اصول طراحی فضای سبز شهری و پارکهای جنگلی
مروری بر انرژی های تجدیدپذیر_زمین گرمایی
گروه بوم سا  
در این مجال،اشاره ای کوتاه ولی جامع به نوع دیگری از انرژی تجدیدپذیر و شرایط استفاده از آن می گردد.

اصطلاح زمین گرمایی، ترجمه واژه Geothermal است که ریشه یونانی داشته و از کلمات Geo به معنای زمین و Therm به معنی حرارت تشکیل شده است. در حقیقت انرژی زمین گرمایی، انرژیی است که از سیال آب داغ یا بخارداغ موجود در اعماق زمین به دست می آید.

این انرژی را با توجه به لایه های داخلی زمین می توان بهتر شناخت. زمین از یک هسته داخلی تشکیل یافته که به ترتیب توسط هسته خارجی، پوسته میانی(mantle) و درنهایت پوسته خارجی خود احاطه شده است.(شکل زیر)

 

Geothermal 1  

 

هر یک از این قسمتها محدوده دمایی خاص خود را دارد.(شکل زیر)


Geothermal 3

در واقع این میزان حرارت غیر عادی، عامل اصلی پدیده‌های زمین‌شناسی از جمله فعالیتهای آتشفشانی، ایجاد زمین لرزه‌ها، پیدایش رشته کوه ها(فعالیتهای کوه زایی) و همچنین جابجایی صفحات تکتونیکی می‌باشد که کره زمین را به یک سیستم دینامیک تبدیل نموده و پیوسته آن را تحت تغییرات گوناگون قرار می‌دهد. به وسیله یک سیال مانند بخار یا آب داغ یا هر دو می‌توان این حرارت را به سطح زمین انتقال داد.

از کاربردهای انرژی زمین گرمائی حاصل از دمای بالای زیر زمین می توان به موارد زیر اشاره کرد:

-        تولید الکتریسیته با توربین های بخار و ژنراتور؛

-        گرم کردن منازل و سایر ساختمانها؛

-        گرم کردن مستقیم گلخانه ها؛

-        سرد کردن؛

-        پاک کردن برف و یخ جاده ها توسط لوله های گرم(در کشور ایسلند)؛


تولید الکتریسیته توسط منابع زمین گرمائی

مکانیسم تولید انرژی بطریق منابع زمین گرمایی بسیار ساده می باشد.استفاده از حرارت زیر زمین و آب گرم شده ای که برای به حرکت درآوردن توربین متصل به ژنراتور تولید کننده برق استفاده می شود. (شکل زیر)

Geothermal 5



پمپاژ آب داغ زیر زمینی و یا بخار موجود در دل زمین به سطح زمین به عنوان یک منبع آبی و همچنین پمپاژ آب از سطح زمین به سطوح پایینی با حرارت بالا، جایی که آب داغ شده و مجدداً به سطح زمین پمپ می گردد،جزو سیستم هایی هستند که در این نوع از تولید الکتریسیته بکار می روند.

با استفاده از انرژی زمین گرمائی و با توجه به هزینه ساخت و موقعیت محل آن، روشهای مختلف تولید الکتریسیته وجود دارد:

-  تولید انرژی الکتریکی در نیروگاههای بخار خشک: بخار فاقد رطوبت و فشار بالا در پوسته زمین معمولاً بصورت گاز بی نهایت گرم و در حد خشک به سطح زمین می رسد و بطور مستقیم وارد خط تولید برق(توربین متصل به مولد) می گردد. راندمان این نیروگاه‌ها بالا است ولی آب زیادی به صورت بخار به همراه مقداری از گازهای مختلف در هوا آزاد می‌شود.

Geothermal 4

 

-    تولید انرژی الکتریکی در نیروگاههای تبدیل به بخار فلش(Flash Steam): در این نیروگاه‌ها از آب داغ با دما و فشار بالا (دمای بالای ۱۸۲ درجه سانتیگراد) استفاده می‌شود. از آنجایی که آب در داخل زمین در تحت فشار بالایی قرار دارد همواره به صورت مایع است.در این دسته نیروگاه‌ها آب بیرون آمده از داخل زمین وارد مخزنی کم فشار(Flash Tank) می‌شود. پایین بودن فشار داخل مخزن باعث تبدیل سریع سیال مخزن به بخار می شود. سپس از بخار تولید شده برای چرخاندن توربین استفاده می‌گردد. در صورتی که مقداری از سیال به صورت مایع در داخل مخزن باقی بماند این مایع در مخزن دوم به بخار تبدیل می‌شود.

Geothermal 2


-      تولید انرژی الکتریکی در نیروگاههای سیکل دوگانه: این دسته از نیروگاهها از مخزن های زمین گرمایی با حرارت پایین استفاده می کنند و حدود ٥٠% مخازن زمین گرمایی شناخته شده جهان درجه حرارتی بین ۱۵۰ تا ۲۰۰ درجه سانتیگراد دارند.در این روش آب بیرون آمده از زمین برای گرم کردن سیالی دیگر با دمای جوش پایین مورد استفاده قرار می‌گیرد. گرمای ناشی از آب داغ، سیال دوم را به سرعت بخار می‌کند و از این سیال برای چرخاندن توربین استفاده می‌شود.

Geothermal 6

 

مزایای زیست محیطی کاربرد انرژی زمین گرمایی شامل موارد زیر است:

١.    عدم آلودگی هوا

٢.     تولید CO2 کم، تولید H2S پایین و عدم تولید NOx

٣.     عدم آلودگی منابع آب های زیرزمینی

٤.     عدم نیاز به زمین وسیع

امروزه به دلیل تزریق سیال خروجی از نیروگاه ها و سایر طرح های کاربرد مستقیم انرژی زمین گرمایی، میزان آلایندگی این قبیل طرح ها به حداقل مقدار خود رسیده است.

 

مکان های مناسب استخراج انرژی زمین گرمایی

کشورهایی که در حال حاضر بیشترین تولید برق را از منابع زمین گرمایی دارند عبارتند از:ایالات متحده،نیوزیلند، ایتالیا،ایسلند،فیلیپین، اندونزی و ژاپن.ولی این نوع از انرژی در بسیاری از کشورهای دیگر نیز استفاده می گردد.نواحی قرمز در شکل زیر مناسبترین مناطق برای دسترسی به این نوع انرژی تجدیدپذیر است.

Geothermal 7

 

نیروگاههای برق زمین گرمایی جدید التأسیس، عمدتاً بر روی لبه های صفحات تکتونیک که در آنجا منابع زمین گرمایی با دمای بالا در نزدیکترین سطح زمین قرار دارند،ساخته شده اند.

توسعه نیروگاههای سیکل دوگانه و پیشرفت تکنولوژی حفاری و استخراج می تواند محدوده جغرافیایی سیستمهای زمین گرمایی را افزایش دهد و استفاده از سیستم پمپهای حرارتی زمین گرمایی تقریباً می تواند در همه جا بکار رود. پس بدیت ترتیب چون دمای چندین کیلومتر پایین تر از سطح زمین بطور نسبی یک مقدار ثابتی است،در حالی که دمای هوا می تواند از تابستان به زمستان بی نهایت تغییر یابد.برخلاف حرارتهای زمین گرمایی دیگر،دمای بخش کم عمق زیرین زمین بستگی به فعالیت صفحه زمین ساختی تکتونیک و یا سایر فرآیندهای زمینی ندارد.لذا پمپهای حرارتی زمین گرمایی می تواند برای کمک به گرم یا سردن کردن منازل یا مکانهای دیگر-کشاورزی-دامپروری- صنعت- درمان بعضی از بیماریها مورد استفاده قرار گیرد.

چرا انرژی زمین گرمایی کمتر مورد استفاده قرار می گیرد؟

در زیر به عمده دلایلی که باعث عدم توسعه و گسترش این نوع از انرژی های تجدیدپذیر می باشد،اشاره می گردد:

-     هزینه های بالای سرمایه گذاری

-     شرایط دسترسی مختلف

-     نبود اطلاعات علمی کافی

-     گران بودن هزینه های

حفاری،وسایل(توربین و ...) و نیروی انسانی

مکان یابی،آزمایش و تجزیه و تحلیل حفاری منبع،بخصوص اگر زیر ساختها باعث ایجاد پیچیدگی در انتخاب محل نیروگاه شود و نیز عدم وجود اطلاعات کافی درخصوص حفاری، امکان انجام آن در مناطق تقریباً آتشفشانی و ریسک پذیر را بالا می برد.

امروزه چه مقدار از برق تولیدی کشورها حاصل از انرژی تجدیدپذیر زمین گرمایی می باشد؟

از زمان تولید الکتریسیته در اولین نیروگاه زمین گرمایی ٢٠ کیلوواتی Lardello ایتالیا، در سال   ١۹٠۸ تا حال استفاده از انرژی زمین گرمایی برای تولید برق در کل دنیا رشد زیادی داشته و هم اکنون به حدود ۸٢٠٠ مگاوات در ٢١ کشور رسیده است.حدود ۶٠ میلیون از جمعیت جهان نیز از تولیدات الکتریسیته این نیروگاهها بهره مند هستند.

نیروگاه زمین گرمایی در ایران

با توجه به قرار گرفتن ایران در یک کمربند آتشفشانی، امکان بهره‌برداری از این انرژی در ایران نیز وجود دارد. اولین نیروگاه زمین گرمایی در استان اردبیل و در دامنه کوه سبلان با ظرفیت نهایی بالغ بر ۲۵۰ مگاوات، در سال ۸۵ به بهره‌برداری رسید. با توجه به تحقیقات انجام شده امکان ساخت این دست نیروگاه‌ها در مناطق مستعد دیگری نیز مانند دامنه کوه تفتان و مناطق سهند و سبلان وجود دارد.

 


مروری بر انرژی های تجدیدپذیر - باد
گردآوری: بوم سا  
قطعاً بطرق مختلف عبارت «انرژی های تجدیدپذیر» را شنیده اید. روند رو به رشد مصرف انرژی، گرم شدن بیش از اندازه کرۀ زمین و نگرانی از تمام شدن منابع انرژی‌های فسیلی باعث شده‌ تا از انرژی ‌های نو یا تجدیدپذیر به عنوان جایگزینی مناسب برای این انرژی ‌ها یاد ببرند. در این قسمت بطور اختصار فقط به اهم موارد مربوط به انرژی بادی اشاره می گردد.

 

 چرا باد؟

در میان انرژی‌های نوظهور وسبز، انرژی بادی از جایگاه ویژه‌ای برخوردار است. در سالهای اخیر، بدلایل مختلف از جمله کاهش منابع و مواد قابل احتراق فسیلی، سرمایه گذاریها و در نتیجه پیشرفتهای زیادی در مورد استفاده از انرژی باد صورت گرفته است. انرژی باد اغلب در دسترس بوده و هیچ نوع آلودگی بر جای نمی‌گذارد و می‌تواند از نظر اقتصادی نیز در دراز مدت قابل مقایسه با سایر منابع انرژی شود. لذا تولید انرژی از باد با استفاده از تکنولوژی پیشرفته و در ابعاد بزرگ لازم و ضروری جلوه کرده است.

انرژی و قدرت باد
باد، حاصل تابش اشعة خورشید به جو زمین است(نکته: ٢% انرژی خورشیدی که به زمین می رسد به باد تبدیل می شود).گرم شدن نامساوی زمین و هوای اطراف آن که ناشی از جذبهای مختلف گرمای خورشید در سطوح خشکی و آبی زمین می باشد و وجود اختلالات سطحی و چرخشی زمین سبب تولید باد می شود.این جریان باد یا انرژی حرکتی، هنگامی که توسط توربین های بادی جمع می شود،می تواند برای تولید الکتریسیته استفاده گردد.
در اشاره به تاریخچة تولید برق با استفاده از ماشین های بادی، بزرگترین آن توسط کشور امریکا در زمان جنگ جهانی دوم ساخته شد.در سال ١۹٣١ نیز در شوروی سابق یک توربین بادی با محور افقی بکار گرفته شد.بعد از بحران نفتی اوایل دهه ۷٠ میلادی قرن گذشته، تلاش کشورها برای ایجاد منابع جایگزین انرژی نفتی و درنتیجه استفاده از انرژی باد در تولید برق چشمگیر شد که تا کنون نیز ادامه داشته است.

چگونه انرژی بادی تولید  می شود
نام انرژی بادی فرایندی را توضیح می دهد که چگونه از باد برای تولید انرژی مکانیکی یا الکتریسیته استفاده می شود. توربین های بادی انرژی جنبشی موجود در باد را به وسیله حرکت دورانی پره‌های توربین به انرژی مکانیکی تبدیل می کنند.انرژی مکانیکی دارای مصارف گوناگون می باشد از جمله در آسیابها، پمپهای آب و یا استفاده در ژنراتوری که می تواند قدرت مکانیکی را به الکتریسته تبدیل نماید.
لازم به ذکر است برای تولید میزان انرژی الکتریسته قابل توجه که بتواند برق منطقه ای را تأمین نماید نیاز به چندین توربین در مزارع بادی بزرگ می باشد. محاسبات و پیش بینی های لازم به جهت موقعیت نصب،سرعت و مسیر دقیق باد،شرایط هواشناسی محلی، نزدیکی خطوط انتقال برق به منطقه، ملاحظات استفاده از زمین و مسائل زیست محیطی از جمله نکات مهمی است که در توجیه فنی و اقتصادی نصب این مجموعه توربینها بعنوان یک نیروگاه بادی مدنظر می باشد.

 

 

انواع نیروگاههای بادی
- نیروگاههای ساحلی: سرعت باد در این مکان از مشخصه‌های سرعت باد در دو ناحیه دریا و ساحل دریا برخوردار می‌شود.

- نیروگاههای دور از ساحل در دریاهای آزاد(offshore): توربین‌های بادی نصب شده در این مکان کمتر از توربین‌های نصب شده در روی خشکی مزاحم هستند چون از فاصله دور صدای آنها کمتر به گوش می‌رسد. از آنجائی که ناهمواری‌های سطح آب مخصوصاً در ناحیه عمیق‌تر بسیار کمتر از پستی و بلندی‌های روی زمین است میانگین سرعت باد در منطقه باز آب به مراتب بیشتر از میانگین سرعت آن در خشکی است.

توربین بادی3

 

نیروگاههای هوایی(معلق در هوا): این نیروگاهها هنوز تکمیل نشده و در حال ساخت می باشند. آنها براساس توربین بادی با محور عمودی کار می کنند وتوسط بادبادکهای در هوا شناور می مانند.بادهایی با سرعت ٣٢٢ کیلومتر در ساعت پره های آنها را می چرخاند و هر توربین می تواند ٢٠ مگاوات برق تولید کند.

چقدر می‌توانیم از باد انرژی بدست آوریم؟
دو اصطلاح وجود دارد که تولید پایة برق را توضیح می‌دهد. عامل کارایی و عامل ظرفیت.
منظور از کارایی این است که چقدر می‌توان انرژی مفید (در این مورد، برق) را از منبع انرژی کسب کرد. بطور ایده آل ماشینی با کارایی انرژی صد درصد، می‌تواند بدون هیچگونه اتلافی تمام انرژی تولیدی را به انرژی مفید تبدیل کند ولی هیچ ماشین با کارایی یا بهره وری صد درصد وجود ندارد. بعضی از صور انرژی به هنگام تبدیل به انرژی های دیگر بطور کامل از بین می‌روند. انرژی هدر رفته معمولاً به شکل گرمای پراکنده شده در هوا است و نمی‌توان از آن بهرة اقتصادی مجدد برد. توربین‌های بادی چقدر کارایی دارند؟ این ماشینهای بادی ٣٠ تا ۴٠ درصد انرژی متحرک باد را به برق تبدیل می‌کنند. بهره وری آنها با دستگاههای مولد نیروی برق دیگر مانند ذغال سوزها قابل مقایسه است که حدود ٣٠ تا ٣۵ درصد انرژی شیمیایی ذغال به الکتریسیتة قابل استفاده تبدیل می‌شوند.
واژة ظرفیت به توانایی دستگاه نیرو در تولید برق بر می‌گردد.یک دستگاه نیرو با گنجایش صد درصد تمام روز و هر روز هفته با تمام نیرو کار می‌کند.در چنین شرایطی هیچ وقتی برای تعمیر یا سوختگیری صرف نمی‌شود که اینچنین چیزی برای هر دستگاهی غیرممکن است. مشخصاً دستگاههای ذغالی اگر تمام روزهای سال و بطور شبانه روزی کار کنند، دارای ظرفیت ۷۵ درصد خواهند بود.
دستگاههای مولد بادی متفاوت از دستگاههای مولد نیروی سوخت سوز هستند. بهره‌وری آنها به میزان باد و میزان سرعت باد بستگی دارد.بنابراین ماشین‌های بادی نمی‌توانند در طول سال بطور ٢۴ ساعته کار کنند. یک توربینبادی در یک مزرعة بادی شاخص معمولاً کمتر از گنجایش کامل خود یعنی حدود ۶۵ تا ۸٠ درصد زمان کار می‌کند، زیرا سرعت باد همیشه در بیشترین مقدار خود نیست. بنابراین ضریب ظرفیت سالانه آنها ٣٠ تا ٣۵ درصد است.در مقایسه با نیروگاههای دیگر، نیروگاه‌هایی که از توربین‌های گاز طبیعی برای تولید انرژی الکتریکی استفاده می‌کنند به علت پر هزینه بودن تامین سوخت معمولاً تنها در زمان اوج مصرف به تولید می‌پردازند. به همین دلیل ضریب ظرفیت این توربین‌ها پایین بوده و معمولاً بین ۵-۲۵٪ می‌باشد. لذا تصمیم بر عملی شدن تولید چنین برقی بستگی به نسبت خروجی الکتریسیته به هزینه سرمایه‌گذاری در دراز مدت دارد.

مزایا و معایب الکتریسیته حاصل از انرژی باد
منبع تجدیدپذیر پاک(غیرآلوده کننده)
انرژی باد یک منبع رایگان و تجدیدپذیر است پس امروز میزان استفاده از آن امروز مهم نیست چراکه فردا نیز همین مقدار قابل تولید است.انرژی باد همچنین منبعی پاک برای تولید برق است.برخلاف نیروگاههای مرسوم،نیروگاههای بادی هیچ آلودگی هوا یا گازهای گلخانه ای خاصی را منتشر نمی کنند.طبق گزارش وزارت نیروی ایالات متحده، در سال ١٩٩٩،نیروگاهها بادی کالیفرنیا از  تولید بیش از ٢/۵ میلیون پوند گاز دی اکسید کربن و ١۵ میلیون پوند آلودگی های گازی قابل تولید، جلوگیری کرده اند.شایان ذکر است که برای رسیدن به این هدف و تهیه هوایی بدین کیفیت نیاز به توسعه درختان جنگلی از ٩٠ میلیون عدد به ١۷۵ میلیون درخت می باشد.

مسائل هزینه ای
گرچه در ١٠ سال گذشته هزینه انرژی بادی بطور چشمگیری کاهش یافته است ولی این فن آوری نیاز به سرمایه گذاری اولیه بسیار بالایی نسبت به ژنراتورهای سوختهای فسیلی دارد.تقریباً ۸٠% هزینه مربوط به ماشین آلات همراه با محوطه سازی و نصب می باشد.اگر چرخة عمر سیستم های تولید برق بادی با سیستمهای سوخت فسیلی براساس هزینه های موجود مقایسه شوند(محاسبه هزینه های سوخت و عملیات برای یک چرخه زمانی تولید)،به هرصورت هزینه های انرژی بادی نسبت به فن آوریهای تولید انرژی دیگر بسیار قابل رقابت می باشند بدلیل عدم نیاز به خرید سوخت و وجود حداقل هزینه های عملیاتی. برق تولید شده توسط باد در سال ١۹۷۵، ٣٠ سنت برای هر کیلو وات ساعت بود، اما حالا به کمتر از ۵ سنت رسیده است.توربین‌های جدید قیمت را کمتر هم خواهند کرد.

تأثیر محیط زیستی
گرچه نیروگاههای بادی بطور نسبی کمترین برخورد با محیط زیست در مقایسه با نیروگاههای سوخت فسیلی دارد،اثر آن بر تولید صدا توسط روتور پره های توربین،اثر زیباشناختی(دیداری)،و تلفات و مرگ و میر پرندگان و خفاشان با نزدیک شدن آنها به پره ها.بیشتر این مشکلات می تواند قابل حل باشد یا بطور محسوسی کاهش یابد از طریق توسعه فنی یا با استقرار درست مکانی مزرعه بادی.

مسائل مربوط به تهیه و توزیع
محدودیت و چالش اصلی استفاده از باد بعنوان یک منبع نیرو تناوب و کم و زیاد شدن آن است و لذا همیشه زمانی که الکتریسیته موردنیاز می باشد،نمی وزد.باد نمی تواند ذخیره گردد(گرچه الکتریسیته حاصل از انرژی بادی در صورت استفاده از باطری می تواند ذخیره گردد) و تمامی بادها نمی توانند در زمان نیاز به الکتریسیته مهار گردند.علاوه بر این،مناطق مناسب بادی معمولاً در مناطق دوردست از منطقه موردنیاز برق مصرفی (مانند شهرها)قرار دارند.درنهایت،توسعه منابع بادی ممکن است با دیگر استفاده های موردنظر یک زمین مقایسه شده و پیشنهاد استفاده دیگری ممکن است نسبت به تولید الکتریسیته ارزش داشته باشد.به هرصورت،توربینهای بادی می توانند در زمینهای چراگاهها یا کشاورزی مستقر شوند.

بهره‌برداری از برق بادی
انرژی بادی به سرعت در حال تبدیل شدن به منبع اصلی تامین انرژی در بازار جهانی می باشد. اما به  خاطر دهه ها حمایت گسترده مالی و... از فن آوری های متعارف موجود، انرژی بادی از عدم مزیت رقابتی برخوردار است.
امریکا و اروپا حدود ۸١% توان بادی تولید شده در جهان را به خود اختصاص داده اند. در جدول جهانی بالاترین ظرفیت بادی نصب شده به ترتیب متعلق به ٥ کشور اول: چین-ایالات متحده – آلمان- اسپانیا و هند می باشد که بیشترین سرمایه گذاری را نیز در تولید این انرژی سبز کرده اند.

دو کشور آسیایی چین با ظرفیت حدود ٤۷ گیگاوات و هندوستان با ظرفیت انرژی بادی نصب شده ١۴/٢ گیگاوات اولین و پنجمین پیشتازهای اصلی تولید این انرژی پاک در سطح دنیا (تا سه ماهه اول سال ٢٠١١)هستند.

توربین بادی4
                                                                                                                           مرجع :سایت شرکت BP 

کشور ایران نیز به علت موقعیت جغرافیایی خود قابلیت دسترسی بسیار مناسب به انرژی باد دارد.از سال ١٣۷٣ تا به حال کوششهایی نیز برای احداث نیروگاه های برق بادی انجام شده که نتیجه آن احداث مزرعه بادی در استان های گیلان و خراسان بوده است. این نیروگاهها طبق گفته کارشناسان سازمان انرژی های نو، پتانسیل تولید ١٠ هزار مگاوات برق را دارا هستند و درحال حاضر بیش از ۹٠ مگاوات برق از طریق دو نیروگاه بادی منجیل و بینالود وارد مدار شده است که این میزان تا پایان برنامه پنجم توسعه به ١٢۸ مگاوات افزایش خواهد یافت.



منابع:
١-    http://fa.wikipedia.org/wiki/
٢-    http://www.energygroove.net/geothermalenergy.php
٣-    http://exergy.se/goran/cng/alten/proj/98/geotermal/geo.htm#_Toc492881519
۴-    http://www.knowclub.com/paper/?p=185
۵-    http://www.ucsusa.org/clean_energy/technology_and_impacts/energy_technologies/how-geothermal-energy-works.html

 
* نام و نام خانوادگی :
* آدرس ایمیل:
موضوع پیام:
*پیام:

فرم تماس از پارس تولز

ابزار وبلاگ

ابزار رایگان وبلاگ