انرژی های نو

   انرژی های نو

   جهان بسرعت رشد می کند،  نیاز بشر به انرژی روز افزون می شود،  در قرن سنت گریزی و موج های جدید نوشتم که آینده ای پویا در مقابل داریم و باید توانایی های علمی و کاری خود را به میدان بیاوریم.

   انرژی بادی

       تابش نور خورشید، در عرض های مختلف کره زمین موجب تغییراتی در فشار و دمای هوا شده و باد به وجود می آید.  در مناطق گرمسیر، تابش نور خورشید سبب افزایش حرارت محیط می گردد، و در مناطق قطبی افت درجه حرارت به وجود می آید.  اتمسفر کره به وسیله چرخش زمین حول محور خود که از قطبین زمین عبور می کند، گرما را از مناطق گرمسیر به مناطق قطبی انتقال می دهد.  در مقیاس جهانی، این جریانات اتمسفری به صورت یک عامل مهم انتقال گرما عمل می نماید. علاوه بر عوامل فوق، عوامل دیگری مانند مشخصات توپوگرافی محل و تغییرات فصلی دما، توزیع انرژی باد را تغییر می دهند. برای مثال اختلاف ظرفیت گرمایی بین زمین و آب دریا در ساحل، ایجاد نسیم دریایی می کند و در دره ها، و کوهستان ها فرآیند مشابهی منجر به ایجاد بادهای محلی می شود.

      انرژی بادی، مانند سایر منابع انرژی تجدید پذیر در نقاط مختلف کره زمین وجود دارد،  این انرژی قبل از انقلاب صنعتی به عنوان یک منبع انرژی مورد استفاده قرار می گرفت،  مانند بادبان کشتی ها و آسیاب بادی.   در طی انقلاب صنعتی سوخت های فسیلی به دلیل فراوانی، ارزانی و به ویژه قابلیت حمل بودن، جای انرژی بادی را گرفت.  بحران نفتی سال 1973 میلادی سبب شد تا دوباره به انرژی بادی فکر کنند،  و با طرح های هر روز نوین تر برق تولید کنند.  در سال های اخیر با نگرش های نو به جهان و مشکلات زیست محیطی و مسئله تغییر آب و هوای کره زمین، به سبب استفاده زیاد از حد انرژی های فسیلی، استفاده از انرژی بادی را افزایش داده است.  از سال 1975 میلادی پیشرفت های زیادی، در زمینه توربین های بادی مولد برق بدست آمده است.  در سال 1980 با اتصال توربین های بادی مولد برق به شبکه، اولین بازار چند مگاواتی انرژی بادی در کالیفرنیا بوجود آمد.  در پایان سال 1990، ظرفیت توربین های بادی مولد برق متصل به شبکه در جهان به حدود،   2000 مگا وات که با تولید سالانه به GWh 3200 رسید،  که تماما ًمربوط به آمریکا و دانمارک بوده است. در این زمان کشورهای هلند، آلمان، انگلستان، ایتالیا و هندوستان برنامه ملی خود را برای استفاده از انرژی بادی آغاز کردند.  به تدریج با پیشرفت فناوری، هزینه تولید انرژی با توربین های بادی کاهش یافته است، با این همه استفاده همه جانبه از سیستم های مولد برق بادی هنوز آغاز نشده است.

   در ایران برای بهره برداری از انرژی باد کارهایی صورت گرفته است،  توربین های باد ....

     یکی از کار برد های انرژی بادی پمپ کردن آب است،  در دهه 60-1950 که پمپ های موتوری به بازار عرضه شدند، به سبب کاهش قیمت انرژی های فسیلی، کاهش ناگهانی در مورد استفاده از پمپ های بادی به وجود آمد.  در حال حاضر پمپ های بادی به طور عمده در چین، آفریقای جنوبی، آرژانتین و آمریکا به کار مشغولند.  پمپ های آب بادی به وسیله توربین های پُرپره کلاسیک با دور کم و ترک بالا کار می کنند.  به طور کلی در مورد استفاده از انرژی بادی، تأکید بر توربین های بادی مولد برق برای اتصال به شبکه خواهد بود، زیرا این کاربرد انرژی بادی می تواند، سهم مهمی در تأمین برق مصرفی جهان داشته باشد.  تخمین زده می شود در سال 2020 میلادی سهم انرژی جهان با قدرت مجموع، توربین های بادیGW 180 حدود TWh375 در سال باشد.  در قالب ضرورت های زیست محیطی، این سهم ممکن است در سال 2020 به حدود TWh 900 با قدرت،  مجموع توربین های بادی GW 470 افزایش یابد.  استعداد نهایی انرژی بادی به عنوان یک منبع انرژی درازمدت،  تقریباً دو برابر مصرف انرژی فعلی جهان تخمین زده می شود.

    ذخیره کردن انرژی

    در مولدهای بادی، باید روشی ابداع شود که انرژی تولید شده را در فواصلی از زمان که باد نمی وزد ذخیره کند، به عبارت دیگر جریان متغییر باد را به یک منبع ثابت و مداوم انرژی مبدل سازد.  در وضع فعلی، ذخیره کردن انرژی بادی از طریق استفاده از باتری های مخصوصی، که به تعداد زیاد به هم اتصال داده شده اند صورت می گیرد.  روش دیگر این است که نیروی برق تولید شده به وسیله آسیاب بادی، برای تجزیه آب الکتریکی به دو جزء اکسیژن و هیدروژن و انبار کردن آنها به کار می رود.  مخلوطی از این دو گاز یک منبع انرژی هنگام احتراق است، که می توان در هر موقع از آن استفاده کرد. سرانجام ممکن است برق به دست آمده از نیروی باد را در مواقعی که مازاد بر مصرف باشد، برای گرم کردن آب شوفاژ و یا حمام منازل به کار گرفت.

   انواع توربین های بادی

   - توربین هایی، که دارای روتوری با محور قائم هستند.

   - توربین هایی، که دارای روتوری با محور افقی هستند.

   انتخاب توربین های بادی

    برای انتخاب توربین بادی، در یک ناحیه لازم است مشخصات باد حداقل برای مدت 5 سال متوالی، در دست باشد. البته داشتن این اطلاعات برای سازنده آن به دلیل سرمایه زیاد راه اندازی، مهم است.  برای انتخاب یک توربین بادی باید نکاتی مد نظر باشد، از جمله،  برآورد مقدماتی قدرت توربین بادی مورد نیاز با دقت کافی، برآورد انرژی مورد نیاز و برآورد نهایی قیمت و نصب آن در محل.

   اجزای اصلی توربین های بادی

      چنانکه می دانیم، هر دو نوع توربین های بادی با محور افقی (HAWT) و توربین های بادی با محور عمودی (VAWT) نوع داریوس، با نیروی برای آیرو دینامیکی به حرکت درآمده و تولید انرژی می کنند. توربین های بادی با محور افقی معمولی ترین واحد هایی هستند که ساخته می شوند.  توربین های بادی با محور عمودی از نوع آسیاب های بادی قدیم برای آرد کردن غلات، اولین بار توسط ایرانیان (در حدود200 سال قبل از میلاد مسیح) ساخته شده است.  دو نوع توربین های بادی فوق، از قسمت های زیر تشکیل شده است:

1 ، روتور یا قسمت گردان شامل مجموع پره ها، شافت و توپی،

2 ، سیستم محرکه شامل جعبه دنده،ژنراتور برق و مکانیزم ترمز،

3 ، برج نگاهدارنده سیستم موتور،

4 ، سیستم های کنترل و ایمنی،

5 ، سایر قسمت ها شامل اتصال های برقی ، سازه ای و خدماتی،

    امروزه توربین های بادی، با توان kw 500-250 با قطر 35- 25 متر به طور تجاری، در دسترس است، توربین های بادی با محور افقی رو به جهت با د، برای تولید برق اغلب 2 یا 3 پره ای هستند.  توربین های با محور عمودی اغلب با دو پره ساخته می شوند.  پره ها را می توان از فایبر گلاس تقویت شده با پلی استر، چوب چند لایه، آلومینیم یا فولاد ساخت.  پره های از نوع فایبر گلاس تقویت شده با پلی استر سبک بوده، و نیروی وزن کمتری را بر یاتاقان ها وارد می کنند.  پره های چوبی چندلایه، به سبب مقاومت خوب چوب در مقابل خستگی امتحان خوبی داده اند.  بیشتر سازندگان توربین های بادی، با محور عمودی از پره های آلومینیومی تقویت شده استفاده می کنند. 

   بیو گاز    

      امروزه گاز های گوناگون و مفیدی برای سوخت، وجود دارند که بیش از سه نوع آن در جهان استفاده می شود،  که عبارتند از: گاز مایع (ال.پی.جی) که مخلوطی از بخش‌ های پالایش شده نفت خام از قبیل پروپان، بوتان، پروپیلن و بوتیلن است،  این گاز به این دلیل که به آسانی به مایع تبدیل می شود، از آن برای سوخت سیلندر استفاده می شود.  نوع دوم، گاز طبیعی است که از دو منبع عمده منابع گاز مستقل و گاز همراه (گاز حاصل از تفکیک نفت خام) تامین می شود، و نوع سوم بیوگاز است که با آن بیشتر آشنا می شویم.  در سال های اخیر به دلیل مشکلات ناشی از وابستگی گسترده به نفت،  و محدودیت منابع تجاری انرژی، به استفاده از بیوگاز بیشتر توجه شده است.  بیوگاز بر اثر واکنش های تجزیه ای بی هوازی میکروارگانیسم های زنده،  که در محیط  مواد آلی وجود دارند تولید می شود.  از این قبیل محیط ها می توان به باتلاق ها و مرداب ها اشاره کرد، و گازی که در این محیط ها تولید می شود،  گاز مرداب معروف است.  دلیل نام گذاری این گاز به بیوگاز این است، که بر اثر تجزیه بی هوازی مواد آلی و بیولوژیک به وسیله میکرو ارگانیسم های زنده تولید می شود.  بیوگاز مخلوطی از سه ترکیب به نام های متان، دی اکسید کربن و سولفید هیدروژن است.  ترکیب عمده و قابل اشتعال بیوگاز، متان است که سهم بیشتر این گاز یعنی 60 تا70 درصد آن را شامل می شود.  گاز متان، گازی است بی رنگ و بی بو که اگر یک فوت مکعب آن بسوزد، 252 کیلو کالری انرژی حرارتی تولید می کند که در قیاس با سایر مواد سوختی، رقم قابل توجهی است.  دو ترکیب دیگر به ویژه سولفید هیدروژن که سهم آن ناچیز است،  و از ترکیب های سمی هستند.  از مزیت های مهم متان به دیگر سوخت ها این است که هنگام سوختن، گاز سمی و خطر ناک منو اکسید کربن تولید نمی کند،  بنابر این از آن می توان به عنوان سوخت ایمن و سالم در محیط خانه استفاده کرد.  همان طور که گفته شد، 60 تا70 درصد بیو گاز را گاز متان تشکیل می دهد،  این درصد بالای متان، بیوگاز را به عنوان منبع عالی و ممتاز انرژی های تجدید پذیر برای جانشینی گاز طبیعی، و دیگر سوخت های فسیلی قرار داده است.

       امروزه از بیوگاز در گرم کردن دیگ های بخار کارخانه ها، موتور ژنراتورها برای تولید برق، گرم کردن خانه ها و پخت و پز استفاده می شود.  استفاده از فناوری تولید بیوگاز در ایران، تاکنون کار برد عمومی نیافته است و در مرحله آزمایشگاهی است،  درحالی که در کشور های اروپای غربی، جنوب شرقی آسیا و به ویژه چین و هندوستان این فناوری بسیار قابل توجه است، و این کشورها با بهره گیری از این فناوری نیاز خود را به سوخت بر طرف کرده اند.  سوئد، یکی از بهترین مصرف کنندگان بیوگاز در صنعت حمل و نقل است، و برنامه ریزی شده است، تا سال ۲۰۵۰ میلادی ۴۰ درصد از نیاز این کشور در بخش حمل و نقل از طریق بیوگاز تامین شود.  براساس این گزارش، هزینه تولید بیوگاز در سوئد از تولید بنزین با صرفه تر است، زیرا تولید یک متر مکعب بیو گاز که شامل تولید، اصلاح و متراکم سازی است، ۵/۳ تا ۵/۴ کرون سوئد است که این مقدار، حدود ۷۰ درصد هزینه های جاری بنزین در سوئد است.  بررسی ها نشان می دهد در صورت استفاده از بیوگاز در صنعت حمل و نقل، میزان آلاینده دی اکسید کربن، که سبب افزایش گاز گلخانه ای جهان می شود، تا حدود ۶۵ تا ۸۵ درصد کاهش می یابد.  باکتری های ویژه ای واکنش های تجزیه ای، و بی هوازی مواد آلی را به منظور تولید بیوگاز انجام می دهند،  این گروه باکتری ها قادر به شکستن و تجزیه مواد آلی پیچیده و ساده هستند، که سرانجام به تولید بیوگاز منجرمی شود.  اینها از باکتری های مزوفیل و تا حدودی گرما دوست، هستند و در دمای 75 تا 100 درجه فارنهایت، می توانند زندگی کنند.  تحقیقات نشان می دهد که بهترین دما برای رشد این گونه باکتری ها 95 درجه فارنهایت است که در این دما،  باکتری ها بیشترین فعالیت آنزیمی را برای تجزیه موادآلی و تولید بیوگاز دارند.  با توجه به این موضوع در فصل زمستان که هوا سرد است، تولید بیوگاز در مرداب ها و باتلاق ها متوقف می شود.  از شرایط مطلوب دیگر برای تولید بیوگاز، قلیایی بودن (PH=7-8) محیط واکنش است.  تجزیه و تبدیل فضولات و مواد گندیده آلی که می تواند محصول حیوانات اهلی و یا گیاهان باشد، به وسیله باکتری ها در دو مرحله به بیوگاز و بیوماس تبدیل می شود.

     از بیو گاز استفاده های فراوانی می توان کرد، و از بیوماس هم به عنوان کود آلی می توان بهره برد،  در مرحله نخست این واکنش بیولوژیک، باکتری های بی هوازی مواد آلی گندیده را، به اسید های آلی تبدیل می کنند. در مرحله دوم، گروه دیگری از باکتری ها اسید های آلی به وجود آمده را تجزیه می کنند، که در نتیجه آن بیوگاز که بخش عمده آن متان است، تولید می شود.  برای تولید بیوگاز در مناطق روستایی، و مجتمع های کشاورزی و دامپروری و کشتارگاهی، می توان اقدام به ساخت دستگاه بیوگاز کرد، که ساخت آن بسیار آسان و از بخش های زیر تشکیل شده است:

   تانک تخمیر   
      تانک تخمیر، بخش اصلی دستگاه بیوگاز است، که معمولاً به شکل استوانه و از جنس آجر و یا بتون ساخته می شود.  این تانک را می توان یا به صورت کامل درون زمین و یا بخشی از آن را در روی زمین ساخت.  مواد زاید آلی پس از ورود به تانک به مدت یک تا دو ماه در آن نگهداری می شوند.  در طول این مدت، مواد زاید آلی درشرایط بی هوازی و براثر فعالیت باکتری ها تجزیه می شوند.  نتیجه این تجزیه، تولید بیوگاز و مقداری بیوماس است، که با تخلیه مرتب بیوماس  و اضافه کردن مواد زاید جدید در تمام روزهای سال، می تواند ادامه داشته باشد.

    محفظه گاز

      این محفظه به صورت سرپوشی شناور یا ثابت، از جنس فلزی یا بتونی در روی بخش فوقانی تانک تخمیر، قرار می گیرد.  گازهای تولیدی در تانک تخمیر در بخش زیر این سرپوش جمع می شود، که از طریق لوله کشی می توان آن را به نقطه مصرف انتقال داد.  نکته مهم در باره این محفظه این است، که از افزایش فشار گاز در این محفظه جلوگیری شود.  بنابراین با نصب فشار سنج در این محفظه می توان فشار گاز را کنترل کرد.  

      لوله های ورودی و خروجی:  هدف از لوله های ورودی و خروجی در دستگاه بیوگاز، ورود مواد خام و تخلیه بیوماس از تانک تخمیر است.  جنس لوله ها را می توان از نوع پلاستیکی یا بتونی انتخاب کرد.  در مناطق روستایی هر خانوار می تواند، به طور انفرادی یک دستگاه بیوگاز داشته باشد، و یا چند خانوار ساکن در کنار هم می توانند به طور اشتراکی یک دستگاه بیوگاز بسازند.  براساس محاسبات انجام شده،  کود حاصل از سه راس گاو و یا چند راس گوسفند، پاسخ گوی تولید گاز مصرفی هر خانوار در طول سال است.  که این میزان تولید گاز، حدود 500 لیتر به ازای هر کیلو گرم فضولات تجزیه شده است.  بهره برداری و نگهداری از دستگاه بیوگاز به مهارت خاصی نیاز ندارد، و هرکس به راحتی می تواند از آن استفاده کند.  با توجه به موارد یاد شده، لزوم برنامه ریزی، برای گسترش منابع انرژی غیر نفتی و استفاده از انرژی های نو در کشورمان، به خوبی احساس می شود.  با انجام مطالعات و تحقیقات و مشارکت در ساخت دستگاه های بیوگاز در مناطق روستایی،  می توان در مصرف سوخت های نفتی به شدت صرفه جویی کرد.  در یک نتیجه گیری کلی استفاده از بیوگاز در زندگی روزمره می تواند، فایده های زیر را به دنبال داشته باشد:

  بیوگاز به عنوان یک منبع انرژی محلی و تجدید شونده؛
  بهبود وضعیت ایمنی صنعتی و خانگی، همچنین سودآور بودن آن؛
  بهبود وضعیت کیفیت هوا و کاهش بوهای نامطبوع؛
  کاهش انتشارگازهای گلخانه ای دشمن لایه ازون؛
  رشد اقتصادی و تضمین منبع انرژی؛
 جمع آوری مواد زاید و حیوانی در یک نقطه و جلوگیری از پراکندگی آنها در محیط اطراف؛
 استفاده از بیوماس تولیدی به عنوان کود سالم و مطمئن در کشاورزی؛

ارگ ایران         http://arq.ir