پایگاه علمی سعید سان دانلود رایگان مقالات علمی کنفرانس و ژورنال
دانلود مقاله استفاده از انرژی های تجدید پذیر برای تولید انرژی الکتریکی
مقدمه
هزینه های اجتماعی فعالیتعامل های اقتصادی از دیر باز مورد توجه اقتصاددانان بوده است . این مباحث که در ابتدا جنبه تحلیلی و تئوریک داشت به تدریج در کشورهای مختلف به مباحث جدی حقوقی تبدیل گردید و در بسیاری از موارد از شکست مکانیزم بازار در تخصیص بهینه منابع جلوگیری نموده است . در واقع وجود اثرات خارجی در فعالیتهای تولید ومصرف کنندگان اقتصادی باعث می شودکه مکانیزم دست نامرئی نتواند به خوبی عمل نماید ودر نهایت جامعه به دلیل عدم تخصیص بهینه متحمل زیان گردد در بحث اثرات خارجی تولید ومصرف سوختهای فسیلی دسترسی به دو هدف یعنی” تخصیص بهینه اجتماعی منابع” و حرکت به سمت تخصیص بهینه با توسعه بهرگیری از انرژی های پایدار”مورد توجه سیاستگذاران انژی خواهد بود.
اگر وضعیت فعلی رشد جمعیت ادامه یابد ، پیش بینی می شود جمعیت جهان در اوائل قرن حاضر به هفت میلیارد نفربرسد . در عین حال منابع انرژی متداول در حال اتمام بوده و ممکن است تا اوایل قرن 21 به پایان برسد . استفاده از انرژی هسته ای که منابع آن نیز محدود بوده و مستلزم تربیت نیروی انسانی ماهر و نیز استفاده از سیستم های پیشرفته حفاظتی در برابر ضایعات رادیواکتیو است ، تکافوی نیازمندیهای انرژی جهان را نخواهد داد .
پیش بینی می شود که انرژی خورشیدی و سایر منابع انرژی غیر متداول ، جایگاه ویژه ای را تامین انرژی قرن آتی کسب نمایند .
تاریخچه
انرژی زمین گرمایی اساسا” انرژی درونی خود زمین است . گرمای طبیعی موجود در زمین خودش را برای هزاران سال به شکلهای آتشفشانها ، گدازه های روان ، آبفشانها و چشمه های آب گرم آشکار ساخته است . بیشتر این موارد قابل عکس برداری و ثبت هستند . در زمانهای گذشته ، بخار طبیعی که از زمین خارج می شد تنها برای مصارف درمانی استفاده می شد . در متون رومیان بیش از 2000 سال پیشتر به وجود میادینی از بخار در مکان لاردرلوی کنونی ( Larderllo ) ، جنوب فلورنس اشاره شده است . در این مکان که ریشه تاریخی درارد اولین مرکز تولید برق از انرژی زمین گرمایی راه اندازی شده است . در ایالات متحده اولین میدان زمین گرمایی در سال 1847 توسط ویلیام بل الیوت در یک اکتشاف منطقه ای در جستجوی گوزنهای گریزلی در کوههای بین کلوردال ( Cloverdale )
و کالیستوگای کالیفورنیا ( Calistoga ) کشف شد .{7}
در تاریخ ثبت شده که اولین موارد کاربردی انرژی زمین گرمایی برای گرم کردن فضا ، پخت و پز و اهداف درمانی بوده است . اولین باری که از انرژی زمین گرمایی برای گرم کردن محیط استفاده شده به سال 1300 در ایسلند بر می گردد .
در سال 1800 انرژی زمین گرمایی به طور وسیعتری توسط کنت فرانچسکو دلادرل برای بازیافت اسید بوریک مورد استفاده قرار گرفت شد . اولین مبدل مکانیکی در سال 1897 برای میدانهای لاردرلو ایتالیا برای گرم کردن بویلر که یک موتور بخار کوچک را می چرخاند ساخته شد .
اولین تلاش برای تولید الکتریسیته همچنین در مکان لاردرلو در سال 1904 توسط یک ژنراتور با توانایی روشن کردن 4 لامپ انجام شد . این روند در سال 1912 توسط توربین تقطیر کننده دنبال شد و در سال 1914 به رقم تولید 5/8 مگا وات رسید ، در سال 1944 لاردرلو در حال تولید 127 مگاوات بود که این نیروگاه در نزدیکی خاتمه جنگ جهانی دوم تخریب شد اما خوشبختانه بازسازی و توسعه یافت و عاقبت الامر تولید آن در سال 1981 به 360 مگاوات رسید .
در ایالات متحده ، اولین تلاش در راه پیشرفت میدانهای چشمه های آب گرم در سال 1922 انجام شد . بخار با موفقیت کنترل شد اما لوله ها و توربینها در آن زمان قادر نبودند با خاصیت خورندگی و سایش بخار مقابله کنند . این تلاش تا سال 1956 به نتیجه نرسید و شرکت ماگماپاور و ترمال پاور پس از به کنترل درآوردن بخار امتیاز آن را به دو شرکت پاسیفیک گاز و الکتریک کمپانی فروختند . پس از آن آلیاژ ضد زنگ استیل کشف شد که می توانست در برابر خاصیت خورندگی بخار مقابله کند ، و اولین واحد ژنراتوری برق با ظرفیت 11 مگاوات در سال 1960 شروع به کار کرد . تاکنون 13 واحد بزرگتر روبه رو رشد دیگر به این مجموعه اضافه شده است که آخرین آن یک واحد 109 مگاواتی می باشد که در سپتامبر 1982 شروع به کار کرد و ظرفیت نهایی چشمه های آبگرم آن منطقه به 909 مگاوات رسید . 2 واحد دیگر در حال ساخت بوده و همچنین چهار واحد دیگر در حال طراحی می باشد . که تا بعد از سال 1980 ظرفیت نهایی آن به 1514 مگاوات خواهد رسید .
منابع و انواع انرژیهای زمین گرمایی
شکل -1 یکی از انواع انرژی های زمین گرمایی را نشان می دهد . که قسمتهای آن در زیر توضیح داده شده است :
A . ماگمای داغ نزدیک سطح
B . سنگهای یکپارچه آتشفشانی
C . صخره های آتشین یا گداخته که در سطح زمین با نام صخره های آتشفشانی خوانده می شوند . گرمای ماگما به سمت بالا هدایت می شود تا به صخره های آتشفشانی برسند . آب سطحی راهی به پایین به سمت این صخره ها از میان شکافها پیدا می کند و بوسیله گرمای صخره ها یا بوسیله مخطوط شدن با بخارهای داغ و بخار ، صعود می کند و درون یک خلل و مخزن قابل نفوذ وارد می شود .
D . صخره بالایی صخره آتشفشانی . این لایه همانند یک درپوش برای لایه صخره جامد قابل نفوذ می باشد .
E . سوراخی برای بهره بردای از انرژی زمین گرمایی هر چند خود صخره ها دارای شکاف و ترک می باشند .
F . بخار و آب داغ مسیر خود را به روشهای مختلفی به سطح زمین می رساند یکی از این موارد چشمه های آب گرم
G . دیگری آبفشانهای داغ
H . و یا یک روش خوب سوراخ های بخار از شیار برای استفاده در نیروگاه زمین گرمایی .
انرژی زمین گرمایی
انرژی گرمایی درون زمین یا زمین گرمایی ، در رآکتور هسته ای آن تولید می شود این انرژی بر اثر تجزیه رادیواکتیو ایزوتوپ پتاسیم و عناصر دیگری که در پوسته زمین پراکنده است ، به وجود می آید .
به تجربه معلوم شده است هر چه به ژرفای زمین افزوده شود ، درجه گرمای آن افزایش خواهد یافت ، بدین معنی که به ازای هر 100 متر عمق حدود 3 درجه سانتیگراد به گرمای آن اضافه می شود . متاسفانه بیرون کشیدن گرما به طور مستقیم از کره زمین امکان پذیر نیست ، فقط می توان از گرمای آن استفاده کرد که در آب های زیرزمینی وجود دارد . با این وصف در حال حاضر بهره برداری از انرژی گرمایی درون زمین تنها به صورت آب گرم و بخار آب امکان پذیر است .
فناوری انرژی زمین گرمایی
قرن هاست که گرمای درون زمین مورد بهره برداری قرار گرفته است ، حتی رومیان قدیم نیز از آن برای گرم کردن حمام استفاده می کردند . هم اکنون در حدود بیست کارخانه تولید برق با استفاده از گرمای درون زمین به کار اشتغال دارند که تولید آنها بین چند مگاوات تا 500 مگاوات است . جمع تولید نیروی این کارخانه ها بیش از MW 1000 است .
از گرمای درون زمین تنها در جاهایی می توان استفاده کرد که به سطح زمین نسبتا” نزدیک باشند و آن هم معمولا” مناطقی است که در آن آتشفشان یا زمین لرزه مستمر وجود دارد .
برخی از کشورهایی که هم اکنون از گرمای درون زمین استفاده می کنند عبارتند از :
امریکا ، روسیه ، نیوزلند ، ژاپن ، السالوادور ، مکزیک ، فیلیپین ، ایسلند ، ایتالیا ، فرانسه و مجارستان . دو کشور اخیر تنها از آب گرم برای گرمایش ساختمان استفاده می کنند .
ایران یکی از کشورهایی است که می تواند از انرژی گرمایی درون زمین استفاده کند . چشمه های آب گرم و آبهای معدنی ، اغلب دلیل بر وجود منابع ژئوترمال است که در ایران مناطق سبلان و دماوند در این رابطه از ویژگی خاصی برخوردار هستند .
برای استفاده از گرمای لایه های سنگ های داغ و خشک درون زمین شیوه ای ابداع شده است ، بدین ترتیب که دو چه عمیق در زمین حفر می کنند ، آن گاه توسط تلمبه ای ، آب سرد وارد یکی از چاه ها شده و پس از داغ شدن و تبخیر آن در اعماغ زمین ، از چاه دیگر بیرون می آید . مسئله عمده این است که تا چه مدت می توان این کار را پیش از آنکه سنگ های داغ سرد شوند ، ادامه داد ( برای گرم شدن مجدد سنگ ها مدت زمان بسیار زیادی لازم است ) . در حال حاضر هزینه تولید برق از انرژی گرمایی زمین با برق تولیدی کارخانه های هسته ای و نفت سوز قابل رقابت است . در شکل – 3 ایجاد بخار آب با استفاده از انرژی گرمایی درون زمین برای به حرکت درآوردن توربین بخار و ژنراتور برق متصل به آن نشان داده شده است .
شایان ذکر است که ایتالیا نخستین کشوری است که برای شبکه راه آهن برقی خود از انرژی گرمایی درون زمین استفاده کرده است . این کشور در نزدیکی شهر پیزا حدود 600 مگاوات برق از این طریق تولید می کند .
گرمای ذخیره شده در زمین
گرمای ذخیره شده در اعماق زمین تقریبا” دست نخورده باقی مانده است ، این انرژی را می توان در هر شرایطی به دست آورد . فناوری هایی که امروزه بشر در اختیار دارد امکان استفاده از این انرژی را عملا” در همه جا فراهم آورده است .
هر چه به مرکز زمین نزدیک شویم ، دمای آن افزایش می یابد . درجه حرارت در لایه های بالایی هسته مرکزی زمین حدود 1300 درجه سانتیگراد و در هسته مرکزی زمین حدود 5000 درجه سانتیگراد است .
تابش نور خورشید ، درجه حرارت را در سطح زمین بالا می برد . زمین حرارت را از خود عبور می دهد و از عمق 20 متری به پایین حرارت خورشید دیگر محسوس نیست . اگر با دید فیزیکی نگاه کنیم ، دیده می شود که بین درجه های حرارت هسته زمین و پوسته آن یک جریان گرمایی وجود دارد .
اگر بخواهیم از انرژی زمین گرمایی بهره ببریم ، معمولا” از انرژی گرمایی ای که در صخره ها و آب و یا بخار آب ذخیره شده است استفاده می کنیم .
انرژی ذخیره شده در پوسته زمین تا عمق 3000 متر در جدول -1 آمده است .
فهرست
مقدمه 1
انرژی زمین گرمایی
تاریخچه 2
منابع و انواع انرژیهای زمین گرمایی 4
انرژی زمین گرمایی 5
فناوری انرژی زمین گرمایی 5
گرمای ذخیره شده در زمین 6
سیستمهای هیدروترمال 9
سیستمهای ژئوپرشورد 10
سیستمهای پتروترمال 10
اثرات و مشکلات محیطی 12
نیروگاهای برق زمین گرمایی 13
نیروگاه های برق سیکل بخار خشک 15
نیروگاه های برق زمین گرمایی تبخیر آنی یک مرحله ای آب داغ 16
نیروگاه های برق زمین گرمایی تبخیر آنی دو مرحله ای آب داغ 17
نیروگاه های برق زمین گرمایی دو مرحله ای 18
نیروگاه های برق زمین گرمایی ترکیبی ( زمین گرمایی – فسیلی ) 19
کاربرد مستقیم انرژی زمین گرمایی 20
انرژی گرمایی لایه های سطحی زمین 21
انرژی اقیانوسی
مقدمه 23
جزر و مد 24
فناوری انرژی جزر و مدی 27
توسعه 31
انرژی جزر و مدی در جهان 31
تبدیل انرژی گرمایی اقیانوس ها 31
پتانسیل انرژی حرارتی اقیانوس ها 32
فناوری تبدیل انرژی حرارتی اقیانوس ها 33
چرخه باز یا چرخه کلود 34
چرخه بسته یا سیکل OTEC آندرسون 36
انرژی امواج اقیانوس ها 39
موج 41
دستیابی به انرژی موجی 42
اثرات زیست محیطی 43
پیش بینی آینده 43
تبدیل انرژی امواج بوسیله شناور 43
ماشین ذخیره شده امواج پر فشار 45
دیگر ماشینهای امواج
ماشین تولید نیروی نوع دلفینی 47
راهکار صخره های مرجانی 48
مشکلات اقتصادی 50
انرژی خورشیدی
مقدمه 52
تاریخچه 52
تشعشع خورشیدی 54
تشعشعات خورشیدی 57
سیستمهای تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریسیته 58
تبدیل انرژی گرمایی خورشید به الکتریسیته 58
تبدیل فتوولتاییک 59
سیستمهای ریسیور مرکزی گرمای خورشیدی 60
هلیوستات ها 62
زمین هلیوستات 63
کنترل هلیوستات 66
ریسیور 68
راندمان ریسیور 70
سیستم انتقال گرما 71
سیستم نگهداری گرمایی 73
تجربه جهانی 75
نیروگاه های هیبریدی 77
تبدیل سیکل استر لینگ 78
سیستمهای سیکل مرکب ( بهم پیوسته ) 80
تبدیل انرژی فتو ولتاییک 81
سیستمهای تولید توان خورشیدی ماهواره 83
انرژی هیدروژنی
مقدمه 85
تاریخچه پیلهای سوختی 87
تعریف پیل سوختی 87
مزایای پیل سوختی 89
موارد کاربرد پیل سوختی 91
اجزا اساسی پیل سوختی 92
مجموعه سازی پیلهای سوختی 92
طبقه بندی پیلهای سوختی 92
مقایسه کاربرد بین انواع پیلهای سوختی 93
سوختهای مورد نیاز پیلهای سوختی 94
اقتصاد پیلهای سوختی 94
تولید برق 94
نتیجه گیری 96
MHD 97
سیستم MHD 98
روش های یونیزه کردن گاز 100
مراجع 102
| فرمت فایل: Word (قابل ویرایش) |
| تعداد صفحات: 105 |
| حجم: 3.38 مگابایت |