انرژی تجدید پذیر چیست - renewable energy

[فاطمه یاس]

انرژی تجدید پذیر چیست​

انرژی‌های تجدید‌پذیر (renewable energy) دسته‌ای از منابع انرژی هستند که بیش‌تر از نظر اجتماعی و سیاسی تعریف شده‌اند. انرژی‌های تجدید پذیر به عنوان نوعی انرژی تعریف می‌شوند که از منابعی که در زمانی در مقیاس انسانی، به طور پیوسته تولید مجدد می‌گردند مانند نور خورشید، باد، باران، جزر و مد، امواج و زمین گرمایی، به وجود می‌آیند.

حدود 16 درصد از مصرف انرژی نهایی جهان از منابع تجدید پذیر (renewable resources) تولید می‌شود که 10 درصد از آن از بیوماس (biomass) سنتی است که اغلب برای گرمایش استفاده می‌شود و 3.4 درصد آن برق‌آبی (hydroelectricity) می‌باشد. تجدید پذیرهای جدید شامل برق آبی کوچک (small hydro)، بیوماس مدرن (modern biomass)، توان بادی (wind power)، انرژی خورشیدی (solar power)، انرژی ژئوترمال (geothermal energy) و بیو سوخت‌ها‌ (biofuels) می‌شوند که در حدود 3 درصد تخمین زده می‌شوند ولی به سرعت در حال رشد هستند.

روند سهم ظرفیت نصب شده و تولید انرژی تجدید پذیر در دنیا​

سهم انرژی‌های تجدید پذیر در تولید برق در حدود 19 درصد است که 16 درصد آن از برق آبی و 3 درصد از تجدید پذیرهای جدید است.

در حالی که بسیاری از پروژه‌های انرژی تجدید پذیر در مقیاس بزرگ هستند، فن‌آوری‌های تجدید پذیر به مناطق روستایی و دور افتاده نیز رسیده‌اند که در آن سهم انرژی در توسعه انسانی بسیار مهم است.

انتظار می‌رود منابع انرژی تجدید پذیر که انرژی خود را به طور مستقیم و یا مانند آب و باد غیر مستقیم از خورشید گرفته‌اند، توانایی تامین انرژی انسانی را برای تقریبا یک میلیارد سال دیگر داشته باشند.

​

منابع انرژی تجدید پذیر و فرصت‌های قابل توجه برای افزایش راندمان انرژی در مناطق جغرافیایی وسیعی وجود دارند که در مقایسه با آن، سایر منابع انرژی در تعداد محدودی از کشورها متمرکز شده‌اند. استقرار سریع انرژی‌های تجدید پذیر و افزایش راندمان انرژی و تنوع تکنولوژی منابع انرژی باعث امنیت انرژی قابل توجه و منافع اقتصادی می‌شود.

​

ظرفیت تجدید پذیر نصب شده در جهان به غیر از برق‌آبی

انرژی‌های تجدید پذیر در چهار حوزه مجزا جایگزین سوخت‌های معمولی می‌شوند:

• تولید برق (electricity generation)
• گرمایش آب/ فضا
• سوخت‌های حمل و نقل
• سرویس‌های خارج از شبکه (off-grid).

[h=1]تولید برق به وسیله انرژی‌های تجدید پذیر[/h]
انرژی‌های تجدید پذیر 19 درصد از تولید برق را در سراسر جهان بر عهده دارند. ژنراتورهای برق (power generators) تجدید پذیر در بسیاری از کشورها گسترش یافته‌اند و توان بادی (wind power) سهم قابل توجهی از برق برخی از مناطق را تامین می‌کند: به عنوان مثال 14 درصد در ایالت آیووا، 40 درصد در ایالت شمال آلمان اشلسویگ هولشتاین و 49 درصد در دانمارک. برخی از کشورها بیش‌تر برق خود را از انرژی‌های تجدید پذیر به دست می‌آورند، از جمله ایسلند ( 100 درصد)، نروژ (98 درصد)، برزیل (86 درصد)، اتریش (62 درصد)، نیوزیلند (65 درصد) و سوئد (54 درصد).
[h=1]
گرمایش به وسیله انرژی‌های تجدید پذیر[/h]
آب گرم خورشیدی نقشی مهمی در تامین حرارت تجدید پذیر (renewable heat) در بسیاری از کشورها بر عهده دارد، به ویژه در چین که در حال حاضر با 180 گیگاوات‌ساعت گرما، 70 درصد از مجموع جهانی را در اختیار دارد. بسیاری از این سیستم‌ها در ساختمآن‌های آپارتمانی چند واحدی نصب و بخشی از نیاز آب گرم حدود 50 تا 60 میلیون خانواده چینی را تامین می‌کنند. در سراسر جهان، کل ظرفیت آب گرم‌کن‌های خورشیدی نصب شده، نیازهای آب گرم بیش از 70 میلیون خانوار را تامین می‌کنند.
استفاده از زیست توده (biomass) برای گرمایش نیز همچنان رو به رشد است. در سوئد، استفاده از انرژی زیست توده از نفت پیشی گرفته است. کاربرد مستقیم زمین‌گرمایی (geothermal) برای گرمایش نیز به سرعت در حال رشد است.
[h=1]
سوخت‌های تجدید‌پذیر برای حمل و نقل[/h]
زیست سوخت‌های تجدید پذیر (renewable biofuels) از سال 2006 باعث کاهش قابل توجهی در مصرف نفت در ایالات متحده شده‌اند. 93 میلیارد لیتر سوخت زیستی در سال 2009 در سراسر جهان تولید شده که معادل حدود 68 میلیارد لیتر بنزین و حدود 5 درصد از تولید بنزین در دنیا بوده است.
تغییر آب و هوا و نگرانی‌ در مورد گرم شدن زمین همراه با افزایش قیمت نفت، کاهش تولید نفت و افزایش حمایت دولت‌ها، محرک‌های افزایش قانونی، انگیزشی و تجاری برای انرژی‌های تجدید پذیر هستند. با توجه به طرح 2011 آژانس بین‌المللی انرژی، ژنراتورهای برق خورشیدی می‌توانند ظرف 50 سال آینده بیش‌تر برق جهان را تولید و به طرز چشمگیری باعث کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و آسیب به محیط زیست می‌شوند.
[h=1]
توان بادی[/h]
می‌توان از جریان هوا برای حرکت پره‌های توربین بادی (wind turbines) استفاده کرد. توربین‌های مدرن بادی از حدود 600 کیلووات تا 5 مگاوات توان نامی دارند ولی توربین‌های بادی با خروجی نامی 1.5 تا 3 مگاوات دارای کاربرد تجاری زیادی شده‌اند. قدرت موجود باد تابعی از مکعب سرعت باد است، بنابراین با افزایش سرعت باد، توان خروجی به طور چشمگیری افزایش می‌یابد تا این که به بیشینه خروجی برای توربین خاص برسد. مناطقی که دارای بادهای قوی‌تر و ثابت‌تر هستند، مانند سایت‌های فراساحلی و مرتفع، مکان مناسبی برای مزارع بادی (wind farms) هستند. ظرفیت معمول حدود 20 تا 40 درصد است که میزان حد بالای آن در سایت‌های مطلوب رخ می‌دهد

مزرعه بادی فراساحلی​

در سطح جهان، پتانسیل فنی بلند مدت انرژی باد پنج برابر کل تولید انرژی جهانی فعلی و یا 40 برابر تقاضای برق کنونی است، با فرض این که تمام موانع عملی برطرف شوند

​

[h=1]برق‌آبی[/h]
می‌توان انرژی آب را مهار و از آن استفاده کرد. از آن‌جا که آب 800 مرتبه چگال‌تر از هوا است، حتی از یک جریان آرام آب و یا جزر و مد در حد متوسط می‌تواند مقدار قابل توجهی انرژی حاصل شود. شکل‌های بسیاری از انرژی آب وجود دارد:

• انرژی برق آبی (hydroelectric energy) واژه‌ای است که معمولا برای سدهای برق آبی در مقیاس بزرگ محفوظ است.
• سیستم های برق آبی کوچک (micro hydro systems) تاسیسات برق آبی هستند که به طور معمول تا 100 کیلووات توان تولید می‌کنند. سیستم‌های برق‌آبی میکرو اغلب در مناطق غنی از آب به عنوان منبع تغذیه یک منطقه دور افتاده (remote-area power supply) یا RAPS استفاده می‌شوند.
• سیستم‌های برق‌آبی خروجی از رودخانه (run-of-the-river hydroelectricity)، انرژی جنبشی را از رودخانه‌ها و اقیانوس‌ها استخراج می‌کنند، بدون این که نیاز به ایجاد یک مخزن بزرگ داشته باشند.

[h=1]انرژی خورشیدی[/h]
سیستم‌های انرژی خورشیدی، برای گرمایش و یا تولید برق از انرژی خورشید به شکل تابش خورشیدی استفاده می‌کنند. برق خورشیدی می‌تواند به صورت فتوولتاییک (photovoltaics) و یا موتورهای حرارتی (heat engines) به صورت انرژی متمرکز خورشیدی (concentrated solar power) باشد. شماری از دیگر کاربردهای خورشیدی شامل گرمایش و سرمایش فضا از راه معماری خورشیدی (solar architecture)، استفاده از روشنایی روز (daylighting)، آب گرم‌کن خورشیدی (solar hot water)، پخت و پز خورشیدی (solar cooking) و حرارت فرآیندی در دمای بالا و برای اهداف صنعتی می‌شود.

​

تکنولوژی‌های خورشیدی در کل بر حسب روش دریافت، تبدیل و توزیع انرژی خورشیدی به دو دسته خورشیدی خنثی (passive solar) و خورشیدی فعال (active solar) تقسیم می‌شوند. تکنیک‌های خورشیدی فعال شامل استفاده از پانل‌های فتوولتاییک (photovoltaic panels) و[FONT=Tahoma, Arial, Helvetica, sans-serif]کلکتورهای گرمایی خورشیدی (solar thermal collectors) برای بهره‌گیری از انرژی هستند. تکنیک‌های غیر فعال انرژی خورشیدی عبارت‌اند از تعیین جهت یک ساختمان نسبت به خورشید، انتخاب مواد با خواص جرم حرارتی یا پراکندگی نوری مناسب و طراحی فضاها برای گردش طبیعی هوا. جذب انرژی خورشیدی همچنین شامل تحقیقات مربوط به تجزیه آب و کاهش دی‌اکسید کربن هوا به وسیله فتوسنتز مصنوعی (artificial photosynthesis) و یا سوخت‌های خورشیدی می‌شود.[/FONT]

​

[h=1]زیست توده[/h]
زیست توده یا بیوماس (biomass) شامل مواد گیاهی است که می‌تواند یک منبع انرژی تجدید پذیر باشد با این ملاحظه که میزان استخراج از میزان تولید آن تجاوز نکند، در غیر این صورت مصرف زیست توده تجدید ناپذیر رخ می‌دهد که مثال آن جنگل زدایی تاریخی در طول دوره روم و جنگل زدایی در جنگل‌های آمازون می‌باشد.

نیروگاه بیوماس​

در فرآیند فتوسنتز، گیاهان انرژی خورشید را جذب می‌کنند. هنگامی که گیاهان می‌سوزند، انرژی خورشید را آزاد می‌کنند. به این ترتیب عمل‌کرد زیست توده به صورت یک باتری طبیعی برای ذخیره انرژی خورشیدی است.

به طور کلی دو روش اصلی برای استفاده از گیاهان در تولید انرژی وجود دارد: پرورش گیاهان خاص برای تولید انرژی (شناخته شده به عنوان نسل اول و سوم زیست توده) و یا استفاده از پس‌ماندهای گیاهانی که برای مصارف دیگر استفاده می‌شوند (شناخته شده به عنوان نسل دوم زیست توده).

نسبت واقعی استفاده از زیست توده تجدید پذیر نامشخص است، به عنوان مثال زغال سنگ نارس یکی از بزرگ‌ترین منابع زیست توده است که گاهی اوقات به عنوان یک منبع تجدید پذیر انرژی در نظر گرفته می‌شود. با این حال با توجه به این که نرخ استخراج از معادن آن در کشورهای صنعتی به مراتب بیش سرعت آهسته رشد مجدد آن به میزان 1 میلی‌متر در سال است، اختلاف نظر وجود دارد که آیا این زغال‌سنگ جزو تجدید پذیر دسته‌بندی می‌شود یا خیر. در این مورد بحث‌های شدیدی وجود داشته است.

بحث دیگر در مورد دسته‌بندی به عنوان منابع تجدید پذیر، این واقعیت است که بسته به منبع گیاهی، از 2 تا 100 سال برای رشد دوباره منبع انرژی به زمان نیاز است؛ مانند تفاوت بین سرعت رشد چمن و سرعت رشد درختان. در نتیجه به علت شدت انتشار (emission intensity) بالای مواد گیاهی، محققان پیشنهاد کرده‌اند که اگر رشد دوباره منبع زیست توده بیش از 20 سال طول بکشد، منبع گیاهی را نباید از نظر تغییرات آب و هوایی به عنوان منبع تجدید پذیر در نظر گرفت.
[h=1]
سوخت زیستی[/h]
بیو سوخت یا سوخت‌های زیستی (biofuels) شامل بازه گسترده‌ای از سوخت‌ها هستند که از زیست توده مشتق شده‌اند. سوخت‌های زیستی شامل زیست توده جامد (solid biomass)، سوخت مایع (liquid fuels) و بیو گازهای (biogases) مختلف می‌شوند. سوخت‌های زیستی مایع شامل بیوالکل‌هایی (bioalcohols) مانند بیو اتانول (bioethanol) و روغن‌هایی مانند بیودیزل (biodiesel) می‌شوند. سوخت‌های زیستی گازی عبارت‌اند از بیوگاز، گاز دفن زباله (landfill gas) و گاز مصنوعی (synthetic gas).

بیو اتانول از تخمیر اجزای قندی مواد گیاهی که بیش‌تر شکر و نشاسته می‌باشد، ساخته می‌شود. با استفاده از تکنولوژی‌های پیشرفته در حال توسعه، زیست توده‌های سلولزی مانند درختان و علف نیز به عنوان مواد خام برای تولید اتانول استفاده می‌شوند. اتانول می‌تواند به صورت خالص به عنوان سوخت برای وسایل نقلیه استفاده شود، اما معمولا به عنوان یک افزودنی به بنزین برای افزایش اکتان و بهبود تولید گازهای گلخانه‌ای خودرو استفاده می‌شود. بیو اتانول به طور گسترده در آمریکا و برزیل استفاده می‌شود. هزینه انرژی مصرف شده برای تولید بیو اتانول تقریبا با انرژی حاصل از بیواتانول برابر است. با توجه به گزارش آژانس محیط زیست اروپا، سوخت‌های زیستی نگرانی گرم شدن کره زمین را حل نمی‌کنند.

مزرعه نیشکر در برزیل​

بیودیزل از روغن‌های گیاهی، چربی‌های حیوانی و یا گریس بازیافت می‌شود. بیو دیزل می‌تواند به صورت خالص به عنوان سوخت برای وسایل نقلیه استفاده شود، اما معمولا به عنوان یک مکمل گازوییل به منظور کاهش سطح ذرات، مونواکسید کربن و هیدروکربن وسایل نقلیه دیزلی استفاده می‌شود.

در سال 2010، سوخت‌های زیستی 2.7 درصد از سوخت حمل و نقل در جهان را تامین کرده‌اند.
[h=1]
انرژی زمین گرمایی[/h]
انرژی زمین گرمایی یا انرژی ژئوترمال (geothermal energy)، گونه‌ای از انرژی حرارتی است که در زمین تولید شده و ذخیره شده است. سرچشمه انرژی زمین گرمایی از زمان شکل‌گیری اولیه کره زمین (20 درصد) و از تجزیه رادیو اکتیوی مواد معدنی (80 درصد) می‌باشد. گرادیان ژئوترمال (geothermal gradient) به معنی تفاوت دمای هسته و سطح زمین است که یک انتقال مداوم انرژی حرارتی از هسته به سطح را ایجاد می‌کند.

​

حرارت مورد استفاده در انرژی زمین گرمایی در عمق زمین قرار دارد که یک مسیر 6400 کیلومتری را از عمق زمین طی کرده است. از گذشته‌های دور انرژی زمین گرمایی در چشمه‌های آب گرم استفاده می‌شده است، اما در حال حاضر برای تولید برق مناسب تشخیص داده شده است.

​