بخشی از مقاله
بررسی انرژی تجدیدپذیر باد در برج مسکونی Strata SE1 لندن- انگلستان و مقایسه با برج های مسکونی سبز کوثر مشهد- ایران (با رویکرد معماری پایدار)
چکیده
اهمیت پرداختن به انرژی های نو (تجدید پذیر ) در معماری معاصر و نیاز مبرم به استفاده بهینه از انرژی در ساختمان سازی امروز ، جهت حل بحران زیست محیطی و برقراری تعادل میان تولید و مصرف انرژی ، حائز اهمیت ویژه ای در سهم این منابع در سبد انرژی جهانی شده است . براین اساس ، نه تنها بکارگیری این نوع انرژی ها ، از نظر اقتصادی مقرون به صرفه بوده ، بلکه استفاده بهینه از انها ، عدم آسیب رسانی به محیط زیست را در پی خواهد داشت . در بین منایع موجود انرژی های تجدید پذیر ، انرژی باد به دلیل پتانسیل بالا و دسترسی آسان و سهولت تبدیل شدن به انرژی الکتریکی از محبوبیت بالاتری برخوردار است. پژوهش حاضر که بصورت و توصیفی – تحلیلی ارائه شده است در تلاش است تا با بررسی مفاهیم پایداری و توسعه پایدار به تبیین نقش انرژی های نو و تجدیدپذیر همچون انرژی باد پرداخته و در نهایت میزان تولید انرژی توربین بادی در میزان تولید انرژی در دو برج مسکونی سبز کوثر مشهد – ایران و Strata SE6 لندن – انگلستان را مورد بررسی و مقایسه قرار می دهد. نتایج حاصل از این پژوهش نشان می دهد که فاکتورهای موثر در معماری پایدار در چهار بعد زیست محیطی ، اجتماعی ، زیبایی شناسی و اقتصادی قابل دسته بندی و ارائه است. امید است یافته های پژوهش حاضر بتواند با فراهم آوردن شاکله نظری مناسب گامی بلند در جهت معماری پایدار و تمرکز بر روی انرژی تجدید شونده باد و مدیریت این انرژی در برج های مسکونی و رعایت حقوق نسل های آینده نسبت به ذخایر انرژی های تجدید ناپذیر باشد.
مقدمه :
بر اساس گزارش برانت لند "توسعه پایدار" عبارتست از توسعه ای که نیازهای کنونی جهان را تامین کند ، بدون اینکه توانایی نسل های آتی را در برابر نیازهای خود به مخاطره افکند و این توسعه پایدار رابطه متقابل انسان ها و طبیعت سراسر جهان است. فرآیند توسعه پایدار به گونه ای طراحی می شود که توسعه اقتصادی ، اجتماعی و زیست محیطی را تداوم می بخشد. .)UNISCO,1997) از مهمترین عناصر که در توسعه پایدار موثر است منابع انرژی است.داشتن انرژی مناسب عمده ترین عامل اقتصادی جوامع صنعتی پس از نیروی انسانی است چرا که انرژی یک نیاز اساسی برای استمرار توسعه اقتصادی ، رفاه اجتماعی ، بهبود کیفیت زندگی و امنیت جامعه می باشد.اگر انرژی به نحوی تولید و مصرف شود که توسعه انسانی را در بلندمدت در تمامی ابعاد اقتصادی اجتماعی و زیست محیطی تامین نماید ، مفهوم انرژی پایدار تحقق خواهد یافت ، لذا تامین انرژی پایدار ضرورت توسعه پایدار است.از طرفی مصرف سوخت های فسیلی همچون نفت و گاز به عنوان منابع انرژی غالب در کشورها باعث بوجود آمدن خسارات جبران ناپذیری برای بشریت خواهد شد.از مهمترین مضرات ناشی از مصرف سوخت های فسیلی می توان به آلودگی محیط زیست ، اثر گازهای گلخانه ای ، تغییرات آب و هوایی و بارش باران های اسیدی اشاره کرد. به همین دلیل استفاده بهینه از انرژی در فرآیند توسعه اقتصادی همواره به عنوان یک هدف مهم در توسعه پایدار مدنظر بوده است.برای اجتناب از تاثیر بیشتر این مضرات مصرف انرژی های تجدیدپذیر یا انرژی های سازگار با محیط زیست همچون انرژی خورشیدی ، انرژی بادی و انرژی زمین گرمایی و ... پیشنهاد می شود. معینی ، (1389
به همین دلایل در سالهای اخیر کشورهای مختلف اعم از پیشرفته و در حال توسعه توجه فزاینده ای به انرژی تجدید پذیر(انرژی خورشید ، انرژی باد ، ژئوترمال و ...) جهت ایجاد تنوع در استفاده از منابع انرژی و کاهش وابستگی به یک حامل انرژی و ملاحظات زیست محیطی برای دستیابی به انرژی پایدار معطوف داشته اند.
بهره گیری از انرژی باد به عنوان یکی از صور انرژی های تجدید پذیر ، از مهمترین استراتژی های جهان در دهه اخیر بوده و به عنوان مهره کلیدی رشد اقتصادی در دنیا شناخته شده است . انرژی بادی یک گزینه اقتصادی و راهبردی در برج های مسکونی بشمار می رود و با توجه به توجیه پذیری اقتصادی آن و قابلیت ها و پتانسیل های کشور ما ایران ، تحقیقات و مطالعات و سرمایه گذاری در این زمینه صورت گرفته و کاربرد این تکنولوژی چشم انداز روشنی را فرا روی سیاست گذاران طراحان ساختمان قرارداده است.در این مقاله دو نمونه موردی استفاده از توربین بادی در برج مسکونی ، یک نمونه داخلی و یک نمونه خارجی ، بررسی شده است . (فروغی،(1375
لذا دراین پژوهش، طبق نمودار ارائه شده ابتدا در بخش ادبیات موضوع مفاهیم پایداری ، توسعه پایدار ، انرژی تجدید پذیر و انرژی باد مورد مداققه قرار گرفته و سپس تولید انرژی توربین بادی در میزان تولید انرژی در دو برج مسکونی سبز کوثر مشهد – ایران و Strata SE6 لندن – انگلستان بررسی شده و از مقایسه شاکله مبانی نظری ، نتیجه گیری به عنوان برونداد نهایی مقاله ارائه شده است.
متدولوژی این پژوهش کیفی بصورت تحلیل و بررسی ادبیات موضوع و مقایسه تطبیقی نمونه های موجود می باشد.
مبانی نظری پژوهش
-1 مفهوم پایداری
پایداری به معنای تداوم در امری همچون فعالیت و ایجاد موازنه پویا میان عوامل مثر نظیر عوامل طبیعی ، اجتماعی و اقتصادی موردنیاز بشر می باشد.
پایداری به عنوان وجه وصفی توسعه ، وضعیتی است که در آن مطلوب بودن و امکانات موجود در طول زمان کاهش پیدا نمی کند و از کلمه sustenere) ، sus یعنی از پایین و tenere یعنی نگه داشتن) به معنای زنده نگه داشتن گرفته شده است که بر حمایت و یا دوام بلندمدت دلالت می کند.
پایداری در معنای وسیع خود به توانایی جامعه ، اکوسیستم و یا هر سیستم جاری برای تداوم کارکرد در آینده نامحدود اطلاق می شود بدون اینکه به طور اجبار در نتیجه تحلیل رفتن منابعی که سیستم به آن وابسته است یا بدلیل تحمیل بار بیش از حد روی آنها به ضعف کشیده شود.((Gold,1996
از طرف دیگر توانایی سیستم برای استقامت و پایایی به گونه ای اجتناب ناپذیر وابسته به موفقیتی است که سیستم در ایجاد ارتباط با محیط بیرونی کسب می کند، به عبارت دیگر پایداری سیستم به طور کامل وابسته به قابلیت سیستم برای سازگاری و انطباق ، تغییر و تحول و پاسخگویی به محیط است و از آنجا که محیط به نوبه خود همواره درحال تغییر است ، این فرآیند سازگاری و انطباق سیستم باید یک فرآیند پویا و حساس باشد.(کهن،(1376
بنابراین سیستم پایدار به کارکرد مناسب درونی و به رابطه سازگار با محیط و به عبارت بهتر به پایداری در درون و به پایداری در بیرون(در تعامل با محیط) نیازمند است تا در مجموع به عنوان سیستم پایدار عمل کند. در واقع پایداری در عمل موازنه بین ضرورت های زیست محیطی و نیازهای توسعه است و از دو طریق محقق می شود : کاهش فشارها و افزایش ظرفیت های موجود (نصیری،(1379
بنابراین شرایط اصلی پایداری عبارتند از :
-1 سیستم ها باید با شرایط محلی و زیست محیطی سازگار باشند.
-2 سیستم ها باید با نیازهای آتی و اهداف مورد نظر قابلیت سازگاری داشته باشند.
-3 سیستم ها باید نسبت به تغییرات ، انعطاف پذیری کافی داشته باشند و در صورت تخریب سیستم در اثر وقوع حوادث ناخواسته با صرف کمترین هزینه ترمیم شوند.
-4 گسترش سیستم ها نباید باعث وارد آوردن آسیب به سیستم های حافظ زندگی انسان مانند آب و هوا ، خاک و سیستم های بیولوژیکی شود.
-2 مفهوم توسعه پایدار
مفهوم " توسعه پایدار" به معنی ارایه راه حل هایی در مقابل الگوهای فانی کالبدی ، اجتماعی و اقتصادی توسعه می باشد که بتواند از بروز مسائلی همچون نابودی منابع طبیعی ، تخریب سامانه های زیستی (ECOSYSTEM)، آلودگی جهانی ، تغییر اقلیم، افزایش بی رویه جمعیت، بی عدالتی و پایین آمدن کیفیت زندگی انسانها جلوگیری کند. توسعه پایدار؛ توسعه ای است کیفی و متوجه کیفیات زندگی است و هدف از آن بالابردن سطح کیفیت زندگی برای آیندگان می باشد. بهبودکیفیت زندگی درتوسعه پایدار در راستای نیل به یک هدف صورت می گیرد و آن هم آسایش است که تمامی عوامل دخیل در آسایش مرتبط با هم و به صورت یک سیستم واحد در نظر گرفته می شود .آنچه زیر مجموعه آسایش در معنای عام آن قرار میگیرد عبارتند از :آسایش، آرامش، امنیت، ایمنی و سلامت که نیل به این اهداف ، متضمن رضایتمندی انسان از زندگی خویش است. بنابراین از تعاریف متعددی که برای توسعه پایدار ذکر می شود ، می توان آن را در سه زمینه پایداری زیست محیطی ، اقتصادی و اجتماعی بررسی کرد.)Munasinghe,1992(
همینطور که در نمودار بالا مشاهده می شود پایداری سه بعد اساسی اجتماعی ، اقتصادی و زیست محیطی را شامل می شود. پایداری در بعد اقتصاد را میتوان در ایجاد رشد عادلانه و متوازن جامعه انسانی و تضمین بهره مندی تک تک انسان ها در طول زمان بدون وارد آوردن خدشه به منابع زیستی ، طبیعی و فرهنگی تعریف نمود.(عسگرزاده،(1386 در این میان انرژی عامل اصلی در تلاش برای رسیدن به توسعه پایدار است که بطور کامل پایدار است ، افزایش بازده انرژی نیز مهم است.توسعه پایدار نه تنها به منابع پایداری که مورد استفاده قرار می گیرند بلکه به منابعی که به طور کارآمد مصرف می شوند نیز نیازمند است.از طرفی توسعه پایدار انرژی یکی از مهمترین پیش نیازها برای توسعه پایدار زیست محیطی است.
-3 انرژی های نو و تجدیدپذیر)(Alternative Energy and Rewenable Energy
انرژی نو یا انرژی جایگزین به آن دسته از انرژی ها گفته می شود که برای تولیدشان از منابع بدون کربن استفاده می گردد؛ مانند انرژی خورشیدی، انرژی بادی، انرژی دریایی، زمین گرمایی، نیروگاه های آبی و کربن خنثی مانند زیست توده . از هیدروژن نیز که در پیل های هیدروژنی قادر به ذخیره انرژی است، به عنوان انرژی نو نام برده می شود .این نوع انرژی ها معایب سوخت های فسیلی مانند افزایش غلظت دی اکسیدکربن و در نتیجه افزایش دمای کره زمین و تغییرات آب و هوایی و آلودگی زیست محیطی را ندارد علاوه بر این منابع تولید آن ها تمام ناشدنی و بدون محدودیت است.
انرژِی تجدید پذیر به انواعی از انرژی می گویند که بر خلاف انرژی های تجدیدناپذیر قابلیت بازگشت مجدد را به طبیعت دارند .در سال های اخیر با توجه به این که منابع انرژی تجدید ناپذیر رو به اتمام هستند این منابع مورد توجه قرار گرفته اند.در سال 2116 حدود %02 از انرژی مصرفی جهانی از راه انرژی های تجدید پذیر بدست آمد.(مطالعات مرحله دوم معماری برج های کوثر، سندیکای صنعت برق ایران)
شکل – 1 تنوع انرژی های تجدیدپذیر در کره زمین،سندیکای صنعت برق ایران
سیستم انرژی نقش مهمی در توسعه اقتصادی و اجتماعی کشور و کیفیت زندگی مردم باری می کند.تقاضای انرژی بسیار زیاد از سوخت های فسیلی عواقب عمده ای در سراسر جهان به بار خواهد آورد.انرژی پایدار ، موازنه بین تولید و مصرف انرژی است و تاثیر منفی بر روی محیط زیست ندارد(در محدوده تحمل محیط زیست) و یا حداقل دارد ، به یک کشور فرصت می دهد که فعالیت های اجتماعی و اقتصادی خود را به کار گیرند.(قنبری،(1391
انرژی های تجدیدپذیر شامل فناوری های برق – آبی ، زیست توده ، زمین گرمایی ، باد ، فتوولتائیک(نوری-الکتریکی) و خورشیدی هستند. همچنین میتوان فناوری های ذیل را به عناوین یاد شده اضافه کرد :
پیل های سوختی ، مجموعه تجهیزات صرفه جویی انرژی و یا افزایش بازده انرژی،سامانه های غیرفعال خورشیدی/سبز ساختمان های پایدار،طرح های انرژی-هوشمند و استفاده از روشنایی طبیعی روز در سالهای اخیر روند رو به رشد استفاده از انرژی های تجدیدپذیر را در سطح جهان شاهد هستیم.همانطور که در نمودار زیر مشاهده می شود انرژی بادی سهم قابل ملاحظه ای در میزان استفاده از انرژی های تجدیدپذیر داشته است.
نمودار -3 روند افزایش سهم انرژیهای تجدیدپذیر در مجموع ظرفیت نیروگاههای دنیا،مطالعات مرحله دوم برج های سبز کوثر
اقدامات انجام شده در زمینه انرژی های نو در ایران اقدامات انجام شده در این خصوص عبارتند از :
• نیروگاه خورشیدی سهموی خطی 250 KW شیراز که یک مرکز تحقیقاتی است ، 300هزار مترمربع مساحت و 60 هزار مترمربع زیربنا دارد که عملیات طراحی و ساخت آن از سال 78 آغاز شده است.
• نیروگاه خورشیدی MW1 از نوع دریافت کننده مرکزی در طالقان
· پمپ فتوولتائیک کشاورزی در بسیاری از نقاط کشور ، برای تامین آب کشاورزی استفاده از پمپ الزامی است و در برخی موارد تامین انرژی مورد نیاز برای به حرکت درآوردن پمپ با استفاده از روش های متداول برق شبکه یا گازوئیل با مشکلات بسیاری همراه است.باتوجه به این مشکلات و نقش حیاتی بخش کشاورزی در برنامه های توسعه اقتصادی اجتماعی کشور این پروژه تعریف شده است.
· چراغ های خیابانی فتوولتائیک ، نمونه اول این چراغ ها در سال 76 با تکنولوژی کاملا داخلی ساخته و مورد تست قرار گرفت و نهایتا 11 دستگاه از این چراغ ها پس از بهینه سازی مورد نیاز ، ساخته و در محوطه مرکز تحقیقات و آموزش مدیریت واقع در مهرشهر کرج نصب گردید.
· کلکتور سهموی خطی نمونه ، در حال حاضر این کلکتور که در مرکز مدیریت آموزش مهرشهر کرج نصب شده درحال تست و بهر برداری است.
-4 انرژی باد
انرژی بادی بخشی از ترکیب انرژی آینده است که شامل انرژی خورشیدی ، نیروی آب،بیومس،انرژی ژئوترمال و...است. استراتژی انجمن جهانی انرژی باد بر این مبناست که تا سال 2020 حدود 10 درصد از انرژی جهان را از انرژی باد تامین کند. اولین توربین های بادی برای تولید الکتریسیته در اوایل قرن بیستم تولید شدند و تکنولوژی آنها تا دهه 1970 گام به گام ادامه یافت.در اواخر دهه 1990 انرژی باد به عنوان یکی از منابع پایدار مهم دوباره پدیدار شد.در طول آخرین دهه قرن بیستم،توان جهانی استفاده از انرژی باد در هر سه سال تقریبا دو برابر شده است.هزینه های حاصل از برق نیروی باد از اوایل دهه 1980 به بعد به حدود یک ششم رسیده است و بنظر می رسد که این روند ادامه یابد. بیش از 83درصد از توان انرژِی باد فقط در 5 کشور آلمان،آمریکا،دانمارک،هند واسپانیا نصب شده است.
جدول – 2 توان انرژی باد در کشورهای مختلف (معینی،(1389
آلمان MW 81481
اسپانیا MW 80081
آمریکا MW 9849
هند MW 4440
دانمارک MW 4888
نمودار -4 سهم استفاده کشورهای مختلف از انرژی باد(معینی،(1389
جمهوری اسلامی ایران نیز از سال 1373 بانصب دو واحد توربین بادی به ظرفیت 500 KW در منطقه منجیل و رودبار شروع به تولید برق از انرژی تجدیدپذیر باد نمود. دستاوردهای ایران در زمینه انرژی بادی در چند سال اخیر عبارتند از :
-1 تحقیقات ، طراحی ، ساخت ، نصب و راه اندازی توربین 10 کیلووات (برنامه سوم و چهارم) -2 طراحی و ساخت توربین بادی به ظرفیت 600 کیلووات در سایت منجیل (برنامه سوم) -3 احداث نیروگاه بادی بینالود به ظرفیت 28/4 مگاوات (برنامه سوم و چهارم) -4 پتانسیل سنجی و تهیه اطلس باد کشور(در حال انجام)
-5 احداث نیروگاه بادی منجیل به ظرفیت 100مگاوات(درحال انجام)تاکنون ظرفیت نصب شده 61/8 مگاوات می باشد. -6 جلب حمایت دولت از تحقیقات موردنیاز در زمینه فناوری توربین های بادی -7 معرفی 10 سایت بادی برتر کشور جانمایی اولیه برای هریک از سایت ها -8 کسب تکنولوژی ساخت ژنراتور توربین بادی 660 کیلووات -9 کسب تکنولوژی ساخت گیربکس توربین بادی 660 کیلووات
-10 کسب تکنولوژی ساخت قطعات ناسل مانند شفت اصلی ، هوزینگ ، هاب ، شاسی و ..
کشور ایران از جمله مناطقی است که دارای پتانسیل بالایی در زمینه استفاده از منابع تجدیدپذیر است و با داشتن چنین منابع بزرگ انرژی به راحتی میتوان مقدار قابل ملاحظه ای انرژی الکتریکی تولید نمود.وجود آب و هوای گرم و خشک به خصوص در نواحی مرکزی ایران و بالابودن میزان ساعات آفتابی و وزیدن باد در اکثر مناطق ، حاکی از پتانسیل بالای انرژی خورشیدی و انرژی بادی در ایران می باشد. (معینی،(1389
انرژی باد یک منبع انرژی تجدید پذیر می باشد که مانند سوخت های فسیلی آلوده کننده محیط زیست نیست. انرژی باد بر خلاف نیروگاه هایی که متکی به احتراق سوخت های فسیلی مانند ذغال سنگ و گاز طبیعی می باشند ، هوا را آلوده نمی کند .توربین های بادی هیچ گونه مواد آلوده کننده ای را وارد اتمسفر نمی کنند و در نتیجه باعث تولید باران اسیدی یا گازهای گلخانه ای نمی شوند. مطالعات مرحله دوم معماری برج های کوثر، سندیکای صنعت برق ایران) در شکل زیر اجزای یک توربین بادی را مشاهده می شود.
شکل – 2 اجزای یک توربین بادی،مطاعات مرحله دوم برج های سبز کوثر
مکانیسم عمل به اینصورت است که توربین های بادی انرژی جنبشی باد را به توان مکانیکی تبدیل می کنند و سپس توان مکانیکی در داخل توربین به توان الکتریکی تبدیل می شود.
مل نهایی تحلیلی
بر اساس مطالعات صورت گرفته در بخش ادبیات موضوع پژوهش در راستای رسیدن به معماری پایدار ، فاکتورهای تاثیرگذار که برگرفته از پژوهش حاضر می باشد به شکل زیر ارائه می گردد.
