بخشی از مقاله
چکیده
اکثریت کشورها در سراسر جهان به شدت به نفت، گاز طبیعی و زغال سنگ برای رفع نیاز خود به انرژی وابسته هستند. این سوختها در بازه زمانی کوتان مدت تجدید پذیر نبوده و در نهایت کاهش می یابند، که به نوبه خود باعث گران شدن بیش از حد این منابع می شود واز طرفی مصرف روزافزون آنها موجب افزایش آلودگیهای زیست محیطی شده است. این مقاله به بررسی مزایا و معایب انرژیهای تجدیدپذیر میپردازد. بنابراین بر اساس مزایای این منابع انرژی، استفاده از انرژی های تجدیدپذیر به جای سوخت های فسیلی راه حل خوبی برای کنترل مشکلات زیست محیطی، اجتماعی و اقتصادی جوامع خواهد بود.
.1 مقدمه
با پیشرفت علم در جهان و پس از انقلاب صنعتی، استفاده از سوختهای فسیلی به شدت افزایش یافت. این امر باعث شد میزان کربن دی اکسید و برخی گاز های دیگر نظیر کربن منو اکسید، گوگرد تری اکسید و ... در جو بیش از اندازه افزایش یابد و از چرخه طبیعی خود خارج شوند. از طرف دیگر، به علت صنعتی شدن کشورها و افزایش جمعیت جهان سرعت مصرف سوختهای فسیلی از تولید آن بیشتر شده است؛ بنابراین، این منابع در آینده به اتمام خواهند رسید Verbruggen - و همکاران، . - 2010 از این رو گرایش به سمت انرژیهای تجدیدپذیر در سطح جهانی امری بدیهی است.
در سال 2011 بالغ بر 9 درصد از کل انرژی استفاده شده در کل حوزه ها و بخشهای مختلف آمریکا را انرژی تجدید پذیر تشکیل می دهد. از این 9 درصد حدود 13 درصد را باد، میزان 35 درصد را انرژی آبی، بالغ بر 2 درصد را زمین گرمایی، نزدیک به 48 درصد را زیست توده و بیش از 2 درصد را انرژی خورشیدی تشکیل می دهد که به سرعت در حال گسترش هستند.
Ellabban - و همکاران، - 2014 استفاده از مجموعه انرژی تجدید پذیر در ایران هنوز کمتر از یک درصد از کل مصرف انرژی در کشور است اما در ایران نیز با پیشرفت تکنولوژی و با توجه به رویکرد کلان کشور برای توجه به انرژیهای تجدیدپذیر در برنامه توسعه کشور و شروع تحقیقات پایه و کاربردی در این زمینه گرایش به سمت انرژیهای تجدیدپذیر امری بدیهی است.
در حال حاضر و با آغاز دولت یازدهم - و با وجود محدودیتهای دولت در خصوص اجرای پروژه های عمرانی جدید، تمام تلاش متمرکز بر وضع قوانین و مقررات تشویقی برای سرمایه گذاری و ورود بخش خصوصی به حوزه تجدیدپذیرها شده و رویکردهای حمایتی از بخش خصوصی به منظور توسعه انرژی های تجدیدپذیر، شدت دو چندان یافته است.
انرژیهای تجدیدپذیر به عنوان شاخهای از صنایع پیشرفته در نظر گرفته میشوند که به علت شرایط اقلیمی کشور ایران تا حد زیادی مستعد پیاده سازی بیشتر انرژیهای نو در این کشور میباشد؛ اما استفاده از هر انرژی تجدیدپذیری نیاز به تجزیه و تحلیل پایداری آن دارد که به سه جزء اصلی وابسته است: اثرات زیست محیطی، هزینه های خارجی و اقتصاد و تامین مالی. هر یک از این متغیرها تأثیر عمده ای بر استفاده از انرژی های تجدیدپذیر دارد. بنابراین قبل از وارد کردن یا استفاده از انواع مختلف انرژی های تجدید پذیر باید یک تحقیق کامل انجام گیرد تا اطمینان حاصل شود که با استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر هیچ گونه مشکلی اجتماعی، زیست محیطی یا اقتصادی به وجود نمیآید. در ادامه به معرفی برخی از انرژیهای تجدیدپذیر، مزایا و معایب آنها میپردازیم Mann - ، . - 2011
.2 انرژی تجدیدپذیر
انرژی تجدیدپذیر1 که انرژی برگشتپذیر نیز نامیده میشود، به انواعی از انرژی میگویند که منبع تولید آن نوع انرژی، بر خلاف انرژیهای تجدیدناپذیر - فسیلی - ، قابلیت آن را دارد که توسط طبیعتدر یک بازه زمانی کوتاه مجدداً به وجود آمده یا به عبارتی تجدید شود. Panwar - وهمکاران، . - 2010 از انواع انرژیهای تجدیدپذیر میتوان به موارد زیر اشاره کرد.
- 1 انرژی خورشیدی2،
- 2 انرژی بادی3 ،
- 3 انرژی زمین گرمایی4،
- 4 انرژی امواج و جزر و مد5،
- 5 انرژی برق آبی6،
- 6 سوختهای هیدروژنی7
- 7 انرژی زیست توده.8 در ذیل به معرفی برخی از انرژیهای تجدیدپذیر و بیان مزایا و معایب آنها میپردازیم.
.2.1 انرژی خورشیدی
انرژی خوشید فراوانترین منبع تجدیدپذیر کره زمین است .برای سود بردن از انرژی خورشیدی دو راه وجود دارد : استفاده مستقیم از نور خورشید و تبدیل آن به الکتریسیته از طریق سلولهای فتوولتائیک استفاده مستقیم از انرژی خورشیدی و تبدیل آن به انواع انرژی های دیگر و یا استفاده مستقیم از آن - کاربردهای نیروگاهی و غیر نیروگاهی خورشیدی - یک نیروگاه خورشیدی شامل تاسیساتی است که انرژی تابشی خورشید را جمع کرده و با متمرکز کردن آن، درجه حرارتهای بالا ایجاد می کند.
انرژی جمع آوری شده از طریق مبدلهای حرارتی، توربین ژنراتورها و یا موتورهای بخار به انرژی الکتریکی تبدیل خواهد شد Carabtree - و Lewis، . - 2007 راندمان تولید برق از نور خورشید بالاست و با ذخیره سازی حرارتی میتواند انرژی قابل اعتماد را تولید نماید. علیرغم فراوانی انرژی خورشیدی تنها 0/04 درصد از انرژی که انسان استفاده میکندمستقیماً از انرژی خورشیدی گرفته میشود زیرا استفاده از پنلهای خورشیدی هزینهای بسیار بیشتر از سوزاندن سوختهای فسیلی دارد به علاوه در یک نیروگاه خورشیدی 10 تا 12سال طول میکشد تا به سودآوری برسیم .
البته اگر این فناوری در کشور بومیسازی شود این زمان به مراتب کوتاهتر خواهد بود. انرژی خورشیدی منبعی واقعاً تجدیدپذیر است. اکثر سیاره زمین توانایی جمع آوری مقدار کمی از انرژی خورشیدی را دارد. انرژی خورشیدی غیر آلاینده است، مانند انرژی های نفتی گازهای گلخانهای ایجاد نمی کند، و همچنین مانند انرژی هستهای باعث ایجاد زباله هایی که باید ذخیره شوند، نمیشود . به علاوه ساخت و تعبیه نمودن سیستمهای پنل خورشیدی، ایجاد آلودگی صوتی نمیکند و دارای تاثیر بسیار کمی بر محیط اطراف هستند پانل های خورشیدی دارای قطعات متحرک نیستند و به تعمیر و نگهداری بیش از عملیات تمیز نمودن معمولی نیاز ندارند.
پس از هزینه های اولیه نصب پانل، بجز نیاز به جابجایی قطعات ویا هزینه جبران شکستگی و جایگزینی، هزینه تعمیر و نگهداری بسیار به صرفه است. همچنین لازم به ذکر است که پانل های خورشیدی تنها منبع با توان بالقوه برای رفع تقاضای موجود است. مشکل اصلی استفاده از انرژی خورشیدی هزینه بردار بودن آن است. علیرغم پیشرفت های تکنولوژی، پانل های خورشیدی فوقالعاده گران هستند.
حتی زمانی که هزینه پانلها نادیده گرفته میشود، سیستم مورد نیاز برای ذخیره انرژی برای استفاده نیز میتواند بسیار پرهزینه باشد. حتی چند روز ابری نیز میتواند تاثیر زیادی بر جمع آوری کارآمد انرژی خورشیدی داشته باشد و این نوع انرژی وابسته به آفتاب است. و این موضوع را نیز باید در نظر گرفت که در طول شب جمع آوری انرژی عملاً متوقف میشود Pogson - و همکاران، . - 2013
.2.2 انرژی باد
تولید انرژی از قدرت باد یک فرایند بسیار ساده است. توربین بادی انرژی جنبشی - حرکت - باد را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند که برای تولید برق استفاده می شود. انرژی از طریق یک ژنراتور تغذیه می شود، یک بار دیگر به انرژی الکتریکی تبدیل می شود و سپس به شبکه منتقل می شود تا به نیروگاه منتقل گردد Burton - و همکاران، . - 1996 استفاده از انرژی باد در مقایسه با سایر منابع انرژی مطرح در بسیاری از کشورهای جهان رو به فزونی گذاشته است.
کشور ایران با مساحت 1648195 کیلومتر مربع و نیز به دلیل وجود دشتهای وسیع و مناطق وسیع ساحلی در شمال و جنوب، پتانسیل بسیاری برای بهرهبرداری از انرژی باد دارد. منجیل در منطقهای کوهستانی در کرانه شرقی سپیدرود قرار دارد که منطقهای به شدت باد خیز است. همین امر باعث شده که چندین نیروگاه بادی برای تولید برق در این شهر ساخته شود.
طبق اطلس بادی تهیه شده و بر اساس اطلاعات دریافتی از 60 ایستگاه و در مناطق مختلف کشور، میزان ظرفیت اسمی سایتها در حدود 60000 مگاوات می باشد. بر پایه پیش بینیهای صورت گرفته، میزان انرژی قابل استحصال بادی کشور از لحاظ اقتصادی بالغ بر 18000 مگاوات تخمین زده میشود که موید پتانسیل قابل توجه کشور در زمینه احداث نیروگاههای بادی و همچنین اقتصادی بودن سرمایه گذاری در صنعت انرژی بادی میباشد.
انرژی باد مانند سایر منابع انرژی تجدیدپذیر دارای مزایای زیادی است. این منبع انرژی با استفاده از توربینها که در هنگام حرکت باد انرژی تولید میکند، میتواند هزینههای برق را کاهش دهد و باعث کاهش انتشار گازهای گلخانهای شود . باد انرژی آزاد، فراوان و پایداری را فراهم میآورد که اگر از آن استفاده کنیم، از بین نمیرود. استفاده از تکنولوژی توربینهای بادی به دلایل زیر می تواند یک انتخاب مناسب در مقایسه با سایر منابع انرژی تجدید پذیر باشد. رشد داخلی را افزایش خواهد دا به طوری که اولاً مواد بومی مورد استفاده برای ساخت توربین ها، اقتصاد داخلی را ترویج میدهند. دوماً، توربینها سرمایه گذاری سودآوری هستند.
سرانجام، انرژی باد، بازارهای جدید و چشم اندازهای جدیدی را ایجاد میکند. در حال حاضر، علم مکانیک در تلاش است تا میزان ظرفیت توربینها را افزایش دهد به طوری که انرژی را حتی زمانهایی که باد کم میتولن ذخیره نمود. در مقابل مزایای بسیاری که انرژی باد دارد اگر توربینها وتجهیزات مورد استفاده بومی آن کشور نباشد هزینه حمل و وارد کردن این تجهیزات از سایر کشورها بسیار هزینهبردار است و محدودیت های محیطی، مانند حضور جنگلها و مناطق حفاظت شده، مکانهای بنای توربینهای بادی را محدود میکند. ایجاد سرو صدا شکایات مربوط به سر و صدا، دخالت در سیگنال های رادیویی و تلویزیونی و کشتار پرندگان مهاجر از جمله معایب دیگر انرژی بادی است Bull - ، . - 2001
.2.3 انرژی زمین گرمایی
مرکز زمین - به عمق تقریبی 6400 کیلومتر - که در حدود 4000 درجه سانتی گراد حرارت دارد، به عنوان یک منبع حرارتی عمل نموده و موجب تشکیل و پیدایش مواد مذاب با درجه حرارت 650 تا 1200 درجه سانتی گراد در اعماق 80 تا 100 کیلومتری از سطح زمین می گردد. طبق محاسبه ها، مشخص شده است که انرژی حرارتی ذخیره شده در 11 کیلومتر فوقانی پوسته زمین معادل پنجاه هزار برابر کل انرژی به دست آمده از منابع نفت و گاز شناخته شده امروز جهان است.
در سال 1904، نخستین بار در شهر لاردرلوی ایتالیا از انرژی زمین گرمایی برای تولید برق استفاده شد. تا سال 1950 بهرهگیری از انرژی زمین گرمایی رشد چندانی نداشت، اما حد فاصل سالهای 1950 تا 1973 به دلیل گران شدن بیسابقه و ناگهانی نفت، همه کشورها به فکر استفاده از انرژیهای جایگزین افتادند. بزرگترین نیروگاه زمین گرمایی دنیا در کالیفرنیا با نام نیروگاه گیسرز با ظرفیت 750 مگاوات در حال فعالیت میباشد.
مناطقی از ایران که دارای ذخایر انرژی زمین گرمایی هستن عبارتد از: منطقه مشگین شهر، منطقه تفتان و بزمان، منطقه طبس، منطقه شیراز، منطقه مرکزی ایران، منطقه غرب، منطقه مشهد، نیشابور، سبزوار، قوچان، بجنورد و گرگان به خاطر کانونهای زلزله و وجود گسلهای رباط و قره بیل و میامی و… ، منطقه جنوب، منطقه شرق شامل: زابل، خاش، سیرجان و زاهدان انرژی زمینگرمایی که از حرارت داخلی زمین ناشی میشود دارای کاربردهای مختلفی است. این کاربردها به سه دسته تقسم میشوند:
برای سیستمهای گرمایشی - و مصرف مستقیم - ، برای تولید برق و برای استفاده پمپهای حرارتی زمین گرمایی. انرژی زمین گرمایی بر خلاف سایر انرژی های تجدیدپذیر منشاء یک انرژی پایدار با فاکتور دسترسی 100درصد است که بر خلاف سایر انرژیهای تجدید پذیر محدود به فصل، زمان وشرایط خاصی نبوده بدون وقفه قابل بهرهبرداری میباشد. همچنین قیمت تمام شده برق در نیروگاههای زمین گرمایی با برق تولیدی از سایر نیروگاههای متعارف - فسیلی - قابل رقابت بوده و حتی از انواع دیگر انرژیهای نو به مراتب ارزانتر است. این منبع انرژی نه هوا را آلوده میکند نه موجب گرمایش زمین میشود.
