انرژی های تجدید پذیر و نو
سال:1398 | دوره:6 | شماره:1 |تعداد مقالات:15

مقاله حاضر به ارایه روشی در سایزینگ سیستم ترکیبی باتری و PV متصل به شبکه برق با هدف تامین بار مصرفی هنگام پیک بار شبکه می پردازد. سیستم های PV و باتری که امروزه در بسیاری از بخش های خانگی، اداری و تجاری در سرتاسر دنیا مورد استفاده قرار می گیرند غالبا به شبکه برق سراسری متصل می باشند و سیستم PV و باتری به عنوان سیستم پشتیبان (Backup) در نظر گرفته می شود. مهم ترین کار کرد چنین سیستمی جدا از تامین برق به هنگام قطع شدن برق سراسری، به حداقل رساندن هزینه برق مصرفی از طریق کاهش مصرف برق در هنگام پیک بار شبکه است. در ابتدا بار مصرفی مورد نیاز بخش خانگی با استفاده از نرم افزار HOMER شبیه سازی شده است. بر اساس زمان پیک بار اعلام شده توسط شبکه سراسری برق ایران، میزان بار مصرفی در زمان پیک به دست آمده و بیشترین میزان برق مصرفی هنگام پیک در ماه های گوناگون برابر با ظرفیت سیستم PV و باتری در نظر گرفته شده است. از آنجا که برق تامین شده توسط این سیستم گران ترین نوع برق مصرفی است استفاده از سیستم PV و باتری توجیه پذیر می باشد.

توان باد یک پارامتر مهم برای برآورد پتانسیل یک مزرعه باد است و از آن برای مقایسه سایت های مختلف استفاده می شود. در این پژوهش برآورد توان انرژی باد در چهار منطقه مختلف ایران بررسی شده است. برای این منظور از اطلاعات باد شهرهای مایان، بردسیر، مورچه خورت و خاش که با فرکانس زمانی 10 دقیقه ای در مدت یک سال ثبت شده اند استفاده شده است. از روش های جبری و گرافیکی برای تخمین ثوابت وایبول استفاده شد که از آن های در تعیین توان باد در مناطق انتخاب شده، استفاده شده است. تابع وایبول استفاده شده در این پژوهش تابع دو متغیره است. پس از تعیین ثوابت وایبول به تعیین توان انرژی باد در این مناطق پرداخته شد. برای تخمین توان تولیدی از شش نوع توربین با توان و ارتفاع هاب متفاوت استفاده شد. نتایج نشان داد که در مناطق بررسی شده با نسب توربین های بادی با توان های متغییر که نیاز به سرعت پایین باد برای راه اندازی دارند می توان به تولید توان پرداخت که از بین مناطق انتخابی ایستگاه مایان مستعدترین نقطه برای نصب و راه اندازی مزرعه بادی است.

انتخاب نوع انرژی برای تولید برق و توان به سیاست های مربوط به هر کشور وابسته است. به دلیل تصویب قوانین سختگیرانه زیست محیطی و همچنین بحران های انرژی، اخیرا توسعه انرژی های تجدیدپذیر در کشورهای به ویژه صنعتی از اهمیت بالایی برخوردار شده است. ایران یکی از بزرگترین تولیدکنندگان و صادرکنندگان نفت و گاز طبیعی در جهان است. به همین دلیل توسعه انرژی های تجدیدپذیر در ایران طی دهه های گذشته زیاد مورد توجه قرار نگرفته است. اگرچه تحقیقات متعددی توسط محققان ایرانی برای بررسی وضعیت فعلی و چشم انداز انرژی های تجدیدپذیر انجام شده است، اما اطلاعات بسیار کمی درباره مشکلات و محدودیت های پیش روی توسعه انرژی های تجدیدپذیر در ایران وجود دارد. هدف اصلی این پژوهش علاوه بر گزارش پتانسیل تولید انواع انرژی های تجدیدپذیر در ایران مانند انرژی باد، انرژی خورشیدی، انرژی برق آبی، انرژی زمین گرمایی، انرژی زیست توده، انرژی زیست سوخت و انرژی های موج و جزر و مد، ارائه اطلاعات فنی و ابزارهای سیاسی برای رفع برخی موانع پیش روی توسعه و استفاده از انرژی های تجدیدپذیر در ایران است.

در مناطق اقلیمی و شرایط آب و هوایی متفاوت در فصول مختلف سال، بشر را بر آن داشته تا با ارائه راه حل ها و شیوه های مختلف به دنبال آسایش حرارتی مطلوب برای خود باشد. از طرفی امروزه معضلات مربوط به سوخت های فسیلی و آلودگی های ناشی از آن، موجب تمایل مضاعف بشر به استفاده از انرژی های تجدیدپذیر و سامانه های ایستا جهت ایجاد آسایش حرارتی شده است. با کنکاشی در ساختار فضایی و کالبدی معماری خانه های سنتی می توان نمود راهکارهای متنوع را در بهره گیری از عناصر و الگوهای معماری، هم راستا با سامانه های گرمایش و سرمایش ایستا مشاهده کرد، که ضمن دست یابی به آسایش حرارتی پایدار در معماری، موجبات حرکت در راستای توسعه پایدار و صرفه جویی در منابع و انرژی نیز فراهم شده است. لذا مقاله حاضر در پی آن است که با بررسی ساختار فضایی-کالبدی معماری خانه های سنتی تبریز، نحوه تجلی و کاربرد سامانه های گرمایش و سرمایش ایستا جهت آسایش حرارتی در خانه های سنتی را تفسیر و تحلیل کند. روش تحقیق تحلیلی و توصیفی می باشد و برای گردآوری اطلاعات از ابزارهای کتابخانه ای و میدانی بهره گرفته شده است. نتایج تحقیق نشان می دهد، معماران سنتی تبریز با توجه به اقلیم منطقه و با استفاده از سامانه های گرمایش و سرمایش ایستا و بهره گیری بهینه از انرژی های تجدیدپذیر، الگوها و راهکارهایی به کار بسته اند که موجب آسایش حرارتی ساکنان در فصول سرد و گرم سال شده است. اقلیم سرد تبریز، اهمیت بهره گیری از انرژی خورشید را دوچندان کرده است، از اینرو نحوه استقرار و جهت گیری خانه، ساخت پنجره های رو به آفتاب و استفاده از ظرفیت حرارتی خاک و مصالح در اولویت کار معماران بوده است.

روند افزایشی میزان تقاضای برق و هزینههای استفاده از سوختهای فسیلی سبب شده است تا استفاده از منابع تجدیدپذیر و توسعهی انرژی پاک به عنوان یکی از راههای تامین انرژی و مقابله با اثرات منفی تغییرات اقلیمی اهمیت ویژهای یابد. به تبع آن وجود انرژیهای تجدیدپذیر باعث شده است تا پیچیدگی برنامهریزی برای تامین انرژی برق، که یکی از مسائل مهم در زمینه ی زنجیره ی تامین انرژی است، روز به روز افزایش یابد. در این مقاله یک مدل برنامه ریزی خطی عددصحیح مختلط دو هدفه که دارای اهداف اقتصادی و زیست محیطی است، ارائه کرده ایم، به گونه ای که بتوانیم تاثیر استفاده از منایع تجدیدپذیر را بر روی میزان سود حاصل شده از فروش انرژی، میزان انتشار گازهای آلاینده و مصرف سوخت مورد استفاده ی نیروگاه ها بررسی کنیم. با توجه به دو هدفه بودن مدل مطرح شده، از روش محدودیت اپسیلون برای به دست آوردن جواب های پارتو استفاده شده است. در نهایت با توجه به جواب های حاصله به این نتیجه رسیده ایم که چه با رویکرد اقتصادی و چه با رویکرد زیست محیطی نیروگاه های با ظرفیت زیاد سهم بیش تری در تامین تقاضای شبکه دارند و نیروگاه های با ظرفیت کم تنها برای افزایش قابلیت اطمینان شبکه و مقابله با نوسانات تقاضا استفاده می شوند. در عین حال استفاده از منابع تجدیدپذیر در مقیاس بزرگ، علاوه بر کاهش انتشار گازهای آلاینده، باعث افزایش سود حاصل از فروش برق نیز شده است. به علاوه نتایج حاصل از حل مدل نشان میدهد که توسعهی استفاده از ریزشبکهها و تولیدات پراکنده رویکرد مناسبی برای تامین تقاضای انرژی برق میباشد.

استفاده از تابش خورشیدی برای خشک کردن، یکی از قدیمی ترین کاربردهای انرژی خورشیدی است. در دسترس بودن فراوان انرژی خورشیدی و کاهش سریع سوخت فسیلی، توجه زیادی را به سمت استقرار سیستم های خورشیدی در مقیاس بزرگ جلب کرده است. یک خشک کن کارآمد، قادر به افزایش کیفیت محصول، کاهش زمان خشک کردن و تولید بیشتر است. در حقیقت کاهش انرژی مصرفی، راه مؤثر کاهش هزینه است. به طورکلی خشک کن های خورشیدی، تجهیزات کم ظرفیتی هستند که بر اساس داده های تجربی و نیمه تجربی و با طرح های نظری ساخته می شوند. بخش خشک کردن یکی از مصرف کننده های بزرگ انرژی دنیاست و با در نظر گرفتن رشد بحران انرژی، کاهش انرژی مصرفی در این بخش با استفاده از انرژی خورشیدی می تواند تضمین کننده مهار این بحران جهانی باشد. از مزایای انرژی خورشیدی، بی پایان بودن و در دسترس بودن کامل آن است ولی از معایب آن هم می توان به قطع انرژی در شب و اختلاف میزان آن در ساعات مختلف روز اشاره کرد. طراحی خشک کن های هیبریدی و نیز استفاده از باتری های ذخیره کننده انرژی حاوی مواد تغییر فاز دهنده از راه حل های رفع عیوب فوق است. در این مقاله، انواع خشک کن های خورشیدی و روش های اتصال انواع مختلف این نوع خشک کن ها همراه با جدیدترین مثال های کاربردی در این زمینه موردبررسی قرار می گیرند.

در سال های اخیر، سلول های خورشیدی پلیمری به علت هزینه ی پایین تولید، ساخت آسان، وزن کم و انعطاف پذیری مناسب مورد توجه بسیاری از پژوهشگران قرار گرفته اند. یکی از معایب این دستگاه ها راندمان پایین تبدیل انرژی در آنهاست (در حدود 10%) که بایستی قبل از تجاری شدن بهبود یابد. راندمان این دستگاه ها با افزایش جمع آوری حاملان بار توسط الکترودها قابل افزایش می باشد. اکسیدهای رسانای شفاف به عنوان لایه ی انتقال دهنده ی الکترون گزینه ی بسیار مناسبی برای جلوگیری از بازترکیب الکترون ها و حفره ها در سلول های خورشیدی پلیمری به منظور افزایش راندمان آنها هستند. از میان اکسیدهای رسانای شفاف، اکسید روی به علت تحرک الکترونی بالا، قیمت کم، روش های سنتز آسان، عبور بالا در ناحیه مرئی نور خورشید و رسانایی الکتریکی بالا گزینه مناسبی برای استفاده در سلول های خورشیدی پلیمری به شمار می رود. از میان ریخت شناسی های متنوع، نانومیله های اکسید روی به علت ایجاد مسیرهای مستقیم برای عبور الکترون ها اثرات بهتری بر روی عملکرد و راندمان سلول های خورشیدی پلیمری دارند. در این مقاله ی مروری به بررسی تاثیرات نانومیله های اکسید روی به عنوان لایه ی انتقال دهنده ی الکترون بر پارامترهای فتوولتایی سلول های خورشیدی پلیمری پرداخته شده و در پایان به برخی از مهمترین روش های تهیه ی این ترکیب اشاره شده است.

در این مقاله، کاربرد انرژی زمین گرمایی کم عمق برای کاربردهای مستقیم ارائه شده و پیشینه تحقیقات انجام یافته در دنیا تا سال 2015 بررسی شده است. توزیع انرژی حرارتی مورد استفاده، تقریبا 3/55٪ برای پمپ های حرارتی منبع زمینی، 3/20٪ برای آب درمانی، 15٪ برای گرمایش فضا، 5/4٪ برای گلخانه ها و گرمایش زمین روباز، 2٪ برای حوضچه های پرورش آبزیان و گرمایش نهر، 8/1٪ برای گرمایش فرآیندهای صنعتی، 4/0٪ برای ذوب و خنک کننده ها، 4/0٪ برای خشک کردن محصولات کشاورزی و 3/0٪ برای استفاده های دیگر است. صرفه جویی انرژی سالیانه معادل 350 میلیون بشکه نفت بوده، و موجب پیشگیری از آزاد شدن 46 میلیون تن کربن و 148 میلیون تن CO2 در اتمسفر می شود. همچنبن در ادامه، مرور موردی بر ایجاد یک بازار انرژی زمین گرمایی کم عمق ارائه می شود. یکی از روشهای انجام یافته در بارسلونای اسپانیا عبارت است از تشکیل چارچوب GIS یک پایگاه داده مکانی و ذخیره اطلاعات اصلی مورد نیاز برای مدیریت سیستم های SGE از قبیل سرعت آبهای زیرزمینی، هدایت حرارتی و یا ظرفیت گرمایی حرارتی، و مجموعه ای از ابزار GIS برای تعریف، پیاده سازی و کنترل. نرخ حرارت رد و بدل و اختلال حرارتی بر اساس راه حل های تحلیلی معادله انتقال حرارت در محیط متخلخل محاسبه می شود.

در این پژوهش به تحلیل دو سیکل رانکین و برایتون به منظور تولید توان، که متداول ترین سیکل های تولید توان می باشند، با استفاده از نرم افزار حل کننده معادلات مهندسی پرداخته می شود. ارزیابی این سیکل ها با توجه به بررسی میزان بازده به ازای دریافت حرارت در دماهای مختلف از کوره دوار که نوع شعله Gorgo است، جهت پخت سیمان صورت می پذیرد. براساس نتایج بدست آمده مشاهده می شود استفاده از سیستم CHP در صنعت سیمان کاملاً موجه بوده و علاوه بر افزایش بازده تاثیر منفی بر روی پخت مواد اولیه نخواهد داشت، همچنین به دلیل پایین بودن دمای محصولات احتراق، آسیب های زیست محیطی کمتری به محیط زیست وارد می شود. با توجه به بررسی های صورت گرفته و بازه های دمایی در نظر گرفته شده، سیکل تولید توان با محرک بخار(سیکل رانکین) دارای بازده بیشتری می باشد. در بررسی بازده سیکل های مورد نظر، میزان تفاوت5-20 درصد در دماهای یکسان مشاهده می شود.

فناپذیری سوخت های فسیلی، توسعه پایدار و مشکلات زیست محیطی ناشی از مصرف سوخت های فسیلی از یک طرف و تجدیدپذیر بودن منابع انرژی های نو از طرف دیگر، باعث توجه جهانیان به توسعه استفاده از انرژی های تجدیدپذیر شده است. انرژی زمین گرمایی نسبت به سایر انرژی های تجدیدپذیر دارای مزایای قابل-توجهی مانند عدم وابستگی به شرایط آب و هوا، پایدار و دائمی بودن، امکان استفاده در اکثر مناطق و بازده حرارتی بالا می باشد. در حال حاضر ظرفیت نصب شده انرژی زمین گرمایی برای تولید برق تا آخر سال 2017 به 14060 مگاوات و استفاده مستقیم نیز تا آخر سال 2015 به 70329 مگاوات رسیده است. در این تحقیق با توجه به رشد چند سال اخیر استفاده از این انرژی، پیش بینی شده است که در سال 2030 میزان ظرفیت جهانی برق نصب شده به حدود 20 گیگاوات الکتریکی (% 532/0 از کل برق مصرفی جهان) برسد. استفاده از انرژی زمین گرمایی برای تولید 2/175 تراوات ساعت برق باعث عدم استفاده از مقادیر قابل توجهی از سوخت های فسیلی مختلف به طور مجزا (زغال سنگ: 1010× 185/8 کیلوگرم، گاز طبیعی: 1010× 975/4 مترمکعب و نفت: 108× 8/2 بشکه) خواهد شد. در شرایطی که اگر برای تولید همان میزان برق از سوخت های فسیلی استفاده می شد، دی اکسید کربن زیادی (زغال سنگ: 091/234 مگاتن، گاز طبیعی: 957/97 مگاتن و نفت: 158/121 مگاتن) وارد جو می شد.

هدف از این تحقیق، مقایسه بین یک نیروگاه گازی با یک نیروگاه خورشیدی فتوولتائیک متصل به شبکه در شهرستان اهواز از نظر فنی و اقتصادی با استفاده از نرم افزارRetscreen است. نتایج نشان داد که نیروگاه برق خورشیدی دارای مزیت اقتصادی بیش تری نسبت به نیروگاه گازی است. بررسی سناریوهایی که مربوط به تغییر قیمت خرید تضمینی خروجی نیروگاه خورشیدی است، نشان دادند که حتی کاهش 50 درصدی قیمت خرید تضمینی برق موجب نمی شود که این پروژه غیر اقتصادی گردد. با وجود اینکه در این حالت سود (ارزش) خالص جاری (NPV) بسیار هنگفتی از دست خواهد رفت (رقمی بالغ بر 68 میلیارد ریال)، مقدار نرخ بازگشت سرمایه (8/22 درصد) معقول به نظر می رسد. البته باید توجه داشت که این بدبینانه ترین حالت ممکن در هنگام بهره برداری از پروژه است. مقایسه زمان بازگشت خالص سرمایه برای نیروگاه خورشیدی که 30 درصد از قیمت خرید تضمینی آن کاهش یافته باشد (2/4سال) و همین معیار برای نیروگاه گازی (2/5 سال)، انتخاب نیروگاه خورشیدی را برای ما مسجل می کند. اقتصادی شدن استفاده از نیروگاه های خورشیدی با توجه به بحران ریزگردها در سال های اخیر در این منطقه می تواند به عملی شدن استفاده از این روش و بهرمندشدن مزایای زیست محیطی آن کمک کند.

پیل سوختی یکی از جدیدترین فناوری های تولید انرژی پاک است که علاقمندی به استفاده از آن رو به افزایش می باشد. از آنجایی که قابلیت اطمینان و دسترس پذیری از جمله شاخص های مهم در ارزیابی عملکرد سیستم و تجهیزات مختلف می باشد، در این مقاله قابلیت اطمینان و دسترس پذیری سیستم پیل سوختی متانولی مستقیم با توجه به رویکرد زنجیره مارکوف محاسبه شده است. به این منظور پس از تعیین نرخ خرابی هر یک از قطعات این سیستم، قابلیت اطمینان مجموعه به صورت تابعی از زمان محاسبه شده است. همچنین نتایج استفاده از زنجیره مارکوف و شبیه سازی در نرم افزار RAM commander نیز نشان می دهد که سیستم پیل سوختی متانولی بیش از 99 درصد مواقع در دسترس است. در انتها با بررسی های انجام گرفته مشخص شد که این سیستم 96 درصد مواقع با تمام ظرفیت، بیش از 3 درصد مواقع نیمه ظرفیت و به احتمال کمتر از 1درصد غیر فعال است.

بر اساس تعاریف، هزینه های خارجی، نتایج زیان بار فعالیت های اقتصادی می باشد که این هزینه ها، به صورت آثار اجتماعی و محیط زیستی ظاهر می گردند. به عبارت دیگر تولید هر محصول (به صورت کالا و یا خدمات ) محیط زیست را متحمل هزینه هایی می کند که این هزینه ها در قیمت نهایی آن محصول لحاظ نمی گردد. عدم توجه به هزینه های محیط زیستی تولید برق باعث ایجاد آثار مخرب بر منابع طبیعی می گردد، در بخش انرژی کشور، هزینه های خارجی که به جامعه و محیط زیست تحمیل می گردند باعث آلودگی آب، هوا، کاهش منابع آب شیرین و. . . می شوند. با جایگزینی انرژی های نو و تجدید پذیر می توان به کاهش این هزینه ها کمک کرد. بر اساس بررسی منابع موجود هزینه های خارجی در نیروگاه های سیکل ترکیبی در مقایسه با سایر نیروگاه های تولید برق به سبک سنتی از مقدار کمتری برخوردار است. در نیروگاه های سیکل ترکیبی شاخص گازهای آلاینده NOx، SO2 و CO2 به ترتیب 705/0، 265/0 و 071/467 می باشد که در مقایسه با نیروگاه های بخاری، گازی و دیزلی، هزینه های خارجی بسیار پایین تری دارد. هم چنین باتوجه به وجود پتانسیل های انرژی خورشیدی، زمین گرمایی، زیست توده و بادی در کشور ایران سهم این انرژی ها در بخش های مختلف در طی سال های آتی افزایش می یابد. برای مثال کشور ایران حدود 90 درصد دارای پتانسیل انرژی زمین گرمایی است. پایین تر بودن هزینه های محیط زیستی انرژی های تجدیدپذیر یکی دیگر از دلایل لزوم افزایش سهم این نوع منبع انرژی در سبد انرژی کشور می باشد، هم چنین لازم به ذکر است که انرژی خورشیدی و بادی دارای کم ترین ردپای آب نیز می باشند.

آب برای زندگی انسان حیاتی و تأمین آب آشامیدنی سالم ضروری است. تولید محصولات کشاورزی و غذا بدون آب امکان پذیر نیست. خشکسالی سالیان گذشته در کشور لزوم توجه به استفاده صحیح از منابع آب و صرفه جویی را بیشتر می کند. ضدعفونی برای سالم سازی ضروری و راهکاری مناسب برای کاهش مصرف آب با بازگردان آب آلوده به چرخه مصرف می باشد. عوامل بیماری زای انسانی و گیاهی زیادی مثل باکتری ها، قارچ ها، تک یاخته ها و ویروس ها می توانند آب را آلوده کنند، اما گرما راهکاری مؤثر برای از بین بردن یا غیرفعال نمودن همه آنهاست. خورشید به عنوان منبعی رایگان، دردسترس، فراوان، پاک و پایدار می تواند برای ضدعفونی آب استفاده شود. این موضوع با توجه به پتانسیل مناسب ایران در دریافت انرژی خورشید قابل تأمل است. توسعه و پیشرفت جمع کننده های خورشیدی موجب شده است پژوهشگران برای ضدعفونی از آنها بهره گیرند. در این مطالعه جمع کننده های خورشیدی مختلف به کار رفته در ضدعفونی آب، معرفی و عملکرد آنها بررسی شده است. توجه بیش از پیش جوامع به سلامت آب و غذا با تمرکز بر محصولات ارگانیک و عاری از مواد مضر و شیمیایی، جدی شدن مسائل زیست محیطی، لزوم کاهش آلاینده ها، اتکا بر منابع انرژی پایدار و بهره گیری از پتانسیل های موجود در کشور، نوید طلیعه ای روشن برای ضدعفونی آب با انرژی خورشید در آینده را می دهد.

افزایش چشمگیر تقاضای برق، کاهش سریع سوخت های فسیلی و همچنین نگرانی های زیست محیطی در سراسر جهان منجر به گسترش نیروگاه های خورشیدی در مقیاس وسیع شده است. سیستم خورشیدی شناور یک طراحی جدید برای نیروگاه های خورشیدی است. سیستم های خورشیدی شناور معمولا بر روی آبراهه ها، مانند دریاچه های طبیعی یا مخازن سدها نصب می شوند. این فن آوری از سال 2007 مورد توجه کشورهای مختلف قرار گرفته است. تا کنون نیروگاه های خورشیدی شناور متوسط و بزرگ در چندین کشور مانند ژاپن، کره ی جنوبی، هند و ایالات متحده نصب شده اند. با توجه به مزایای نصب این سیستم ها از جمله کاهش تبخیر، استفاده از آن ها در مناطق خشک و کم آب مانند ایران می تواند راه حلی برای کاهش بحران آب باشد. در این مقاله، به مرور مقالات انجام شده بر روی تولید انرژی این سیستم ها و کارایی آن ها پرداخته شده است. سپس، تاثیر استفاده از این سیستم بر روی کاهش تبخیر و کاهش انتشار گازهای گلخانه ای و همچنین بررسی مسائل اقتصادی این سیستم ها مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج بررسی مطالعات انجام شده نشان می دهد که بازدهی سیستم های خورشیدی شناور حدود 12 درصد بیش تر از سیستم های خورشیدی نصب شده بر روی زمین است. هم چنین این سیستم ها می توانند تا 90 درصد تبخیر سطحی آب را کاهش دهند.