مقاله امکان سنجی استفاده از نیروگاه های کوچک خورشیدی در مناطق دور از شبکه انتقال انرژی

بخشی از مقاله

امکان سنجی استفاده از نیروگاه هاي کوچک خورشیدي در مناطق دور از شبکه انتقال انرژي

چکیده

رفع نیاز انرژي مناطق مختلف جهان در حال حاضر اغلب از طریق شبکه انتقال انرژي اعم از برق و گاز انجام میگیرد. با توجه به یکسان نبودن امکان دسترسی شبکه به همه مناطق، بویژه مکانهاي صعب العبور و دور افتاده که با سختی زیادي روبرو است، همچنین وجود مسائل اقتصادي، اجتماعی، فرهنگی و زیست محیطی مطرح شده در توسعه پایدارکه در دهههاي اخیر بسیار مورد توجه است، بکارگرفتن جایگزینی مناسب براي رفع نیاز ان رژي در این مناطق بسیار لازم میباشد ، از طرفی دسترسی و استفاده آسان منابع تجدیدپذیرانرژي، بهویژه انرژي خورشیدي موجب آن است که این منبع انرژي در جهت اهداف اشاره شده مناسبترین گزینه باشد. این مقاله در راستاي یافتن پاسخی براي رفع نیاز انرژي مناطق دور از شبکه با استفاده از انرژي خورشیدگردآمده است، بگونه اي که بتوان به یک محیط زیست پایداردست یافت. دراین راه ازمنابع کتابخانه اي و روش تحلیلی

– توصیفی استفاده شده است و درآ خر تجزیه و تحلیل داده ها نشان میدهد که استفاده از سیستم فتوولتائیک براي چنین مناطقی در اولویت، بسیار مناسب و آینده خوبی براي آن پیشبینی میشود .

کلمات کلیدي: شبکه انتقال انرژي، مناطق صعب العبور و دور افتاده، انرژي خورشیدي، توسعه پایدار شهري، انرژي برق و گاز

-1 مقدمه

توسعه پایدار انرژي شامل سیاست گذاريها، انتخاب و بکاربردن فناوريهایی است که انرژي مورد نیاز برايهمهتقاضاهارا تامینکند، ویژگی هاي کلیدي چشم انداز هاي مختلف توسعه پایدار، افزایش بهرهوري انرژي و بکاربردن فناوريهاي پیشرفته در تامین انرژي است. در این چشم اندازها رشد اقتصادي، رشد جمعیت و کاربرد انرژي ( شرایط زیست محیطی ) از عوامل مهم میباشند(بهادري نژاد، مهدي، وهمکارش، : 1385 ص62و.(63 از طرفی توجه به روند رو به کاهش انرژي هاي تجدید ناپذیر در دهه هاي اخیر و نیاز روز افزون به انرژي و وجود این واقعیت که منابع انرژي تجدید پذیر داراي هزینه اولیه بالا و هزینه بهره برداري پایین هستند در حالی که منابع انرژي تجدید ناپذیر متداول داراي هزینه اولیه پایین وهزینه بهره برداري بالا میباشند( P.P:5708-571، 2007 ،.( Diaf, S et al همچنین عدم وجود شبکه سراسري برق در مناطق دور افتاده و هزینه بالاي احداث شبکه سیمی جدید به دلیل مسافت طولانی و عوارض نامناسب جغرافیایی و نیز افزایش نرخ مصرف انرژي الکتریکی و وجود تعداد زیادي مصرف کننده دور از هم که یکی از بزرگترین مشکلات شرکتهاي برق میباشد، موجب یافتن جایگزینی براي رفع این مشکل شده است. که با توجه به اهداف مورد نظر انرژي خورشید میتواند مناسبترین گزینه باشد، بگونه اي که امروزه سیستم فتوولتائیک مستقل از شبکه به یکی از امید بخش ترین راهحلها براي مرتفع کردن نیاز برق این مناطق تبدیل

شده است(p.p:54 ،.( F. Giraund and Z. M.Salameh, March 2001

1

استفاده از این سیستم می تواند علاوه بر اینکه مشکلات برق دار نمودن ، بهرهبرداري و نگهداري شبکه را برطرف نماید بلکه با بازگشت سرمایه بکارگیري این نوع نیروگاهها بازگشت هزینه و صرفه اقتصادي را نیز دنبال نماید(ابراهیمی نژاد، سمیه و همکارانش، سوم اسفند:1391 ص. (2 بنابراین بررسی میزان موفقیت کاربرد سیستم فتوولتائیک براي رفع نیاز انرژي این مناطق و همچنین رسیدن به عوامل مهم و چشم انداز هاي توسعه پایدار از طریق این سیستم و دادن پاسخی منطقی به آن ضروري میباشد . این مقاله در پیرامون همین بحث گردآوري شده است که در ادامه به آن پرداخته میشود.

-2 انرژي خورشید:

خورشید گوي غول پیکر درخشانی در وسط منظومه شمسی و تامین کننده نور، گرما و انرژي هاي دیگر زمین است. در هرثانیه مقدار زیادي انرژي از خورشید ساطع میشود، که تنها یک دو میلیاردم این انرژي به سطح بیرونی جو زمین برخورد میکند .که در نهایت 47 درصد از این انرژي به زمین میرسد. درایران روزانه به طور متوسط 5. 5 کیلو وات ساعت انرژي خورشید بر هر متر مربع از سطح زمین می تابد و داراي 300 روز آفتابی در 90 درصد خاك خود می باشد. میزان کل تابش خورشید در طول روز براي ایران تقریبا برابر است با 9000000000 مگاوات ساعت، اگر تنها از 1 درصد مساحت ایران انرژي خورشیدي جذب شود و راندمان سیستم دریافت انرژي تنها 10 درصد باشد، باز هم میتوان روزانه 9000000مگاوات ساعت انرژي از خورشید دریافت کرد(سانا، انرژي خورشیدي 2، گزارش ششم، ص2و3و .(4 بنابراین میزان انرژي پرتوهاي خورشیدي که به سطح زمین میرسد بسیار بیشتر ازکل نیاز مصرف انرژي جهان امروزاست. در این میان ایران در منطقه اي واقع شده که به لحاظ دریافت انرژي خورشیدي در بالاترین ردهها قرار میگیرد. براي دستیابی به اهداف و چشم انداز هاي توسعه پایدار و نیز جایگزینی براي رفع نیاز انرژي مناطق دور افتاده میتوان این منبع انرژي رایگان و لایتناهی را بکار بست و نیاز امروزي جهان را جوابگو شد.از این رو بشر امروزي براي حل مشکل انرژي چاره اي جز روي آوردن به این منبع انرژي ندارد .

تصویر زیر میزان دریافت انرژي خورشیدي در مناطق مختلف ایران را نشان میدهد. همانطور که مشخص است اکثر مناطق از پتانسیل بالایی براي دریافت این انرژي طبیعی و پهناور خورشید برخوردار میباشند.

شکل شماره :(1) نقشه انرژي خورشیدي ایران ، منبع: ( http://solargis.info/doc/71)

2

در تصویر زیر روند نیاز و بهرهبرداري از انواع مختلف انرژي هاي تجدید پذیر در جهان از سال 2000 تا 2050 به تصویر کشیده شده است، که از این میان انرژي بدست آمده از سیستم هاي فتوولتائیک خورشیدي سهم زیادي را به خود اختصاص داده است بهطوري که داراي رشدي 49 درصدي میباشد. بهگونه اي که در ایران تنها سیستم انرژي تجدید پذیر براي تولید الکتریسیته همین سیستم فتوولتائیک میباشد. بنابراین براي حل مشکل تولید برق در مناطق دور از شبکه فناوري مناسبی میباشدو میتوان بهرهبرداري از آن را گسترش داد.

شکل شماره :(2) ظرفیت بهره مندي جهانی از منابع گوناگون تجدیدپذیر انرژي ، منبع: ( p.p:104،2011، (TheEnergyReport

-3 وضعیت انرژي در مناطق دور از شبکه :

با وجود اینکه درفاصله سالهاي 1390تا 1391 امکان اولیه زندگی در روستاها و مناطق دور افتاده کشورفروفبه بهبود بوده استفاما هنوز بیش فاز 50 درصد ازاین خانوارها از امکان استفاده از گاز لوله کشی برخوردار نیستند، همچنین دربین آب ،برق ،تلفن همراه و گاز به عنوان چهاربخش از تسهیلات عمده محل زندگی، گازرسانی در سطح پایین تري نسبت به سایر امکانات فقرارفداردل به استناد مرکز آمار ایران ، 0.3 درصد ازخانوار هاي این مناطق به برق دسترسی ندارندبه گونه اي که تا پایان سال 1390ف

حدودف99.7 درصد درمحل زندگیشان برق داشته اندل 15 درصد خانوارهاي روستایی حمام ندارند بنابر این گزارش حدود 15.5درصداز روستاییان از داشتن حمام محرومندبه فگونه اي که آمارهانشان میدهدتا پایان  سال91 نزدیک به 84.5 درصدفاز آنها در محل سکونتشان از حمام برخوردار بوده اند.

این گزارش ها حاکی از آن است که مناطق دور از شبکه انتقال نیرو ( برق و گا ز ) از لحاظ رفع نیاز الکتریسیته، گاز و آبگرم مصرفی دچار مشکل میباشند و دستیابی از طریق شبکه بسیار سخت و با هزینه بالایی میباشد. بنابراین استفاده از این سیستم فتوولتائیک خورشیدي براي رفع این نیاز ها با توجه به مزایاي این سیستم در قبال معایب ناچیز آن که در ادامه به انها پرداخته میشود، میتواند مناسبترین گزینه باشد .

-4 نیروگاه هاي کوچک خورشیدي :

در این نیروگاه ها برق بسیار نزدیک جایی که در آن مصرف می شود، یا حتی در همان ساختمان، تولید میشود. همچنین به نقل از آژانس بینالمللی انرژي (IEA)در سال 2002 بدلایل زیر استفاده نیروگاه هاي فتوولتائیک لازم میباشد :

3

• محدودیت در ساخت خطوط انتقال نیرو

• افزایش تقاضاي انرژيها ي تجدید پذیر
• نگرانی هاي تغییرات آب و هوا

عنصر اصلی یک نیروگاه فتولتائیک در راستاي تامین برق و آبگرم مصرفی مناطق دور از شبکه ماژول هاي خورشیدي و سلول هاي فتوولتائیک میباشند که انرژي خورشید را جذب و بکار میگیرند. به همین دلیل در ادامه معرفی اجمالی ازآنها آورده شده است.

-5 معرفی سیستم هاي فتوولتائیک:

به طور کلی انرژي خورشید به دو شکل قابل استفاده میباشد : گرما - نور و روشنایی. براي بهره بردن ازگرماي انرژي خورشید نیاز به استفاده از سیستمهاي گرمایش خورشیدي مانند آبگرمکنهاي خورشیدي و .... میباشد. براي استفاده از انرژي خورشید و تبدیل آن به روشنایی نیاز به سیستمهاي فتوولتائیک میباشد( p.p:4 ،2009 ، .(Tan D, Kian seng این سیستم مبتنی بر تبدیل مستقیم انرژي خورشیدي به انرژي الکتریکی هست. در این روش پدیدهاي که در اثر تابش نور بدون استفاده از مکانیزمهاي محرك مکانیکی، الکتریسیته تولیدمیکندپدیده فتوولتاییک و عنصري که این فرآیند را به وجود میآورد سلول خورشیدي گویند(قیابکلو،زهرا،:1390ص.(225 سلولهاي خورشیدي از مواد نیمه رسانا ساخته می شوند و میتوانند انرژي خورشیدي را با بازدهی3تا30درصد مستقیما به الکتریسیتهتبدیلکنند، عنصراصلیتماماینسلولهاسیلیکون است(قیابکلو،زهرا،:1390ص.(228

شکل شماره :(3) انرژي خورشیدي و نحوه استفاده از آن توسط پنل هاي خورشیدي فتوولتائیک، منبع p.p:4): ،2009، Tan D, Kian (seng

-1-5 کاربرد هاي سیستم فتوولتائیک:

• درتامین برق مناطقی که در فواصل قابل توجهی نسبت به شبکه انتقال نیرو قرار دارند مانند مناطق کوهستانی وبیابانی، همچنین روشنایی منازل در مناطق روستایی دور افتاده مورد استفاده قرار میگیرد. بهعنوان مثال در مناطق دور افتادهاي ازکشور هندکه از چراغهاي نفتی استفاده میشد، چرا غ هاي خورشیدي که قیمت تمام شده آنها فقط بهاندازه ي چند ماه از پول نفت چراغ ها بود؛ جایگز ین شد و چندین مثال دیگر از این دست که همگی نشان دهنده اهمیت این مبحث میباشد.

4

• زمین هاي کشاورزي که در مناطق دور از منابع تامین انرژي میباشند، با مشکل تامین آب که یکی از معضلات این بخش در ایران و جهان می باشد روبرو هستند و براي حل این مشکل که می توان از سیستم هاي فتوولتائیک و پمپاژ خورشیدي آب در این مناطق استفاده کرد(سانا، اردیبهشت :88 ص.(4

شکل :(4) دیاگرام سامانه فتوولتائیک، منبع: (سانا، اسفند :87 ص (4

شکل :(5) دیاگرام پنل هاي خورشیدي، منبع: (سانا، اسفند :87 ص (5

-2-5 مزایاي تکنولوژي فتوولتائیک:

• دوام سیستم: تکنولوژي بکار رفته در ساخت مدول هاي فتوولتائیک از مصالح بادوامی است. در گذشته دوام سیستم
ها راحدود 10 سال در نظر میگرفتند. اما با پیشرفتهاي انجام شده، متوسط عمر مفید این سیستمها به 25 سال رسیده است. بسیاري از اجزاء و مواد اولیه این مدولها قابل بازیافت و استفاده اند.

• هزینه هاي پایین حفظ و نگهداري : در سیستم منابع تجدیدناپذیر، هزینه هاي حمل و نقل مواد و نیروي کار بسیار بالا است. اما درسیستمهاي فتوولتائ یک چنین هزینه هایی در چرخه تولید وجود ندارد. زیرا سیستم به بازرسیهاي دوره اي و نگهداريهاي گهگاهی با هزینه اندك نیاز دارد.
• عدم نیاز به مواد سوختی: در سیستمهاي فتوولتائیک نیازي به منابع سوختی فسیلی و. . . نمی باشد. بنابراین مضرات زیست محیطی ناشی از این منابع و هزینه هاي حمل و نقل و انبارداري آنها حذف میشود.

• عدم وابستگی به شبکه برق شهري : در مواقعی که انتقال برق شهري امکانپذیر نباشد، میتوان از این سیستم ها بهره گیري کرد. زیرا بصورت مستقل الکتریسیته تولید کرده و نیازي به نگهداري فراوان ندارند. پس در مناطق دورافتاده و صعب العبور، استفاده از این سیستمها گزینه مناسبی خواهد بود(.(http://sodief.blogfa.com/category/6