بخشی از مقاله
چکیده
پیشرفت فناوری در کنار کاهش هزینه های نصب، اهمیت بالایی در بالفعل شدن انرژی های تجدیدپذیر در دنیا خواهد داشت. بطور کلی منابع انرژی تجدیدپذیر از منابعی تامین می شوند که از منظر اقتصادی، اجتماعی و زیست محیطی پایدار باشند. عمده منابع تجدیدپذیر انرژی، شامل: خورشید، باد، زیست توده، زیست گاز، زمین گرمایی و انرژی امواج و جزر و مد می باشند. ویژگی ممتاز انرژی های تجدیدپذیر در فضای کنونی، تامین اقتصادی انرژی جوامع دور افتاده بدون نیاز به سرمایه گذاری کلان در انرژی فسیلی می باشد.در سالهای اخیر با توجه به این که منابع انرژی های تجدید ناپذیر رو به اتمام هستند، این منابع بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته اند. در این مقاله ابتدا انواع انرژی های تجدیدپذیر مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته و در ادامه وضعیت این انرژی ها در ایران و جهان مورد مقایسه واقع شده است.
واژه های کلیدی :انرژی های تجدیدپذیر.
مقدمه
نگرانی ها در باره تغییرات زیست محیطی در کنار افزایش قیمت روز افزون نفت و اوج تولید نفت و حمایت دولت ها، باعث رشد وضع قوانینی می شود که بهره برداری و تجاری کردن منابع تجدیدپذیر را تشویق می کنند.در این مقاله مفاهیم انرژی تجدیدپذیر درکنار کاربردهای آن ارائه گردیده است. آنچه مسلم است مبحث توسعه و پیشرفت انرژی های تجدیدپذیر، زمینه را برای فروش انرژی های فسیلی در ایران تنگ تر می کند که تهدیدی برای منافع ملی به حساب می آید. به این معنا که با گسترش انرژی های تجدیدپذیر، سهم انرژی های فسیلی دائماً کمتر شده و درنتیجه تقاضا برای حامل های فسیلی کا هش پیدا خواهد کرد و ایران نخواهد توانست منابع انرژی فسیلی را به دنیا صادر نماید و احتمالا منافع کلانی را از دست خواهد داد.
درسال 1387 حدود 18 درصد از انرژی مصرفی جهان، از طریق انرژی های تجدیدپذیر تامین شده است. سهم زیست توده بطور سنتی حدود 13 درصد بوده، که بیشتر جهت گرمایش استفاده شده است و سهم انرژی آبی نیز 2/6 درصد برآورد می شود که 2/4 باقیمانده شامل نیروگاههای آبی کوچک، زیست توده مدرن، انرژی بادی، انرژی خورشیدی، انرژی زمین گرمایی و سوختهای زیستی می باشند که به سرعت در حال گسترش هستند. استفاده از انرژی باد با رشد سالانه در حدود 30 درصد با ظرفیت نصب شده 175000 مگاوات در سال 2010، بصورت وسیعی در اروپا، آسیا و ایالات متحده بکاررفته است. بیشترین طرح های موجود در زمینه انرژی نو، طرح هایی در مقیاس بزرگ می باشند، ولی انرژی های نو را می توان در مقیاس کوچک هم استفاده کرد.
-1انرژی خورشیدی
خورشید به عنوان تنها منبع مولد انرژی های تجدیدپذیر، انرژی خودرا از طریق امواج الکترومغناطیسی به زمین منتقل می کند. دانستن تعداد ساعات آفتابی و شدت تابش نور خورشید، از مهمترین اطلاعات مورد نیاز جهت طراحی سیستمهای خورشیدی است. در شکل1 - 1 نقاطی از کره زمین که انرژی بیشتری از خورشید دریافت می کنند، با رنگ نارنجی نشان داده شده است. همانطور که ملاحظه می شود کلیه نقاط ایران در منطقه دریافت خوب انرژی قرار دارند.
از مجموع امواج الکترومغناطیسی که از سطح خورشید پخش می شوند در حدود 65 درصد توسط زمین و جو اطراف آن دریافت می شود و 35 درصد آن مجددا به فضای خارج از جو بازتاب می گردد. همچنین در حدود 10 الی 15 درصد انرژی تشعشعی دریافت شده از خورشید بوسیله ذرات بخار آب، اکسید کربن و اوزون موجود در جو زمین، جذب می شود.
-1-1مقدار انرژی خورشید
مقدار انرژی خورشیدی دریافتی، با توجه به شدت تابش و زاویه تابش محاسبه می شود. مقدار انرژی دریافتی از خورشید توسط گردآور، متناسب با کسینوس زاویه بین سطح گردآور و امتداد امواج خورشید است. با دانستن محل گردآور و روابط مربوط به محل خوشید، مقدار انرژی رسیده به گردآور ثابت و یا گردآور مجهز به ردیاب، قابل برآورد می شود.
-2-1 استخراج انرژی خورشیدی
قسمت اصلی یک سیستم خورشیدی، گردآور آن است. کار گردآور در یک سیستم خورشیدی-حرارتی دریافت تابش خورشید و تبدیل آن به انرژی حرارتی است. معمولاً گردآورهای خورشیدی با جذب یا متمرکز کردن نور خورشید، حرارت را به یک سیال منتقل نموده، و درجه حرارت آن را بالا می برند سپس حرارت این سیال برای آب گرم مصرفی، گرمایش، سرمایش، شیرین کردن آب، تولید فضای سبز و تولید الکتریسیته بکار می رود. ذخیره حرارتی، انرژی حرارتی لازم برای روزهای غیر آفتابی را تامین می کند. برخی از گردآورهای خورشیدی - حرارتی عبارتنداز: نوع مسطح، سهموی خطی، بشقابی، هلیوستات و غیره. کار گرآورهای خورشیدی -حرارتی، تبدیل انرژی تابشی به انرژی حرارتی با دمای دلخواه است. این حرارت معمولاً باتوجه دمای ایجاد شده - شکل - 4-1 برای گرم کردن آب استخر، آب گرم مصرفی ساختمان، گرمایش فضای مسکونی، سرمایش، آب شیرین کن، آب گرم صنعتی و بالاخره تولید برق به مصرف می رسد.
-3-1اطلس های تابش خورشید
تابش خورشید بصورت مقدار انرژی رسیده به یک محل در طول زمان مشخص تعریف می شود. این عقیده که تابش متوسط خورشید در چندین روز، تا حدودی در یک منطقه، ثابت باقی می ماند مورد قبول واقع شده است. بنابراین ، مقدار تابش اندازه گیری شده، بصورت ماهیانه و یا سالیانه در دو محل برای تعیین تابش خورشید، در محلی بین آنها، با روش درون یابی، قابل محاسبه است. البته این درصورتی است که فاصله آن دو محل، محدود باشد - شاید فاصله حتی صدها کیلومتر از جهت تابش خورشید قابل قبول باشد - . براین اساس نقشه های تابش خورشید می توانند برای تعیین میزان تابش خورشید در محل پروژه مورد استفاده قرار گیرند.
-4-1 زوایای هندسی خورشید نسبت به زمین
زمین به دور خورشید بر روی یک مدار بیضوی می گردد و فاصله آن از خورشید معادل 1.496*1011 متر است که یک واحد نجومی - - 1.000AU خوانده می شود. زمین در اول فصل تابستان دورترین فاصله - - 1.52*1011m را از خورشید دارد، در این حالت خورشید در نقطه اوج نسبت به زمین قرار گرفته است.کوتاه ترین فاصله بین زمین و خورشید در شروع فصل زمستان است که در این حالت فاصله زمین و خورشید 1.47*1011m است. در شکل 6- 1 این فواصل نشان داده شده است. فصول نشان داده شده در شکل مربوط به نیمکره شمالی زمین بوده، که ایران نیز در آن قرار گرفته است.
-2 انرژی باد
باد و یا حرکت هوا، ناشی از تغییرات شیب دمایی بین دو و یا چند منطقه جغرافیایی - بخاطر دریافت دمای متفاوت از خورشید - ایجاد می شود. نیروی جنبشی باد در مناطق دارای سرعت کافی و دائمی در طول سال می تواند برای به چرخش درآوردن پره ها در کنار تولید برق استفاده شود. توربین های باد احتیاجی به انرژی فسیلی نداشته و در فرآیند بهره برداری هیچ گونه آلایندگی ایجاد نمی کنند. توربین های بادی و راههای دسترسی به آنها در یک مزرعه بادی تنها یک درصد از کل سطح مزرعه را اشغال می کنند و بنابراین 99 درصد از سطح مزرعه قابل استفاده باقی می ماند. میزان برق تولیدی به چگالی برق بستگی دارد، بر همین اساس تولیدکنندگان توربین های بادی محصولاتشان را مطابق با شرایط ویژه محیطی طراحی می نمایند. معمولاً پیش شرط های نصب توربین در یک منطقه عباتنداز:
-رغبت سیاسی
-شرایط خوب باد در محل
-زمین قابل دسترسی
-دسترسی به شبکه برق سراسری جهت اتصال به شبکه
در انتهای سال 1389 میزان ظرفیت تولیدی برق بادی در سراسر جهان برابر 197 گیگا وات بود . اگرچه این میزان در حدود یک درصد از کل انرژی الکتریکی تولیدی در جهان محسوب می شد اما در طول بازه زمانی بین سالهای 2000 تا 2006مقدار آن، تقریباً چهاربرابر شده است. در این میان کشورهای دانمارک با 20 درصد، اسپانیا و پرتقال با 9 درصد و آلمان با 7 درصد از نظر درصد تولید برق بادی از کل تولید انرژی الکتریکی در جایگاه های نخست قرار دارند.
انرژی بادی در مقیاس بزرگ، در مزارع بادی تولید و به شبکه سراسری متصل می شود. از جمله دلایل تمایل کشورها برای افزایش ظرفیت تولید برق بادی مزایای بسیار زیاد این روش تولید انرژی الکتریکی است چراکه انرژی باد، فراوان، تجدیدپذیر و پاک است و همچنین در مقایسه با استفاده از انرژی سوخت های فسیلی هیچگونه گاز گلخانه ای منتشر نمی کند. بیشتر انرژی که در حرکت باد وجود دارد را می توان در سطوح بالای جو پیدا کرد جایی که سرعت مداوم باد به بیش از 160 کیلومتر در ساعت می رسد و سرانجام باد انرژی خود را در اثر اصطکاک با سطح زمین و جو از دست می دهد.نتایج یک برآورد کلی اینگونه می گوید که 72 تراوات انرژی باد بر روی زمین وجود دارد که پتانسیل تبدیل انرژی الکتریکی را دارد و این مقدار قابل افزایش نیز هست.
-1 -2 توان قابل استخراج باد
انرژی موجود در باد را می توان با عبور آن از داخل پره ها و سپس انتقال گشتاور پره ها به روتور یک ژنراتور استخراج کرد. در این حالت میزان توان تبدیلی، به تراکم باد، مساحت ناحیه جاروب شده توسط پره و مکعب سرعت باد بستگی دارد. به این ترتیب میزان توان قابل تبدیل در باد را می توان به این ترتیب بدست آورد: - 1 -
که در این فرمول P توان تبدیلی به وات، ضریب بهره وری - که به طراحی توربین وابسته است - ، تراکم باد برحسب کیلوگرم بر مترمکعب، r شعاع پره های توربین بر حسب متر و v سرعت باد بر حسب متر بر ثانیه است. آلبرت بتز فیزیکدان آلمانی در سال 1919 اثبات کرد که یک توربین حداکثر می تواند 59 درصد از انرژی بادی را که در مسیر آن جریان دارد را استخراج کند و به این ترتیب در معادله بالا هرگز بیشتر از 0/59 نخواهد شد. از ترکیب این قانون با معادله بالا میتوان اینگونه نتیجه گرفت:
-حجم هوایی که از منطقه جاروب شده توسط پره ها عبور می کند به میزان سرعت باد و چگالی هوا وابسته است.
-انرژی جنبشی حجم مشخصی هوا، به مجذور سرعت آن وابسته است و از آنجایی که حجم هوای عبوری توربین به
