صفحه اصلي > پارسی > شاخه‌های آموزشی > انرژی‌های نو       
شنبه ٢٧ مهر ١٣٩٨
 

 انرژی‌های نو

انرژی‌های تجدیدپذیر
گسترش روزافزون نیاز به انرژی، محدودیت منابع فسیلی، گرم شدن هوا و بسیاری از عوامل دیگر موجب توجه جدی کشورها به استفاده از انرژی‌های نو شده است. منابع انرژی در جهان به دو دسته اصلی انرژی‌های تجدید ناپذیر و انرژی‌های تجدیدپذیر تقسیم می‌شوند.
انرژی‌های تجدیدناپذیر: منابع هیدروكربنی زنده مانند گیاهان و غیر زنده مانند مواد معدنی از جمله زغال سنگ، نفت، گاز و ... كه به سوخت‌های فسیلی معروفند .
انرژی‌های تجدیدپذیر: انرژی خورشید، باد، انرژی زمین گرمایی، انرژی هیدروژنی و پیل‌های سوختی، بیوگاز، امواج و ... كه در منابع مختلف تحت عنوان انرژی‌های نو از آن‌ها یاد می‌شود.


انرژی باد
انرژی باد نظیر سایر منابع انرژی تجدیدپذیر از نظر جغرافیایی گسترده و در عین حال به صورت پراكنده و غیر متمركز محسوب می‌شود که تقریبا همیشه در دسترس است. در توربین‌های بادی، انرژی جنبشی باد به انرژی مکانیکی و سپس به انرژی الکتریکی تبدیل می‌گردد.

 

انرژی باد.
 


3 نوع توربین بادی وجود دارد:
•    توربین‌های بادی کوچک: از توربین‌های بادی کوچک جهت تامین برق مناطقی که تامین برق از طریق شبکه سراسری مشکل می‌باشد استفاده می‌شود.
•    توربین‌های بادی متوسط: از این توربین‌ها جهت تامین مصارف مسکونی، تجاری، صنعتی و کشاورزی استفاده می‌شود.
•    توربین‌های بادی بزرگ (مزارع بادی): این نوع توربین‌ها معمولا شامل چند توربین بادی متمرکز با توان تولیدی 250 کیلووات به بالا می‌باشند که به صورت متصل به شبکه و یا جدا از شبکه طراحی می‌گردند.


انرژی زمین گرمایی
مركز زمین (به عمق تقریبی 6400 كیلومتر) که در حدود 4000 درجه سانتی‌گراد حرارت دارد، به عنوان یك منبع حرارتی عمل نموده و موجب تشكیل و پیدایش مواد مذاب با درجه حرارت 650 تا 1200 درجه سانتی‌گراد در اعماق 80 تا 100 كیلومتری از سطح زمین می‌گردد. طبق محاسبه‌ها، مشخص شده است كه انرژی حرارتی ذخیره شده در 11 كیلومتر فوقانی پوسته زمین معادل پنجاه هزار برابر كل انرژی به دست آمده از منابع نفت و گاز شناخته شده امروز جهان است. البته عمق مخزن زمین گرمایی نباید بیش از سه هزار متر باشد زیرا بهره‌برداری از انرژی آن با فناوری كنونی بشر توجیه اقتصادی ندارد. با افزایش عمق زمین درجه حرارت افزایش می‌یابد. این افزایش حرارت را شیب حرارتی می‌نامند. تمام منابع انرژی زمین گرمایی در نقاطی واقع شده‌اند كه از شیب حرارتی بالایی برخوردارند. بنابراین انرژی زمین گرمایی، همان انرژی حرارتی قابل استخراج از پوسته جامد زمین است که می‌توان با استفاده از تجهیزات مناسب به انرژی الکتریکی تبدیل نمود. انرژی زمین گرمایی بر خلاف سایر انرژی‌های تجدیدپذیر منشا یک انرژی پایدار با دسترسی بالا است که بطور شبانه روزی در طول سال قابل بهره‌برداری است.

انرژی زمین گرمایی.

 

انرژی امواج
دریاها و اقیانوس‌ها با عوامل مختلف فیزیكی، انرژی را دریافت و ذخیره نموده و سپس آن را از دست می‌دهند. این انرژی به صورت موج، جزر و مد و اختلاف درجه حرارت آب است كه می‌توان از هر یك از آنها بهره‌برداری كرد. در اثر انتقال انرژی مكانیكی باد به دریا امواج به وجود می‌آیند. میزان انتقال این انرژی بستگی به سرعت باد و مسافتی كه باد در طول دریا طی كرده دارد. امواج به خاطر جرم آبی كه نسبت به سطح متوسط دریا جابه‌جا شده، انرژی پتانسیل و به خاطر سرعت ذرات آب، انرژی جنبشی را با خود حمل می‌كنند که می‌توان با استفاده از تجهیزات مناسب به انرژی الکتریکی تبدیل نمود. انرژی امواج موجود در مناطق ساحلی در حدود 2 تا 3 میلیون مگاوات برآورد می‌شود. موج‌های بزرگ در آب‌های عمیق انرژی خود را آهسته از دست می‌دهند در نتیجه سیستم‌های امواج بسیار پیچیده هستند و اغلب از بادهای محلی و طوفان‌هایی كه روزها قبل در دوردست اتفاق افتاده‌اند سرچشمه می‌گیرند.

 

انرژی امواج.

 

انرژی بیوگاز
به مجموعه گازهایی كه در اثر تخمیر مواد آلی (فضولات انسانی، حیوانی و گیاهی) در یك دامنه دمای معین در نتیجه فقدان اكسیژن و فعالیت باكتری‌های غیرهوازی خصوصا باكتری‌های متان‌زا در محفظه تخمیر تولید می‌شود، بیوگاز گفته می‌شود. این گاز به صورت طبیعی در باتلاق‌ها و مرداب‌ها و یا مكان‌های دفع زباله‌های شهری مشاهده می‌شود و نوعی از سوخت نیز به حساب می‌آید که دارای 60 درصد متان و 30 درصد دی‌اكسیدكربن و 10 درصد مخلوطی از هیدروژن، اكسیژن و منواكسیدكربن است ولی تركیب اصلی بیوگاز، گاز متان است كه این گاز در زمره گازهای قابل اشتغال محسوب می‌شود. متان، گازی است بی‌رنگ و بی‌بو كه اگر یك فوت مكعب آن بسوزد، 250 كیلوكالری انرژی حرارتی تولید می‌شود.

 

انرژی بیوگاز.

 

انرژی هیدروژنی و پیل سوختی
هیدروژن یكی از عناصری است كه در سطح زمین به وفور یافت می‌شود. این عنصر در طبیعت به صورت خالص وجود ندارد ولی می‌توان آن را به روش‌های مختلف از سایر عناصر بدست آورد. هیدروژن عمده‌ترین گزینه مطرح به‌عنوان حامل جدید انرژی است. این ماده در مقایسه با سایر سوخت‌ها می‌تواند با بازدهی بالاتر و احتراق بسیار پاك به سایر اشكال انرژی تبدیل شود. هیدروژن را می‌توان با استفاده از انواع منابع انرژی اولیه تولید کرد و در تمام موارد و کاربردهای سوخت‌های فسیلی مورد استفاده قرار داد. سیستم انرژی هیدروژنی بدلیل استقلال از منابع اولیه انرژی، سیستمی دائمی، پایدار، فنا ناپذیر، فراگیر و تجدیدپذیر می‌باشد. انرژی هیدروژنی در یک سیستم تحت عنوان پیل سوختی به انرژی الکتریکی تبدیل می‌گردد.

 

انرژی هیدروژنی.

 

پیل‎‎‎‎‎‎‎‎‎های سوختی فناوری جدیدی برای تولید انرژی هستند که بدون ایجاد آلودگی‌های زیست محیطی و صوتی، از ترکیب مستقیم بین سوخت و اکسیدکننده، انرژی الکتریکی با بازدهی بالا تولید می‎‎‎‎کنند. تولید مستقیم الکتریسیته جایگزینی برای چرخه کارنو جهت تبدیل انرژی شیمیایی حاصل از سوخت به انرژی گرمایی و مکانیکی و در نهایت الکتریسیته می‎‎باشد که اتلاف انرژی را به حداقل ممکن می‌رساند و به بازدة تئوری دست پیدا می‌کنیم. در پیل‌های سوختی اکسید جامد سرامیکی (اکسید سرامیک) رسانای یون در الکترولیت است و از اهمیت بسزایی برخوردار است. این پیل در دمای بین ۶۰۰ تا ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد کار می‌کند و با بازده در حدود ۶۰ درصد، توان الکتریکی معادل ۱۰۰ مگاوات دارد. مزایای پیل‌های سوختی بطور کلی عبارت‌اند از:
انتقال گرما از پيل‌هاي دما پايين بسيار كم مي‌باشد لذا استفاده از آنها براي كاربردهاي نظامي مناسب می‌باشد. اين مولدها قابليت توليد همزمان برق و حرارت را دارند. اكثر پيل‌هاي سوختي در مقايسه با موتورهاي متداول بسيار بي‌صدا هستند.
برای تولید هیدروژن نیاز به تجزیه آب می‌باشد. در پیل‌سوختی از روش فوتوولتایی استفاده می‌شود که می‌توان از طریق تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی به تجزیه آب پرداخت. برای تجزیه آب به روش فوتوولتایی، ولتاژ تولید شده به آند و کاتد موجود در آب متصل می‌شود. در سیستم پیل‌سوختی پس از تجزیه آب به هیدروژن و اکسیژن، هیدروژن به عنوان سوخت در سمت آند و اکسیژن به عنوان اکسیدان در سمت کاتد ذخیره می‌گردد. گاز اکسیژن و هیدروژن ذخیره شده در محفظه‌ها برای فرایند تولید الکتریسیته به سمت کاتالیزور آند و کاتالیزور کاتد انتقال داده می‌شوند. هیدروژن در کاتالیزور آند پخش می‌شود که پس از آن به پروتون‌ها و الکترون‌ها تجزیه می‌گردد و پروتون‌ها از طریق غشا که عایق الکتریسیته است به سمت کاتد هدایت می‌شوند ولی الکترون‌ها به یک مدار خارجی فرستاده شده و بدین ترتیب جریان الکتریسیته لازم برای کارکرد ابزارهای الکتریکی فراهم می‌شود. در نهایت در سمت کاتالیزور کاتد، مولکول‌های اکسیژن با الکترون‌ها و پروتون‌ها واکنش داده و آب تولید می‌کنند.


انرژی خورشیدی
خورشید سرچشمه عظیم و بی‌کران انرژی است که می‌تواند به عنوان یک انرژی تمیز و قابل دسترس درهمه جا مورد استفاده قرار گیرد. اگر بتوان 10 درصد از انرژی خورشید که به زمین می‌رسد را مورد بهره‌برداری قرار داد، حدود 60 تراوات انرژی حاصل می‌شود. به همین دلیل در 15 سال گذشته تولید سلول خورشیدی هر ساله به طور متوسط 30 درصد رشد داشته است.
سلول‌های خورشیدی تجاری رایج از نسل اول سلول‌ها و بر پایه سلول سیلیکونی هستند. در این سلول‌ها، برای جلوگیری از بازترکیب الکترون-حفره از سیلیکون با خلوص بسیار بالا و عاری از نقص استفاده می‌شود، که این موضوع دلیل قیمت بالای سلول‌های خورشیدی تجاری و عدم استفاده فراگیر از آن در صنعت و مصارف خانگی است. در چند سال گذشته متوسط این قیمت حدود 7 دلار بر وات بوده است. برای رقابت با انرژی تولیدی از منابع فسیلی، قیمت فروش باید به 2 دلار بر وات (معادل قیمت تولید 0.5 دلار بر وات) کاهش یابد.
پیشرفت‌های چشمگیر در حوزه‌ی نانوفناوری به پیدایش نسل سوم سلول‌های خورشیدی منجر شده است. این دسته از سلول‌ها که سلول‌های خورشیدی نانوساختار نام دارند، به دلیل داشتن مزایایی از قبیل توانایی جذب بخش زیادی از طیف خورشید، انعطاف‌پذیری سلول، احتمال تولید آسان‌تر در سطوح گسترده، فراوانی مواد اولیه، ارزان‌تر بودن هزینه‌ی تولید و کمتر بودن آلودگی زیست محیطی در فرایند تولید، در دهه‌ی اخیر طیف گسترده‌ای از تحقیقات علمی را متوجه خود کرده‌اند. با این وجود، این نوع سلول‌ها هنوز به صورت تجاری و تولید انبوه وارد بازار نشده‌اند. بازدهی کم نسبت به سلول‌های خورشیدی سیلیکونی (در حدود 10 درصد)، و مشکلات فنی مانند تبخیر الکترولیت از جمله چالش‌‌هایی است که موضوع تحقیق به منظور جایگزینی سلول‌های نانوساختار به جای سلول‌های نسل اول می‌باشند. پیش‌بینی می‌شود که تولید تجاری سلول سیلیکونی تا سال 2020 متوقف و سلول‌های نسل دوم و سوم که در حال حاضر سهم بسیار کوچکی از بازار را در اختیار دارند، به طور انبوه تولید شوند.
با توجه به سرمایه‌گذاری‌های مادی و تحقیقاتی قابل توجه در زمینه نانو‌فناوری در کشور ایران، امکان فعالیت در زمینه‌ی سلول‌های خورشیدی نانوساختار و تولید تجاری این محصول فراهم شده است.

 

کیت آموزشی تبدیل انرژی‌های نو.

کل بازديدهاي سايت: 71648 | بازدیدهاي امروز سايت: 17 | کل بازدیدهاي این صفحه: 1549 | بازديدکنندگان آنلاين: 1 | زمان بارگذاري صفحه: 0.18
آدرس: بوشهر، خیابان خلیج فارس (ساحلی)، بعد از مجتمع فرهنگی هنری، پارک علمی کودک و نوجوان تلفن: 33333560 (077)
  نمابر: 33330136 (077)
همه حقوق متعلق به پارك علم و فناوری خليج فارس و شرکت پژوه‌ افزار لیان است. Copyright © Persian Gulf Science and Technology Park and Lianware Co. Ltd. All rights reserved.