي مختلف از ساير عناصر بدست آورد. هيدروژن عمده ترين گزينه مطرح بعنوان حامل جديد انرژي است. اين ماده در مقايسه با ساير سوخت ها مي تواند با راندماني بالاتر و احتراق بسيار پاك به ساير اشكال انرژي تبديل شود.
4-6-1. فناوري توليد هيدروژن
هيدروژن از منابع مختلفي همانند منابع انرژي اوليه( منابع پايان پذير مانند نفت خام)، منابع انرژي ثانويه (منابع كه با استفاده از منابع اوليه انرژي توليد مي شوند مانند بنزين) و منابع تجديد پذير (منابعي كه بدون دخالت انسان به طور متناوب توليد مي شوند مانند باد، خورشيد و آب) بدست مي آيد. امروزه هيدروژن را مي توان از فرايند هايي همچون الكتروليز آب، رفورمينگ گاز طبيعي و اكسيداسيون جزيي سوخت هاي فسيلي بدست آورد.
4-6-2. فناوري عرضه و ذخيره هيدروژن
الف) فناوري ذخيره سازي هيدروژن
1- ذخيره سازي به صورت گاز فشرده در مخازن فولادي و كامپوزيتي
2- ذخيره سازي به صورت مايع در مخازن فوق سرد
3- ذخيره سازي در هيدريدهاي فلزي
ب) فناوري انتقال و پخش هيدروژن
1- انتقال از طريق خط لوله(به صورت گاز يا مايع)
2- انتقال از طريق جاده و راه آهن كه در فشار بالا در سيلندر هايي در محدوده فشار حدود15 تا 40 مگا پاسكال توسط كاميون و قطار حمل مي شود.
3- انتقال از طريق دريا با كشتي هاي حامل مخازن گاز
4-6-3. كاربرد هيدروژن
1- كاربرد هيدروژن به عنوان سوخت كه موجب كاهش آلاينده هاي زيست محيطي و حذف اكسيدهاي كربن ناشي از احتراق سوخت هاي فسيلي مي گردد.
2- استفاده از هيدروژن در پيل هاي سوختي
* پيل هاي سوختي نوعي مبدل انرژي هستند كه انرژي را مستقيماً به انرژي الكتريكي تبديل مي کنند. پيل هاي سوختي همانند باتريها عمل مي كنند اما برخلاف باتري ها مادامي كه به آن ها سوخت رسانده شود، از كار نمي افتند و به شارژ مجدد احتياجي ندارند. پيلهاي سوختي پتانسيل شيميايي هيدروژن را به انرژي الكتريكي تبديل كرده و محصول جانبي آن، آب و حرارت است. هيدروژن مورد نياز پيل هاي سوختي را مي توان از منابع مختلفي همانند منابع هيدروكربني نظير نفت خام، گاز طبيعي، زغال سنگ و ... و منابع تجديدپذير نظير باد و خورشيد بدست آورد.
پيل سوختي از دو الكترود و يك الكتروليت مابين آنها تشكيل شده است. اكسيژن بر روي كاتد و هيدروژن بر روي آند حركت نموده و توليد الكتريسيته، آب و گرما مي کند.
4-6-4.مزایای هيدروژن
1- مصرف منحصر به فرد، انتشار بسيار نا چيز آلاينده ها، برگشت پذير بودن چرخه توليد آن و كاهش اثرات گلخانه اي.
2-سيستم انرژيي هيدروژني بدليل استقلال از منابع اوليه انرژي، سيستمي دائمي، پايدار، فنا ناپذير، فراگير و تجديد پذير محسوب می شود.
3-در بحث كنترل آلايندگي و آلودگي شهرها موتورهاي الكتريكي و پيل هاي سوختي جايگزين بسيار مناسبي براي موتورهاي احتراقي است.
4-هيدروژن به عنوان بهترين گزينه و اقتصادي ترين سوخت در دراز مدت به منظور استفاده در خودرو هاي پيل سوختي از پتانسيل بسيار مناسبي بر خوردار است.
5. مزایایانرژی های تجدید پذیر (4)
نخستین و بارز ترین مشخصه این منابع انرژی آن است که این نوع انرژی ها با محیط زیست سازگار هستند.
مزایای انرژی های تجدید پذیر در مقایسه با سوختهای فسیلی عبارتند از :
1- مزایای زیست محیطی :
انرژی های تجدید پذیر گازهای آلاینده و مضر برای اتمسفر را تولید نمی کند.
انرژی های تجدید پذیر زباله و بقایای مشکل آفرین تولید نمی کند.
این انرژی ها پایان ناپذیرند اما انرژی های تجدید ناپذیر منابع محدود و پایان پذیری دارند.
2- مزایای استراتژیک :
انرژی تجدید پذیر را می توان به طور منطقه ای و محلی تولید نمود. اما منابع انرژی های فسیلی تنها در برخی از مناطق وجود دارد.
انرژی های تجدید پذیر باعث قطع وابستگی می شوند.
3- مزایای اجتماعی و اقتصادی :
انرژی های تجدید پذیر باعث ارتقاء سطح جوامع کوچک می شوند چون غالباً تجهیزات آنها در مناطق روستایی نصب می شود.
این انرژی ها به یک ملت فرصت ایجاد و توسعه تکنولوژی های ملی را می دهند.
6. جمع بندي و نتيجه گيري
همانطور که اشاره شد بنا به دلایل محدودیت و در عین حال مرغوبیت انرژی های فسیلی و همچنین مسایل و مشکلات زیست محیطی استفاده از منابع جدید انرژی به جای منابع فسیلی امری الزامی است. سیستمهای جدید انرژی در آینده باید متکی به تغییرات ساختاری و بنیادی باشد که در آن منابع انرژی بدون کربن نظیر انرژی خورشیدی و بادی و زمین گرمایی و کربن خنثی مانند انرژی بیوماس مورد استفاده قرار می گیرند. بدون تردید انرژی های تجدیدپذیر با توجه به سادگی فن آوریشان در مقابل فن آوری انرژی هسته ای از یک طرف و نیز بدلیل عدم ایجاد مشکلاتی نظیر زباله های اتمی از طرف دیگر نقش مهمی در سیستمهای جدید انرژی در جهان ایفا می کنند. در هر حال باید اذعان داشت که به دلایل متعددی بویژه هزینه اولیه و قیمت تمام شده بالا، عدم سرمایه گذاری کافی برای بومی نمودن و بهبود کارآیی تکنولوژیهای مربوطه ،نبود سیاستهای حمایتی در سطح جهانی، منطقه ای و محلی، نفوذ و توسعه انرژی های نو را بسیار کند و محدود ساخته است.
7. منابع
[1] ازانرژي هاي نو چه مي دانيد؟- انرژي خورشيدي - تأليف گروه مؤلفين سازمان انرژي هاي نو ايران - ناشر سانا - گزارش سوم.
[2] ازانرژي هاي نو چه مي دانيد؟- انرژي زمین گرمایی - تأليف گروه مؤلفين سازمان انرژي هاي نو ايران - ناشر سانا - گزارش دوم.
[3] ازانرژي هاي نو چه مي دانيد؟- انرژي زیست توده - تأليف گروه مؤلفين سازمان انرژي هاي نو ايران - ناشر سانا - گزارش سوم.
[4] قیاسوند جواد – تعامل معماری و انرژی های نو- راه و ساختمان شماره 38.
[5] محمد زاده نوین عارف - استراتژی توسعه انرژی پایدار- ص 163-مجموعه مقالات سمینار توسعه کاربرد انرژی های نو – بهمن 1376.
[6] اجزای اصلی برنامه توسعه انرژی های نو برای ایران – وزارت نیرو – معاونت انرژی – دفتر انرژی های نو اسفند 1374.
[7] سایت های اینترنتی :
WWW.IRANWATERSHED.COM
WWW.KRCOM.BLOGFA.COM
WWW.AFTAB.IR
WWW.SUNA.ORG.IR
WWW.NEWS.MOE.ORG.IR
WWW.KNOWCLUB.COM
عضو هیات علمی گروه معماری و شهرسازی دانشگاه خاوران
مدرس دانشکده معماری و شهرسازی دانشگاه فردوسی
آدرس ایمیل جهت جلوگیری از رباتهای هرزنامه محافظت شده اند، جهت مشاهده آنها شما نیاز به فعال ساختن جاوا اسکریپت دارید
امان کسمایی(کارشناسی معماری)
آدرس ایمیل جهت جلوگیری از رباتهای هرزنامه محافظت شده اند، جهت مشاهده آنها شما نیاز به فعال ساختن جاوا اسکریپت دارید
چکيده:
نياز گسترده انسان به منابع انرژي همواره از مسائل اساسي در زندگي بشر بوده و تلاش براي دستيابي به يك منبع تمام نشدني انرژي از آرزوهاي ديرينه انسان محسوب می شود و او همواره در تصورات خود به دنبال منبع نيرويي بی پایان بوده كه در هر زمان و مكان در دسترس او باشد.
باپيشرفت تمدن بشري، گياهان به ويژه درختان(چوب) و پس ازآن زغال سنگ، نفت و گاز وارد بازار انرژي شد، اما به دلایلی چون: نياز روز افزون به انرژي، محدوديت منابع فسيلي و آلودگي هاي زيست محيطي ناشي از سوزاندن و متصاعد شدن گازهاي سمي حاصل ازآن( كه موجب مشكلات تنفسي، افزايش دماي هوا و تغييرات گسترده آب و هوايي مي گردد) صاحبنظران و كارشناسان بر آن شدند كه با استفاده از انرژي هاي پاك نظير انرژي خورشيدي، بادي، زمين گرمايي، هيدروژني و... به جاي انرژي هاي محدود فسيلي،از خطرات و چالش هاي ايجاد شده ممانعت كنند. اين امر سبب شده است كه كشورهاي توسعه يافته با جديّت هرچه تمام تر استفاده از ساير انرژي هاي موجود در طبيعت به خصوص انرژي هاي تجديد شونده را مورد توجه قرار دهند. در اين راستا در اين مقاله سعي داريم با توجه به اهميت انرژي هاي تجديد پذير به صورت خلاصه به معرفي آن ها پرداخته و در انتها مزایای این نوع انرژی هارا نسبت به سوختهای فسیلی بیان کنیم.
لغات کليدي:انرژی ،انرژی های تجدید پذیر ، سوختهای فسیلی.
1. مقدمه
افزایش استاندارد سطح زندگی در کشورها و پیشرفت در زمینه های گوناگون و افزایش جمعیت باعث ازدیاد مصرف انرژی شده است. جمعیت کنونی جهان حدود 6 میلیارد نفر و نرخ رشد سالانه آن تقریباً 2 تا 3% است، به طوری که هر 20 الی 30 سال دو برابر می شود. همچنین مصرف سرانه انرژی در یک مقیاس جهانی 8/0 کیلووات است و شاخص های اقتصادی نشانگر آن است که مقدار سرانه سود ناخالص ملی به طور تصاعدی به مقدار 2% تا 5% در سال رشد دارد و بنابراین چنانچه بازدهی تبدیل انرژی به سرمایه ملی مقدار ثابتی فرض شود، مصرف جهانی انرژی سالانه میزان 4 الی 8 درصد رشد خواهد داشت.(5)
این ارقام نشان می دهند که میزان مصرف انرژی جهان در قرن آینده بالا می باشد و بالطبع این سوال مهم مطرح می باشد که آیا منابع انرژی های فسیلی در قرنهای آینده، جوابگوی نیاز انرژی جهان برای بقا، تکامل و توسعه خواهند بودیا خیر؟(7)
2.انرژی های تجدید ناپذیر (7)
سوخت هاي فسيلي همچون زغال سنگ و نفت از بقاياي گياهان و جانوراني كه در زير درياها در زمانهاي قديم مدفون شده اند به وجود مي آيند و به طور طبيعي، بصورت مواد جامد، مايع و گاز يا مخلوطي از آن ها در معادن یافت مي شوندوخود بر 2 نوع اند.
2-1.منابع هیدروکربنی زنده
شامل بقاياي گياهان درختان، بوته ها و ساير رُستني هاست كه به عنوان سوخت در موارد مختلف كاربرد دارد.
2-2.منابع هیدروکربنی غیر زنده
2-2-1. زغال سنگ
زغال سنگ يكي از منابع توليد انرژي هاي فسيلي است كه اغلب در معادن زير زميني يافت مي شود. بهره برداري از زغال سنگ در شرايط فعلي با صرف هزينه زياد و كار طاقت فرسا ميسر است. به دلیل توليد حرارتي بالا، زغال سنگ در كوره هاي حرارتي، كشتيهاي باري و كارخانجات فولاد سازي کاربرد بیشتری دارد.
2-2-2. نفت
نفت مايعي سياه رنگ و غليظ است كه با حفر چاههاي عميق از زير زمين استخراج مي شود. چون استخراج، ذخيره و پالايش آن نسبت به ساير سوخت ها آسانتر است، بيشتر مورد توجه است.
2-2-3. گاز
گاز يكي ديگر ازاشكال منابع هيدروكربني است كه با تكنيك هاي ويژه اي بدست مي آید.
2-2-3-1. گاز طبيعي:
مخلوطي از گازهاي متان، اتان و پروپان است. اين گاز از دو منبع گاز مستقل و گاز همراه با نفت بدست مي آيد.
2-2-3-2. گاز مایع:
اين نوع گاز كه به دلیل تبدیل راحت از حالت گاز به مایع از پركاربردترين گازهاي مصرفي است،در كپسول هاي خانگي مورد استفاده قرار مي گيرد. اين نوع از گازها مخلوطي از گازهاي پروپان، بوتان، پروپيلن و بوتيلن و در حقيقت مخلوطي از بخش هاي پالايش شده نفت خام است.
3.دلایل نیاز به پیدا کردن جانشین
به دو دلیل عمده باید منابع جدید انرژی را جایگزین سوختهای فسیلی نمود.
3-1.محدودیت منابع سوختهای فسیلی
با توجه به رشد جمعیت و همچنین افزایش مصرف انرژی سالیانه به طور متوسط نزدیک به 10 میلیارد تن سوخت مصرف می شود به طوری که در زمان حاضراین رقم تا 15 میلیارد تن افزایش خواهد یافت، این افزایش به کاهش منابع انرژی فسیلی منجر می شود. و تحقیقات نشان می دهد که عمر متوسط منابع زیرزمینی انرژی (نفت، زغال سنگ و گاز طبیعی) بیش از صد سال نخواهد بود و چنین رشدی احتیاج به منابع جایگزین را اعلام می کند.(6)
3-2.خطرات زیست محیطی (7)
3-2-1. گرم شدن کره زمین ( اثر گلخانه ای)
مصرف سوختهای فسیلی موجب ایجاد دی اکسید کربن و گازهای دیگری میگردد.تجمع و افزایش بیش از حد این گازها در جو زمین،موجب ایجاد لایه ضخیمی از گاز میگردد که همانند پوشش پلاستیکی
گلخانه ها، از بازگشت حرارت مازاد حاصل از تابش نور خورشید به سطح زمین به فضا جلوگیری کرده و گرما را در نزدیکی سطح زمین نگه میدارد و همانند گلخانه باعث گرم شدن هوای زمین میگردد.
در اثر بروز این پدیده زیست محیطی،بنا به تخمین دانشمندان دمای کره زمین در طی قرن حاضر بین ۸/۰ تا ۵/۳ درجه سانتیگراد افزایش می یابد.این اثر از یکسو موجب بروز تغییرات گسترده آب و هوایی در مناطق مختلف زمین و بروز وقایعی نظیر خشکسالی یا بالعکس سیل و طوفانهای شدید می گردد و از سویی دیگر با افزایش سرعت ذوب یخهای قطبی باعث بالا آمدن آب دریاها و اقیانوسها و به زیر آب رفتن بسیاری از مناطق ساحلی و ارضی مستعد سرزمینی خواهد شد.
3-2-2.آلودگی هوا و بارانهای اسیدی
بارانهای اسیدی هم یکی از اشکال آلودگی هوا بشمار میروند.گازهای دی اکسید گوگرد و اکسید نیتروژن حاصل از مصرف سوختهای فسیلی، در هوا با بخار آب موجود ترکیب شده و تشکیل اسید سولفوریک و اسید نیتریک را می دهند که به همراه ابرها بر فراز گستره وسیعی از زمین حرکت کرده و هنگام تبدیل ابرها به بارش، این اسیدها به سطح زمین برگشته و موجب تخریب جنگلها ،پوشش گیاهی و حتـی ساختمانها و ابنیه ساخت دست بشر و نیز آلــودگی منابع آبی سطحی و زیـــرزمینی می گردند.
4. انرژی های تجدید پذیر
انرژی تجدید پذیر عبارت از هر نوع انرژی است که بدون آنکه مخازن تامین کننده آن رو به زوال روند،مورد استفاده قرار گیرند.(3)
4-1. انرژي خورشيدي (1)
خورشيد نه تنها خود منبع عظيم انرژي است، بلكه سرآغاز حيات و منشا تمام انرژي هاي ديگر است. طبق برآوردهاي علمي، حدود 600 ميليون سال از تولد اين منبع عظيم مي گذرد و در هر ثانيه 2/4 ميليون تن از جرم خورشيد به انرژي تبديل مي شود. با توجه به وزن خورشيد كه حدود 333 هزار برابر وزن زمين است اين كره نوراني را مي توان به عنوان منبع عظيم انرژي تا 5 ميليارد سال آينده به حساب آورد.
4-1-1. كاربرد انرژي خورشيدي
درعصر حاضر از انرژي خورشيدي توسط سيتسم هاي مختلف و براي مقاصد متفاوت استفاده و بهره گيری می شودکه عبارتنداز:
١- استفاده از انرژي حرارتي خورشيد براي مصارف خانگی، صنعتی و نيروگاهی .
٢- تبديل مستقيم نور حاصل از پرتوهاي خورشيد به الكتريسيته توسط تجهيز اتي به نام فتوولتائيک .
4-1-1-1. استفاده از انرژي حرارتي خورشيد:
اين بخش از کاربردهاي انرژي خورشيدي شامل دو گروه کاربردهاي نيروگاهي و کاربردهاي غيرنيروگاهي مي باشد.
1- کاربردهاي نيروگاهي.
تأسيساتي که با استفاده از آنها انرژي جذب شده حرارتي خورشيد به الكتريسيته تبد يل مي شود نيروگاه حرارتي خورشيدي ناميده مي شود . اين تأسيسات بر اساس انواع متمرکز کننده های موجود و بر حسب اشكال هندسي متمرکز کننده ها به سه دسته تقسيم مي شوند.
الف - نيروگاههايي که گيرنده آنها آينه هاي سهموی ناوداني هستند (شلجمی باز)
ب- نيروگاههاي که گيرنده آنها دريك برج قرار دارد و نور خورشيد توسط آينه هاي بزرگي به نام هليوستات به آن منعكس ميشود(دريافت کننده مرکزی)
ج - نيرگاههاي که گيرنده آنها بشقابي سهموی (ديش ) مي باشد(شلجمي بشقابی )
بهتر است بدانيم درهر نيروگاهي اعم از نيروگاههاي آبي، نيروگاههاي موسوم به بخاري و نيروگاههاي گازي براي توليد برق از ژنراتورهاي الكتريكي استفاده مي شود که با چرخيدن اين ژنراتورها برق توليد مي شود. اين ژنراتورهاي الكتريكي انر ژي دوراني خود را از دستگاهي بنام توربين تامين می کنند. بدين ترتيب میتوان گفت که ژنراتورها انرژي جنبشي را به انرژي الكتريكي تبديل می کنند . تامين کننده انرژي جنبشي ژنراتورها، توربين ها هستند.
درنيروگاههاي حرارتي خورشيدي وظيفه اصلي بخشهاي خورشيدي توليد بخار مورد نياز برای تغذيه توربينها است يا به عبارت ديگر میتوان گفت که اين نوع نيروگاهها شامل دو قسمت هستند:
الف- سيستم خورشيدي که پرتوهاي خورشيد را جذب کرده و با استفاده از حرارت جذب شده توليدبخار مي نمايد.
ب- سيستمي موسوم به سيستم سنتي که همانند ديگر نيروگاههاي حرارتي بخار توليد شده را توسط توربين و ژنراتور به الكتريسيته تبديل می کند.
2- كاربردهاي غيرنيروگاهي.
کاربردهی غیر نیروگاهی انرژی خورشیدی شامل موارد متعددي است كه مهمترین آن ها عبارتند از: آبگرم كن و حمام خورشيدي، گرمايش و سرمايش ساختمان و تهويه مطبوع خورشيدي، آب شيرين كن خورشيدي، خشك كن خورشيدي، اجاق هاي خورشيدي، كوره خورشيدي، خانه هاي خورشيدي.
4-1-1-2. تبديل مستقيم پرتوهاي خورشيد به الكتريسيته به وسيله تجهيزاتي به نام فتوولتائيك:
به پديده اي كه در اثر تابش نور بدون استفاده از مكانيزم هاي محرك، الكتريسيته توليد كند پديده فتوو لتائيك و به هر سيستمي كه از اين پديده استفاده كند سيستم فتوولتائيك می گويند.
از سري و موازي کردن سلولهاي آفتابي مي توان به جريان و ولتاژ قابل قبولي دست يافت. در نتيجه به يك مجموعه از سلولهاي سري و موازي شده پنل فتوولتائيك مي گويند . امروزه اينگونه سلولها عموماً از ماده سيليسيم تهيه مي شود و سيليسيم مورد نياز از شن و ماسه تهيه مي شودکه در مناطق کويري کشور، به فراواني يافت مي گردد . بنابراين از نظر تامين ماده اوليه اين سلولها هيچگونه کمبودي در جهان وجود ندارد.
سيستم هاي فتوولتائيك را مي توان بطور کلي به سه بخش اصلي تقسيم نمود.
١- پنلهاي خورشيدي : اين بخش در واقع مبدل انرژي تابشي خورشيد به انرژي الكتريكي بدون واسطه مكانيكي مي باشد .
2- توليد توان مطلوب يا پخش كنترل: وظيفه اين بخش كنترل همه مشخصات سيستم و توان ورودي پنل ها طبق نياز مصرف كننده است.
3- مصرف كننده يا بار الكتريكي: با توجه به خروجي DC(برق مستقيم) پنل ها، مصرف كننده مي تواند دو نوع DC(جريان مستقيم )ياAC (جريان متناوب )باشد.
4-1-2. مزاياي انرژي خورشيدي
1- توليد برق بدون مصرف سوخت
2- عدم احتياج به آب زياد
3- عدم آلودگي محيط زيست
4- امكان تأمين شبكه هاي كوچك و ناحيه اي
5- استهلاك كم و عمر زياد
6- عدم احتياج به متخصص
4-2. انرژي باد(7)
انرژي باد نظير ساير منابع انرژي تجديدپذير از نظر جغرافيايي گسترده و در عين حال به صورت پراكنده و غير متمركز محسوب می شود که تقريباً هميشه در دسترس است.
4-2-1. استحصال انرژي از باد توسط توربين هاي بادي
از نظر عملكردي در توربين هاي بادي انرژي جنبشي باد به انرژي مكانيكي و سپس به انرژي الكتريكي تبديل مي شود و داراي دو نوع است:
الف)توربين هاي بادي با محور چرخش عمودي
ب)توربين هاي بادي با محور چرخش افقي
در توربين ها، چرخش پره ها انرژي جنبشي باد را به انرژي مكانيكي و سپس آن را به الكتريسيته تبديل مي کند. باد به پره ها برخورد ميكند و آنها را مي چرخاند. چرخش پره ها باعث چرخش محور اصلي مي شود و اين محور به يك ژنراتو برق متصل است. چرخش اين ژنراتور، برق متناوب توليد مي كند.
4-2-2. كاربرد انرژي باد
4-2-2-1. كاربرد هاي نيرو گاهي
كاربردهاي نيروگاهي توربين هاي بادی شامل كاربردهاي متصل به شبكه برق رساني و به شرح است:
1- توربين هاي بادي منفرد: اين توربين ها جهت تأمين بارهاي الكتريكي از نوع مسكوني، تجاري، صنعتي يا كشاورزي استفاده مي شود. اكثر اين توربين ها در نزديكي كشتزار ها يا گروهي از منازل قرار داده مي شوند.
2- مزارع بادي : اين كاربرد معمولاً چندين توربين بادي متمركز را شامل مي شود و به منظور تأمين انرژي كه از طريق شبكه توزيع مي شود طراحي شده است.
4-2-2-2. كاربردهاي غيرنيروگاهي
1- پمپهاي بادي آبكش كه عمل پمپاژ آب به وسیله آنها برای اهداف زير انجام مي شود:
• تأمين آب آشاميدني حيوانات در مناطق دورافتاده
• آبياري در مقياس كم
• آبكشي از عمق كم جهت پرورش آبزيان
• تأمين آب مصرفي خانگي
2- كاربرد توربين هاي كوچك به عنوان توليد كننده برق جزيره هاي مصرف:
اصلي ترين كاربرد هاي غير نيروگاهي توربين هاي بادي، تأمين برق جزيره هاي مصرف است.
* يك جزيره مصرف، محل يا منطقه اي است كه تأمين برق براي آن از طريق شبكه سراسري برق بسيار مشكل و غير منطقي باشد.
3- شارژ باتري:
براي اين كار بيشتر از توربين هاي بادي با قيمت ارزان و متوسط استفاده مي شود. توربين هاي بادي كوچك جهت مصارف خانگي مفید هستند. نمونه كاربرد چنين توربين ها شامل تأمين دستگاه هاي كمك ناوبري دريايي و مخابرات مي شود.
4-2-3. مزاياي بهره برداري از انرژي باد
توربين هاي بادي به سوخت های فسیلی نیاز ندارند-رايگان بودن انرژي باد- توانايي تأمين بخشي از تقاضاي انرژي برق- كمتر بودن نسبي قيمت انرژي حاصل از باد نسبت به انرژي هاي فسيلي- كمتربودن هزينه هاي جاري و هزينه هاي سرمايه گذاري انرژي باد در بلند مدت- تنوع بخشيدن به منابع انرژي در بلند مدت- قدرت مانور زياد، جهت بهره برداري در هر ظرفيت و اندازه (ازچند وات تا چندين مگاوات)-عدم نياز به آب -عدم نياز به زمين زياد براي نصب و استقرار تاسیسات - نداشتن آلودگي زيست محيطي نسبت به سوختهاي فسيلي- افزايش قابليت اطمينان درتوليد برق .
4-3. انرژي زمین گرمایی (2)
انرژي حرارتي که در پوسته جامد زمين وجود دارد، انرژي زمين گرمايي ناميده ميشود. مرکز زمين منبع عظيمي از انرژي حرارتي است که به شكل هاي گوناگون از جمله فوران هاي آتشفشاني، آبهاي گرم و يا بواسطه خاصيت رسانايي به سطح آن هدايت مي شوند.
به طور کلي مناطقي از زمين که داراي سه ويژگي مهم زير باشند مي توانند داراي پتانسيل خوب جهت بهره برداري از انرژي زمين گرمايي باشند :
١- منبع حرارتي، ٢-سيال حد واسط ٣- محيط متخلخل
مناطقي از زمين که داراي پتانسيل زمين گرمايي مي باشند منطبق بر مناطق آتشفشاني و زلزله خيزجهان هستند.
4-3-1.روشهای بهره برداری از انرژي زمین گرمایی
بهره برداري از انرژي زمين گرمايي به دو روش آلي امكان پذير مي باشد که عبارتند از:
١- استفاده غيرمستقيم يا روش نيروگاهي
٢- استفاده مستقيم يا روش غيرنيروگاهي
4-3-1-1. كاربرد هاي نيرو گاهي
بطور ساده مي توان گفت که نيروگاههاي زمين گرمايي به دو دسته مهم تقسيم مي شوند.
١- نيروگاه زمين گرمايي با سيال دو فاز (بخار و مايع)
سيالي که معمولا به شكل دو فاز مايع و بخار مي باشد از چاههاي زمين گرمايي خارج مي شود. اين سيالات در مخزن جداکننده بخار از مايع جمع آوري شده و سپس فاز بخار از مايع جدا مي شود .
بخار جدا شده وارد توربين شده و باعث چرخش پره هاي توربين مي شود .پره
ها نيز به نوبه خود محور توربين و در نتيجه محور ژنراتور را به حرکت وا مي دارند که باعث بوجود آمدن قطبهاي مثبت و منفي در ژنراتور شده و در نتيجه برق توليد مي شود.
٢- نيروگاه زمين گرمايي با سيال تك فاز (مايع)
در اين نوع نيروگاهها نياز به مخزن جدا کننده نمي باشد زيرا آب گرم وارد مبدل حرارتي شده و حرارت خود را به سيال عامل ديگري که معمولاً ايزوپنتان مي باشد و نقطه جوش پايين تري نسبت به آب دارد منتقل مي کند، دراين فرايند ايزوپنتان به بخار تبديل شده و به توربين منتقل مي شودکه در اينجا توربين و ژنراتور طبق توضيحات فوق مي توانند برق توليد کنند.
4-3-1-2. روشهاي استفاده مستقيم يا غير نيروگاهي
١- استخرهاي آب گرم
دراين روش آب گرم زمين گرمايي را مي توان با آب سرد و معمولي ترکيب نمود و آب نسبتاً گرمي را براي اهدافي چون ايجاد مراکز جذب توريست ومجتمع هاي آب درماني مورد استفاده قرارداد.
٢- مراکز گلخانه اي
مي توان آب گرم زمين گرمايي را توسط لوله کشي به داخل گلخانه ها هدايت نمود، تا بدين وسيله حرارت مورد نياز جهت رشد و نمو گياهان، ميوه و سبزيهاي خاصي را فراهم نمود .
٣- گرمايش منازل
با کمك لوله کشي و يا رادياتورها ي ويژه مي توان مانند سيستم هاي شوفاژ موجود، آب گرم زمين گرمايي را به داخل محيط هاي منازل، بيمارستانها، ادارات و … منتقل و از حرارت اين آبهاي گرم جهت تامين گرمايش محيط استفاده نمو د.
4- حوضچه هاي پرورش ماهي
در مزارع پرورش ماهي مي توان با استفاده از آبهاي گرم زمين گرمايي، حرارت و شرايط مورد نياز براي رشد و پرورش ماهي هاي خاص را فراهم نمود.
٥- ذوب برف و پيشگيري از يخبندان در معابر
با استفاده از لوله هايي که در زير معابر تعبيه مي شود مي توان در فصول سرما حرارت آبهاي گرم را به آسفالت خيابانها و جاده ها يا به سطوح پياده روها منتقل و بدين وسيله برف روي اين سطوح را ذوب نمود.
٦ -پمپ حرارتي
توسط پمپ هاي حرارتي مي توان در تابستان سرمايش و در زمستان گرمايش ساختمانها را تامين نمود.
4-3-2. مزيت هاي كاربرد انرژي زمين گرمايي
1- عدم آلودگي هوا
2- توليد CO2 كم، توليدH2S پايين و عدم توليد NOx
3- عدم آلودگي منابع آب هاي زيرزمين
4- عدم نياز به زمين وسيع
5- صرفه جويي در مصرف سوخت هاي فسيلي
6- طولاني بودن زمان دسترسي
7- گستردگي موارد كاربرد
8- مستقل بودن از شرايط جوي
9- امكان توليد برق به وسيله واحد هاي قابل حمل
4-4. انرژي آب و امواج (7)
درياها و اقيانوس ها با عوامل مختلف فيزيكي، انرژي را دريافت و ذخيره نموده و سپس آن را از دست مي دهند. اين انرژي به صورت موج، جزر و مد، اختلاف درجه حرارت آب است كه مي توان از هر يك از آنها بهره برداري كرد.
4-4-1. انرژي امواج درياها و اقيانوس ها
در اثر انتقال انرژي مكانيكي باد به دريا امواج به وجود مي آيند. ميزان انتقال اين انرژي بستگي به سرعت باد و مسافتي كه باد در طول دريا طي كرده دارد.امواج به خاطر جرم آبي كه نسبت به سطح متوسط دريا جابه جا شده، انرژي پتانسيل و به خاطر سرعت ذرات آب، انرژي جنبشي را با خود حمل مي كنند. انرژي ا مواج حاصله در مناطق ساحلي در حدود 2 تا 3 ميليون مگاوات برآورد مي شود.
امروزه از طريق سه روش انرژي امواج از دريا استحصال مي شود:
الف- استفاده از كانالي به شكل مخروط ناقص: آب را در مخزني مرتفع ذخيره كرده و اين آب در بازگشت به سطح دريا توربيني را به حركت در مي آورد. اين سيستم ها به صورت one shore(نزديك ساحل) يا off shore (دور از ساحل) قابل اجرا هستند.
ب- استفاده از حركت عمومي امواج اقيانوس توسط مكانيزم هاي گوناگون از قبيل پمپ هاي هيدروليك، فنرها و پليمرهاي پيزوالكتريك.
ج- استفاده از يك ستون نوساني آب دستگاه OWC:
در جريان نوسانات دريا،آب بالا رونده در يك استوانه با بدنه فولادي محكم(كه در بستر دريا نصب شده است)، هواي فشرده را از درون يك توربين عبور مي دهد و ژنراتور را به حركت درمي آورد سپس در بازگشت، هوا را در جهت مخالف فشرده و از توربين ديگري عبور مي دهد.
4-4-2. انرژي جزر و مد، درياها و اقيانوس ها
جزر و مد دريا در اثر جاذبه ماه و خورشيد به هنگام گردش زمين به وجود مي آيد. نيروي جاذبه ماه باعث ايجاد برآمدگي در آب ها شده و به علت گردش وضعي زمين اين برآمدگي به سمت غرب جريان پيدا مي كند، در نتيجه موج هايي با دوره 12 ساعت و 25 دقيقه ايجاد مي شود.
در هنگام مد، مي توان آب را پشت مخزن سدي كه در عرض دريا احداث مي گردد، جمع نمود. سپس در هنگام جزر، آب جمع شده در پشت سد را، درست مثل يك نيروگاه برق آبي، به خارج هدايت كرد.
اين سدها داراي توربين هاي قائم محور و جعبه هاي پيش ساخته بتوني يا فولادي هستند كه روي يك حصار سوار شده اند. قسمت هایي از سد براي عبور قايق هاي كوچك و يا كشتي ها به صورت متحرك ساخته شده است.
در اين سدها دريچه ها و حوضچه هایي تعبيه شده است . در هنگام بالا آمدن آب (مد) دريچه ها باز شده و آب وارد حوضچه ها مي شود با پرشدن حوضچه از آب و توقف مد، دريچه ها بسته مي شوند. آب جمع شده در حوضچه يك ارتفاع هيدرواستاتيك را ايجاد مي كند؛ با پائين آمدن آب(جزر) دريچه باز شده و آب از حوضچه به سمت دريا جريان پيدا مي كند در بين اين مسير آب توربين ها تعبيه شده است و با حركت آب توربين ها به چرخش در مي آيد و ژنراتور را به حركت در مي آورد. توليد الكتريسيته تا جايي كه تراز آب حوضچه پائين بيايد ادامه دارد. بعد از اين روند دريچه ها بسته شده و با جزر و مد بعدي اين چرخه تكرار مي گردد.
4-4-3. انرژي حرارتي در دريا ها و اقيانوس ها
انرژي خورشيد سطح آب اقيانوس و درياها را گرم مي كند. در نواحي استوايي، سطح آب تا بيش از 40 درجه گرم تر از درون آب است. اين اختلاف حرارتي مي تواند براي توليد برق به كار برده شود. استفاده از اين نوع انرژي، تبديل انرژي حرارتي اقيانوس يا OTEC ناميده مي شود. براي اين منظور حداقل اختلاف درجه حرارت بين گرم ترين (سطح آب) و سردترين(عمق آب) نقطه آب بايد 36 درجه فارنهايت باشد.
كاربرد اين تكنولوژي علاوه بر توليد برق در شيرين كردن آب، فراهم كردن تهويه مطبوع و يك محيط مناسب براي پرورش ماهي است.
4-5. انرژي زیست توده(3)
هرارگانيسم زنده اي که انرژي خورشيد را جذب نموده و در خود به صورت ذخيره نگه مي دارد بيوماس ناميده مي شود.
يكي از مناسب ترين منابع انرژي تجديد شونده زيست توده يا بيوماس مي باشد که علاوه بر خاصيت تجديد پذير بودن دوستدار محيط زيست نيز مي باشد، اين انرژي يكي از بهترين و پر استفاده ترين نوع انرژي هايي است که از گذشته دور نيز مورد توجه بشر قرار داشته است.
منابع انرژي هاي زيست توده مي توانند به شكل اصلي انرژي مانند الكتريسته و يا حاملهاي انرژي چون سوختهاي گازي و مايع ، نیازهاي بخشهاي مختلف در جامعه بشري را تأمين کنند که اين موضوع وجه تمايز مباحث انرژي زيست توده و نسبت به ساير انرژي هاي نو مي باشد.
زيست توده در ميان انرژي هاي تجديد پذير مقام نخست را در عرضه انرژي جهان دارا مي باشد به گونه اي که در سال ٢٠٠٠ بيش از ١٠ درصد عرضه انرژي اوليه جهان از منابع زيست توده تأمين گرديده است. در زمينه توليد برق از منابع تجديد شونده، زيست توده پس از انرژي آب در جايگاه دوم قرار دارد و د ر سال ٢٠٠٠ حدود ٦ درصد سهم جهاني را به خود اختصاص داده است .
از اعمال مجموعه اي متنوع از فرايندهاي فيزيكي – شيميايي و زيست محيطي بر روي منابع مختلف زيست توده مانند تجزيه و تخمير و غيره در يك محفظه، گازي بدست مي آيد که اصطلاحاً بيوگاز نام دارد . پس از اعمال يك سري فرآيند هاي تصفيه اي مطابق استانداردهاي جهاني و زيست محيطي بر روي اين گاز مي توان آن را به عنوان يك حامل انرژي در نظر گرفت.
4-5-1. منابع زيست توده (بيوماس)
بخشي از تشعشع خورشيد که به اتمسفر زمين مي رسد، به دليل فرايند فتوسنتز در گياهان جذب مي شود. جالب است بدانيدکه ميزان انرژي که سالانه توسط فتوسنتز ذخيره مي شود، چندين برابر بيشتر از کل مصرف معمولي انرژي جهان و حدوداً ٢٠٠ برابر مصرف انرژي غذايي معمولي کل جهان است . و نيز توجه به اين نكته آموزنده است اين بيوماس، که حدود ٩٠ درصد آن در درختان ذخيره مي شود، معادل ذخائر سوختهاي فسيلي قابل استخراج و به ثبت رسيده ميباشد.
منابع بيوماسي که براي توليد انرژي مناسب هستند، طيف وسيعي از مواد را شامل مي شوند که به صورت عمده به شش گروه تقسيم بندي ميگردند:
١- سوختهاي چوبي ٢- زائدات جنگلي، کشاورزي، باغداري و صنايع غذايي ٣- ضايعات جامد زباله هاي شهري ٤- فضولات دامي ٥- فاضلابهاي شهري ٦- فاضلابها پس ماندها و زائدات آلي صنعتي .
4-5-2. تكنولوژيهاي تبديل انرژي بيوماس
تكنولوژي هاي تبديل بيوماس مي تواند به سه دسته اساسي تقسيم شوند . فرايند هاي احتراق مستقيم ، فرآيندهاي ترمو شيميائي و فرآيندهاي بيوشيميائي.
4-5-2-1. فرايندهاي احتراق مستقيم
احتراق مستقيم يك فرايند اساسي است که معمولاً براي تبديل بيوماس به انرژي مفيد مورد استفاده قرار مي گيرد . حرارت يا بخار توليد شده براي توليد الكتريسته و يا فراهم کردن حرارت مورد نياز براي مصارفي نظير فرآيندهاي صنعتي، گرمايش فضا، پخت و پز، يا گرمايش نواحي مختلف شهري مصرف مي شود.
4-5-2-2. فرآيند ترموشيميائي
پيرو ليز از اساسي ترين فرايند هاي مجموعه روشهاي ترموشيميايي در تبديل زيست توده به محصولات با ارزش و مناسب است محصولات توليد شده عبارتند از يك مخلوط گازي ، يك مايع نفت مانند و چيزي شبيه زغال کربني خالص ، توزيع اين محصولات به ميزان و حجم ذخيره ، دماو فشار واکنش و نيز مدت زمان حضور گاز در محل احتراق و نرخ گرمايش بستگي دارد .
4-5-2-3. فر آيند هاي بيو شيميايي
اين نوع فر آيند ها در بيو شيمي مواد خام و فعاليت متابوليك ارگانيزم هاي ميكروبي جهت توليد سوختهاي گازي و سوختهاي مايع کار برد دارد .
4-5-3. مزاياي استفاده از بيوگاز
1- استفاده از بيوگاز سبب كاهش آلودگي محيط زيست خواهد شد و اين امر به دليل استفاده از مواد زائد جامد و مايع در توليد بيوگاز است.
2- استفاده از اين گاز سبب صرفه جويي در سوخت هايي فسيلي شده و همچنين فضولات حيواني و انساني كه براي سلامتي انسان مضر هستند را به كودي آلي و بسيار مناسب براي استفاده در كشاورزي تبديل خواهد كرد.
3- كود حاصل از فرايند توليد بيوگاز فاقد بوي مشمئز كننده، انگل ها و عوامل بيماري زا بوده و همچنين به دليل بيشتر بودن نيتروژن، نسبت به ساير كودها از كيفيت بالاتري برخوارد است.
4- در فرايند سوختن گاز متان، گاز منواكسيد كربن كه از جمله گاز هاي سمي و خطرناك است توليد نمي شود، بنابراين مي توان بيوگاز را به عنوان سوختي سالم و ايمن در مكان هاي مسكوني مورد استفاده قرار داد.
4-5-4. كاربرد هاي بيوگاز
1-در گرم كردن ديگ هاي بخار كارخانه ها
2-به كارگيري، در ژنراتور ها براي توليد برق
3-به عنوان سوخت براي گرم كردن خانه ها و پخت و پز
4-استفاده در صنعت حمل ونقل به عنوان سوخت در خودرو هاي مختلف( اين گاز سبب كاهش ميزان آلاينده دي اكسيد كربن گاز گلخانه اي تا حدود 65 تا 85 درصد مي شود).
4-6. انرژي هیدروژن و پیل سوختی (7)
هيدروژن يكي از عناصري است كه در سطح زمين به وفور يافت مي شود. اين عنصر در طبيعت به صورت خالص وجود ندارد ولي آنرا مي توان به روش هاي مختلف از ساير عناصر بدست آورد. هيدروژن عمده ترين گزينه مطرح بعنوان حامل جديد انرژي است. اين ماده در مقايسه با ساير سوخت ها مي تواند با راندماني بالاتر و احتراق بسيار پاك به ساير اشكال انرژي تبديل شود.
4-6-1. فناوري توليد هيدروژن
هيدروژن از منابع مختلفي همانند منابع انرژي اوليه( منابع پايان پذير مانند نفت خام)، منابع انرژي ثانويه (منابع كه با استفاده از منابع اوليه انرژي توليد مي شوند مانند بنزين) و منابع تجديد پذير (منابعي كه بدون دخالت انسان به طور متناوب توليد مي شوند مانند باد، خورشيد و آب) بدست مي آيد. امروزه هيدروژن را مي توان از فرايند هايي همچون الكتروليز آب، رفورمينگ گاز طبيعي و اكسيداسيون جزيي سوخت هاي فسيلي بدست آورد.
4-6-2. فناوري عرضه و ذخيره هيدروژن
الف) فناوري ذخيره سازي هيدروژن
1- ذخيره سازي به صورت گاز فشرده در مخازن فولادي و كامپوزيتي
2- ذخيره سازي به صورت مايع در مخازن فوق سرد
3- ذخيره سازي در هيدريدهاي فلزي
ب) فناوري انتقال و پخش هيدروژن
1- انتقال از طريق خط لوله(به صورت گاز يا مايع)
2- انتقال از طريق جاده و راه آهن كه در فشار بالا در سيلندر هايي در محدوده فشار حدود15 تا 40 مگا پاسكال توسط كاميون و قطار حمل مي شود.
3- انتقال از طريق دريا با كشتي هاي حامل مخازن گاز
4-6-3. كاربرد هيدروژن
1- كاربرد هيدروژن به عنوان سوخت كه موجب كاهش آلاينده هاي زيست محيطي و حذف اكسيدهاي كربن ناشي از احتراق سوخت هاي فسيلي مي گردد.
2- استفاده از هيدروژن در پيل هاي سوختي
* پيل هاي سوختي نوعي مبدل انرژي هستند كه انرژي را مستقيماً به انرژي الكتريكي تبديل مي کنند. پيل هاي سوختي همانند باتريها عمل مي كنند اما برخلاف باتري ها مادامي كه به آن ها سوخت رسانده شود، از كار نمي افتند و به شارژ مجدد احتياجي ندارند. پيلهاي سوختي پتانسيل شيميايي هيدروژن را به انرژي الكتريكي تبديل كرده و محصول جانبي آن، آب و حرارت است. هيدروژن مورد نياز پيل هاي سوختي را مي توان از منابع مختلفي همانند منابع هيدروكربني نظير نفت خام، گاز طبيعي، زغال سنگ و ... و منابع تجديدپذير نظير باد و خورشيد بدست آورد.
پيل سوختي از دو الكترود و يك الكتروليت مابين آنها تشكيل شده است. اكسيژن بر روي كاتد و هيدروژن بر روي آند حركت نموده و توليد الكتريسيته، آب و گرما مي کند.
4-6-4.مزایای هيدروژن
1- مصرف منحصر به فرد، انتشار بسيار نا چيز آلاينده ها، برگشت پذير بودن چرخه توليد آن و كاهش اثرات گلخانه اي.
2-سيستم انرژيي هيدروژني بدليل استقلال از منابع اوليه انرژي، سيستمي دائمي، پايدار، فنا ناپذير، فراگير و تجديد پذير محسوب می شود.
3-در بحث كنترل آلايندگي و آلودگي شهرها موتورهاي الكتريكي و پيل هاي سوختي جايگزين بسيار مناسبي براي موتورهاي احتراقي است.
4-هيدروژن به عنوان بهترين گزينه و اقتصادي ترين سوخت در دراز مدت به منظور استفاده در خودرو هاي پيل سوختي از پتانسيل بسيار مناسبي بر خوردار است.
5. مزایایانرژی های تجدید پذیر (4)
نخستین و بارز ترین مشخصه این منابع انرژی آن است که این نوع انرژی ها با محیط زیست سازگار هستند.
مزایای انرژی های تجدید پذیر در مقایسه با سوختهای فسیلی عبارتند از :
1- مزایای زیست محیطی :
انرژی های تجدید پذیر گازهای آلاینده و مضر برای اتمسفر را تولید نمی کند.
انرژی های تجدید پذیر زباله و بقایای مشکل آفرین تولید نمی کند.
این انرژی ها پایان ناپذیرند اما انرژی های تجدید ناپذیر منابع محدود و پایان پذیری دارند.
2- مزایای استراتژیک :
انرژی تجدید پذیر را می توان به طور منطقه ای و محلی تولید نمود. اما منابع انرژی های فسیلی تنها در برخی از مناطق وجود دارد.
انرژی های تجدید پذیر باعث قطع وابستگی می شوند.
3- مزایای اجتماعی و اقتصادی :
انرژی های تجدید پذیر باعث ارتقاء سطح جوامع کوچک می شوند چون غالباً تجهیزات آنها در مناطق روستایی نصب می شود.
این انرژی ها به یک ملت فرصت ایجاد و توسعه تکنولوژی های ملی را می دهند.
6. جمع بندي و نتيجه گيري
همانطور که اشاره شد بنا به دلایل محدودیت و در عین حال مرغوبیت انرژی های فسیلی و همچنین مسایل و مشکلات زیست محیطی استفاده از منابع جدید انرژی به جای منابع فسیلی امری الزامی است. سیستمهای جدید انرژی در آینده باید متکی به تغییرات ساختاری و بنیادی باشد که در آن منابع انرژی بدون کربن نظیر انرژی خورشیدی و بادی و زمین گرمایی و کربن خنثی مانند انرژی بیوماس مورد استفاده قرار می گیرند. بدون تردید انرژی های تجدیدپذیر با توجه به سادگی فن آوریشان در مقابل فن آوری انرژی هسته ای از یک طرف و نیز بدلیل عدم ایجاد مشکلاتی نظیر زباله های اتمی از طرف دیگر نقش مهمی در سیستمهای جدید انرژی در جهان ایفا می کنند. در هر حال باید اذعان داشت که به دلایل متعددی بویژه هزینه اولیه و قیمت تمام شده بالا، عدم سرمایه گذاری کافی برای بومی نمودن و بهبود کارآیی تکنولوژیهای مربوطه ،نبود سیاستهای حمایتی در سطح جهانی، منطقه ای و محلی، نفوذ و توسعه انرژی های نو را بسیار کند و محدود ساخته است.
7. منابع
[1] ازانرژي هاي نو چه مي دانيد؟- انرژي خورشيدي - تأليف گروه مؤلفين سازمان انرژي هاي نو ايران - ناشر سانا - گزارش سوم.
[2] ازانرژي هاي نو چه مي دانيد؟- انرژي زمین گرمایی - تأليف گروه مؤلفين سازمان انرژي هاي نو ايران - ناشر سانا - گزارش دوم.
[3] ازانرژي هاي نو چه مي دانيد؟- انرژي زیست توده - تأليف گروه مؤلفين سازمان انرژي هاي نو ايران - ناشر سانا - گزارش سوم.
[4] قیاسوند جواد – تعامل معماری و انرژی های نو- راه و ساختمان شماره 38.
[5] محمد زاده نوین عارف - استراتژی توسعه انرژی پایدار- ص 163-مجموعه مقالات سمینار توسعه کاربرد انرژی های نو – بهمن 1376.
[6] اجزای اصلی برنامه توسعه انرژی های نو برای ایران – وزارت نیرو – معاونت انرژی – دفتر انرژی های نو اسفند 1374.
[7] سایت های اینترنتی :
WWW.IRANWATERSHED.COM
WWW.KRCOM.BLOGFA.COM
WWW.AFTAB.IR
WWW.SUNA.ORG.IR
WWW.NEWS.MOE.ORG.IR
WWW.KNOWCLUB.COM
مجید یزدانی (کارشناسی ارشد معماری)
عضو هیات علمی گروه معماری و شهرسازی دانشگاه خاوران
مدرس دانشکده معماری و شهرسازی دانشگاه فردوسی
آدرس ایمیل جهت جلوگیری از رباتهای هرزنامه محافظت شده اند، جهت مشاهده آنها شما نیاز به فعال ساختن جاوا اسکریپت دارید
امان کسمایی(کارشناسی معماری)
آدرس ایمیل جهت جلوگیری از رباتهای هرزنامه محافظت شده اند، جهت مشاهده آنها شما نیاز به فعال ساختن جاوا اسکریپت دارید
چکيده:
نياز گسترده انسان به منابع انرژي همواره از مسائل اساسي در زندگي بشر بوده و تلاش براي دستيابي به يك منبع تمام نشدني انرژي از آرزوهاي ديرينه انسان محسوب می شود و او همواره در تصورات خود به دنبال منبع نيرويي بی پایان بوده كه در هر زمان و مكان در دسترس او باشد.
باپيشرفت تمدن بشري، گياهان به ويژه درختان(چوب) و پس ازآن زغال سنگ، نفت و گاز وارد بازار انرژي شد، اما به دلایلی چون: نياز روز افزون به انرژي، محدوديت منابع فسيلي و آلودگي هاي زيست محيطي ناشي از سوزاندن و متصاعد شدن گازهاي سمي حاصل ازآن( كه موجب مشكلات تنفسي، افزايش دماي هوا و تغييرات گسترده آب و هوايي مي گردد) صاحبنظران و كارشناسان بر آن شدند كه با استفاده از انرژي هاي پاك نظير انرژي خورشيدي، بادي، زمين گرمايي، هيدروژني و... به جاي انرژي هاي محدود فسيلي،از خطرات و چالش هاي ايجاد شده ممانعت كنند. اين امر سبب شده است كه كشورهاي توسعه يافته با جديّت هرچه تمام تر استفاده از ساير انرژي هاي موجود در طبيعت به خصوص انرژي هاي تجديد شونده را مورد توجه قرار دهند. در اين راستا در اين مقاله سعي داريم با توجه به اهميت انرژي هاي تجديد پذير به صورت خلاصه به معرفي آن ها پرداخته و در انتها مزایای این نوع انرژی هارا نسبت به سوختهای فسیلی بیان کنیم.
لغات کليدي:انرژی ،انرژی های تجدید پذیر ، سوختهای فسیلی.
1. مقدمه
افزایش استاندارد سطح زندگی در کشورها و پیشرفت در زمینه های گوناگون و افزایش جمعیت باعث ازدیاد مصرف انرژی شده است. جمعیت کنونی جهان حدود 6 میلیارد نفر و نرخ رشد سالانه آن تقریباً 2 تا 3% است، به طوری که هر 20 الی 30 سال دو برابر می شود. همچنین مصرف سرانه انرژی در یک مقیاس جهانی 8/0 کیلووات است و شاخص های اقتصادی نشانگر آن است که مقدار سرانه سود ناخالص ملی به طور تصاعدی به مقدار 2% تا 5% در سال رشد دارد و بنابراین چنانچه بازدهی تبدیل انرژی به سرمایه ملی مقدار ثابتی فرض شود، مصرف جهانی انرژی سالانه میزان 4 الی 8 درصد رشد خواهد داشت.(5)
این ارقام نشان می دهند که میزان مصرف انرژی جهان در قرن آینده بالا می باشد و بالطبع این سوال مهم مطرح می باشد که آیا منابع انرژی های فسیلی در قرنهای آینده، جوابگوی نیاز انرژی جهان برای بقا، تکامل و توسعه خواهند بودیا خیر؟(7)
2.انرژی های تجدید ناپذیر (7)
سوخت هاي فسيلي همچون زغال سنگ و نفت از بقاياي گياهان و جانوراني كه در زير درياها در زمانهاي قديم مدفون شده اند به وجود مي آيند و به طور طبيعي، بصورت مواد جامد، مايع و گاز يا مخلوطي از آن ها در معادن یافت مي شوندوخود بر 2 نوع اند.
2-1.منابع هیدروکربنی زنده
شامل بقاياي گياهان درختان، بوته ها و ساير رُستني هاست كه به عنوان سوخت در موارد مختلف كاربرد دارد.
2-2.منابع هیدروکربنی غیر زنده
2-2-1. زغال سنگ
زغال سنگ يكي از منابع توليد انرژي هاي فسيلي است كه اغلب در معادن زير زميني يافت مي شود. بهره برداري از زغال سنگ در شرايط فعلي با صرف هزينه زياد و كار طاقت فرسا ميسر است. به دلیل توليد حرارتي بالا، زغال سنگ در كوره هاي حرارتي، كشتيهاي باري و كارخانجات فولاد سازي کاربرد بیشتری دارد.
2-2-2. نفت
نفت مايعي سياه رنگ و غليظ است كه با حفر چاههاي عميق از زير زمين استخراج مي شود. چون استخراج، ذخيره و پالايش آن نسبت به ساير سوخت ها آسانتر است، بيشتر مورد توجه است.
2-2-3. گاز
گاز يكي ديگر ازاشكال منابع هيدروكربني است كه با تكنيك هاي ويژه اي بدست مي آید.
2-2-3-1. گاز طبيعي:
مخلوطي از گازهاي متان، اتان و پروپان است. اين گاز از دو منبع گاز مستقل و گاز همراه با نفت بدست مي آيد.
2-2-3-2. گاز مایع:
اين نوع گاز كه به دلیل تبدیل راحت از حالت گاز به مایع از پركاربردترين گازهاي مصرفي است،در كپسول هاي خانگي مورد استفاده قرار مي گيرد. اين نوع از گازها مخلوطي از گازهاي پروپان، بوتان، پروپيلن و بوتيلن و در حقيقت مخلوطي از بخش هاي پالايش شده نفت خام است.
3.دلایل نیاز به پیدا کردن جانشین
به دو دلیل عمده باید منابع جدید انرژی را جایگزین سوختهای فسیلی نمود.
3-1.محدودیت منابع سوختهای فسیلی
با توجه به رشد جمعیت و همچنین افزایش مصرف انرژی سالیانه به طور متوسط نزدیک به 10 میلیارد تن سوخت مصرف می شود به طوری که در زمان حاضراین رقم تا 15 میلیارد تن افزایش خواهد یافت، این افزایش به کاهش منابع انرژی فسیلی منجر می شود. و تحقیقات نشان می دهد که عمر متوسط منابع زیرزمینی انرژی (نفت، زغال سنگ و گاز طبیعی) بیش از صد سال نخواهد بود و چنین رشدی احتیاج به منابع جایگزین را اعلام می کند.(6)
3-2.خطرات زیست محیطی (7)
3-2-1. گرم شدن کره زمین ( اثر گلخانه ای)
مصرف سوختهای فسیلی موجب ایجاد دی اکسید کربن و گازهای دیگری میگردد.تجمع و افزایش بیش از حد این گازها در جو زمین،موجب ایجاد لایه ضخیمی از گاز میگردد که همانند پوشش پلاستیکی
گلخانه ها، از بازگشت حرارت مازاد حاصل از تابش نور خورشید به سطح زمین به فضا جلوگیری کرده و گرما را در نزدیکی سطح زمین نگه میدارد و همانند گلخانه باعث گرم شدن هوای زمین میگردد.
در اثر بروز این پدیده زیست محیطی،بنا به تخمین دانشمندان دمای کره زمین در طی قرن حاضر بین ۸/۰ تا ۵/۳ درجه سانتیگراد افزایش می یابد.این اثر از یکسو موجب بروز تغییرات گسترده آب و هوایی در مناطق مختلف زمین و بروز وقایعی نظیر خشکسالی یا بالعکس سیل و طوفانهای شدید می گردد و از سویی دیگر با افزایش سرعت ذوب یخهای قطبی باعث بالا آمدن آب دریاها و اقیانوسها و به زیر آب رفتن بسیاری از مناطق ساحلی و ارضی مستعد سرزمینی خواهد شد.
3-2-2.آلودگی هوا و بارانهای اسیدی
بارانهای اسیدی هم یکی از اشکال آلودگی هوا بشمار میروند.گازهای دی اکسید گوگرد و اکسید نیتروژن حاصل از مصرف سوختهای فسیلی، در هوا با بخار آب موجود ترکیب شده و تشکیل اسید سولفوریک و اسید نیتریک را می دهند که به همراه ابرها بر فراز گستره وسیعی از زمین حرکت کرده و هنگام تبدیل ابرها به بارش، این اسیدها به سطح زمین برگشته و موجب تخریب جنگلها ،پوشش گیاهی و حتـی ساختمانها و ابنیه ساخت دست بشر و نیز آلــودگی منابع آبی سطحی و زیـــرزمینی می گردند.
4. انرژی های تجدید پذیر
انرژی تجدید پذیر عبارت از هر نوع انرژی است که بدون آنکه مخازن تامین کننده آن رو به زوال روند،مورد استفاده قرار گیرند.(3)
4-1. انرژي خورشيدي (1)
خورشيد نه تنها خود منبع عظيم انرژي است، بلكه سرآغاز حيات و منشا تمام انرژي هاي ديگر است. طبق برآوردهاي علمي، حدود 600 ميليون سال از تولد اين منبع عظيم مي گذرد و در هر ثانيه 2/4 ميليون تن از جرم خورشيد به انرژي تبديل مي شود. با توجه به وزن خورشيد كه حدود 333 هزار برابر وزن زمين است اين كره نوراني را مي توان به عنوان منبع عظيم انرژي تا 5 ميليارد سال آينده به حساب آورد.
4-1-1. كاربرد انرژي خورشيدي
درعصر حاضر از انرژي خورشيدي توسط سيتسم هاي مختلف و براي مقاصد متفاوت استفاده و بهره گيری می شودکه عبارتنداز:
١- استفاده از انرژي حرارتي خورشيد براي مصارف خانگی، صنعتی و نيروگاهی .
٢- تبديل مستقيم نور حاصل از پرتوهاي خورشيد به الكتريسيته توسط تجهيز اتي به نام فتوولتائيک .
4-1-1-1. استفاده از انرژي حرارتي خورشيد:
اين بخش از کاربردهاي انرژي خورشيدي شامل دو گروه کاربردهاي نيروگاهي و کاربردهاي غيرنيروگاهي مي باشد.
1- کاربردهاي نيروگاهي.
تأسيساتي که با استفاده از آنها انرژي جذب شده حرارتي خورشيد به الكتريسيته تبد يل مي شود نيروگاه حرارتي خورشيدي ناميده مي شود . اين تأسيسات بر اساس انواع متمرکز کننده های موجود و بر حسب اشكال هندسي متمرکز کننده ها به سه دسته تقسيم مي شوند.
الف - نيروگاههايي که گيرنده آنها آينه هاي سهموی ناوداني هستند (شلجمی باز)
ب- نيروگاههاي که گيرنده آنها دريك برج قرار دارد و نور خورشيد توسط آينه هاي بزرگي به نام هليوستات به آن منعكس ميشود(دريافت کننده مرکزی)
ج - نيرگاههاي که گيرنده آنها بشقابي سهموی (ديش ) مي باشد(شلجمي بشقابی )
بهتر است بدانيم درهر نيروگاهي اعم از نيروگاههاي آبي، نيروگاههاي موسوم به بخاري و نيروگاههاي گازي براي توليد برق از ژنراتورهاي الكتريكي استفاده مي شود که با چرخيدن اين ژنراتورها برق توليد مي شود. اين ژنراتورهاي الكتريكي انر ژي دوراني خود را از دستگاهي بنام توربين تامين می کنند. بدين ترتيب میتوان گفت که ژنراتورها انرژي جنبشي را به انرژي الكتريكي تبديل می کنند . تامين کننده انرژي جنبشي ژنراتورها، توربين ها هستند.
درنيروگاههاي حرارتي خورشيدي وظيفه اصلي بخشهاي خورشيدي توليد بخار مورد نياز برای تغذيه توربينها است يا به عبارت ديگر میتوان گفت که اين نوع نيروگاهها شامل دو قسمت هستند:
الف- سيستم خورشيدي که پرتوهاي خورشيد را جذب کرده و با استفاده از حرارت جذب شده توليدبخار مي نمايد.
ب- سيستمي موسوم به سيستم سنتي که همانند ديگر نيروگاههاي حرارتي بخار توليد شده را توسط توربين و ژنراتور به الكتريسيته تبديل می کند.
2- كاربردهاي غيرنيروگاهي.
کاربردهی غیر نیروگاهی انرژی خورشیدی شامل موارد متعددي است كه مهمترین آن ها عبارتند از: آبگرم كن و حمام خورشيدي، گرمايش و سرمايش ساختمان و تهويه مطبوع خورشيدي، آب شيرين كن خورشيدي، خشك كن خورشيدي، اجاق هاي خورشيدي، كوره خورشيدي، خانه هاي خورشيدي.
4-1-1-2. تبديل مستقيم پرتوهاي خورشيد به الكتريسيته به وسيله تجهيزاتي به نام فتوولتائيك:
به پديده اي كه در اثر تابش نور بدون استفاده از مكانيزم هاي محرك، الكتريسيته توليد كند پديده فتوو لتائيك و به هر سيستمي كه از اين پديده استفاده كند سيستم فتوولتائيك می گويند.
از سري و موازي کردن سلولهاي آفتابي مي توان به جريان و ولتاژ قابل قبولي دست يافت. در نتيجه به يك مجموعه از سلولهاي سري و موازي شده پنل فتوولتائيك مي گويند . امروزه اينگونه سلولها عموماً از ماده سيليسيم تهيه مي شود و سيليسيم مورد نياز از شن و ماسه تهيه مي شودکه در مناطق کويري کشور، به فراواني يافت مي گردد . بنابراين از نظر تامين ماده اوليه اين سلولها هيچگونه کمبودي در جهان وجود ندارد.
سيستم هاي فتوولتائيك را مي توان بطور کلي به سه بخش اصلي تقسيم نمود.
١- پنلهاي خورشيدي : اين بخش در واقع مبدل انرژي تابشي خورشيد به انرژي الكتريكي بدون واسطه مكانيكي مي باشد .
2- توليد توان مطلوب يا پخش كنترل: وظيفه اين بخش كنترل همه مشخصات سيستم و توان ورودي پنل ها طبق نياز مصرف كننده است.
3- مصرف كننده يا بار الكتريكي: با توجه به خروجي DC(برق مستقيم) پنل ها، مصرف كننده مي تواند دو نوع DC(جريان مستقيم )ياAC (جريان متناوب )باشد.
4-1-2. مزاياي انرژي خورشيدي
1- توليد برق بدون مصرف سوخت
2- عدم احتياج به آب زياد
3- عدم آلودگي محيط زيست
4- امكان تأمين شبكه هاي كوچك و ناحيه اي
5- استهلاك كم و عمر زياد
6- عدم احتياج به متخصص
4-2. انرژي باد(7)
انرژي باد نظير ساير منابع انرژي تجديدپذير از نظر جغرافيايي گسترده و در عين حال به صورت پراكنده و غير متمركز محسوب می شود که تقريباً هميشه در دسترس است.
4-2-1. استحصال انرژي از باد توسط توربين هاي بادي
از نظر عملكردي در توربين هاي بادي انرژي جنبشي باد به انرژي مكانيكي و سپس به انرژي الكتريكي تبديل مي شود و داراي دو نوع است:
الف)توربين هاي بادي با محور چرخش عمودي
ب)توربين هاي بادي با محور چرخش افقي
در توربين ها، چرخش پره ها انرژي جنبشي باد را به انرژي مكانيكي و سپس آن را به الكتريسيته تبديل مي کند. باد به پره ها برخورد ميكند و آنها را مي چرخاند. چرخش پره ها باعث چرخش محور اصلي مي شود و اين محور به يك ژنراتو برق متصل است. چرخش اين ژنراتور، برق متناوب توليد مي كند.
4-2-2. كاربرد انرژي باد
4-2-2-1. كاربرد هاي نيرو گاهي
كاربردهاي نيروگاهي توربين هاي بادی شامل كاربردهاي متصل به شبكه برق رساني و به شرح است:
1- توربين هاي بادي منفرد: اين توربين ها جهت تأمين بارهاي الكتريكي از نوع مسكوني، تجاري، صنعتي يا كشاورزي استفاده مي شود. اكثر اين توربين ها در نزديكي كشتزار ها يا گروهي از منازل قرار داده مي شوند.
2- مزارع بادي : اين كاربرد معمولاً چندين توربين بادي متمركز را شامل مي شود و به منظور تأمين انرژي كه از طريق شبكه توزيع مي شود طراحي شده است.
4-2-2-2. كاربردهاي غيرنيروگاهي
1- پمپهاي بادي آبكش كه عمل پمپاژ آب به وسیله آنها برای اهداف زير انجام مي شود:
• تأمين آب آشاميدني حيوانات در مناطق دورافتاده
• آبياري در مقياس كم
• آبكشي از عمق كم جهت پرورش آبزيان
• تأمين آب مصرفي خانگي
2- كاربرد توربين هاي كوچك به عنوان توليد كننده برق جزيره هاي مصرف:
اصلي ترين كاربرد هاي غير نيروگاهي توربين هاي بادي، تأمين برق جزيره هاي مصرف است.
* يك جزيره مصرف، محل يا منطقه اي است كه تأمين برق براي آن از طريق شبكه سراسري برق بسيار مشكل و غير منطقي باشد.
3- شارژ باتري:
براي اين كار بيشتر از توربين هاي بادي با قيمت ارزان و متوسط استفاده مي شود. توربين هاي بادي كوچك جهت مصارف خانگي مفید هستند. نمونه كاربرد چنين توربين ها شامل تأمين دستگاه هاي كمك ناوبري دريايي و مخابرات مي شود.
4-2-3. مزاياي بهره برداري از انرژي باد
توربين هاي بادي به سوخت های فسیلی نیاز ندارند-رايگان بودن انرژي باد- توانايي تأمين بخشي از تقاضاي انرژي برق- كمتر بودن نسبي قيمت انرژي حاصل از باد نسبت به انرژي هاي فسيلي- كمتربودن هزينه هاي جاري و هزينه هاي سرمايه گذاري انرژي باد در بلند مدت- تنوع بخشيدن به منابع انرژي در بلند مدت- قدرت مانور زياد، جهت بهره برداري در هر ظرفيت و اندازه (ازچند وات تا چندين مگاوات)-عدم نياز به آب -عدم نياز به زمين زياد براي نصب و استقرار تاسیسات - نداشتن آلودگي زيست محيطي نسبت به سوختهاي فسيلي- افزايش قابليت اطمينان درتوليد برق .
4-3. انرژي زمین گرمایی (2)
انرژي حرارتي که در پوسته جامد زمين وجود دارد، انرژي زمين گرمايي ناميده ميشود. مرکز زمين منبع عظيمي از انرژي حرارتي است که به شكل هاي گوناگون از جمله فوران هاي آتشفشاني، آبهاي گرم و يا بواسطه خاصيت رسانايي به سطح آن هدايت مي شوند.
به طور کلي مناطقي از زمين که داراي سه ويژگي مهم زير باشند مي توانند داراي پتانسيل خوب جهت بهره برداري از انرژي زمين گرمايي باشند :
١- منبع حرارتي، ٢-سيال حد واسط ٣- محيط متخلخل
مناطقي از زمين که داراي پتانسيل زمين گرمايي مي باشند منطبق بر مناطق آتشفشاني و زلزله خيزجهان هستند.
4-3-1.روشهای بهره برداری از انرژي زمین گرمایی
بهره برداري از انرژي زمين گرمايي به دو روش آلي امكان پذير مي باشد که عبارتند از:
١- استفاده غيرمستقيم يا روش نيروگاهي
٢- استفاده مستقيم يا روش غيرنيروگاهي
4-3-1-1. كاربرد هاي نيرو گاهي
بطور ساده مي توان گفت که نيروگاههاي زمين گرمايي به دو دسته مهم تقسيم مي شوند.
١- نيروگاه زمين گرمايي با سيال دو فاز (بخار و مايع)
سيالي که معمولا به شكل دو فاز مايع و بخار مي باشد از چاههاي زمين گرمايي خارج مي شود. اين سيالات در مخزن جداکننده بخار از مايع جمع آوري شده و سپس فاز بخار از مايع جدا مي شود .
بخار جدا شده وارد توربين شده و باعث چرخش پره هاي توربين مي شود .پره
ها نيز به نوبه خود محور توربين و در نتيجه محور ژنراتور را به حرکت وا مي دارند که باعث بوجود آمدن قطبهاي مثبت و منفي در ژنراتور شده و در نتيجه برق توليد مي شود.
٢- نيروگاه زمين گرمايي با سيال تك فاز (مايع)
در اين نوع نيروگاهها نياز به مخزن جدا کننده نمي باشد زيرا آب گرم وارد مبدل حرارتي شده و حرارت خود را به سيال عامل ديگري که معمولاً ايزوپنتان مي باشد و نقطه جوش پايين تري نسبت به آب دارد منتقل مي کند، دراين فرايند ايزوپنتان به بخار تبديل شده و به توربين منتقل مي شودکه در اينجا توربين و ژنراتور طبق توضيحات فوق مي توانند برق توليد کنند.
4-3-1-2. روشهاي استفاده مستقيم يا غير نيروگاهي
١- استخرهاي آب گرم
دراين روش آب گرم زمين گرمايي را مي توان با آب سرد و معمولي ترکيب نمود و آب نسبتاً گرمي را براي اهدافي چون ايجاد مراکز جذب توريست ومجتمع هاي آب درماني مورد استفاده قرارداد.
٢- مراکز گلخانه اي
مي توان آب گرم زمين گرمايي را توسط لوله کشي به داخل گلخانه ها هدايت نمود، تا بدين وسيله حرارت مورد نياز جهت رشد و نمو گياهان، ميوه و سبزيهاي خاصي را فراهم نمود .
٣- گرمايش منازل
با کمك لوله کشي و يا رادياتورها ي ويژه مي توان مانند سيستم هاي شوفاژ موجود، آب گرم زمين گرمايي را به داخل محيط هاي منازل، بيمارستانها، ادارات و … منتقل و از حرارت اين آبهاي گرم جهت تامين گرمايش محيط استفاده نمو د.
4- حوضچه هاي پرورش ماهي
در مزارع پرورش ماهي مي توان با استفاده از آبهاي گرم زمين گرمايي، حرارت و شرايط مورد نياز براي رشد و پرورش ماهي هاي خاص را فراهم نمود.
٥- ذوب برف و پيشگيري از يخبندان در معابر
با استفاده از لوله هايي که در زير معابر تعبيه مي شود مي توان در فصول سرما حرارت آبهاي گرم را به آسفالت خيابانها و جاده ها يا به سطوح پياده روها منتقل و بدين وسيله برف روي اين سطوح را ذوب نمود.
٦ -پمپ حرارتي
توسط پمپ هاي حرارتي مي توان در تابستان سرمايش و در زمستان گرمايش ساختمانها را تامين نمود.
4-3-2. مزيت هاي كاربرد انرژي زمين گرمايي
1- عدم آلودگي هوا
2- توليد CO2 كم، توليدH2S پايين و عدم توليد NOx
3- عدم آلودگي منابع آب هاي زيرزمين
4- عدم نياز به زمين وسيع
5- صرفه جويي در مصرف سوخت هاي فسيلي
6- طولاني بودن زمان دسترسي
7- گستردگي موارد كاربرد
8- مستقل بودن از شرايط جوي
9- امكان توليد برق به وسيله واحد هاي قابل حمل
4-4. انرژي آب و امواج (7)
درياها و اقيانوس ها با عوامل مختلف فيزيكي، انرژي را دريافت و ذخيره نموده و سپس آن را از دست مي دهند. اين انرژي به صورت موج، جزر و مد، اختلاف درجه حرارت آب است كه مي توان از هر يك از آنها بهره برداري كرد.
4-4-1. انرژي امواج درياها و اقيانوس ها
در اثر انتقال انرژي مكانيكي باد به دريا امواج به وجود مي آيند. ميزان انتقال اين انرژي بستگي به سرعت باد و مسافتي كه باد در طول دريا طي كرده دارد.امواج به خاطر جرم آبي كه نسبت به سطح متوسط دريا جابه جا شده، انرژي پتانسيل و به خاطر سرعت ذرات آب، انرژي جنبشي را با خود حمل مي كنند. انرژي ا مواج حاصله در مناطق ساحلي در حدود 2 تا 3 ميليون مگاوات برآورد مي شود.
امروزه از طريق سه روش انرژي امواج از دريا استحصال مي شود:
الف- استفاده از كانالي به شكل مخروط ناقص: آب را در مخزني مرتفع ذخيره كرده و اين آب در بازگشت به سطح دريا توربيني را به حركت در مي آورد. اين سيستم ها به صورت one shore(نزديك ساحل) يا off shore (دور از ساحل) قابل اجرا هستند.
ب- استفاده از حركت عمومي امواج اقيانوس توسط مكانيزم هاي گوناگون از قبيل پمپ هاي هيدروليك، فنرها و پليمرهاي پيزوالكتريك.
ج- استفاده از يك ستون نوساني آب دستگاه OWC:
در جريان نوسانات دريا،آب بالا رونده در يك استوانه با بدنه فولادي محكم(كه در بستر دريا نصب شده است)، هواي فشرده را از درون يك توربين عبور مي دهد و ژنراتور را به حركت درمي آورد سپس در بازگشت، هوا را در جهت مخالف فشرده و از توربين ديگري عبور مي دهد.
4-4-2. انرژي جزر و مد، درياها و اقيانوس ها
جزر و مد دريا در اثر جاذبه ماه و خورشيد به هنگام گردش زمين به وجود مي آيد. نيروي جاذبه ماه باعث ايجاد برآمدگي در آب ها شده و به علت گردش وضعي زمين اين برآمدگي به سمت غرب جريان پيدا مي كند، در نتيجه موج هايي با دوره 12 ساعت و 25 دقيقه ايجاد مي شود.
در هنگام مد، مي توان آب را پشت مخزن سدي كه در عرض دريا احداث مي گردد، جمع نمود. سپس در هنگام جزر، آب جمع شده در پشت سد را، درست مثل يك نيروگاه برق آبي، به خارج هدايت كرد.
اين سدها داراي توربين هاي قائم محور و جعبه هاي پيش ساخته بتوني يا فولادي هستند كه روي يك حصار سوار شده اند. قسمت هایي از سد براي عبور قايق هاي كوچك و يا كشتي ها به صورت متحرك ساخته شده است.
در اين سدها دريچه ها و حوضچه هایي تعبيه شده است . در هنگام بالا آمدن آب (مد) دريچه ها باز شده و آب وارد حوضچه ها مي شود با پرشدن حوضچه از آب و توقف مد، دريچه ها بسته مي شوند. آب جمع شده در حوضچه يك ارتفاع هيدرواستاتيك را ايجاد مي كند؛ با پائين آمدن آب(جزر) دريچه باز شده و آب از حوضچه به سمت دريا جريان پيدا مي كند در بين اين مسير آب توربين ها تعبيه شده است و با حركت آب توربين ها به چرخش در مي آيد و ژنراتور را به حركت در مي آورد. توليد الكتريسيته تا جايي كه تراز آب حوضچه پائين بيايد ادامه دارد. بعد از اين روند دريچه ها بسته شده و با جزر و مد بعدي اين چرخه تكرار مي گردد.
4-4-3. انرژي حرارتي در دريا ها و اقيانوس ها
انرژي خورشيد سطح آب اقيانوس و درياها را گرم مي كند. در نواحي استوايي، سطح آب تا بيش از 40 درجه گرم تر از درون آب است. اين اختلاف حرارتي مي تواند براي توليد برق به كار برده شود. استفاده از اين نوع انرژي، تبديل انرژي حرارتي اقيانوس يا OTEC ناميده مي شود. براي اين منظور حداقل اختلاف درجه حرارت بين گرم ترين (سطح آب) و سردترين(عمق آب) نقطه آب بايد 36 درجه فارنهايت باشد.
كاربرد اين تكنولوژي علاوه بر توليد برق در شيرين كردن آب، فراهم كردن تهويه مطبوع و يك محيط مناسب براي پرورش ماهي است.
4-5. انرژي زیست توده(3)
هرارگانيسم زنده اي که انرژي خورشيد را جذب نموده و در خود به صورت ذخيره نگه مي دارد بيوماس ناميده مي شود.
يكي از مناسب ترين منابع انرژي تجديد شونده زيست توده يا بيوماس مي باشد که علاوه بر خاصيت تجديد پذير بودن دوستدار محيط زيست نيز مي باشد، اين انرژي يكي از بهترين و پر استفاده ترين نوع انرژي هايي است که از گذشته دور نيز مورد توجه بشر قرار داشته است.
منابع انرژي هاي زيست توده مي توانند به شكل اصلي انرژي مانند الكتريسته و يا حاملهاي انرژي چون سوختهاي گازي و مايع ، نیازهاي بخشهاي مختلف در جامعه بشري را تأمين کنند که اين موضوع وجه تمايز مباحث انرژي زيست توده و نسبت به ساير انرژي هاي نو مي باشد.
زيست توده در ميان انرژي هاي تجديد پذير مقام نخست را در عرضه انرژي جهان دارا مي باشد به گونه اي که در سال ٢٠٠٠ بيش از ١٠ درصد عرضه انرژي اوليه جهان از منابع زيست توده تأمين گرديده است. در زمينه توليد برق از منابع تجديد شونده، زيست توده پس از انرژي آب در جايگاه دوم قرار دارد و د ر سال ٢٠٠٠ حدود ٦ درصد سهم جهاني را به خود اختصاص داده است .
از اعمال مجموعه اي متنوع از فرايندهاي فيزيكي – شيميايي و زيست محيطي بر روي منابع مختلف زيست توده مانند تجزيه و تخمير و غيره در يك محفظه، گازي بدست مي آيد که اصطلاحاً بيوگاز نام دارد . پس از اعمال يك سري فرآيند هاي تصفيه اي مطابق استانداردهاي جهاني و زيست محيطي بر روي اين گاز مي توان آن را به عنوان يك حامل انرژي در نظر گرفت.
4-5-1. منابع زيست توده (بيوماس)
بخشي از تشعشع خورشيد که به اتمسفر زمين مي رسد، به دليل فرايند فتوسنتز در گياهان جذب مي شود. جالب است بدانيدکه ميزان انرژي که سالانه توسط فتوسنتز ذخيره مي شود، چندين برابر بيشتر از کل مصرف معمولي انرژي جهان و حدوداً ٢٠٠ برابر مصرف انرژي غذايي معمولي کل جهان است . و نيز توجه به اين نكته آموزنده است اين بيوماس، که حدود ٩٠ درصد آن در درختان ذخيره مي شود، معادل ذخائر سوختهاي فسيلي قابل استخراج و به ثبت رسيده ميباشد.
منابع بيوماسي که براي توليد انرژي مناسب هستند، طيف وسيعي از مواد را شامل مي شوند که به صورت عمده به شش گروه تقسيم بندي ميگردند:
١- سوختهاي چوبي ٢- زائدات جنگلي، کشاورزي، باغداري و صنايع غذايي ٣- ضايعات جامد زباله هاي شهري ٤- فضولات دامي ٥- فاضلابهاي شهري ٦- فاضلابها پس ماندها و زائدات آلي صنعتي .
4-5-2. تكنولوژيهاي تبديل انرژي بيوماس
تكنولوژي هاي تبديل بيوماس مي تواند به سه دسته اساسي تقسيم شوند . فرايند هاي احتراق مستقيم ، فرآيندهاي ترمو شيميائي و فرآيندهاي بيوشيميائي.
4-5-2-1. فرايندهاي احتراق مستقيم
احتراق مستقيم يك فرايند اساسي است که معمولاً براي تبديل بيوماس به انرژي مفيد مورد استفاده قرار مي گيرد . حرارت يا بخار توليد شده براي توليد الكتريسته و يا فراهم کردن حرارت مورد نياز براي مصارفي نظير فرآيندهاي صنعتي، گرمايش فضا، پخت و پز، يا گرمايش نواحي مختلف شهري مصرف مي شود.
4-5-2-2. فرآيند ترموشيميائي
پيرو ليز از اساسي ترين فرايند هاي مجموعه روشهاي ترموشيميايي در تبديل زيست توده به محصولات با ارزش و مناسب است محصولات توليد شده عبارتند از يك مخلوط گازي ، يك مايع نفت مانند و چيزي شبيه زغال کربني خالص ، توزيع اين محصولات به ميزان و حجم ذخيره ، دماو فشار واکنش و نيز مدت زمان حضور گاز در محل احتراق و نرخ گرمايش بستگي دارد .
4-5-2-3. فر آيند هاي بيو شيميايي
اين نوع فر آيند ها در بيو شيمي مواد خام و فعاليت متابوليك ارگانيزم هاي ميكروبي جهت توليد سوختهاي گازي و سوختهاي مايع کار برد دارد .
4-5-3. مزاياي استفاده از بيوگاز
1- استفاده از بيوگاز سبب كاهش آلودگي محيط زيست خواهد شد و اين امر به دليل استفاده از مواد زائد جامد و مايع در توليد بيوگاز است.
2- استفاده از اين گاز سبب صرفه جويي در سوخت هايي فسيلي شده و همچنين فضولات حيواني و انساني كه براي سلامتي انسان مضر هستند را به كودي آلي و بسيار مناسب براي استفاده در كشاورزي تبديل خواهد كرد.
3- كود حاصل از فرايند توليد بيوگاز فاقد بوي مشمئز كننده، انگل ها و عوامل بيماري زا بوده و همچنين به دليل بيشتر بودن نيتروژن، نسبت به ساير كودها از كيفيت بالاتري برخوارد است.
4- در فرايند سوختن گاز متان، گاز منواكسيد كربن كه از جمله گاز هاي سمي و خطرناك است توليد نمي شود، بنابراين مي توان بيوگاز را به عنوان سوختي سالم و ايمن در مكان هاي مسكوني مورد استفاده قرار داد.
4-5-4. كاربرد هاي بيوگاز
1-در گرم كردن ديگ هاي بخار كارخانه ها
2-به كارگيري، در ژنراتور ها براي توليد برق
3-به عنوان سوخت براي گرم كردن خانه ها و پخت و پز
4-استفاده در صنعت حمل ونقل به عنوان سوخت در خودرو هاي مختلف( اين گاز سبب كاهش ميزان آلاينده دي اكسيد كربن گاز گلخانه اي تا حدود 65 تا 85 درصد مي شود).
4-6. انرژي هیدروژن و پیل سوختی (7)
هيدروژن يكي از عناصري است كه در سطح زمين به وفور يافت مي شود. اين عنصر در طبيعت به صورت خالص وجود ندارد ولي آنرا مي توان به روش هاي مختلف از ساير عناصر بدست آورد. هيدروژن عمده ترين گزينه مطرح بعنوان حامل جديد انرژي است. اين ماده در مقايسه با ساير سوخت ها مي تواند با راندماني بالاتر و احتراق بسيار پاك به ساير اشكال انرژي تبديل شود.
4-6-1. فناوري توليد هيدروژن
هيدروژن از منابع مختلفي همانند منابع انرژي اوليه( منابع پايان پذير مانند نفت خام)، منابع انرژي ثانويه (منابع كه با استفاده از منابع اوليه انرژي توليد مي شوند مانند بنزين) و منابع تجديد پذير (منابعي كه بدون دخالت انسان به طور متناوب توليد مي شوند مانند باد، خورشيد و آب) بدست مي آيد. امروزه هيدروژن را مي توان از فرايند هايي همچون الكتروليز آب، رفورمينگ گاز طبيعي و اكسيداسيون جزيي سوخت هاي فسيلي بدست آورد.
4-6-2. فناوري عرضه و ذخيره هيدروژن
الف) فناوري ذخيره سازي هيدروژن
1- ذخيره سازي به صورت گاز فشرده در مخازن فولادي و كامپوزيتي
2- ذخيره سازي به صورت مايع در مخازن فوق سرد
3- ذخيره سازي در هيدريدهاي فلزي
ب) فناوري انتقال و پخش هيدروژن
1- انتقال از طريق خط لوله(به صورت گاز يا مايع)
2- انتقال از طريق جاده و راه آهن كه در فشار بالا در سيلندر هايي در محدوده فشار حدود15 تا 40 مگا پاسكال توسط كاميون و قطار حمل مي شود.
3- انتقال از طريق دريا با كشتي هاي حامل مخازن گاز
4-6-3. كاربرد هيدروژن
1- كاربرد هيدروژن به عنوان سوخت كه موجب كاهش آلاينده هاي زيست محيطي و حذف اكسيدهاي كربن ناشي از احتراق سوخت هاي فسيلي مي گردد.
2- استفاده از هيدروژن در پيل هاي سوختي
* پيل هاي سوختي نوعي مبدل انرژي هستند كه انرژي را مستقيماً به انرژي الكتريكي تبديل مي کنند. پيل هاي سوختي همانند باتريها عمل مي كنند اما برخلاف باتري ها مادامي كه به آن ها سوخت رسانده شود، از كار نمي افتند و به شارژ مجدد احتياجي ندارند. پيلهاي سوختي پتانسيل شيميايي هيدروژن را به انرژي الكتريكي تبديل كرده و محصول جانبي آن، آب و حرارت است. هيدروژن مورد نياز پيل هاي سوختي را مي توان از منابع مختلفي همانند منابع هيدروكربني نظير نفت خام، گاز طبيعي، زغال سنگ و ... و منابع تجديدپذير نظير باد و خورشيد بدست آورد.
پيل سوختي از دو الكترود و يك الكتروليت مابين آنها تشكيل شده است. اكسيژن بر روي كاتد و هيدروژن بر روي آند حركت نموده و توليد الكتريسيته، آب و گرما مي کند.
4-6-4.مزایای هيدروژن
1- مصرف منحصر به فرد، انتشار بسيار نا چيز آلاينده ها، برگشت پذير بودن چرخه توليد آن و كاهش اثرات گلخانه اي.
2-سيستم انرژيي هيدروژني بدليل استقلال از منابع اوليه انرژي، سيستمي دائمي، پايدار، فنا ناپذير، فراگير و تجديد پذير محسوب می شود.
3-در بحث كنترل آلايندگي و آلودگي شهرها موتورهاي الكتريكي و پيل هاي سوختي جايگزين بسيار مناسبي براي موتورهاي احتراقي است.
4-هيدروژن به عنوان بهترين گزينه و اقتصادي ترين سوخت در دراز مدت به منظور استفاده در خودرو هاي پيل سوختي از پتانسيل بسيار مناسبي بر خوردار است.
5. مزایایانرژی های تجدید پذیر (4)
نخستین و بارز ترین مشخصه این منابع انرژی آن است که این نوع انرژی ها با محیط زیست سازگار هستند.
مزایای انرژی های تجدید پذیر در مقایسه با سوختهای فسیلی عبارتند از :
1- مزایای زیست محیطی :
انرژی های تجدید پذیر گازهای آلاینده و مضر برای اتمسفر را تولید نمی کند.
انرژی های تجدید پذیر زباله و بقایای مشکل آفرین تولید نمی کند.
این انرژی ها پایان ناپذیرند اما انرژی های تجدید ناپذیر منابع محدود و پایان پذیری دارند.
2- مزایای استراتژیک :
انرژی تجدید پذیر را می توان به طور منطقه ای و محلی تولید نمود. اما منابع انرژی های فسیلی تنها در برخی از مناطق وجود دارد.
انرژی های تجدید پذیر باعث قطع وابستگی می شوند.
3- مزایای اجتماعی و اقتصادی :
انرژی های تجدید پذیر باعث ارتقاء سطح جوامع کوچک می شوند چون غالباً تجهیزات آنها در مناطق روستایی نصب می شود.
این انرژی ها به یک ملت فرصت ایجاد و توسعه تکنولوژی های ملی را می دهند.
6. جمع بندي و نتيجه گيري
همانطور که اشاره شد بنا به دلایل محدودیت و در عین حال مرغوبیت انرژی های فسیلی و همچنین مسایل و مشکلات زیست محیطی استفاده از منابع جدید انرژی به جای منابع فسیلی امری الزامی است. سیستمهای جدید انرژی در آینده باید متکی به تغییرات ساختاری و بنیادی باشد که در آن منابع انرژی بدون کربن نظیر انرژی خورشیدی و بادی و زمین گرمایی و کربن خنثی مانند انرژی بیوماس مورد استفاده قرار می گیرند. بدون تردید انرژی های تجدیدپذیر با توجه به سادگی فن آوریشان در مقابل فن آوری انرژی هسته ای از یک طرف و نیز بدلیل عدم ایجاد مشکلاتی نظیر زباله های اتمی از طرف دیگر نقش مهمی در سیستمهای جدید انرژی در جهان ایفا می کنند. در هر حال باید اذعان داشت که به دلایل متعددی بویژه هزینه اولیه و قیمت تمام شده بالا، عدم سرمایه گذاری کافی برای بومی نمودن و بهبود کارآیی تکنولوژیهای مربوطه ،نبود سیاستهای حمایتی در سطح جهانی، منطقه ای و محلی، نفوذ و توسعه انرژی های نو را بسیار کند و محدود ساخته است.
7. منابع
[1] ازانرژي هاي نو چه مي دانيد؟- انرژي خورشيدي - تأليف گروه مؤلفين سازمان انرژي هاي نو ايران - ناشر سانا - گزارش سوم.
[2] ازانرژي هاي نو چه مي دانيد؟- انرژي زمین گرمایی - تأليف گروه مؤلفين سازمان انرژي هاي نو ايران - ناشر سانا - گزارش دوم.
[3] ازانرژي هاي نو چه مي دانيد؟- انرژي زیست توده - تأليف گروه مؤلفين سازمان انرژي هاي نو ايران - ناشر سانا - گزارش سوم.
[4] قیاسوند جواد – تعامل معماری و انرژی های نو- راه و ساختمان شماره 38.
[5] محمد زاده نوین عارف - استراتژی توسعه انرژی پایدار- ص 163-مجموعه مقالات سمینار توسعه کاربرد انرژی های نو – بهمن 1376.
[6] اجزای اصلی برنامه توسعه انرژی های نو برای ایران – وزارت نیرو – معاونت انرژی – دفتر انرژی های نو اسفند 1374.
[7] سایت های اینترنتی :
WWW.IRANWATERSHED.COM
WWW.KRCOM.BLOGFA.COM
WWW.AFTAB.IR
WWW.SUNA.ORG.IR
WWW.NEWS.MOE.ORG.IR
WWW.KNOWCLUB.COM
