انرژی

تاریخچه

حدود 50 سال قبل (1929) ژرژ کلود فرانسوی ، استفاده از انرژی حرارتی دریاها را به مرحله عمل در آورد. در ایالات متحده در سال 1979 با استفاده از اختلاف دمای میان آبهای سرد عمق اقیانوس و آبهای گرم سطح اقیانوس ، الکتریسیته تولید شد. اولین مرکز کوچک آمریکایی 10 کیلو وات تولید کرده است و در چند سال آینده مراکزی با صدها مگاوات بوجود خواهد آمد. در فرانسه مطالعاتی انجام شده و در دست تهیه است تا از آبهای آنتیل یا آبهای حوالی زلاندنو بصورت اقتصادی بهره برداری شود. دمای سطح اقیانوس در نواحی گرم معمولا 25 تا 28 درجه سانتیگراد است. بنا به اصل دوم ترمودینامیک ، اصل کارنو ، یک ماشین حرراتی می‌تواند بین یک منبع گرم و یک منبع سرد کار کند.


تصویر

 

معایب و مزایای منابع انرژی

  • نفت: نفت ماده قابل احتراق آرمانی بوده ولی تمام شدنی و غیره جهانی است.

  • چوب: چوب و زغال سنگ در کمیت محدود است، ولی می‌توان با از دست دادن قسمتی از انرژی ، آن را به گاز و مواد سوختی تبدیل کرد.

  • الکل: الکل انرژی ملی ولی گران است و توان حرارتی آن کم و تولید آن در اندازه زیاد نا متحمل است.

  • آبشارها: آبشار آب از پشت سد توانایی محدود دارند از توان آنها به علت استفاده‌های زیاد کم کم کاسته می‌شود.

  • انرژی زمین گرمایی: انرژی زمین گرمایی حسی بوده و محدود است، بطوری که می‌توان فقط در اشل صنعتی برای مجموعه‌ای بزرگ از آن استفاده کرد.

  • باد و خورشید: در واحدهایی با توان کم انجام می‌پذیرد. و می توانند انرژی) فرعی به حساب آیند. در عوض خورشید ، اتم ، زمین گرمایی و مواد قابل احتراق قابلیت گرما را دارند، در صورتی که باد و آبشار مستقیما انرژی الکتریکی با بازده بالا را تولید می‌کنند.

  • انرژی هسته‌ای: انرژی هسته‌ای می‌تواند الکتریسیته و گرمای بزرگ مقیاس در واحدهای تأسیساتی بزرگ ایجاد نماید، ولی خطر حوادث و آلودگی آن احتیاطهای لازم را می‌طلبد. به علاوه ، منابع موجود اورانیوم نیز تمام شدنی است.
  • __انرژی حرارتی دریاها



img/daneshnameh_up/b/bb/bioenergy.jpg

 

  • انرژی زیست توده: چرخه کنونی انرژی از نظر بوم شناختی ، مسائل و مشکلات پیچیده‌ای را پدید می‌آورد. از همین رو جایگزینی آن با چرخه‌های غیر آلاینده ، امری حیاتی و اجتناب ناپذیر است. مسائل زیست محیطی و نگرانیهای ناشی از مهاجرت روستائیان و رشد بی رویه شهرنشینی ، بر لزوم تغییر نظام کنونی انرژی افزوده است. بدیهی است که نظام انرژی جایگزین باید مبتنی بر منابع انرژی تجدید پذیر باشد. استفاده از زیست توده به عنوان یک منبع انرژی ، نه تنها از نظر زیست محیطی ، بلکه به دلایل اقتصادی ، اجتماعی و هم چنین سهولت کاربرد ، جذاب است.

    تقریبا نیمی از مردم جهان برای تأمین انرژی مورد نیاز خود ، از چوب استفاده می‌کنند. چوب ، ضایعات گیاهی (مانند ضایعات نیشکر ، ذرت ، چغندر قند) و دیگر منابع زیست توده ، از منابع تجدید پذیر کربن به شمار می‌آیند. استفاده از انرژی زیست توده به شکل سنتی یعنی سوزاندن چوب درختان و فضولات حیوانی- باعث نابودی جنگلها و آلودگی و تخریب محیط زیست می‌شود. اما با تلفیق روشهای شیمیایی و زیست شناختی می‌توان قند ، سلولز و دیگر مواد موجود در ضایعات کشاورزی را به سوختهای مایع تبدیل کرد.

    یکی از راههای تامین منابع انرژی زیست توده ، کاشت درختان یا درختچه‌های مناسب (با دوره رشد کوتاه و سریع) در زمینهای نامرغوب و نیمه بایر است. گر چه سوزاندن این منابع ، گاز دی اکسید کربن را در جو منتشر می‌کند، اما چون دوره کاشت و رشد و نمو آنها دائمی است، به همان اندازه دی اکسید کربن از جو زمین جذب می‌کنند و با استفاده از انرژی خورشیدی ، از طریق فتوسنتز ، اکسیژن تولید می‌کنند. بدین ترتیب ، یک "چرخه کربن خنثی" در طبیعت پدید می‌آید.

افزایش مصرف انرژی و برق

مصرف انرژی مخصوصا در کشور های توسعه یافته رو به افزایش است. مثلا در فرانسه میزان مصرف انرژی به صورت زیر بر حسب معادل میلیون تن نفت است. در سال 1985 ، 96 میلیون تن نفت ، 37 میلیون تن گاز 30 میلیون تن مواد جامد سوختنی مصرف شده است. این مصرف انرژی نسبت به سال های گذشته حدودا بین 20% الی 35% افزایش پیدا کرده است. کاهش تقاضا برای نفت وارداتی بسیار بوده و تولید انرژی هسته ای نیز کافی است. در نتیجه انرژی های غیر هسته ای (انرژی نو) باید به قدر کافی توسعه یابند.


تصویر

 

صرفه جویی انرژی

برای صرفه جویی در انرژی ، لازم است مقدار انواع مصرف شده را در نظر گرفته و صرفه جویی را از بزرگترین کمیت شروع کرد. گرم کردن منازل حدودا 40% نفت را به خود اختصاص می‌دهد. بنابراین منطقی است که مسئله را از این جا شروع کرد. زیرا صرفه جویی 10 الی 15 درصد به فوریت قابل انجام است. برعکس محدود کردن سرعت اتومبیلها سبب صرفه جویی 10 درصد انرژی می‌شود.

صرفه جویی در گرم کردن

گرم کردن با الکتریسیته تمرکز یافته و مرسوم شده است و یک روش رفاهی و نوین است. ولی سبب اتلاف بیهوده انرژی است. بویژه در صورتی که جریان از مراکز حرارتی بیاید. بازده یک مرکز در حقیقت 3/1 است. زیرا که 3/2 انرژی اولیه در دودکش تلف می شود. بنابراین یک کیلو گرم مواد نفتی (11000 کیلو کالری) ، به شکل 3800 کیلو کالری انرژی الکتریسیته در می آید. که در منازل دریافت می شود. با سوزاندن یک کیلو گرم مواد نفتی در دیگ شوفاژ مرکزی با راندمان 7% حدود 8000 کیلو کالری برای گرم کردن منزل دردسترس قرارمی گیرد. عایق بندی یک صرفه جویی حقیقی به ازای هر نوع انرژی است مثلا وقتی که رادیاتور شوفاژ در مقابل دیواری که به بیرون ساختمان مربوط و زیر پنجره است، بهتر است قسمتی از دیوار که پشت رادیاتور قرار می گیرد عایق بندی شود. و نیز بهتر است در هر اطاقی ترموستاتهایی با دماهای متفاوت استفاده شود تا دمای اطاق راکنترل کند و صرفه جویی در مصرف انرژی صورت گیرد.

صرفه‌جویی در تأسیسات ثابت

نیروگاههای برق و مراکز انرژی تقریبا در بهترین شرایط امکان فعلی خود هستند. با مواظبت خاصی می‌توان امیدوار بود که چند درصد از مصرف انرژی را کاهش داد.

 

نوشته شده در چهارشنبه یکم بهمن 1393ساعت 18:37 توسط علی|


تولید الکتریسیته اولین فرایند در ارائه الکتریسیته به مصرف کننده هاست. سه فرایند دیگر انتقال توان الکتریکی، توزیع الکتریسیته و فروش الکتریسیته است.

اهمیت تولید الکتریسیته، انتقال و توزیع آن زمانی کشف شد که معلوم شد الکتریسیته برای تهیه گرما، روشنایی و توان مورد نیاز برای دیگر فعالیت های انسانی، مفید است. تولید الکتریسیته غیر متمرکز نیز زمانی ممکن شد که کارشناسان فهمیدند خطوط برق جریان متناوب می توانند الکتریسیته را با قیمت ارزان در طول فواصل بلند و توسط بهره برداری از مزیت قابلیت تبدیل ولتاژ با استفاده از ترانسفورماتورهای توان، انتقال دهند.

برای مدت 120 سال، الکتریسیته از منابع مختلف انرژی پتانسیل و به منظور فراهم آوردن انرژی فن آوری های بشر، تولید می شده است. اولین نیروگاه برق توسط چوب راه اندازی شد، در حالی که امروزه نیروگاه ها با نفت، گاز طبیعی، زغال سنگ، سیستم برق آبی و انرژی هسته ای و به میزان کمی با هیدروژن، انرژی خورشیدی، کنترل جزر و مد و ژنراتورهای بادی کار می کنند. تولید و توزیع الکتریسیته اغلب در دستان بخش خصوصی یا دولتی که خدمات رفاهی عمومی را در اختیار دارند، بوده است. در سالهای اخیر برخی دولت ها به عنوان بخشی از حرکتی برای اعمال فشار بازار به حقوق انحصاری، شروع به خصوصی سازی یا شرکتی کردن این خدمات رفاهی کرده اند. بازار الکتریسیته نیوزیلند مثالی از این نوع است.

تقاضای الکتریسیته را می توان به دو صورت ارضاء کرد. روش اول که تا کنون برای خدمات رفاهی به کار می رفته است، ساختن پروژه های بزرگ تولید و ارسال الکتریسیته لازم به اقتصادهای سوختی در حال رشد، است. بسیاری از این پروژه ها دارای تاثیرات زیست محیطی نامطلوب نظیر آلودگی هوا یا آلودگی تشعشعی و آب گرفتگی بخش وسیعی از زمین، هستند.

تولید پراکنده به عنوان روش جدیدی (روش دوم) برای برطرف کردن تقاضای الکتریکی، در نزدیکی مصرف کننده ها شناخته شده است. پروژه های کوچک تر پراکنده دارای خصوصیات زیر هستند:

ـ حفاظت در برابر خاموشی های برق ناشی از متوقف کردن نیروگاه های غیر متمرکز یا خطوط انتقال به منظور تعمیر، فریب بازار یا توقفهای اضطراری.

ـ کاهش آلودگی.

ـ اجازه دادن به بازیگران کوچک تر برای ورود به بازارهای انرژی.

روش های تولید الکتریسیته

 

روش های تبدیل توان های دیگر به توان الکتریکی


توربین های دوار که به ژنراتورهای الکتریکی متصل شده اند، اکثر الکتریسیته تجاری موجود را تولید می کنند. توربین ها عموماً توسط بخار، آب، باد یا دیگر مایعات به عنوان یک واسطه حامل انرژی، گردانده می شوند. پیل های سوختی که برای تولید الکتریسیته از مواد شیمیایی مختلفی استفاده می کنند، توسط برخی از مردم مناسب ترین منبع برق برای بلند مدت شناخته می شوند، خصوصاً اگر بتوان از هیدروژن به عنوان ماده تغذیه در این پیل ها استفاده کرد. اما به هرحال هیدروژن معمولاً تنها یک حامل انرژی است و بایستی توسط منابع توان دیگری ایجاد شود.

ژنراتورهای کوچک قابل حمل نیز عموماً توسط موتورهای دیزل کار می کنند که خصوصاً در کشتی ها، مکان های مسکونی دور افتاده و برق اضطراری استفاده می شوند.

منابع انرژی اولیه، بکار رفته در تولید انرژی الکتریکی


جهان امروز برای تولید انرژی بر زغال سنگ و گاز طبیعی تکیه می کند. هزینه های بالای مورد نیاز برای انرژی هسته ای و ترس از خطرات این انرژی، از دهه 1970م جلوی تاسیس نیروگاه های جدید هسته ای را در آمریکای شمالی گرفته است.

توربین های بخار را می توان توسط بخارهای ناشی از منابع زمین گرمایی، انرژی خورشیدی، مایعات، سوخت های فسیلی گازی و جامد، به راه انداخت. راکتورهای هسته ای از انرژی ناشی از شکافت اورانیوم یا پلوتونیوم رادیواکتیو برای تولید آزمایش‌های مربوط به گرما استفاده می کنند. این راکتورها اغلب از دو مدار بخار اولیه و ثانویه تشکیل شده تا یک لایه حفاظتی اضافی را بین محل قرار گرفتن سوخت هسته ای و اتاق ژنراتور قرار دهد.

نیروگاه های برق آبی از آبی که مستقیماً از توربین ها عبور می کند، برای راه اندازی ژنراتورها استفاده می کنند.

کنترل جزر و مد از نیروی ماه بر روی بدنه آب دریاها برای گرداندن یک توربین استفاده می کنند.
ژنراتورهای بادی از باد برای گرداندن توربین هایی که با یک ژنراتور مرتبط اند، استفاده می کنند.
نیروگاه برق آبی ذخیره شده با پمپ برای هم سطح کردن تقاضاها روی یک شبکه برق به کار می رود.

تولید الکتریسیته توسط هم جوشی آزمایش‌های مربوط به گرما هسته ای به عنوان راه حلی ممکن برای تولید الکتریسیته پیشنهاد شده است. در حال حاضر برخی موانع فنی و مسایل زیست محیطی در مسیر این راه وجود دارد که اگر برطرف شوند هم جوشی، یک منبع انرژی الکتریکی نسبتاً تمیز و بی خطر را تامین خواهد کرد. پیش بینی می شود که یک راکتور آزمایشی بزرگ «ITER) در سال 2005-2006 شروع به کار کند.

بهبود کارایی


نیروگاه های تولید مختلط «برق و گرمای ترکیب شده)، با استفاده از برق خورشیدی، سوخت های فسیلی، گازهای سنتزی، تراکم زیست یا زیست گاز به عنوان یک منبع سوختی، تولید الکتریسیته و آزمایش‌های مربوط به گرما را انجام می دهند. این نیروگاه ها می توانند به کارایی به میزان 80 درصد برسند اما انتظار می رود بسیاری از این نیروگاه ها که امروزه ساخته می شوند تنها به کارایی معادل حداکثر 55 درصد برسند. بخار گرم شده یک توربین را می گرداند و سپس گرمای اضافی برای گرم کردن فضاهای داخل ساختمان ها، فرآیندهای صنعتی یا گرم کردن گلخانه ها بکار می رود. تمامی مردم می توانند از گرمای توزیع شده از طریق یک طرح گرمایی منطقه ای بهره ببرند.

توانایی دستیابی به تولید سه گانه با استفاده از سوخت های فسیلی یا انرژی خورشیدی برای تولید گرما، الکتریسیته و سرمایش تبخیری نیز وجود دارد. این نیروگاه های ترکیبی بهترین نسبت تبدیل انرژی را بعد از نیروگاه های برق آبی دارند.

آرایه های کوچک فتو ولتایی، آسیاب های بادی و دوچرخه های مرتبط با یک توربین، همگی می توانند برای تولید الکتریسیته قابل حمل بکار برد.

اصلاحات الکتریکی در سرتاسر جهان در حال جدا کردن تولید الکتریسیته از مبانی کنترل شده حق انحصار انتقال و توزیع الکتریسیته است، بازار الکتریسیته را مشاهده کنید.

نوشته شده در چهارشنبه یکم بهمن 1393ساعت 18:35 توسط علی|

سوخت فسیلی (به انگلیسی: Fossil fuel) به سوخت‌هایی اطلاق می‌شود که از سنگواره‌ها بدست می‌آید. سوخت‌های فسیلی به سه نوع اصلی تقسیم می‌شوند:

  • ذغال سنگ
  • نفت
  • گاز طبیعی

این سوخت‌ها دارای یک ویژگی مشترک هستند و آن قدمت بسیار بالای آنها می‌باشد. آنها صدها میلیون سال قبل و پیش از حضور دایناسورها در جهان بوجود آمده‌اند.


 

شکل‌گیری

سوخت‌های فسیلی به طور کلی ۳ دسته‌اند:

  • زغال سنگ
  • نفت
  • گاز طبیعی

هر سه دسته چند صد هزار سال قبل حتی بیش از ظهور دایناسورها شروع به شکل‌گیری کرده‌اند و به خاطر آن است که به آنها سوخت‌های فسیلی می‌گویند که در آن زمان زمین پر از باتلاق‌هایی بوده که با درختان عظیم و سرخس‌ها و دیگر گیاهان برگ دار پوشیده بوده وهمان طور که درخت‌ها و گیاهان می‌مردند در اعماق اقیانوس‌ها غرق و به تدریج دفن می‌شدند و لایه اسفنجی به نام پیت تشکیل می‌شد بعد از گذشت صدها سال پیت با شن و خاک و رس و مواد معدنی دیگر پوشیده شده و این مواد معدنی به مرور زمان به نوعی صخره رسوبی تبدیل می‌شد همینطور که لایه‌های بیشتری روی هم انباشته می‌شود وزنشان هم بیشتر می‌شود و پیت را تحت فشار قرار می‌دهد لایه پیت آنقدر له و فشرده می‌شود تا آب آن تخلیه می‌شود و بعد از میلیون‌ها سال تبدیل به ذغال سنگ نفت و گاز طبیعی می‌شوند

 


:ادامه مطلب:
نوشته شده در چهارشنبه یکم بهمن 1393ساعت 18:34 توسط علی|

پیل سوختی یک مبدل انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی است. این تبدیل مستقیم بوده و بنابراین از بازدهٔ بالایی برخوردار است. در واقع می‌توان گفت که در این تبدیل از عمل عکس الکترولیز آب استفاده می‌گردد، به عبارت دیگر از واکنش بین هیدروژن و اکسیژن، آب، حرارت و الکتریسیته تولید می‌گردد. هر سلول در پیلهای سوختی از سه جزء آنُد، کاتُد و الکترولیت تشکیل شده‌است.


 

مقدمه

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. در حال حاضر تعداد زیادی از محققان روی جنبه‌های مختلف پیل سوختی اکسید جامد، جهت بهبود خواص پیل کار می‌کنند. برای این کار روی خواص الکترودها و الکترولیت که مهم‌ترین قسمت‌های پیل SOFC می‌باشند را بهینه سازی می‌کنند و روی عناصر و مواد تشکیل دهنده آنها مطالعه انجام می‌دهند.

 


 

 


:ادامه مطلب:
نوشته شده در چهارشنبه یکم بهمن 1393ساعت 18:24 توسط علی|


مطالب پيشين
» منابع انرژی
» تولید الکتریسیته
» سوخت سنگواره ای
» پیل سوختی
Design By : ParsSkin.Com