en     fa

صفحه اصلی  >  وبلاگ

انرژی های تجدید پذیر

(Renewable energies)

مقدمه

در سال­های اخیر نگرانی ناشی از اتمام سوخت­های تجدید ناپذیر و آلودگی­های محیط زیست، کشورهای مختلف جهان را بر آن داشته تا با سرمایه­ گذاری در امر تحقیق و توسعه، به دنبال منابع انرژی جایگزین برای این سوخت­ها باشند.

منبع انرژی که بتواند پایایی لازم را داشته باشد، جایگزینی مناسب برای سوخت­های فسیلی باشد، از لحاظ فناوری قابل دستیابی باشد، با استانداردهای زیست محیطی حداکثر تطابق را داشته باشد و در عین حال توان کشورها را در تأمین مصرف داخلی برای تولید انرژی الکتریکی، انرژی گرمایی، حمل و نقل تضمین کند، همواره در راستای یکی از مسائل مهمی بوده است که تفکر جمعی کشورهای مختلف را مشغول خود کرده است و در سال­های اخیر برنامه و چشم انداز کشورها را در سطح جهان تحت تأثیر قرار داده است.

تعریف

انرژی­های ایجاد شده توسط فرآیندهای طبیعی را که به طور مداوم تجدید می­گردند، انرژی تجدیدپذیر گویند.

انواع انرژی های تجدیدپذیر

1.انرژی باد

این انرژی نظیر سایر منابع انرژی تجدیدپذیر، از نظر جغرافیایی گسترده و در عین حال به صورت پراکنده و غیرمتمرکز محسوب می­گردد و تقریباً همیشه در دسترس است.

مزایا

  • عدم نیاز توربین­ های بادی به سوخت (میزان مصرف سوخت­ های فسیلی را کاهش می­دهد)
  • رایگان بودن انرژی باد
  • توانایی تامین بخشی از تقاضای انرژی برق
  • ارزان­تر بودن قیمت انرژی حاصل از باد نسبت به انرژی­ های حاصل از سوخت­های فسیلی
  • کمتر بودن هزینه­ های جاری و هزینه ­های سرمایه گذاری انرژی باد در بلند مدت
  • قدرت مانور زیاد، جهت بهره برداری در هر ظرفیت و اندازه (از چند وات تا چندین مگاوات)
  • عدم نیاز به آب
  • عدم نیاز به مساحت زیاد برای نصب
  • نصب سریع هر دستگاه توربین بادی و بهره­ برداری در زمان بسیار کوتاه
  • امکان استفاده از زمین­ های اطراف توربین­ های بادی برای مصارف کشاورزی و دامداری.

معایب

  • آلودگی صوتی توربین­ های بادی

  • عدم امکان نصب توربین­ های بادی بزرگ در نزدیکی مناطق مسکونی

  • هزینه اولیه بالا برای نصب و راه اندازی توربین­ های بادی

2.انرژی زمین گرمایی (ژئوترمال)

به انرژی حرارتی که در پوسته جامد زمین وجود دارد، انرژی زمین گرمایی گفته می­شود. این­گونه انرژی اغلب در جهت تولید الکتریسیته زمین گرمایی مورد استفاده قرار می­گیرد، که به چرخه تولید انرژی الکتریکی از انرژی زمین گرمایی اطلاق می­گردد. فناوری مورد استفاده در طرح­ های تولید برق از انرژی زمین گرمایی شامل نیروگاه­ های بخار خشک، نیروگاه ­های تبدیل بخار سیال و نیروگاه چرخه دوگانه است.

*کشور ما به عنوان نهمین کشور دارنده­ ی فناوری زمین گرمایی شناخته شده است.

مزایا

  • مقدار گاز CO2 تولید شده در این نیروگاه ­ها به ترتیب معادل 15 درصد نیروگاه ­های گاز سوز، 10 درصد نیروگاه­ های نفت و 8 درصد نیروگاه­ های زغال سنگ بوده و هم چنین میزان تولید اکسید نیتروژن و گوگرد آن تقریبا در حدود صفر است.
  • منشأ انرژی پایدار با فاکتور دسترسی (می­توان در تمام مدت 24 ساعت شبانه روز و در هر 365 روز سال استخراج و استفاده کرد و مستقل از شرایط جوی است.)
  • این انرژی، یک انرژی بومی است و احتیاج به وارد کردن یا صادر کردن آن به کشور دیگری نیست.
  • احداث نیروگاه­ های کوچک در روستاهای کوچک علاوه بر کمک اقتصادی به منطقه، از مهاجرت روستاییان به شهرها جلوگیری خواهد نمود و باعث افزایش رفاه عمومی آنها خواهد شد.
  • عدم آلودگی منابع آب­ های زیرزمینی.

معایب

  • مناطق مناسب برای استفاده از این انرژی بسیار محدود است. اگر این انرژی در یک منطقه به مقدار زیادی مصرف شود، این منبع انرژی دیگر تجدیدپذیر نخواهد بود و به عبارتی دمای زمین در آن ناحیه کاهش می­ یابد
  • مصرف بالای برق در خود نیروگاه (مصرف برق در پمپ­ های برج خنک ­کن، فن­ های برج خنک ­کن و پمپ ­های چاه)
  • حفاری­ های به عمل آمده برای بیرون کشیدن حرارت زمین عمدتاً با خارج شدن گازهای سمی آمونیوم، بخار جیوه، آرسنیک و ایزوتوپ­ های رادیواکتیو همراه است
  • هزینه بالای ساخت نیروگاه
  • هزینه بالای تولید انرژی (بعضی از لایه ­های زمین از گرانیت بوده و به سختی قابل حفاری هستند، بنابراین هزینه تولید انرژی را بالا خواهند برد. )
  • نیروگاه­ های حرارتی اثرات جانبی بر زیبایی محیط زیست دارند و در بعضی موارد باعث تخریب اکوسیستم می­گردد
  •  

3.انرژی هیدروژنی، پیل سوختی

هیدروژن یکی از عناصری است که در سطح زمین به وفور یافت می­ شود. این عنصر در طبیعت به صورت خالص وجود ندارد ولی آن را می­ توان به روش­ های مختلف از سایر عناصر به دست آورد. هیدروژن عمده ­ترین گزینه مطرح به عنوان حامل جدید انرژی است.

مزایا

  • این ماده نسبت به سایر سوخت­ ها راندمانی بالاتر و احتراقی بسیار پاك ­تر را دارا می­باشد.
  • هیدروژن را می­توان با استفاده از انواع منابع انرژی اولیه تولید کرد و در تمام موارد و کاربردهای سوخت­ های فسیلی مورد استفاده قرار داد.
  • سیستم انرژی هیدروژنی به دلیل استقلال از منابع اولیه انرژی، سیستمی دائمی، پایدار، فناناپذیر، فراگیر و تجدیدپذیر است.
  • به کارگیری نیروگاه­ های پیل سوختی برای تولید الکتریسیته در مقیاس­ های مگاواتی و استفاده از آن در وسایل نقلیه بجای سوخت­ های فسیلی می­تواند در پایداری شرایط زیست محیطی و متعادل شدن اکوسیستم زمین نقش بسزایی داشته باشد.
  • کاهش اثرات گلخانه ­ای و کاهش آلودگی صوتی
  • هزینه تعمیر و نگهداری پایین

معایب

  • سرعت بالای تبدیل از حالت مایع به حالت گاز در دمای محیط.
  • احتیاج به فشار زیاد در حالت مایع برای ذخیره آن در یک مخزن (در سیستم های ذخیره سازی قدیمی)
  • نفوذ پذیری زیاد هیدروژن
  • قابلیت ترکیب شدن سریع با اکسیژن و مخاطرات ناشی از آن نظیر آتش سوزی

4.زیست توده يا بيومس (Biomass)

زیست توده عبارت است از اجزا قابل تجزیه زیستی از محصولات، پسماندها و زائدات کشاورزی (شامل موادگیاهی و دامی)، جنگل­ ها و صنایع وابسته و همچنین زائدات صنعتی و شهری قابل تجزیه در واقع زیست توده یا بیومس یک منبع انرژی تجدیدپذیر است که از مواد زیستی به دست می‌آید.

بیوگاز (Biogas)

مجموعه گازهای تولید شده از تجزیه و تخمیر موادی که در گروه زیست توده جای می گیرند (فضولات حیوانی، انسانی، پسماندهای گیاهی و . . .) را بيوگاز می­نامند. اين گازها، در نتیجه فقدان اکسیژن و فعالیت باکتری­ های غیرهوازی به وجود می ­آید. که در اثر تخمیر مواد آلی) فضولات انسانی، حیوانی و گیاهی (در یک دامنه دمای معین و PH مشخص در نتیجه فقدان اکسیژن و فعالیت باکتری­ های غیر هوازی خصوصاً باکتری­ های متان ­زا در محفظه تخمیر تولید می ­شود. ترکیب اصلی بیوگاز، گاز متان است که این گاز در زمره گازهای قابل اشتعال محسوب می­شود.

مزایا

  • 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.
  • 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.
  • 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 برخوردار است.
  • در فرايند سوختن گاز متان، گاز منواكسيد كربن كه از جمله گازهاي سمي و خطرناك است به مقدار بسیار کمی توليد مي­شود، بنابراين مي توان بيوگاز را به عنوان سوختي سالم و ايمن در مكان­ هاي مسكوني مورد استفاده قرار داد.
  •  

معایب

  • هزینه بالای تولید آن
  • نیاز به فضای زیاد
  • تولید آلودگی و مسمومیت (در صورت نشت گاز متان)
  • خطر آتش ­سوزی
  • وجود ناخالصی­ هایی از قبیل بخار آب و دی اکسید کربن (تغییر اکوسیستم منطقه)

5.انرژی امواج

دریاها و اقیانوس­ها با عوامل مختلف فیزیکی، انرژی را دریافت و ذخیره نموده، سپس آن را از دست می­دهند. این انرژی به صورت موج، جزر و مد، اختلاف درجه حرارت آب است که می­توان از هر یک از آنها بهره ­برداری کرد. انرژی امواج دریاها و اقیانوس­ ها در اثر انتقال انرژی مکانیکی باد به دریا امواج به وجود می­ آیند. میزان انتقال این انرژی بستگی به سرعت باد و مسافتی که باد در طول دریا طی کرده است، دارد. انرژی امواج حاصله در مناطق ساحلی در حدود 2 تا 3 میلیون مگاوات برآورد می­شود. موج­ های بزرگ در آب ­های عمیق انرژی خود را آهسته از دست می­دهند؛ در نتیجه سیستم های امواج بسیار پیچیده هستند و اغلب از بادهای محلی و طوفان­ هایی که روزها قبل در دوردست اتفاق افتاده ­اند سرچشمه می­ گیرند.

مزایا

  • چنین منابعی، نیازی به میلیون­ ها سال زمان برای به وجود آمدن ندارند و بی­ پایان هستند.
  • تولید انرژی به این روش برای محیط زیست آلودگی در بر ندارد.
  • این نیروگاه­ ها در طول زمستان می ­توانند بیشترین میزان انرژی را تولید کنند.
  • مولدهای کوچک موجی می ­توانند در نواحی دوردست که انتقال برق مقرون به صرفه نیست به کار روند.
  • مانند موج شکن در نزدیکی بنادر و تاسیسات ساحلی عمل کنند.

معایب

  • توان تولید شده در نیروگاه ­های موجی ثابت نبوده و بستگی به شرایط موج دریا دارد.
  • هزینه ساخت مولدهای موجی زیاد و ساخت آنها دشوار است.
  • کابلی که به وسیله آن مولدهای موجی به هم متصل می ­شوند برای قایق­ ها و کشتی ­ها مشکل آفرین است، در ضمن انتقال برق از طریق کابل نیز خطرناک است زیرا ممکن است کابل بدون روکش شده و جریان برق وارد آب شود و موجودات دریایی را به خطر اندازد.
  • این نیروگاه ­ها باید به گونه ­ای ساخته شوند که در شرایط بد و طوفانی صدمه نبیند و این موضوع هزینه­ ی ساخت آن ­ها را بالا می ­برد.

6.انرژی برق آبی

تولید الکتریسیته از جریان آب یکی از روش­ های مرسوم و محبوب تولید انرژی برق است. در این شیوه انرژی الکتریسیته از نیروی گرانش زمین ناشی از ریزش آب در حجم زیاد از مخزن سدها به روی توربین­ ها به دست می ­آید. تولید انرژی از این روش یکی از پاك­ ترین شیوه ­های تولید انرژی است. از این روش برای تولید انرژی الکتریسیته در مناطق دورافتاده و در اطراف سدها و رودخانه ­های وسیع می­توان استفاده کرد. بیشتر نیروگاه های برق آبی انرژی مورد نیاز خود را از انرژی پتانسیل آب پشت یک سد تأمین می­ کنند. در این حالت انرژی تولیدی از آب به حجم آب پشت سد و اختلاف ارتفاع بین منبع و محل خروج آب سد وابسته است.

مزایا

  • انتشار ناچیز گازهای گلخانه­ ای (بخار آب)
  • هزینه­ های بهره برداری و نگهداری پایین
  • تولید برق بدون مصرف سوخت

معایب

  • بسیاری از جنبه ­های منفی این انرژی در واقع مربوط به ساخت و بهره برداری از سدهاست
  • وابستگی زیاد به مقدار بارش سالانه منطقه
  • توقف تولید برق در مواقع کم آبی (در نقاط کم بارش، در دسترس بودن انرژی آن، چندان مورد اعتماد نیست.)
  • میزان تولید آن به تعداد و ظرفیت سدها محدود می گردد
  • آسیب رساندن به محیط زیست
  • مهاجرت جمعیت
  • شکست شدن سد

7.انرژی خورشیدی

خورشید، نه تنها خود منبع عظیم انرژی است، بلکه سرآغاز حیات و منشأ تمام انرژی­ های دیگر است. انرژی خورشیدی توسط سیستم­ های مختلف و برای مقاصد متفاوت استفاده و بهره گیری می­ شوند که عبارت اند از:

  1. استفاده از انرژی حرارتی خورشید برای مصارف خانگی، صنعتی و نیروگاهی
  2. تبدیل مستقیم نور حاصل از پرتوهای خورشید به الکتریسته بوسیله تجهیزات فتوولتائیک

مزایا

  • امکان استفاده در مقیاس­ های کوچک و بزرگ (خانگی و مگاواتی)
  • قابلیت نصب و راه ­اندازی در مناطق جغرافیایی ویژه مانند مناطق صعب العبور
  • قابلیت استفاده به صورت متحرک (سامانه­ های قابل حمل خورشیدی)
  • عدم وابستگی به شبکه در نقاط نقاط دور دست (طراحی سیستم جدا از شبکه)
  • تولید برق بدون مصرف سوخت
  • عدم آلودگی محیط زیست
  • نصب و راه اندازی ساده و سهل الوصول
  • قابل نصب و راه اندازی با توجه به نیاز مصرف­ کننده در هر نقطه 
  • تعمیر و نگهداری آسان.

معایب

  • اشغال فضای زیاد در مقیاس­ های مگاواتی
  • وابستگی به شرایط آب و هوایی و میزان تابش آفتاب
  • هزینه ی بالای سیستم ذخیره سازی
  • هزینه اولیه بالا

نتیجه گیری

انرژی خورشیدی، انرژی بادی، انرژی زمین گرمایی، انرژی امواج و جزر و مد، زیست توده، پیل سوختی، برق آبی از جمله روش ­هایی هستند که به عنوان جایگزین سوخت ­های فسیلی برای تولید برق پیشنهاد شده ­اند.

هر کدام از این روش ­های مزایا و معایب و طرفداران و مخالفانی دارند. در این بین، انرژی­ های بادی و خورشیدی بیش از دیگر روش ­ها مورد استقبال قرار گرفته و در بیشتر کشورهای جهان حتی کشورهای فقیر و در حال توسعه میزان استفاده از آن رو به افزایش است.