تحقیق درس علوم تجربی  –  انرژی های نو

انرژی های نو برخلاف اسمشان جندان هم نو نیستند و از زمان های دور ، نمورد استفاده بوده اند.

با این مقاله همراه باشید تا منابع انرژی را بیشتر بشناسید.

منابع تولید انرژی

انرژی را از نظر نوع منابع به دو دسته تقسیم می کنیم.

۱- منابع تجدید ناپذیر (منابع انرژی فسیلی) 

نفت ، گاز ، زغال سنگ و نظایر آن که دارای منبع فسیلی می باشند را انرژی های تجدید ناپذیر می گوئیم.این منابع ، طی هزاران سال بوجود آمده اند و برای ایجاد منابع جدید نیز هزاران سال دیگر و تغییرات فیزیکی و شیمیایی متعدد لازم است. به همین دلیل است که این منابع را عملا تجدید ناپذیر می دانیم.

۲-انرژی های بتجدید پذیر یا انرژی های نو

 پیش از کشف انرژی فسیلی، نیاز به انرژی از منابعی تأمین می‌شد که امروزه انرژی‌های تجدیدپذیر خوانده می‌شوند.

در گذشته استفاده از قایق‌ها و کشتی‌های بادبانی و آسیاب‌های بادی و آبی، تعبیه بادگیرهای طبیعی برای سرمایش اماکن مسکونی و بسیاری موارد دیگر از جمله مثال‌های بارز استفاده از منابع انرژی‌های طبیعی بوده‌اند. اما پس از این دوران در اثر رشد جوامع و پیچیده‌تر شدن صنعت و فناوری، نیاز بشر به منابع انرژی تشدید شد و کشف و بهره‌برداری وسیع از منابع فسیلی در دستور کار قرار گرفت.

فناوری‌های تولید انرژی از منابع انرژی نو

به انرژی‌های ناشی از فرآیندهای طبیعی که مکررا تجدید می‌شوند، انرژی‌های تجدید‌پذیر گویند.

  این انرژی به‌طور مستقیم و یا غیرمستقیم از خورشید و یا از حرارت ایجاد شده در اعماق زمین نشات می‌گیرند.

انواع انرژی های تجدید پذیر عبارتند از:

• انرژی باد
• انرژی خورشید
• انرژی زمین گرمایی
• انرژی آبی
• موج 
• جزر و مد 
• زیست توده

از آنجایی که اخیرا این نوع از انرژی مجددا مورد توجه قرار گرفته و فناوری های نوینی در جهت به کارگیری و استفاده از آن بوجود آمده است ، اصطلاح ” انرژی های نو ” را برای آن بکارمی برند.

ضرورت توجه به انرژی های نو

با نگاهی به مطالعات صورت گرفته ، چند دلیل عمده برای ضرورت توجه به این انرژی ها می توان یافت.

۱- پایان پذیرند : 

شاید مهم ترین دلیل توجه به انرژی های نو، پذیرفتن این واقعیت است که منابع انرژی فسیلی پایان پذیر هستند، در نتیجه با توجه به انفجار جمعیت و ارتقای سطح زندگی و رفاه انسان‌‌ها که نیاز به منابع انرژی را بیش از پیش شدت بخشیده است می بایست به فکر منابع جدید انرژی بود.

۲- مشکلات زیست محیطی:

مسایل و مشکلات زیست‌محیطی ناشی از مصرف سوخت های فسیلی است به‌ گونه‌ای ‌که امروزه حفاظت از محیط‌زیست از مهم‌ترین پیش‌شرط‌های توسعه اقتصادی پایدار به شمار می‌آید. آسیب‌ها و تهدیدات روزافزونی که استفاده بی‌رویه از انرژی فسیلی به محیط زیست وارد می‌کند ادامه این روند را غیرممکن ساخته است.

 موانع توسعه انرژی های نو

مخالفان انرژی های نو چندین دلیل را برای عدم توجه به این انرژی ها بر می شمارند

از جمله مهم ترین این دلایل می توان به هزینه اولیه و قیمت تمام‌شده بالای این انرژی ها، عدم سرمایه‌گذاری کافی برای بومی‌نمودن و بهبود کارآیی، به حساب‌نیامدن هزینه‌های خارجی در معادلات اقتصادی، نبود سیاست‌های حمایتی در سطح جهانی، منطقه‌ای و محلی و نظایر آن اشاره کرد.

نگاهی به وضعیت انرژی های نو در سطح جهان

در سال ۲۰۰۶ در حدود ۱۸ درصد از مصرف انرژی جهان از انرژی های نو تامین می شد (۱۳%  زیست توده و ۳% برق آبی).

سهم انرژی های نو در تولید الکتریسیته جهان در سال ۲۰۰۹ حدودا ۱۸ درصد بود که از این بین ۱۳ درصد برق آبی بوده است.

ظرفیت نیروگاه های بادی دنیا در سال ۲۰۰۹ حدود ۱۵۷ هزار و ۹۰۰ مگاوات و تولید صنعتی نیروگاه های خورشیدی در سال ۲۰۰۸حدود ۶ هزار و ۹۰۰ مگاوات بوده است.

بزرگترین نیروگاه خورشیدی دنیا در صحرای موهاوی آمریکا با ظرفیت ۳۵۴ مگاوات قرار دارد.

بزرگترین تجهیزات مرتبط با انرژی زمین گرمایی در کالیفرنیا با ظرفیت ۷۵۰ مگاوات است .

برزیل یکی از بزرگترین برنامه های استخراج انرژی های نو را در جهان دارد، به نحوی که هم اکنون ۱۸ درصد از سوخت اتومبیل های این کشور از طریق اتانول تولیدی از ساقه نیشکر تامین می شود.

کنیا بیشترین نیروگاه های خورشیدی کوچک را دارد به نحوی که سالانه ۳۰ هزار سیستم خورشیدی (بین ۲۰ تا ۱۰۰ وات) فروخته می شود.

انرژی باد

سیستم‌های اولیه استفاده از انرژی باد برای کارهایی مانند راه انداختن کشتی‌های بادبانی، آسیاب‌های بادی، آبیاری مزارع، کشیدن آب از چاه‌‌ها و … استفاده می‌شده است. اولین آسیاب بادی حدود ۲۰۰۰ سال قبل از میلاد مسیح برای آردکردن غلات توسط ایرانیان ساخته شد.

در جریان جنگ‌های صلیبی فناوری استفاده از انرژی باد به اروپا انتقال یافت، به‌طوری‌که در قرن ۱۴ میلادی کشور هلند به پیشرفته‌ترین کشور در زمینه استفاده از انرژی باد تبدیل گردید.

در نیمه دوم قرن ۱۹ صنایع دانمارک حدود ۲۵ درصد نیاز خود به انرژی را از باد تأمین می‌کردند.

در آغاز قرن ۲۰ بهره‌برداری از انرژی باد به علت استفاده از منابع زغال‌سنگ، نفت و گاز کاهش یافت.

در حال حاضر آلمان با ۲۲ هزار مگاوات در صدر کشورهای تولیدکننده برق از انرژی بادی قرار دارد؛ توربین‌های بادی در سال ۲۰۰۶ درآمد ۶ میلیارد دلاری را روانه صندوق صنایع ماشین‌سازی آلمان کرده و از این رهگذر هفتاد هزار فرصت شغلی ایجاد نموده‌اند.در حال حاضر در کل جهان حدود ۹۵ هزار مگاوات برق از طریق سیستم انرژی بادی تولید می‌شود. پتانسیل قابل بهره برداری انرژی باد در جهان ۱۱۰ اگاژول (هر اگاژول معادل ۱۰۱۸ژول) برآورد گردیده است. توربین بادی مبدل انرژی است که انرژی جنبشی باد را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌نماید.

بیشتر توربین‌های بادی انرژی خود را از حرکت طبیعی باد به دست می‌آورند. اما در بعضی توربین‌ها فشار باد به صورت مصنوعی از طریق انرژی نور خورشید و یا سوختن سوخت‌ها به وجود می‌آید. نصب توربینهای بادی مستلزم داشتن اراضی وسیعی به مساحت حداقل یک هکتار و برخورداری از جریان بادی است که حداقل سرعت آن ۱۱ مایل در ساعت باشد.

استفاده از انرژی باد در ایران

کشور ما در جنوب غربی آسیا بین نواحی گرم جنوب و معتدل شمال واقع شده است و در مسیر جریان‌های هوایی قرار دارد که در تابستان از شمال‌غربی و همین‌طور از جنوب می‌وزد. به‌دلیل وجود دو رشته کوه البرز و زاگرس، وجود دریای عمان و خلیج‌فارس در جنوب و دریای خزر در شمال کشور و نیز وجود جزیره‌های متعدد در آب‌های جنوبی کشور، جریان‌های محلی بسیاری در کشور قابل شناسایی است.در مناطقی که در کنار دریاها قرار دارند یا در مجاورت کوه‌ها و در دره‌ها واقع می‌باشند، بادهای بیشتری می‌وزند. علاوه ‌بر آن در حاشیه کویر، به علت اختلاف دمای بین کویر و حاشیه‌های آن، باد مناسبی برای تولید انرژی وجود دارد.

درحال‌حاضر مهمترین نیروگاه‌های بادی کشور، نیروگاه‌های بادی منجیل، بینالود و نیروگاه دیزباد و سهند تبریز هستند.

انرژی برق آبی

انرژی برق آبی از دو منبع انرژی جریانی رودخانه ای و انرژی دریایی به دست می آید. استفاده از انرژی جریانی رودخانه ای برای تولید برق، در ایران سابقه ای طولانی دارد به طوری که از فعالیت برخی از نیروگاه های تولید برق، بیش از نیم قرن می گذرد. با به گردش در آمدن توربین های آبی توسط نیروی آب، انرژی برق آبی تولید می شود. میزان برقی که از این طریق به دست می آید به حجم آب و ارتفاعی که آب سقوط میکند تا به توربین برسد بستگی دارد. برای این منظور، اقدام به ساخت سدهای مخزنی می کنند تا آب ذخیره شده در پشت آن علاوه بر تولید برق برای مصارف کشاورزی و شهری نیز مورد استفاده قرار گیرد.

بیشترین پروژه‌های انرژی برق‌آبی منطقه به کشورهای ایران و ترکیه اختصاص دارد.

نیروگاه‌های برق‌آبی با توجه به بازده پایین واحدهای متعارف تولید برق و نیز آثار مخرب زیست‌محیطی نیروگاه‌های حرارتی، از مزیت بیشتری برای ساخت برخوردارند. توسعه صنایع جانبی و اشتغال‌زایی، مؤلفه‌هایی مانند طول‌عمر بالاتر از ۱۰۰ سال، هزینه اندک نگهداری و بهره‌برداری، توان پاسخ‌گویی به نوسان‌های شبکه ‌برق در کوتاه‌ترین زمان ممکن، بهره‌برداری‌ چند منظوره از منابع پشت سد، کنترل و مهار سیلاب‌های مخرب و …

انرژی خورشیدی

انرژی خورشید یکی از منابع تامین انرژی رایگان، پاک و عاری از اثرات مخرب زیست محیطی است که از دیر باز به روش‌های گوناگون مورد استفاده بشر قرار گرفته است.

بحران انرژی در سال‌های اخیر، کشورهای جهان را بر آن داشته که با مسائل مربوط به انرژی، برخوردی متفاوت نمایند که در این میان جای‌گزینی انرژی‌های فسیلی با انرژی‌های تجدیدپذیر و از جمله انرژی خورشیدی به منظور کاهش و صرفه‌جویی در مصرف انرژی، کنترل عرضه و تقاضای انرژی و کاهش انتشار گازهای آلاینده با استقبال فراوانی روبرو شده است.کشور ایران از نظر دریافت انرژی خورشیدی بسیار غنی است، متوسط چگالی تابش سالیانه در قسمت مرکزی ۲۵۰ وات بر مترمربع می‌باشد. میزان کل دریافت انرژی خورشیدی در کشور ایران با توجه به مساحت و متوسط ساعات آفتابی آن در سال که بالغ بر ۲۸۰۰ ساعت است، حدود ۱۰۱۶ مگاژول در سال یا معادل ۱۶۳۴ میلیارد بشکه نفت‌خام می‌باشد که‌این مقدار ۲۵۰۰ برابر کل تقاضای نهایی انرژی کشور در سال ۱۳۷۸ است.

در کشور ایران استان کرمان با متوسط سالانه حدود ۲۰ مگاژول بر مترمربع در روز و استان گیلان با متوسط حدود ۹/۱۳ مگاژول بر مترمربع در روز به‌ترتیب از بالاترین و پایین‌ترین میزان دریافت انرژی خورشیدی برخوردار هستند.

انرژی زمین‌گرمایی (ژئوترمال)

انرژی زمین‌گرمایی انرژی تجدیدپذیری است که از حرارت قابل استخراج ناشی از گرمای توده‌های مذاب و تخریب مواد رادیواکتیو موجود در اعماق زمین به دست می‌آید.

این منبع انرژی برخلاف سایر انرژی‌های تجدیدپذیر نظیر انرژی خورشیدی، بادی، امواج و… منشاء یک انرژی پیوسته به شمار می‌آید و می‌توان به طور مداوم و در تمامی ۲۴ ساعت شبانه‌روز از آن برق یا انرژی حرارتی تولید کرد.اولین استفاده مکانیکی از انرژی زمین گرمایی در سال ۱۸۹۷ در لاردلو ایتالیا صورت گرفت. تا سال‌ها بعد از ساخت اولین نیروگاه زمین‌گرمایی به علت وجود منابع سوخت ارزان قیمت برای تولید برق، ارزش زیادی به‌این انرژی داده نشد. مقدار انرژی حرارتی موجود در پوسته زمین بسیار بالاست. انرژی ذخیره شده در لایه‌های بالایی زمین می‌تواند نیاز ۱۰۰۰۰۰ سال آینده بشر را تامین کند.

از گرمای درون زمین تنها در جاهایی می‌توان استفاده کرد که به سطح زمین نسبتا نزدیک باشند و آن هم معمولا مناطقی است که در آن آتشفشان یا زمین‌لرزه‌های مستمر وجود دارد. ایران از جمله کشورهایی است که به علت قرار گرفتن در کمربند آتش‌فشانی و زلزله دارای منابع مهم و پتانسیل زمین‌گرمایی نسبتا بالایی است. بررسی‌های انجام‌شده توسط وزارت نیرو از سال ۱۹۷۲ تا کنون، نواحی زمین‌گرمایی سبلان، دماوند، ماکو، خوی و سهند در شمال و مناطق تفتان در جنوب را به عنوان منابع غنی انرژی زمین‌گرمایی در کشور تشخیص داده است. منابع واقع در منطقه سبلان و شمال‌شرقی آذربایجان همچون مشکین شهر دارای درجه حرارت قابل استفاده‌ای بین ۱۴۰ تا ۲۶۰ درجه سانتی‌گراد است.

انرژی بیوماس(زیست توده )

منابع بیوماس به طور کلی به موادی که از گیاهان و موجودات زنده به دست می‌آید، اطلاق می‌شود.

منابع بیوماس برخلاف سوخت‌های فسیلی رایج که به صورت لایه‌های متمرکز در جهان یافت می‌شوند، بیشتر به صورت پراکنده در دسترس است.کشور آمریکا، طی دو دهه گذشته، در استفاده از بیوماس خصوصا ضایعات چوبی برای تولید انرژی الکتریکی، رشد قابل‌توجهی داشته است. ظرفیت تولید انرژی الکتریکی این کشور با استفاده از بیوماس از کمتر از ۲۰۰ مگاوات در سال ۱۹۷۸ به بیش از ۷۵۰۰ مگاوات در سال ۱۹۹۷ افزایش پیدا کرده است.سوخت های چوبی و ضایعات کشاورزی به همراه کودهای حیوانی از عمده ترین منابع بیوماس مناسب برای تولید انرژی هستند. سوخت چوبی اصطلاحی است که برای تشریح تمام انواع سوخت‌هایی که از جنگل‌کاری، جنگل‌های طبیعی و درختستانهای طبیعی به دست می‌آید، استفاده می‌شود. همچنین سالیانه مقدار زیادی ضایعات کشاورزی در جهان تولید می‌شود که احتمالا بسیاری از آنها به طور کامل مورد استفاده قرار نمی‌گیرند.

سبوس برنج و بادام زمینی از دیگر منابع بیوماس هستند.

 

انرژی های دریایی

دریاها با فرآیندهای مختلف فیزیکی، انرژی را دریافت و ذخیره نموده و سپس آن را از دست می دهند.

این انرژی به صورت موج، جزر ومد، اختلاف درجه حرارت و اختلاف غلظت نمک دراعماق مختلف آب دریا وجود دارد که می توان از هر یک از آنها بهره برداری کرد.

انرژی امواج دریا عبارت است از:

انرژی مکانیکی منتقل شده از باد که امواجی با دوره کوتاه، آن را به صورت انرژی پتانسیل و جنبشی در خود ذخیره می کنند.

انرژی موج حاصله در مناطق ساحلی در حدود ۲ تا ۳ میلیون مگاوات برآورد می شود.

انرژی جزر و مد که در اثر حرکت دورانی زمین و جاذبه ماه و خورشید به صورت امواج با دوره بلند ذخیره می شوند

با ساخت یک سد در دهانه منطقه جزر ومد می توان از آن استفاده کرد که بزرگ ترین سایت جزر و مد کنونی در جهان یک ایستگاه تولید نیروی برق در فرانسه است که ۲۴۰ مگاوات انرژی الکتریسیته تولید می کند. دیگر انرژی ذخیره شده در آب های گرم سطحی که به خاطر وجود آب های عمیق وسرد اقیانوس ها قابل استفاده است و تحت عنوان انرژی حرارتی دریاها مورد بحث قرار می گیرد سیستم های خاصی این انرژی گرمایی را به انرژی الکتریسیته تبدیل می کنند که گاهی دراین فرآیند آب شیرین نیز تولید می شود. این نیروگاه ها برای تولید بار پایه بسیار مناسب هستند. درنهایت، انرژی موجود در اختلاف شوری بین آب های شیرین رودها و آب شور دریاها، انرژی گرادیان نمک است.

برق تولیدی ایران بر حسب نوع نیروگاه در سال ۸۶

در ایران همچون سایر کشورهای دنیا کماکان سوخت های فسیلی عمده ترین منابع تامین کننده انرژی هستند. همانطور که در شکل ۱ نشان داده شده است نیروگاه های تولید الکتریسیته کشور عمدتا بخاری، گازی و سیکل ترکیبی هستند که برای تولید حرارت در این نیروگاه ها عمدتا از گاز استفاده می شود و سهم انرژی های نو در تولید الکتریسیته بسیار ناچیز است.

مقایسه قیمت تولید برق از منابع مختلف

همانطور که اشاره شد، تولید الکتریسیته از انرژی های نو نسبت به سوخت های فسیلی پر هزینه تر است و به این دلیل استفاده از این انرژی ها چندان توسعه نیافته است.

در شکل ۲ هزینه تولید الکتریسیته از منابع مختلف انرژی با یکدیگر مقایسه شده است. همانطور که از شکل مشخص است تولید برق از انرژی هسته ای و خورشیدی جز وگرانترین روش های تولید الکتریسیته است و انرژی بادی به همراه گاز طبیعی جزو ارزانترین روش های تولید انرژی به شمار می آیند.

در نهایت باید اشاره کرد که سهم انرژی های نو به دلایل مختلف از جمله هزینه بالای این نوع از انرژی ها در سبد انرژی دنیا بسیار کم است که البته کشور ایران نیز با توجه به داشتن منابع عظیم سوخت های فسیلی از این قاعده مستثنی نیست. ولیکن به دلیل پایان پذیری منابع انرژی هیدروکربنی و رشد روز افزون تقاضای انرژی حرکت به سمت این نوع از انرژی ها اجتناب ناپذیر است. همچنین با توجه به محدودیت منابع کشور برای بهره برداری از ذخایر نفت و گاز و به دلیل هزینه بالای بهره برداری از این انرژی ها، توجه جدی و سرمایه گذاری قابل توجه برای بهره برداری از این انرژی ها پیشنهاد نمی شود و بهتر آن است که سرمایه گذاری ها عمدتا معطوف به بهره برداری از میادین نفت و گاز به ویژه حوزه های مشترک شود.

 

****    ****   ****

تیم تولید محتوای سایت توت مدیا امیدوار است این مقاله مورد استفاده شما قرار گرفته باشد.

جهت دسترسی به سایر مقالات درسی کلیک نمائید