banner9
صفحه اصليدرباره سايتمهندسي ارزشنظام مهندسيتماس با ما                                     «به سایت WWW. KBC. IR ، سایت تخصصی مهندسی برق ایران خوش آمدید.»

 

                    نيرو گاه  و  انرژي هاي نو 

 

   الف- نيرو گاه

   - مقدمه

ساخت یک نیروگاه معمولاً 5 تا 6 سال ،از زمان تصمیم گیری برای ساخت تا زمان بهره برداری از اولین واحد آن، بطول می انجامد. بنابراین برنامه ریزی سالانۀ CEGB شامل اقدام در مورد نیروگاههای جدیدی است که قرار است در مدت هفت الی نه سال آینده (که به این مدت اصطلاحا" سالهای پیاده سازی گفته می شود) به مرحلۀ بهره برداری برسند. قبل از هر تصمیم جدی در مورد سفارش یک نیروگاه جدید، CEGB بایستی موافقت وزیر کشور را همراه با هر نوع رضایت و امتیاز مربوط به آن را کسب کرده و همچنین باید بطور جداگانه مجوز مالی را از طرف دولت دریافت نموده باشد. CEGB بایستی نیاز به ایجاد نیروگاههای را در پرتو وظایف قانونی خود بدقت بررسی کند. اوست که باید بررسی نماید که آیا نیاز به ظرفیت جدید به منظور تامین اطمینان از بابت دسترسی به برق کافی، یا درآمد بیشتر ویا ایجاد اطمینان در مورد تنوع در ذخیره سازی انواع سوخت وجود دارد یا نه. علاوه بر آن ممکن است که ساخت یک نیروگاه جدید با ظرفیت مورد نظر، به منظور زمینه سازی جهت منافع آتی توجیه پذیر باشد.

 

   - ملاحظات ظرفیتی

    ظرفیت مورد نیاز بر اساس حداکثر تقاضای سالیانه برآورد می گردد. لذا اولین قدم در تخمین ظرفیت تولید، پیش بینی حداکثر تقاضا برای هر زمستان در طول سالهای برنامه ریزی است. در این پیش بینی فرض بر آنست که بار حداکثر عمدتاً در اثنای روزهای کاری هفته در ماههای دسامبر تا فوریه، هنگامی که هوا از سردی با شدت متوسط برخوردار است، روی می دهد و لذا به آن میانگین تقاضای حداکثر زمستانی (ASC) گفته می شود. شرایط ASC بوسیله تحلیل آماری اطلاعات هواشناسی و تغییرات تقاضا که بر اثر تغییرات آب و هوا بوجود می آید تعیین می شود.

    هر ساله صنعت برق تخمین های جدیدی از تقاضای حداکثر زمستانی ASC بدون هیچگونه محدودیت را تهیه می نماید. همچنین میزان حداکثر بار را تحت شرایط محدود بعد از کاهش قابل انتظار که بر اثر مدیریت بار حاصل می شود و همچنین میزان حداکثر بار را تحت شرایط محدود بعد از کاهش قابل انتظار که بر اثر مدیریت بار حاصل می شود و همچنین تعداد کل واحدها را که بایستی تهیه و یا از منابع خارجی خریداری گردند تخمین می زند. لذا نیاز واحد برابر خواهد بود با مجموع فروش برق از طرف CEGB به شرکت منطقه ای و مصرف کننده های مستقیم آن و همچنین تلفات انتقال که بر روی سیستم CEGB بوجود می آید.

   به منظور احراز شرایط مقرر جهت تولید برق مداوم به استثنای اوقات اضطراری، صنعت برق بایستی با اطمینان زیاد ظرفیت تولید کافی که نیازهای آینده را برآورده کند تهیه نماید. از آنجا که حصول اطمینان صد در صد جهت تامین برق، حتی بعد از اعمال مدیریت در توزیع برق ممکن نیست اغلب میزان ظرفیت برای برآورده ساختن تقاضا کافی نخواهد بود. در چنین شرایطی اولین اقدام کاهش ولتاژ و یا فرکانس در محدودۀ مجاز قانونی خواهد بود. این عمل باعث کاهش میزان تقاضاهایی که به ولتاژ و یا فرکانس حساس هستند میگردد در عین حالی که تامین برق برای تمامی مصرف کنندگان بطور مداوم وجود دارد. بدین طریق مجموع تقاضا می تواند تا 5/7 درصد کاهش یابد، اما اگر مابقی تقاضا هنوز از میزان برق تولیدي بیشتر باشد، آنگاه لازم است که برق بعضی از مصرف کنندگان قطع گردد.

   این وظیفه CEGB است که مطمئن شود که ظرفیت تولیدی کافی مطابق با استاندارد تولید آماده است و بدین منظور بایستی منابع تولیدی حاشیه ای (جنبی) را که در حالت رزرو نگه داشته می شوند و اصطلاحاً حاشیه برنامه ریزی گفته می شود را برنامه ریزی نماید. که بدین گونه تعریف می شود: در صد جنبی واحدهای تولید برق اضافی که در سالهای برنامه ریزی در سرویس خواهند بود مازاد بر آنچه که برای رسیدن به تقاضای حداکثر لازم است. CEGB و شورای برق باید تخمین هائی در مورد میزان برق متوسط قابل دسترس و همچنین تغییرات قابل انتظار در این مقدار و تقاضای قابل پیش بینی بزنند. آنگاه یک محاسبۀ سادۀ آماری از اندازۀ منابع تولیدی جنبی که با استاندارد ایمنی کاملاً و یا تقریباً مطابقت دارد به دست می آید.

 

    - رعایت امور اقتصادی

    پیش بینی ظرفیت جدید که تقاضای مورد نیاز را تامین نماید تنها دلیل و توجیه برای ساخت یک واحد تولیدی جدید نیست. ساخت و ساز جدید بایستی از لحاظ اقتصادی نیز قابل توجیه باشد و همچنین اجازۀ از کار اندازی بعضی از واحدهای قدیمی موجود را نیز بدهد.

    در اصل یک واحد تا زمانی که از نظر اقتصادی از یک واحد جدید با صرفه تر باشد در حال سرویس نگاه داشته می شود. بدین منظور ارزیابی هایی در مورد واحدهای موجود و واحدهای جدید احتمالی که ممکن است ساخته شوند صورت می گیرد:

  ·  در مورد نیروگاههای موجود هزینه های قابل اجتناب برای نگه داشتن نیروگاه ها و یا قسمتهایی از نیروگاه ها بر مبنای سال به سال محاسبه می گردد. این هزینه ها که اصطلاحاً به آن هزینۀ قابل اجتناب خالص (NAC) گفته می شود برای هر کیلووات ساعت اعلام می گردد.

  ·  برای نیروگاههای جدیدی که در طول سالهای برنامه ریزی آمادۀ بهره برداری می شوند CEGB محاسباتی در مورد هزینه کل ساخت و راه اندازی نیروگاه در طول عمر مفید آن انجام می دهد و آنرا به هزینه میانگین سالانه تبدیل می نماید. به این هزینه، هزینۀ موثر خالص (NEC) گفته می شود.

این شاخص ها دو نوع مقایسه اقتصادی را ممکن می سازند. اولاً مقایسۀ NEC برای یک واحد تولید جدید با توجه به فرضیات معین در رابطه با مقادیر پارامترهای ورودی نشان میدهد که اقتصادی ترین انتخاب کدام است، یعنی انتخابی با NEC پائین تر. ثانیاً، برای آن انتخاب امکان بررسی این موضوع محقق می شود که آیا از نظر اقتصادی نصب یک واحد جدید از کار اندازی واحد موجود مقرون به صرفه است یا خیر.

هنگامی که ارزیابی اقتصادی آلترناتیو های مختلف واحدهای تولیدی انجام می شود لازم است که هزینۀ احتمالی نصب و راه اندازی هر واحد جدید و تاثیر آن بر روی هزینه های عملیاتی دیگر سیستم برآورد شود و اطمینان حاصل گردد که سوخت کافی با قیمت مناسب در مدت عمر عملیاتی واحد موجود خواهد بود. بعضی از واحدهای تولید ممکن است در مدت کوتاهی ساخته شوند و اندکی پس از شروع اقتصادی باشند. بهرحال برنامه ریز باید تمامی حالات مختلف و انتخاب های گوناگون که شامل مدت زمان ساخت پنج تا شش سال میشود و عمر عملیاتی چهل سال را در نظر بگیرد. لذا برنامه ریز باید دور نمایی از تقاضا برای برق و موجود بودن سوخت و قیمت آن را برای چندین سال آینده داشته باشد.

 

    - پیش بینی نیازهای آینده

   ارتباط فی مابین تخمین عملیات اقتصادی، قیمت سوخت، عرضه و تقاضای انرژی تقاضای برق و استنباط منابع برق بطور کامل در طول برنامه های اقتصادی بررسی شده است (یعنی ترتیب احتمالی وقایع آینده).

   این برنامه ها، طیفی از توسعه های ممکن آتی را که می تواند در مطالعات متنوع برنامه ریزی آینده استفاده شود در پیش رو قرار می دهد. دقیق تر بگوئیم:

  · آنها کمک با ارزشی برای قضاوت در مورد گستری نتایج احتمالی که در امر طراحی مورد استفاده قرار می گیرند می باشند، مخصوصاً در ارتباط با وسعت و ترکیبی فعالیت های اقتصادی، منابع و تقاضای انرژی، حفظ انرژی، قیمت سوخت و در دسترس بودن آن و تقاضای برق.

  ·  مزایای اقتصادی نسبی واحدهای مختلف تولید برق برای هر برنامه ارزیابی می شود.

  ·  اقتصادی بودن کارکرد واحد و ایمنی منابع سوخت در واحدهای مختلف تولید برق در هر برنامه در نظر گرفته می شود.

خط مشی برنامه ریزی، CEGB را مجبور نمی کند که تخمینی برای وقوع احتمالی هر کدام از آلترناتیو ها را داشته باشد بلکه زمینه هائی فراهم می کند تا قضاوت های درستی از برنامه ریزی برای آیندۀ نامعین را انجام دهد. بهرحال هر سناریو با دقت مورد ملاحظه قرار می گیرد تا عملی بودن آن بطور واقعی معلوم شود.

   با فرض اینکه هر سناریو به تنهایی از این مرحلۀ تست بگذرد، CEGB به گونه ای برنامه ریزی می کند که بتواند عکس العمل مناسبی برای هر کدام از نتایج بدست آمده داشته باشد. در عمل مقداری آزادی عمل معقول وجود دارد. مثلاً در مورد سناریویی که رشد سریع تقاضا برای برق را شامل می شود عملاً ممکن است لازم باشد استاندارد ایمنی نسبتاً کمتری را برای منابع سوخت در مدت محدود قبل از آنکه ظرفیت تولید به حد کامل مورد نیاز رسانیده شود پذیرفت. در عین حال برنامه ریزی بگونه ای انجام می شود که از هر شکست جدی واقعی که در امر دست یابی به منابع مطمئن و اقتصادی، برای هر سناریوی احتمالی ممکن است پیش آید، جلوگیری گردد.

   سناریو ها این اجازه را به CEGB می دهند که ریسک مربوط به سایر انتخاب ها در مورد نیروگاههای دیگر را که ناشی از تغییرات در میزان درخواست الکتریسیته و یا قیمت سوخت می باشد تجربه نماید. به علاوه آنالیز ریسک عدم قطعیت هایی را که مرتبط با انتخابهای گوناگون می باشد، بخصوص در ارتباط با هزینه های عمده، فاکتورهای کارآیی، عمر و زمان را هم در بر می گیرد. دیدگاه استراتژیک وسیع تر نیز مورد توجه قرار میگیرند که از آن جمله می توان به دو مورد آنها یعنی ایمنی منابع سوخت و تصمیم گیری در مورد سرمایه گذاری های گوناگون آینده اشاره نمود.

   به منظور ارزیابی مزیت های اقتصادی انواع مختلف نیروگاه ها لازم است که هزینه ها، مدت زمان ساخت، راند مان نیروگاه، عمر و دسترسی به خدمات را که روی هم رفته ارزش کلی نیروگاه را معین می کنند تخمین زد. دورۀ زمانی ساخت نیروگاه و توزیع مخارج در این دوره در ارتباط با سرمایه گذاری اولیه و مدت زمان برگشت آن بسیار مهم می باشند، زیرا مدت برگشت سرمایه را عمر نیروگاه و در دسترس بودن آن (همراه با تخمین هزینه سوخت و مخارج جاری) تعیین می نماید.

      

   - تحقیق در انتخاب محل نیروگاه

  1- نیازهای اصلی محل نیروگاه

  یک نیروگاه، بطور ساده، کارخانه ایست که انرژی ذخیره شده در سوخت را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. بنابر این نیازهای اصلی یک نیروگاه مشابه کارخانجات دیگر است:

  ·  وجود منبع ماده خام اولیه (سوخت) با قیمت رقابتی

  ·  دسترسی به بازار برای فروش محصولات (انتقال)

  ·  نیروی کارگر با میزان و کیفیت لازم

  ·  در دست داشتن وسایل برای رفع نشتی ها و محصولات جانبی

  ·  زمین لازم برای ساخت  و عملیات

مادۀ خام اولیه که از آن در یک نیروگاه حرارتی الکتریسیته بدست می آید می تواند ذغال سنگ، نفت، اورانیوم و یا گاز طبیعی باشد. الکتریسیته به عنوان محصول اصلی از طریق سیستم انتقال و توزیع به مراکز مصرف فرستاده می شود. محصولات جانبی ماند خاکستر و یا پس مانده های سوخت اورانیوم و همچنین روش مقرون به صرفه ای برای دفع این فضولات اغلب از مسائل عمده هستند. نشتی های نیروگاه مقادیر بسیار زیاد حرارت می باشد که دفع آنها معمولاً نیازمند منابع بسیار زیاد آب است که بخاطر قیمت بایستی در نزدیکی محل نیروگاه در دسترس باشد. محصولات احتراق نیز که همراه گازهای سوخته شده با حجم های زیاد خارج می شوند نیز باید به گونه ای به محیط داده شوند که با مقررات هوای پاک ملی مغایرت نداشته و یا آلودگی جوی ایجاد نکنند.

 

  2-  محدودۀ جستجو برای انتخاب اولیه محل

   در کشورهای پیشرفته محل های مناسب برای نیروگاه خیلی مشکل پیدا می شوند. بسیاری از بهترین محل ها قبلاً برای منظورهای دیگر استفاده شده اند و بیشتر زمین های توسعه نیافته تحت حفاظت قرار گرفته اند. در حقیقت حدود 12% قبلاً ساخته شده اند در حالیکه بیش از 40% مورد حفاظت قانونی قرار گرفته اند. در سواحل این ارقام به 25% و 60% می رسند. در عین حال CEGB باید به آن مقدار از زمین مناسب که برای تاسیس نیروگاههای جدید براساس پیش بینی های تقاضای آینده نیاز است، دست یابد.

   مدت نسبتاً طولانی که لازم است طراحی و ساخت یک نیروگاه انجام شود و همچنین اینکه بازنگری در میزان تقاضاهای آینده صورت گیرد بدان معنی است که برای CEGB عاقلانه خواهد بود که مجموعه ای از مکان هایی که پتانسیل لازم را دارند و جهت انتخاب در موقع ضرورت در دسترس باشند را نگهداری نماید. این مجموعه از سه گونه مکان هایی که در ذيل اشاره می شود تشکیل می گردد:

  ·  نیروگاههای موجود که قابلیت توسعۀ بیشتر را دارند.

  ·  قطعه زمین هایی که قبلاً برای توسعۀ آینده خریداری شده اند.

  ·  قطعه زمین هایی که در تملک CEGB نیست ولی بعنوان محل با پتانسیل مناسب مشخص شده اند.

  گرچه شبکه هاي بزرگ می توانند مقادیر زیادی الکتریسیته را از نقطه ای از کشور به نقطۀ دیگر منتقل کنند اما ظرفیت آنها بخاطر دو عامل فنی و اقتصادی محدود می شود. بنابراین وقتی که نیاز به تاسیس یک واحد تولید جدید پیش بینی می شود، ملاحظات گوناگون در مورد انتقال و پارامترهای وابستۀ دیگر مانند منابع سوخت معمولاً نشان می دهد که کدام قسمت از کشور مناسب ترین محل برای نیروگاه خواهد بود. نوع نیروگاه مورد نیاز (هسته ای، گازي، ذغال سنگی و یا نفتی) بوسیله عواملی مانند قیمت موازنه کلی لازم بین سوخت و ملاحظات زیست محیطی تعیین می شود.

همین که نیاز به تاسیس یک نیروگاه جدید در منطقه ای معلوم گردید، یک زمین وسیع که شاید چند صد کیلومتر مربع مساحت داشته باشد مورد بررسی قرار می گیرد تا پتانسیل های آن مشخص شود.

 اطلاعات در مورد مسائل فنی مانند منابع آب، زمین شناسی، توزیع جمعیت، سیستم جاده ها و راه آهن و همچنین مسائل زیست محیطی مانند مناطقی که از نظر علمی و یا زیبائی طبیعی فوق العاده، خصوصیات تاریخی و تفریحی مد نظر هستند جمع آوری و سپس مورد بررسی قرار می گیرند. بیشتر این اطلاعات را می توان از نقشه های نظامی، زمین شناسی، محلی و استانی، عکس های هوایی و موارد چاپ شده دیگر بدست آورد. این مطالعات ممکن است تقریباً یک سال بطول انجامد، پیش از آنکه لیستی از جاذبه های تحقیقات دقیق و جزئی بتواند تهیه شود.

 

   3- بررسی دقیق محل

   مکان هایی که کاندید خواهند شد ممکن است از طریق زمینه های تحقیق و یا بخاطر اینکه در کاربری زمین تغییراتی حاصل شود، به عنوان مثال محدودۀ تاسیسات دفاعی، فرصت های جدیدی را بدست می دهند. قبل از آنکه جستجوی دقیق شروع شود ارگان هایی که قبلاً مورد مشورت قرار گرفته اند با خبر می شوند. مالكين و ساکنین مورد مراجعه قرار می گیرند و اطلاعیه هایی در روزنامه های سراسری و محلی چاپ مي شود.

   بیش از دو سال طول می کشد تا مطالعات دقیق ضروری به منظور اثبات با ارزش بودن زمین و تعیین ظرفیت بهینه برای هر کدام از نیروگاههای مورد نظر انجام شود. در اثناء این دوره با مقاماتی که به نحوی در این زمینه ممکن است از بعضی جهات نگرانی هایی داشته باشند مانند طرح ریزی، حفاظت محیط زیست، حمل و نقل، منابع آب، حفاظت در مقابل سیل، ماهیگیری، ایمنی و دیگر موضوعات مرتبط تماس گرفته می شود. مطالعۀ دقیقی از نقطه نظرهای تکنیکی و تفریحی و آسایش مردم نسبت به محل نیروگاه انجام می شود.

 

  4- رعایت مسائل زیست محیطی

   هنگامی که CEGB در سال 1985 تشکیل شد دو وظیفه قانونی برایش مقرر گردید:

  ·  ایجاد و نگهداری یک سیستم تولید برق اقتصادی، منظم و کارآمد

  · در نظر گرفتن هر گونه تاثیری که طرح پیشنهادی ایجاد یک نیروگاه می تواند روی جاذبه های طبیعی حومه، روی گلها، حیوانات، خصوصیات منطقه، ساختمان ها و اشیایی که توجه خاصی به آنها ابراز می شود داشته باشد.

عمل به این دو وظیفه کار بسیار دشواری است. CEGB مجبور است که به یک قضاوت عادلانه برای هر توسعه دست یابد.

   برنامه ریزی برای یک نیروگاه ارزیابی های مختلفی را از نظر فنی، اقتصادی و فاکتورهای اجتماعی در هر زمان ایجاب می کند. CEGB بایستی صورت وضعیتی از هزینه ها و درآمدها که در طول عمر نیروگاه پیش خواهد آمد تهیه کند. در یک ارزیابی منصفانه این فاکتورها به صورت کمی در میآیند و به قیمت روز محاسبه می شوند تا مقایسه ای با قیمتی که بر روی منابع طبيعی گذاشته میشود ،که همۀ جنبه های آسایشی و تفریحی را در بر می گیرد، بعمل آید. اما از آنجا که هیچکس نمی تواند راهی برای قیمت گذاری روی اینگونه عوامل کیفی مانند زیبایی طبیعی و آسایش پیدا کند، درنهایت قضاوت های موردی باید در اینگونه موارد انجام شود. CEGB روشهایی برای جستجوی محل و تثبیت آن تنظیم کرده که در آن از تجربیات گذشته و تکنیکهای جدید بهترین استفاده را می نماید. این روش ها شامل جمع آوری اطلاعات از مجامع محلی و ملی می شود و فرصتی است برای اینکه نظرات مردم در نظر گرفته شود. بدنبال این مشاوره های اولیه، مقررات و دستور العمل هایی که برای اخذ رضایت نامه بایستی مراعات گردند این اطمینان خاطر را بوجود میآورند که نظرات متخصصین و مردم عمومی به اندازۀ کافی در مورد تاسیس نیروگاه امتحان شده اند.

         

  5- انتخاب محل نیروگاه

   بعد از بررسی های شرح داده شده، بعضی از سایت ها براساس شرایط زیست محیطی و فنی، ممکن است غیر مناسب تشخیص داده شوند و لذا کنار گذاشته می شوند. سایت هایی که قابل قبول هستند اما در مالکیت CEGB نمی باشند، برای توسعۀ فوری یا توسعه های آتی، ممکن است خریداری شوند. البته، اگر سایتی برای استفاده کردن در دسترس باشد، ممکن است CEGB تصمیم بگیرد که خریداری کردن آن را تا زمانیکه توسعه لازم شود به تاخیر بیاندازد.

  وقتی که بررسی های دقیق، کامل شد، هزینۀ کل ساخت و هزینۀ عملیاتی یک واحد نمونه به اندازۀ معین و همچنین سایت هایی که از نظر نکات تکنیکی و اقتصادی از یکطرف و از نظر تاثیر روی محیط از طرف دیگر بهترین حالت را داشته باشند به مسئولین اجرائی CEGB پیشنهاد می شوند. سایت هایی که برای توسعه دادن مناسب تشخیص داده می شوند اما نیاز به آنها فوریت ندارد به عنوان سایت های احتمالی که در آینده مورد بازبینی واقع خواهند شد در نوبت گذاشته می شوند.

 

    ب- انرژي هاي نو

   پیشرفت علم و فن آوری علاوه بر دستاوردهاي فراوان برای آسایش و رفاه بشر، همواره مشکلات تازه ای را به همراه داشته است که به عنوان مثال آلودگی های زیست محیطی ناشی از سوخت های فسیلی از آن جمله است. به عبارت دیگر از یک طرف در نتیجه سوختن مواد فسیلی گازهای سمی وارد هوا میشود و تنفس انسان را مشکل می کند و محیط زیست را آلوده می سازد و از طرفی دیگر تراکم این گازها در جو زمین مانع خروج گرما، از اطراف زمین می شود و باعث افزایش دمای هوا و تغییرات گسترده آب و هوایی در زمین می گردد که اثر گلخانه ای نامیده می شود. چنانچه افزایش دمای هوا مطابق روند فعلی ادامه یابد، بازگرداندن آن به وضعیت سابق تقریباً غیر ممکن خواهد بود. بهترین راه حلی که اکثر دانشمندان پیشنهاد کرده اند، متوقف کردن روند رو به رشد این گازهای مضر است.

   متخصصان بر این باورند که با استفاده از انرژی های پاک نظیر انرژی خورشیدی، بادی، زمین گرمایی، امواج و ... بجای انرژی های حاصل از سوخت های فسیلی از آلودگی های زیست محیطی و خطرات مرتبط با آن جلوگيری خواهد شد. با توجه به موارد یاد شده، وزارت نیرو فعالیت هایي را برای استفاده از انرژی های نو از سال 1374 آغاز نمود و این فعالیت ها در سازمان انرژی های نو ایران (سانا) متمرکز گردیده است.

         

   - انرژي خورشيدي

   خورشید نه تنها خود منبع عظیم انرژِی است، بلکه سرآغاز حیات و منشا تمام انرژی های دیگر است. طبق برآوردهای علمی در حدود 6000 میلیون سال از تولید این گوی آتشین می گذرد و در هر ثانیه 2/4 میلیون تن از جرم خورشید به انرژی تبدیل می شود. با توجه به وزن خورشید که حدود 333 هزار برابر وزن زمین است، این کره نورانی را می توان به عنوان منبع عظیم انرژی تا 5 میلیارد سال آینده به حساب آورد. میزان دما در مرکز خورشید حدود 10 تا 14 میلیون درجه سانتیگراد می باشد که از طرح آن با حرارتی نزدیک به 5600 درجه و به صورت امواج الکترو مغناطیسی در فضا منتشر می شود. جالب است بدانید که سوخت های فسیلی ذخیره شده در اعماق زمین، انرژی های باد و آبشار و امواج دریاها و بسیاری موارد دیگر نتيجه مقدار انرژی دریافتی زمین از خورشید می باشد.

   شناخت انرژی خورشید و استفاده از آن برای منظور های مختلف به زمان ماقبل تاریخ باز می گردد. شاید به دوران سفالگری، در آن هنگام روحانیون معابد به کمک جامهای بزرگ طلایی صیقل داده شده و اشعه خورشید، آتشدان های محراب ها را روشن می کردند. یکی از فراعنه مصر معبدی ساخته بود که با طلوع خورشید درب آن باز و با غرب خورشید درب بسته می شد. ولی مهمترین روایتی که درباره استفاده از خورشید بیان شده داستان ارشمیدس دانشمند و مخترع بزرگ یونان قدیم می باشد که ناوگان روم را با استفاده از انرژی حرارتی خورشید به آتش کشید. گفته میشود که ارشمیدس با نصب تعداد زیادی آئینه های کوچک مربعی شکل در کنار یکدیگر که روی یک پایه متحرک قرار داشته است اشعه خورشید را از راه دور روی کشتی های رومیان متمرکز ساخته و به این ترتیب آنها را به آتش کشیده بود. در ایران نیز معماری سنتی ایرانیان باستان نشان دهنده توجه خاص آنان در استفاده صحیح و موثر از انرژی خورشید در زمان های قدیم بود است.

  با وجود آنکه انرژی خورشید و مزایای آن در قرون گذشته به خوبی شناخته شده بود ولی بالا بودن هزینه اولیه چنین سیستمهایی از یک طرف و عرضه نفت و گاز ارزان از طرف دیگر سد راه پیشرفته این سیستمها شده بود. تا اینکه افزایش قیمت نفت در سال 1973 باعث شد که کشورهای پیشرفته صنعتی مجبور شدند به مسئله تولید انرژی از راه های دیگر (غیر از استفاده سوخت های فسیلی) توجه جدی تری نمایند.

 

     -  کاربردهای انرژی خورشید

   در عصر حاضر از انرژی خورشیدی توسط سیستمهای مختلف و برای مقاصد متفاوت استفاده و بهره گیری میشود که عبارتند از:

  1- استفاده از انرژی حرارتی خورشید برای مصارف خانگی، صنعتی و نیروگاهی

  2- تبدیل مستقیم پرتو های خورشید به الکتریسیته بوسیله تجهیزاتی به نام فتوولتائیک.

 

   - مزایای نیروگاههای خورشیدي

   نیروگاههای خورشیدی که انرژی خورشید را به برق تبدیل می کنند امید است در آینده با مزایای قاطعی که در برابر نیروگاههای فسیلی و اتمی دارند به خصوص اینکه سازگار با محیط زیست می باشند، مشکل برق بخصوص در دوران اتمام ذخایر نفت و گاز را حل نمایند. تاسیس و بکارگیری نیروگاههای خورشیدی آینده ای پرثمر و زمینه ای گسترده را برای کمک به خودکفایی و قطع وابستگی کشور به صادرات نفت فراهم خواهد کرد. اکنون شایسته است که به ذکر چند مورد از مزایای این نیروگاه ها بپردازیم:

  الف) تولید برق بدون مصرف سوخت

  نیروگاههای خورشیدی نیاز به سوخت ندارند و برخلاف نیروگاههای فسیلی که قیمت برق تولیدی آنها تابع قیمت نفت بوده و همیشه در حال تغییر می باشد، در نیروگاههای خورشیدی این نوسان وجود نداشته و می توان بهای برق مصرفی را برای مدت طولانی ثابت نگهداشت.

  ب) عدم احتیاج به آب زیاد

  نیروگاههای خورشیدی بخصوص دودكش های خورشیدی با هوای گرم احتیاج به آب ندارند لذا برای مناطق خشک مثل ایران بسیار حائز اهمیت می باشند. (نیروگاههای حرارتی سنتی هنگام فعالیت نیاز به آب مصرفی زیادی دارند)

  پ) عدم آلودگی محیط زیست

  نیروگاههای خورشیدی ضمن تولید برق هیچگونه آلودگی در هوا نداشته و مواد سمی و مضر تولید نمی کنند در صورتیکه نیروگاههای فسیلی هوا و محیط اطراف خود را با مصرف نفت، گاز و یا ذغال سنگ آلوده کرده و نیروگاههای اتمی با تولید زباله های هسته ای خود ،که بسیار خطرناک و رادیو اکتیو هستند، محیط زندگی را آلوده و مشکلات عظیمی را برای ساکنین کره زمین بوجود می آورند.

  ت) امکان تامین شبکه های کوچک و ناحیه ای

  نیروگاههای خورشیدی می توانند با تولید برق به شبکه سراسری برق نیرو برسانند و در عین امکان تامین شبکه های کوچک و ناحیه ای، احتیاج به تاسیس خطوط فشار قوی طولانی جهت انتقال برق ندارند و نیاز به هزینه زیاد احداث شبکه های انتقال نمی باشد.

  ث) استهلاک کم و عمر زیاد

  نیروگاههای خورشیدی به دلایل فنی و نداشتن استهلاک زیاد دارای عمر طولانی می باشند در حالی که عمر نیروگاههای فسیلی بین 15 تا 30 سال محاسبه شده است.

  ج) عدم احتیاج به متخصص

  نیروگاههای خورشیدی احتیاج به متخصص عالی ندارند و می توان آنها را بطور اتوماتیک بکار انداخت، در صورتیکه در نیروگاههای اتمی وجود متخصصین در سطح عالی ضروری بوده و این دستگاهها احتیاج به مراقبتهای دائمی و ویژه دارند.

 

   - کاربردهای غیر نیرو گاهی از انرژی حرارتی خورشید

  کاربرد های غیر نیرو گاهی از انرژی حرارتی خورشید شامل موارد متعددی میباشد که اهم آنها عبارتند از: آبگرمکن و حمام خورشید – سرمایش و گرمایش خورشیدی – آب شیرین کن خورشیدی – خشک کن خورشید – اجاق خورشیدی – کوره های خورشیدی و خانه های خورشیدی 

  الف – آبگرمکن خورشید و حمام خورشیدی

 تولید آب گرم مصرفی ساختمان ها اقتصادی ترین روشهای استفاده از انرژی خورشیدی است. می توان از انرژی حرارتی خورشید جهت تهیه آب گرم بهداشتی در منازل و اماکن عمومی به خصوص در مکانهایی که مشکل سوخت رسانی وجود دارد استفاده کرد. چنانچه ظرفیت این سیستمها افزایش یابد می توان از آنها در حمام های خورشیدی نیز استفاده نمود. تاکنون با توجه به موقعیت جغرافیایی ایران تعداد زیادی آب گرمکن خورشیدی و چندین دستگاه حمام خورشیدی در نقاط مختلف کشور از جمله خراسان – سیستان بلوچستان و یزد نصب و راه اندازی شده است.

  ب – گرمايش و سرمایش ساختمان و تهویه مطبوع خورشیدی

  گرمایش و سرمایش ساختمان ها با استفاده از انرژی خورشید، ایده تازه ای بود که در سال 1930 مطرح شد و در کمتر از یک دهه به پیشرفتهای قابل توجهی رسید. با افزودن سیستمی معروف به سیستم تبرید جذبی به سیستمهای خورشیدی می توان علاوه بر تهیه آب گرم مصرفی و گرمایش از این سیستم ها در فصول گرم برای سرمایش ساختمان نیز استفاده کرد.

  پ – آب شیرین کن خورشیدی

  هنگامی که حرارت دریافت شده از خورشید با درجه حرارت کم روی آب شور اثر کند تنها آب تبخیر شده و املاح باقی می ماند. سپس با استفاده از روشهای مختلف می توان آب تبخیر شده را تقطیر کرده و به این ترتیب آب شیرین تهیه کرد. با این روش می توان آب بهداشتی مورد نیاز در نقاطی که دسترسی به آب شیرین ندارند مانند جزایر را تامین کرد. آب شیرین خورشیدی در دو اندازه خانگی و صنعتی ساخته می شوند. در نوع صنعتی با حجم بالا، می توان برای استفاده شهرها، آب شیرین تولید کرد.

  ت – خشک کن خورشیدی

  خشک کن مواد غذایی برای نگهداری آنها از زمانهای بسیار قدیم مرسوم بوده و انسانهای نخستین خشک کردن را یک هنر می دانستند. خشک کردن عبارت است از گرفتن قسمتی از آب موجود در مواد غذایی و بسیاري محصولات که باعث افزایش عمر انباری و جلوگيری از رشد باکتریها می باشد. در خشک کن های خورشیدی بطور مستقیم و یا غیر مستقیم از انرژی خورشیدی جهت خشک نمودن مواد استفاده می شوند و هوا نیز به صورت طبیعی یا اجباری جریان یافته و باعث تسریع عمل خشک شدن محصول میگردد. خشک کن های خورشیدی در اندازه ها و طرحهای مختلف و برای محصولات و مصارف گوناگون طراحی و ساخته می شوند.

  ث – اجاق های خورشیدی

  دستگاههای خوراک پز خورشیدی اولین بار بوسیله شخصی بنام "نیکلاس" ساخته شد. اجاق او شامل یک جعبه عایق بندی شده با صفحه سیاه رنگی بود که قطعات شیشه ای در پوش آنرا تشکیل میداد. اشعه خورشید با عبور از میان این شیشه ها وارد جعبه شده و بوسیله سطح سیاه جذب میشد سپس درجه حرارت داخل جعبه را به 88 درجه افزایش می داد. اصول کار اجاق خورشیدی جمع آوری پرتو های مستقیم خورشید در یک نقطه کانونی و افزایش دما در آن نقطه می باشد. امروزه طرحهای متنوعی از این سیستم ها وجود دارد که این طرحها در مکانهای مختلفی از جمله آفریقای جنوبی آزمایش شده و به نتایج خوبی نیز رسیده اند. استفاده از این اجاقها به ویژه در مناطق شرقی کشور ایران که با مشکل کمبود سوخت مواجه می باشند بسیار مفید خواهد بود.

  ج – کوره خورشیدی

  در قرن هجدهم "نوتورا" اولین کوره خورشیدی را در فرانسه ساخت و بوسیله آن یک تل چوبی را در فاصله 60 متری آتش زد. "بسمر" پدر فولاد جهان نیز حرارت مورد نیاز کوره خود را از انرژی خورشیدی تامین می کرد. متداولترین سیستم یک کوره خورشیدی متشکل از دو آینه، یکی تخت و دیگری کروی می باشد. نور خورشید به آینه تخت رسیده و توسط این آینه به آینه کروی باز تابیده می شود. طبق قوانین اُپتیک هر گاه دسته پرتوی موازی محور آینه با آن برخورد نماید در محل کانون متمرکز می شوند به این ترتیب انرژی حرارتی گسترده خورشید در یک نقطه جمع می شود که این نقطه به دماهای بالایی می رسد. امروزه پروژه های متعددی در زمینه کوره های خورشید در سراسر جهان در حال طراحی و اجرا می باشد.

  چ – خانه های خورشیدی

  ایرانیان باستان از انرژی خورشیدی برای کاهش مصرف چوب در گرم کردن خانه های خود در زمستان استفاده می کردند. آنان ساختمان ها را به ترتیبی بنا می کردند که در زمستان نور خورشید به داخل اتاقهای نشیمن می تابید ولی در روزهای گرم تابستان فضای اتاق در سایه قرار داشت. در اغلب فرهنگ های دیگر دنیا نیز می توان نمونه هایی از این قبیل طرحها را مشاهده نمود. در سالهای بین دو جنگ جهانی در اروپا و ایالات متحده طرحهای فراوانی در زمینه خانه های خورشیدی مطرح و آزمایش شد. از آن زمان به بعد تحول خاصی در این زمینه صورت نگرفت. حدود چند سالی است که معماران بطور جدی ساخت خانه های خورشید را آغاز کرده اند و به دنبال تحول و پیشرفت این تکنولوژی به نتایج مفیدی نیز دست یافته اند مثلاً در ایالات متحده در سال 1890 به تنهایی حدود 10 تا 20 هزار خانه خورشیدی ساخته شده است. در این گونه خانه ها سعی می شود از انرژی خورشید برای روشنایی – تهیه آب گرم بهداشتی – سرمایش و گرمایش ساختمان استفاده شود و با بکار بردن مصالح ساختمانی مفید از اتلاف گرما و انرژی جلوگیری شود. در ایران نیز پروژه ساخت اولین ساختمان خورشیدی واقع در ضلع شمالی دانشگاه علم و صنعت و به منظور مطالعه و پژوهش در خصوص بهینه سازی مصرف انرژی و امکان بررسی روشهای استفاده از انواع انرژی های تجدید پذیر به ویژه انرژی خورشیدی اجرا گردیده است.

 

   - انرژی باد

  انرژی باد نظیر سایر منابع انرژی تجدید پذیر از نظر جغرافیایی گسترده و در عین حال به صورت پراکنده و غیر متمرکز و تقریباً همیشه در دسترس می باشد. انرژی باد طبیعتی نوسانی و متناوب داشته و وزش دائمی ندارد. هزاران سال است که انسان با استفاده از آسیاب های بادی، تنها جزء بسیار کوچکی از آن را استفاده می کند. این انرژی تا پیش از انقلاب صنعتی به عنوان یک منبع انرژی، به طور گسترده ای مورد بهره برداری قرار می گرفت. ولی در دوران انقلاب صنعتی، استفاده از سوخت های فسیلی به دلیل ارزانی و قابلیت اطمینان بالا، جایگزین انرژی باد شد. در این دوره، توربین های بادی قدیمی دیگر از نظر اقتصادی قابل رقابت با بازار انرژی های نفت و گاز نبودند. تا اینکه در سالهای 1973 و 1978 دو شوک بزرگ نفتی، ضربه بزرگی به اقتصاد انرژی های حاصل از نفت گاز وارد آورد. به این ترتیب هزینه انرژی تولید شده بوسیله توربین های بادی، در مقایسه با نرخ جهانی قیمت انرژی بهبود یافت. پس از آن مراکز و موسسات تحقیقاتی و آزمایشگاهی متعددی در سراسر دنیا به بررسی تکنولوژیهای مختلف جهت استفاده از انرژی باد به عنوان یک منبع بزرگ انرژی پرداختند. بعلاوه این بحران باعث ایجاد تمایلات جدیدی در زمینه کاربرد تکنولوژی انرژی باد جهت تولید برق متصل به شبکه، پمپاژ آب و تامین انرژی الکتریکی نواحی دور افتاده شد. همچنین در سالهای اخیر، مشکلات زیست محیطی و مسایل مربوط به تغییر آب و هوای گره زمین بعلت استفاده از منابع انرژی فسیلی بر شدت این تمایلات افزوده است. از سال 1975 پیشرفتهای شگرفی در زمینه توربین های بادی در جهت تولید برق به عمل آمده است. در سال 1980 اولین توربین برق بادی متصل به شبکه سراسری نصب گردید. بعد از مدت کوتاهی اولین مزرعه برق بادی چند مگا واتی در آمریکا نصب و به بهره برداری رسید.   

  در پایان سال 1990 ظرفیت توربین های برق بادی متصل به شبکه در جهان MW 200 رسید که توانایی تولید سالانه Gwh 3200 برق را داشته که تقریباً تمام این تولید مربوط به ایالت کالیفرنیا آمریکا و کشور دانمارک بود. امروزه کشورهای دیگر نظیر هلند، آلمان، بریتانیا، ایتالیا و هندوستان برنامه های ملی و ویژه ای را در جهت توسعه و عرضه تجاری انرژی باد آغاز کرده اند. در طی دهه گذشته، هزینه تولید انرژی به کمک توربین های بادی بطور قابل ملاحظه ای کاهش یافته است. در حال حاضر توربین های بادی از کارآیی و قابلیت اطمینان بیشتری در مقایسه با 15 سال پیش برخوردارند. با این همه استفاده وسیع از سیستم های مبدل انرژی باد (WECS) هنوز آغاز نگردیده است. در مباحث مربوط به انرژی باد، بیشتر تاکیدات بر توربین های بادی مولد برق جهت اتصال به شبکه است زیرا این نوع از کاربرد انرژی باد می تواند سهم مهمی در تامین برق مصرفی جهان داشته باشد. براساس برنامه سیاستهای جاری (CP)، تخمین زده می شود که سهم انرژی باد در تامین انرژی جهان در سال 2020 تقریباً برابر با Twh 375 در سال خواهد بود. این میزان انرژی با استفاده از توربین های بادی، به ظرفیت مجموع GW 180 تولید خواهد گردید.

  اما در قالب برنامه ضرورتهای زیست محیطی (ED) سهم این انرژی در سال 2020 بالغ بر Twh 970 در سال خواهد بود که با استفاده از توربین های بادی به ظرفیت مجموعه GW 470 تولید خواهد شد. بطور کلی با استفاده از انرژی باد، به عنوان یک منبع انرژی در درازمدت می توان دو برابر مصرف انرژی الکتریکی فعلی جهان را تامین کرد.

 

   -انواع کاربرد توربین های بادی

   الف: کاربردهای غیر نیرو گاهی

  الف – 1) پمپ های بادی آبکش

  یکی از کاربردهای مهم غیر نیرو گاهی انرژی باد، پمپاژ آب می باشد. پس از دوران استفاده وسیع از پمپ های بادی در قرن گذشته و نیمه اول این قرن، با افزایش کاربرد برق به عنوان انرژی برتر در طی دهه های 1950 و 1960 و جایگزینی روز افزون پمپ های الکترو موتوری به جای پمپ های بادی، هنوز پمپ هاي بادي عمدتاً در چین، آفریقای جنوبی، آرژانتین و ایالت متحده آمریکا به فروش میرسند. پمپ های بادی بهره برداری شده، عمدتاً از نوع توربین های بادی پرپره کلاسیک می باشند که تکنولوژی در این زمینه، در طی 15 سال گذشته بطور مداوم بهبود یافته است. امروزه بطور کلی موارد استفاده از توربین های بادی جهت پمپاژ عبارتند از:

  1-   تامین آب آشامیدنی حیوانات در مناطق دور افتاده

  2-   آبیاری در مقیاس کم

  3-   آبکشی از عمق کم جهت پرورش آبزیان

  4-   تامین آب مصرفی خانگی

   الف – 2) کاربرد توربین های کوچک به عنوان تولید کننده برق

1- اصلی ترین کاربردهای غیر نیرو گاهی توربین های برق بادی، تامین برق جزیره های مصرف میباشد. یک جزیره مصرف محل یا منطقه ای است که تامین مصرف آن از طریق شبکه سراسری برق بسیار مشکل و غیر منطقی می باشد. تا چند سال پیش تامین برق این مناطق که تعدادشان کم نیست بسیار سخت و از طریق مولدها کوچک دیزلی تامین میشد. امروزه از توربین های بادی کوچک تا قدرت 10 کیلو وات برای تامین برق مورد نیاز این مناطق استفاده می شود. یک توربین بادی در مقیاس کوچک با نصب بسیار آسان و سریع حتی بر روی قایق ها و اتوبوس ها بدون هیچگونه هزینه ای، برق مورد نیاز این مناطق را تامین می کند و قیمت این توربین ها نسبت به مجموع قیمت موتور برق و هزینه سوخت آن اقتصادی نیز می باشد. این توربین ها معمولاً به همراه باتری های ذخیره کننده انرژی بکار برده می شوند و می توانند با سیار منابع مانند فتوولتائیک یا ژنراتور های دیزلی به صورت ترکیبی مورد بهره برداری قرار گیرند. 

   الف – 3) شارژ باتری

  برای این کار بیشتر از توربین های بادی با قیمت ارزان و متوسط که روتورهایی با قطر 3 متر دارند استفاده می شود این نوع بهره برداری عموماً توربین های بادی کوچک جهت مصارف خانگی را شامل می شوند. نمونه کاربرد چنین توربین هایی شامل تامین انرژی دستگاههای کمک ناوبری دریایی و مخابرات میشود.

 

   ب: کاربردهای نیرو گاهی

  کاربردهای نیرو گاهی توربین های برق بادی شامل کاربردهای متصل به شبکه برق رسانی است که به شرح زیر می باشند:

   ب-1) توربین های بادی منفرد:

  از این توربین ها جهت تامین بارهای الکتریکی از نوع مسکونی، تجاری، صنعتی یا کشاورزی استفاده می شود. بار مصرفی در مجاورت توربین قرار داشته و بار مصرفی به شبکه نیز متصل است. اکثراً این توربین ها در نزدیکی کشترازها یا گروهی از منازل قرار داده میشود. عموماً اندازه این توربین ها بین 10-100 کیلو وات است.

   ب-2) مزارع بادی:

  این کاربرد معمولاً چندین توربین بادی متمرکز را شامل می شود و بمنظور تامین انرژی که از طریق شبکه توزیع میشود طراحی شده و این موضوع در مقابل توربین های بادی منفرد مورد قبل که بمنظور تامین انرژی مصرفی بار الکتریکی در محل طراحی می گردد، مطرح است. اندازه های معمولی این توربین های بادی بین 50-500 کیلووات است. سیاست های ملی تولید انرژی، تعیین کننده بازار پراکنده توربین های متصل به شبکه است. مثلاً در آمریکا، دانمارک هلند و آلمان به افراد اجازه داده شده که توربین های بادی در تملک خود را به شبکه وصل نموده و تولید اضافی خود را به سازمان برق محلی بفروشند. امروزه هدف اصلی محققین، حرکت به سمت راه اندازی واحدهای بزرگتر مزارع برق بادی می باشد.

  در کشور ما دفتر باد و امواج سازمان انرژی های نو ایران (سانا) بمنظور توسعه، ترویج، برنامه ریزی، نظارت و مدیریت اجرای طرحها و بهره برداری از انرژی بادی، اقدام به مدیریت ساخت، نصب و خرید توربین های برق بادی به شرح ذیل نموده است:

  1- مدیریت طراحی، ساخت و نصب توربین های بادی 600 کیلووات منجیل و 10 کیلووات تبریز

  2- مدیریت و بهره برداری دو واحد توربین بادی 130 کیلووات دیزآباد استان خراسان

  3- پروژه احداث مزرعه بادی 60 مگاوات منجیل با "وام ینی" ژاپنی

  4- پروژه احداث مزرعه بادی 25 مگاوات منجیل با همکاری سامان جهانی GEF و بانک جهانی

  همچنین اهداف سازمان انرژی های نو ایران در این راستا عبارتند از:

  الف) انجام مطالعات در زمینه انرژی باد

  ب) تحقیق و توسعه تکنولوژی در زمینه انرژی باد

  ج) آموزش افراد متخصص و انتشار کتب و مقالات در زمینه تخصصی انرژی باد

  د) طراحی، مشاوره، ساخت و اجرای سیستم های نمونه

 

 (منابع: 1-تجربيات نيروگاه هاي پيشرفته – ترجمه: علي اكبر گل نشان – مديريت و هماهنگي مترجمين و ويراستاران: احد كاظمي  -2- از انرژي هاي نو چه مي دانيد؟  - ناشر: سازمان انرژي هاي نو ايران (سانا))

برو به بالاي صفحه