در دهههای اخیر، تحولات صنعت انرژی نشان دادهاند که اتکا به سوختهای فسیلی نهتنها اقتصاد انرژی کشورها را دچار نوسانات جدی میکند، بلکه پیامدهای زیستمحیطی گستردهای نیز به همراه دارد. گرمایش زمین، افزایش غلظت CO₂، تخریب منابع طبیعی و بحرانهای زیستمحیطی، جهان را به سمت استفاده از انرژیهای پاک و پایدار هدایت کرده است.
از نگاه مهندسی برق، انرژیهای تجدیدپذیر امروز فقط یک «گزینه جانبی» نیستند؛ بلکه بهصورت جدی در حال تبدیل شدن به «ستون اصلی شبکههای قدرت آینده» هستند. ترکیب سیستمهای خورشیدی، بادی، برقآبی، زمینگرمایی، زیستتوده، انرژی دریا و هیدروژن سبز، مسیر یک گذار بزرگ در طراحی شبکه، تولید و مدیریت انرژی را شکل داده است.
کشورها در حال حرکت بهسمت شبکههای هوشمند، ذخیرهسازی گسترده و همزمان افزایش ظرفیت تولید تجدیدپذیر هستند. این تغییر نه تنها یک الزام زیستمحیطی، بلکه یک تصمیم اقتصادی بلندمدت است.
سلولهای خورشیدی عمدتاً از نیمهرساناهایی تشکیل شدهاند که باندگپ مشخصی دارند. وقتی فوتون برخورد میکند، اگر انرژی آن بزرگتر از باندگپ باشد، الکترون از باند ظرفیت جدا و به باند رسانش منتقل میشود. این فرآیند اساس تولید حاملهای آزاد است.
ساختار p-n موجود در سلول، یک میدان الکتریکی داخلی ایجاد میکند که اجازه میدهد الکترون و حفره در جهتهای مخالف حرکت کرده و یک جریان مستقیم تولید شود.
سلولهای مونو کریستال راندمان بالاتری دارند، ساختار یکنواختتری دارند و نسبت به گرما عملکرد پایدارتری ارائه میدهند. سلولهای پلی کریستال ارزانتر هستند ولی بازده کمتری دارند.
از مواد CdTe یا CIGS استفاده میکنند و برای کاربردهای سبک و انعطافپذیر مناسباند.
راندمان آزمایشگاهی آنها از ۳۰٪ گذشته و هزینه ساخت بسیار پایین است. چالش اصلی این سلولها پایداری در شرایط محیطی است.
در CSP، از آینهها برای متمرکز کردن نور خورشید بر روی یک گیرنده حرارتی استفاده میشود. سیال داخل لولهها داغ شده، بخار تولید میشود و بخار توربین را میچرخاند.
فناوریهای اصلی CSP شامل:
مزیت بزرگ CSP امکان ذخیرهسازی حرارتی است. نمک مذاب میتواند گرما را تا چندین ساعت ذخیره کند و این ویژگی باعث میشود CSP حتی در شب نیز برق تولید کند.
بر اساس قانون بتی، هیچ توربینی نمیتواند بیش از ۵۹٫۳٪ انرژی جنبشی باد را استخراج کند. این حد ناشی از این واقعیت است که باد باید بعد از عبور از توربین همچنان حرکت داشته باشد، وگرنه هوای ورودی متوقف میشود.
تیغهها با الهام از پروفیلهای هوافضا طراحی میشوند و از مواد سبک مثل کامپوزیت ساخته میشوند.
Pitch زاویه حمله تیغهها را کنترل میکند. Yaw کل برج را بر اساس جهت باد میچرخاند تا بیشترین توان ممکن استخراج شود.
در توربینهای بزرگ معمولاً از ژنراتورهای سنکرون یا القایی استفاده میشود. گاهی سیستم دابل-فد (DFIG) برای کنترل بهتر توان راکتیو و ولتاژ کاربرد دارد.
رابطه توان در نیروگاه آبی:
P = ρ g h Q
ارتفاع سقوط آب و دبی، مهمترین عوامل تعیین توان هستند.
نیروگاه آبی سریعترین پاسخ را در میان همه نیروگاهها دارد و به همین دلیل برای کنترل پایداری فرکانس طراحی ایدهآل است.
سوخت زیستی سوزانده شده و بخار تولید میشود.
تولید گازهای CO و H₂ که بعدها برای تولید برق یا سوخت سنتتیک استفاده میشوند.
میکروارگانیسمها مواد آلی را به گاز متان تبدیل میکنند.
مزیت اصلی قابلیت ذخیرهسازی و تولید پایدار است. اما چالشهایی مانند مدیریت مواد اولیه و کنترل آلایندگی نیز وجود دارد.
حرارت درون زمین ناشی از واپاشی رادیواکتیو عنصرهای سنگین و انرژی باقیمانده از تشکیل سیاره است.
تولید پایدار ۲۴ ساعته و انتشار بسیار کم گازهای گلخانهای.
نیروی گرانشی ماه باعث حرکت آب میشود. این انرژی قابل پیشبینی و پایدار است.
باد انرژی خود را به سطح آب منتقل میکند. دستگاههای موجی انرژی عمودی و افقی موج را استخراج میکنند.
اختلاف دما بین سطح گرم اقیانوس و عمق سرد، یک چرخه ترمودینامیکی ایجاد میکند که میتواند برق تولید کند.
برق تجدید پذیر → الکترولیز آب → تولید هیدروژن
انواع الکترولایزر:
در همجوشی هستهای، دو اتم سبک با هم ترکیب شده و انرژی بسیار زیادی آزاد میکنند. واکنش معمول D-T به دمای حدود ۱۰۰ میلیون درجه نیاز دارد. محصورسازی میدان مغناطیسی (Tokamak) برای نگهداری پلاسما استفاده میشود.
بزرگترین پروژه همجوشی دنیا، هدف آن تولید انرژی خالص است.
در آزمایشها توانسته دمای ۱۵۰ میلیون درجه را برای مدت طولانی حفظ کند.
اتکا به ابررساناهای پیشرفته برای ساخت راکتورهای کوچکتر و کمهزینهتر.
اگر این فناوری به مرحله صنعتی برسد، بشریت به منبعی بیپایان، پاک و بسیار پرقدرت از انرژی دست خواهد یافت.
ذخیرهسازی باعث:
هر فناوری بخشی از پازل آینده انرژی است و هیچ روش جایگزین کامل روش دیگر نیست. ترکیب فناوریها راهحل نهایی است.
گسترش انرژیهای تجدیدپذیر نهتنها یک انتخاب زیستمحیطی است، بلکه یک راهبرد اقتصادی و تکنولوژیک بلندمدت محسوب میشود.
از انرژی خورشیدی و بادی تا زمینگرمایی، زیستتوده و همجوشی هستهای، هرکدام نقشی کلیدی در آینده سیستم قدرت خواهند داشت.
مسیر آینده انرژی جهان بر پایه فناوریهای پاک، ذخیرهسازی هوشمند، شبکههای الکتریکی هوشمند و هیدروژن سبز شکل خواهد گرفت و این تغییر، آینده مهندسی برق را بیش از هر زمان دیگری هیجانانگیز میکند.
انرژی تجدیدپذیر چیست و چرا در دهههای اخیر اهمیت یافته است؟
انرژی تجدیدپذیر به منابع انرژیای اطلاق میشود که منشأ طبیعی داشته و قابلیت جایگزینی مداوم دارند (مانند خورشید، باد و آب). این منابع به دلیل کاهش انتشار گازهای گلخانهای و محدودیت منابع فسیلی، برای دستیابی به توسعه پایدار و امنیت انرژی جهانی اهمیت فزایندهای یافتهاند.
منظور از توسعه پایدار در ارتباط با انرژیهای تجدیدپذیر چیست؟
توسعه پایدار به تأمین نیازهای انرژی نسل حاضر بدون به خطر انداختن توانایی نسلهای آینده در تأمین نیازهایشان اشاره دارد. انرژیهای تجدیدپذیر با حداقل آلودگی و منابع نامحدود، رکن اصلی این نوع توسعه هستند.
آیا انرژی زمینگرمایی (ژئوترمال) نیز جزو منابع تجدیدپذیر محسوب میشود؟
بله، انرژی زمینگرمایی از حرارت ذخیرهشده در هسته زمین به دست میآید و به دلیل اینکه این حرارت به صورت مداوم تولید و تجدید میشود، به عنوان یک منبع انرژی تجدیدپذیر طبقهبندی میشود.
تکنولوژی اصلی در بهرهبرداری از انرژی خورشیدی چیست؟
متداولترین تکنولوژی، استفاده از پنلهای فتوولتائیک (Photovoltaic – PV) است که نور خورشید را به طور مستقیم از طریق پدیده فتوولتائیک به جریان الکتریکی DC تبدیل میکنند.
نیروگاههای بادی چگونه برق تولید میکنند؟
توربینهای بادی از نیروی آیرودینامیک باد برای چرخاندن پرهها استفاده میکنند. این چرخش از طریق شفت و گیربکس (در برخی مدلها) به ژنراتور منتقل شده و انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل مینماید.
مهمترین فناوری در بهرهبرداری از انرژیهای آبی چیست؟
متداولترین روش، استفاده از سدهای هیدروالکتریک است که با استفاده از اختلاف ارتفاع آب ذخیرهشده، توربینها را به حرکت درآورده و برق تولید میکنند.
بزرگترین چالش در مسیر گسترش استفاده از منابع تجدیدپذیر چیست؟
بزرگترین چالش، نوسانات ذاتی و وابستگی این منابع (مانند باد و خورشید) به شرایط آب و هوایی است که نیاز به سیستمهای ذخیرهسازی انرژی پیشرفته (مانند باتریهای بزرگ) و مدیریت هوشمند شبکه را ضروری میسازد.
فناوریهای نوین ذخیرهسازی انرژی چه نقشی در پایداری شبکه دارند؟
فناوریهای ذخیرهسازی، مانند باتریهای لیتیوم-یون یا سیستمهای ذخیره انرژی پمپاژ-آبی، میتوانند انرژی مازاد تولید شده در ساعات اوج را ذخیره کرده و در زمان کمبود یا پیک مصرف، آن را به شبکه تزریق کنند و بدین ترتیب، پایداری شبکه را تضمین نمایند.
منبع : انرژی پاک
سنسور چیست؟ plc چیست؟ مدار ستاره و مثلث چیست؟ کلید هوایی چیست؟ انرژی تجدیدپذیر و فناوری های نوین تولید برق کلید مینیاتوری چیست؟ فیوز چیست؟ کلید کامپکت چیست؟ تابلو برق صنعتی چیست؟ کلید حرارتی چیست؟ رله و کنتاکتور و کاربرد آنها در تابلو برق صنعتی اگر همه ی جهان به انرژی پاک روی بیاودند چه می شود؟ فرق سردخانه های فول اتوماسیون با سردخانه های سنتی ترموستات های سردخانه ای سردخانه نیتروژنی چیست؟ سردخانه آمونیاکی چیست؟ سردخانه فریونی چیست؟ تابلو برق سردخانه چیست؟ پنل خورشیدی چیست؟ چه کسی برق را کشف کرد؟ سرعت برق راهکارهای افزایش عمر تجهیزات برقی خانگی چگونه مصرف برق را کاهش دهیم؟ کتاب راهنمای جامع STEP7 پیکربندی و برنامه نویسی شبکه اترنت صنعتی با نرم افزار STEP7 پیکربندی و برنامه نویسی شبکه PROFIBUS با نرم افزار STEP7 اتوماسیون صنعتی چیست؟
