انرژی تجدید پذیر بررسی فناوری

انرژی تجدید پذیر بررسی فناوری – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه فنی مهندسی – بین رشته ای

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

بررسی فناوری های مرتبط با انرژی تجدید پذیر

با شروع هزاره جدید، نیاز فزاینده‌ای در زمینه اتکای بیشتر به منابع انرژی جایگزین و وابستگی کمتر به منابع انرژی متعارف، که اغلب برای محیط زیست مضر هستند، مشاهده می‌شود. خوشبختانه، در کارولینای شمالی فرصتهای استفاده از فناوریهای انرژی تجدید پذیر، که کاملا معتبر بوده و از نکته نظر فنی امکان پذیر و پایدار می‌باشند، وجود دارد. این تکنولوژیهای مرتبط با انرژی تجدید پذیر، که غالبا بصورت مستقیم یا غیر مستقیم از خورشید سرچشمه گرفته‌‌اند، دارای تاثیر محیط زیستی اندکی می‌باشند و یا آنکه از این نظر بدون تاثیر هستند.

انرژی تجدید پذیر بررسی فناوری

انرژی خورشیدی

حدود ۶/۴ میلیون سال است که خورشید می‌سوزد و اولین منبع انرژی حیات در کره زمین را تشکیل داده است. انرژی خورشیدی به صورت نور و امواج الکترو مغناطیس به ما می‌رسد و همچنان تولید کننده اغلب شکلهای مختلف انرژی می‌باشد که ما امروزه از آنها استفاده می‌کنیم. سوختهای فسیلی که ما امروزه مورد استفاده قرار می‌دهیم  در واقع انرژی ذخیره شده خورشیدی از میلیونها سال پیش می‌باشند. همه منابع انرژی که در این مقاله مورد بحث واقع می‌شوند به جز حرارت مرکزی زمین، توسط خورشید تغذیه شده‌اند. خورشید موجب ایجاد اختلاف دمایی هوا می‌شود که خود منجر به ایجاد جریانهای جوی می‌شود که سبب بروز انرژی باد خواهند شد. خورشید نور لازم جهت رشد زیست توده‌ها از قبیل چوب و نیز نیروی لازم جهت چرخه آب در طبیعت را فراهم می‌کند. اگر چه اغلب اشکال انرژیهای تجدیدپذیر فرمی‌ از انرژی های خورشیدی هستند، اما وقتی کسی درباره انرژی خورشیدی صحبت می‌کند، منظور وی استفاده مستقیم از این انرژی است.

انرژی حاصل از میکرو مولدهای برق آبی

هزاران سال است که بشر از انرژی آب برای به گردش درآوردن چرخ‌های آبی آسیاب استفاده کرده است. اما فقط حدود ۱۰۰ سال است که بشر کشف کرده که چگونه از این منبع انرژی تجدیدپذیر برای تولید برق استفاده کند. یکی از ابتدائی‌ترین کاربردهای تکنولوژی مولدهای برق آبی در کارولینای شمالی ایجاد یک کارخانه مولد برق ۴۰ کیلو واتی بر روی رودخانه هامینی در اوایل دهه ۸۰ به منظور تأمین انرژی تراموی شهری آشویل بود. از آن موقع به بعد استفاده از تکنولوژی تولید برق توسعه یافته است.  پس از آن استفاده از تکنولوژی میکرو هیدرو الکتریک گسترش یافت، به گونه‌ای که کارخانه‌های مولد انرژی الکتریسیته، هم اکنون اقدام به فراهم آوردن انرژی تجدیدپذیر برای ساکنان منطقه نموده‌اند.

انرژی تجدید پذیر بررسی فناوری

قدرت موجود در آب       

قدرت قابل حصول از یک سیستم میکرو هیدرو الکتریک منوط به تغییر ارتفاع قابل دسترس، نرخ استریم یا جریان رودخانه و کارایی کلی سیستم میکرو هیدرو الکتریک می‌باشد. معادله زیر جهت تعیین نیروی قابل حصول از نهر یا رودخانه مورد استفاده قرار می‌گیرد.

اجزاء سیستم

شکل ۳ نشان دهنده یک دیاگرام نیروگاه معمولی میکرو هیدرو الکتریک با ظرفیت تولیدی ۱۰۰ کیلو وات می‌باشد. نیروگاه‌های میکروهیدوالکتریک کوچکتر ممکن است کلیه تجهیزاتی که در شکل ۳ نشان داده شده است را نداشته باشند.

انواع سیستم

کارخانه‌های مولد الکتریسیته جریان متناوب (AC) و یا جریان مستقیم (DC) تولید می‌کنند. میکرو هیدرو الکتریک‌های مولد  AC معمولا با شبکه‌ای به هم متصل می‌شوند اما اگر از بار شنی استفاده شود به تنهایی قادر به استقرار هستند. دستگاه‌های AC هم نیازمند به سیستمی هستند که ولتاژ و فرکانس برق تولیدی را کنترل کند. معمولا این دستگاه‌ها ده‌ و یا صد کیلوواتی هستند. توربین‌های هیدروالکتریک کوچکتر جریان DC  تولید می‌کنند که جهت شارژ باتری‌های بزرگ استفاده می‌شود. این سیستم‌ها می‌توانند جهت بارگیری جریان DC یا در مبدل‌های جریان DC به AC به کار گرفته شوند که به بارهای AC اجازه فعالیت می‌دهند. این سیستم‌ها ممکن است به برق شهری وصل شوند یا نشوند.

قیمت تجاری

سیستم‌های میکروهیدروالکتریک را می‌توان با صرف هزینه ۲۰۰۰۰ تا ۵۰۰۰۰ دلار در هر کیلو وات ظرفیت نهایی نصب کرد. تفاوت در شرایط محل و منابع آب در تفاوت قیمت‌ها لحاظ می‌شود. کاربرد آن در مناطق پست نسبت به مناطق مرتفع پرهزینه‌تر می‌باشد. در ارتفاعات پست سرعت بیشتری از آب لازم است تا به توان خروجی مورد نظر دست یافت ولی به دلیل سرعت زیاد آب، در مناطق مرتفع به تجهیزات بزرگ‌تر و گران‌تر نیاز است. پس سیستم‌های با سرعت جریان کم آب و مرتفع با صرفه‌ترند. کارولینای شمالی یک اعتبار مالیاتی ۳۵ درصدی از هزینه سیستم میکرو هیدرو الکتریک بالغ بر هزینه ۱۰۵۰۰ دلار برای شهروندان و ۲۵۰۰۰۰ دلار در بخش صنایع و تجاری فراهم کرده است.

انرژی تجدید پذیر بررسی فناوری

تجهیزات و خدمات موجود

توربین‌های کوچک که برای ساکنان محل استفاده می‌شود با یک ظرفیت بیش از ۵/۱ کیلو وات از طریق کاتالوگ‌های انرژی تجدیدپذیر در دسترس و قابل نصب هستند. سیستم‌های بزرگ‌تر نیاز به طراحی و ساخت از کارخانه‌های مخصوص میکرو هیدرو الکتریک دارند که توسط یک پیمانکار نصب می‌شوند. کارخانه‌ای که این سیستم‌ها را فراهم می‌کند را می‌توان در نشریه آب انتشارات   HCI نشر INC شهرکانزاس خیابان ۴۱۰ Archibald یافت.

انرژی باد

در حال حاضر انرژی باد در جهان یک منبع انرژی در حال توسعه می‌باشد و این مورد تأیید حامیان انرژی تجدیدپذیر هم هست. زیرا نه تنها منابع انرژی تجدیدشدنی از نظر هزینه‌ای ارزشمند هستند، مزیت‌های دیگری نیز دارند که به همراه این مزیت، آنها را در بازار مطرح کرده است. در حال حاضر در ایالت متحده بیش از ۱۸۰۰ مگاوات از ظرفیت انرژی باد بکار گرفته شده است.

باد چیست ؟

باد شکلی از انرژی خورشیدی است که الگوهای باد را شکل می‌دهد. در سطوح کم، باد از طریق جریان هوای پرفشار به مناطق کم فشار ایجاد می‌شود که این اختلاف فشارها توسط گرادیان حرارتی زمین ایجاد می‌شود. با اینکه به نظر می‌رسد که مسیر باد با فرکانس تغییر می‌کند، اما در بیشتر مناطق الگوهای باد غالب وجود دارند که پیش‌بینی و کنترل قدرت باد را میسر می‌سازند. به عنوان مثال، در کارولینای شمالی، نواحی ساحلی دائما در معرض وزش باد از غرب به شرق به سمت اقیانوس آتلانتیک می‌باشند. بهترین منبع باد منطقه در سواحل و مناطق کوهستانی می‌باشد. شکل ۵ نشان می‌دهد که بادهای رده ۵ و ۶ در نواحی کوهستانی و بادهای رده ۳ در سواحل می‌وزند. که بادهای رده ۶ قوی‌ترین و بادهای رده ۱ ضعیف‌ترین بادها هستند. معمولا جهت کار با دستگاه‌های بادی، بادهای رده ۳ نیاز است تا دستگاه کار کند.

نگاهی بر فناوری باد

در حال حاضر از انرژی باد بیشتر جهت تولید الکتریسیته استفاده می‌شود. جریان الکتریسیته از طریق چرخیدن آرماتور داخل ژنراتور توسط پره‌ها، که دقیقا در پشت  پره‌ها در بالای برج قرار دارد، تولید می‌شود. سپس انرژی حاصل از ژنراتور قبل از آنکه توسط مبدل تبدیل به جریان مستقیم شود، اصلاح می‌شود.

توان مفید باد تابعی از مجذور سرعت باد است. بدین معنی که در شرایط برابر، توربینی که در معرض وزش باد با سرعت ۱۰ مایل در ساعت قرار دارد، دو برابر توربینی که در معرض وزش باد با سرعت متوسط ۸ مایل در ساعت  قرار دارد، نیرو تولید می‌کند. به طور کلی بادهایی با سرعت بیش از ۱۱ مایل در ساعت، برای مصارف ماشین‌های بادی کوچک با شبکه توری لازم هستند در حالی که مزارع باد ، به بادی با سرعت بیش از ۱۳ مایل در ساعت نیاز دارند. البته در مواردی که شبکه توری وجود ندارد نیازمندی‌ها متفاوت است و بستگی به روشهای موجود و هزینه آنها دارد.

انرژی تجدید پذیر بررسی فناوری

علاقه به سرمایه‌گذاری در سیستم های بادی

همانند انرژی خورشیدی، سیستم‌های انرژی باد هم نیاز به هزینه‌هایی دارند و هزینه عملیاتی کم و ناچیزی، ‌جهت دوام آنها لازم است. قابلیت سیستم‌های بادی بستگی به سه فاکتور دارد:

• وجود باد در منطقه در حد نیاز.

• موانع مجاز یا تنظیم کننده ‌که ممکن است مانع نصب دستگاه‌ها شوند و

• اینکه آیا سرمایه اولیه در طی مدت مناسبی قادر به بازگشت می‌باشد.

انرژی گاز زیستی: تجزیه غیرهوازی

ایجاد گازهای زیستی موضوع جدیدی در کره زمین نیست و قبل از وجود بشر، جزء فرآیندهای طبیعی زمین بوده است. گازهای زیستی عمدتا شامل متان و دی اکسید کربن می‌باشند که در اثر تجزیه مواد آلی توسط باکتری‌ها به صورت مواد زائد متصاعد می‌شوند. این فرآیند در غیاب اکسیژن انجام می‌شود که در واقع همان شرایط موجود در لجن‌زارها، باتلاق‌ها و چاله‌های عمیق آبی و نیز دستگاه گوارش اکثر حیوانات می‌باشد. اگر چه گازهای زیستی از میلیون‌ها سال پیش بوده‌اند، اما تا قبل از سال ۱۸۹۵ هیچ سندی راجع به استفاده انسان از گازهای زیستی نبوده است و اولین بار در انگلیس در لامپ های خیابانی استفاده شد.

فرآیند بی هوازی

فرآیند تجزیه در یک فضای بسته یا تالاب رخ می‌دهد که معمولا تحت عنوان سیستم گوارنده / هاضم نامیده می‌شود. این سیستم مانع از قرارگرفتن مواد زائد در معرض اکسیژن می‌شود. این فرآیند در سه مرحله بی‌هوازی رخ می‌دهد:

(۱) تخمیر (۲) تولید هیدروژن، دی اکسید کربن و اسید استیک (۳) تخمیر متان. در طول مرحله تخمیر، باکتری‌های مخمر مواد آلی را به اسیدهای چرب، الکل، دی اکسید کربن، هیدروژن، آمونیاک و سولفیدها تجزیه می‌کنند. طی مرحله دوم باکتری‌های استوژنیک مواد را بیشتر تجزیه کرده و به هیدروژن، دی اکسید کربن و اسید استیک تجزیه می‌کنند. در مرحله آخر باکتری‌های سازنده متان، متان می‌سازند که می‌تواند به عنوان یک منبع سوختی مورد استفاده قرار گیرد.

اجزاء سیستم و انواع تجزیه کننده

یک سیستم گاز زیستی شامل: سیستم جمع‌آوری کننده ضایعات، پردازش‌کننده ضایعات، تجزیه‌کننده و تعدادی مهارکننده فاضلاب و مخزن (انبار) می‌باشد. اگر نیروی الکتریسیته مستقیم از گازهای زیستی تولید شود، یک ضدعفونی کننده و ژنراتور نیز به اجزاء سیستم اضافه می‌شود.

یک سیستم جمع آوری زباله بسته به نوع زباله و روش‌های مهار زباله متغیر می‌باشد. قبل از ورود تجزیه کننده، زباله نیاز به خرد شدن مکانیکی دارد تا عملکرد سیستم بهتر باشد و معمولا قبل از ورود تجزیه کننده زباله‌ها حرارت داده می‌شوند.

انرژی تجدید پذیر بررسی فناوری

کاربردهای فعلی در کارولینای شمالی

امروزه از گازهای زیستی در مناطق ما به منظور جمع‌آوری منابع انرژی تجدید شدنی، عمل‌آوری زباله طی روش‌های سالم زیست محیطی و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای استفاده می‌شود. بعضی از پروژه‌های موفقیت آمیز در اطراف منطقه شامل:

-درهام: از تجزیه بی‌هوازی جهت به عمل‌آوری فاضلاب‌ها بهره برداری کرده است. گازهای زیستی ژنراتورها را به کار می‌اندازند تا نیروی برق لازم جهت به کار انداختن پمپ‌های سیستم‌های بی‌هوازی در کارخانه‌های عمل آوری زباله را فراهم کنند.

-رالیق: اخیرا بیوگازها را از زباله‌دان‌ها، استخراج کرده است که این استخراج با پوشاندن زباله‌دان و ایجاد مکش از طریق لوله‌ای که درون چاله است، صورت می‌گیرد. گازهای زیستی حاصل از این زباله‌دان سوخت دیگ بخار را فراهم می‌کنند. بخار حاصل از دیگ بخار جهت تولید الکتریسیته استفاده می‌شود. روش‌های مشابه دیگر را نیز می‌توان در روستای گرینزبورو و میتچل یافت. در روستای میتچل از این سیستم نیز جهت گرم کردن گلخانه‌ها در زمستان استفاده می‌شود.

انرژی حرارت مرکزی زمین

انرژی حرارت سطوح زیرین زمین از طریق سنگ‌ها و مواد مذاب حاصل از فعالیت آتشفشان‌ها به سطح زمین می‌آید. یکی از منابع اصلی انرژی حرارتی زمین از طریق مخازن بزرگ ذخایر آب گرم که از طریق سنگ‌های نفوذ پذیری که سطح زمین را تشکیل می‌دهند، به سطح زمین می‌آید. این مخازن، مخازن هیدروترمال (آب گرم) نامیده می‌شوند. این انرژی در عمقی از سطح زمین قرار گرفته که قابل بازیافت و استفاده می‌باشد. در قسمت‌های غربی ایالت متحده آمریکا از انرژی حرارت مرکزی زمین با درجه حرارت بالا جهت تولید بیش از ۲۸۰۰ مگاوات الکتریسیته، استفاده می‌شود. در بسیاری از مناطق روستایی از انرژی حرارتی زمین با درجه حرارت کم جهت تولید برق مصرفی ساکنان، مصارف تجاری وصنعتی استفاده می‌شود.

سیستم های پمپاژ گرمای زمین

با استفاده از وسایل سرماده وگرماده استاندارد، میزان مصرف برق۳۰ تا۶۰ درصد کاهش می‌یابد. همچنین این ذخایر انرژی، تأثیرات منفی حاصل از سوخت‌های فسیلی بر محیط زیست را کاهش می‌دهند.

از حرارت مرکزی زمین جهت وسایل گرماده وسرماده منازل مسکونی و تجاری و نیز جهت گرم کردن آب مصرفی منازل مسکونی استفاده می‌شود. گرمای سطح زیرین زمین در همه سال ثابت می‌ماند. در جه حرارت اعماق زمین در فصول سرد از درجه حرارت محیط بیشتر و در فصول گرم از درجه حرارت محیط کمتر است. گرمای درونی زمین از طریق پمپ قادر به خروج در فصول سرد و قادر به بازگشت به درون زمین در فصول گرم می‌باشد.

انرژی بیومس/ زیست توده : سیستم ذخیره‌سازی انرژی خورشیدی طبیعت

بیومس یا زیست توده نامی ‌است که معمولا به مواد آلی گیاهی که جهت تولید انرژی مفید استفاده می‌شوند، اطلاق می‌شود. اگر چه سوزاندن زیست توده‌ها و سوخت‌های حاصل از آن دی اکسید کربن متصاعد می‌کنند ولی از آن به عنوان منبع انرژی تجدید پذیر یاد می‌شود. زیرا دی اکسید کربن رها شده در اتمسفر از طریق فتوسنتز جذب می‌شود. بنابراین سوزاندن بیومس سطح دی اکسید کربن موجود در اتمسفر را افزایش نمی‌دهد و این بزرگترین مزیت سوخت‌های فسیلی هم از نظر اقتصادی و هم از نظر زیست محیطی می‌باشد. بیومس می‌تواند توسعه یابد، نیاز به منابع انرژی خارجی را کاهش دهد و منجر به افزایش دی اکسید کربن که از میلیون‌ها سال پیش در اتمسفر رها شده است، نمی‌شود.

منابع بیومس / زیست توده

سه دسته اصلی منابع بیومس / زیست توده عبارتند از: سوخت‌های چوبی، ضایعات کشاورزی و سرشاخه‌ها. سوخت‌های چوبی به استفاده مستقیم از درختان خواه به صورت هیزم و خواه به صورت زغال چوب اطلاق می‌شود. ضایعات کشاورزی محصولات فرعی از قبیل سبوس و غلاف گیاهان، ساقه ها و چوب‌های اضافی که جهت تولید انرژی سوزانده می‌شوند. بالاخره فرآوردهای فسیلی که حجم وسیعی از گیاهان را در برمی‌گیرند ، می‌توانند به ویژه به عنوان سوخت برداشت شوند. به عنوان مثال تبدیل دانه ذرت به اتانول (جایگزین بنزین) یکی از این موارد است.

چگونه می‌توانیم از زیست توده استفاده کنیم ؟

اولین شیوه کاربرد زیست توده، سوزاندن آن است. بیومس / زیست توده مشابه سوخت‌های فسیلی است که از هیدروکربن تشکیل شده و با سوزاندن آن گرما ایجاد می‌شود. این گرما می‌تواند مستقیما برای گرم کردن خانه‌های مسکونی، به عنوان مثال استفاده از بخاری‌های چوب سوز استفاده شود و نیز می‌توان از این گرما جهت جوشاندن آب و تولید بخار آب برای توربین‌های مولد الکتریسیته استفاده کرد. نیروی حاصل از بیومس می‌تواند بالغ بر ۱۰۰ مگاوات برسد. سال ۱۹۹۳، در ایالت متحده  تقریبا ۷۰۰۰ مگاوات الکتریسیته از طریق سوزاندن بیومس گیاهان حاصل شد.

انرژی تجدید پذیر بررسی فناوری

منافع و مضرات سوخت‌های فسیلی حاصل از زیست توده

سوخت‌های بیومس / زیست توده هم از نظر اقتصادی و هم از طریق زیست محیطی مفید هستند. سوزاندن بیومس و سوخت‌های گرفته شده از آن منجر به افزایش دی اکسید کربن جو نمی‌شوند و همه این دی اکسید کربن جهت رشد گیاهان جذب و از اتمسفر خارج می‌شود. همچنین بیومس از نظر اقتصادی نیز مفید است زیرا به عنوان یک منبع سوخت در ایالت آمریکا می‌باشد که با افزایش آن، هم واردات سوخت کاهش می‌یابد و هم اشتغال بیشتری را در بخش کشاورزی ایجاد می‌کند.

مشکل اصلی بیومس/ زیست توده در مقایسه با سوخت‌های فسیلی، دانسیته انرژی کم آنهاست و این دانسیته کم منجر به افزایش حجم آنها می‌شود در نتیجه هزینه حمل و نقل آنها زیاد می‌شود. علاوه بر آن استفاده از کشتزارها به منظور تولید سوخت، انتقادات زیادی را مبنی بر اینکه این منابع می‌توانند در جهت کمک به کاهش مشکلات قحطی و گرسنگی جهانی مصرف شوند، برانگیخته است.