انرژی جایگزین- مجموعه ای از روش های امیدوارکننده تولید انرژی که به اندازه روش های سنتی گسترده نیستند، اما به دلیل سودآوری استفاده از آنها با خطر کم آسیب به محیط زیست مورد توجه هستند.
منبع انرژی جایگزین- روش، دستگاه یا ساختاری که به شما امکان می دهد انرژی الکتریکی (یا دیگر نوع انرژی مورد نیاز) را دریافت کنید و جایگزین منابع انرژی سنتی که بر روی نفت، گاز طبیعی استخراج شده و زغال سنگ کار می کنند، می شود.
انواع انرژی های جایگزین:انرژی خورشیدی، انرژی باد، انرژی زیست توده، انرژی موج، انرژی گرادیان دما، اثر حافظه شکل، انرژی جزر و مد، انرژی زمین گرمایی.
انرژی خورشیدی- تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریسیته با روش های فوتوالکتریک و ترمودینامیکی. برای روش فوتوالکتریک، مبدل های فوتوالکتریک (PVC) با تبدیل مستقیم انرژی کوانتوم های نور (فوتون ها) به الکتریسیته استفاده می شود.
تأسیسات ترمودینامیکی که انرژی خورشید را ابتدا به گرما و سپس به انرژی مکانیکی و سپس به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند، حاوی «دیگ خورشیدی»، یک توربین و یک ژنراتور هستند. با این حال، تابش خورشیدی بر روی زمین دارای تعدادی ویژگی مشخص است: چگالی شار انرژی کم، چرخه روزانه و فصلی، و وابستگی به شرایط آب و هوایی. بنابراین، تغییر در رژیم های حرارتی می تواند محدودیت های جدی در عملکرد سیستم ایجاد کند. چنین سیستمی باید دارای یک دستگاه ذخیره‌سازی باشد تا نوسانات تصادفی در حالت‌های عملیاتی را حذف کند یا از تغییرات لازم در تولید انرژی در طول زمان اطمینان حاصل کند. هنگام طراحی نیروگاه های خورشیدی، ارزیابی صحیح عوامل هواشناسی ضروری است.
انرژی زمین گرمایی- روشی برای تولید برق با تبدیل گرمای داخلی زمین (انرژی منابع بخار آب گرم) به انرژی الکتریکی.
این روش تولید الکتریسیته بر این اساس استوار است که دمای صخره ها با عمق افزایش می یابد و در سطح 2-3 کیلومتری از سطح زمین از 100 درجه سانتیگراد فراتر می رود. طرح های مختلفی برای تولید برق در یک نیروگاه زمین گرمایی وجود دارد.
طرح مستقیم: بخار طبیعی از طریق لوله ها به توربین های متصل به ژنراتورهای الکتریکی ارسال می شود. طرح غیر مستقیم: بخار از گازهایی که باعث از بین رفتن لوله ها می شود، از قبل (قبل از ورود به توربین ها) تمیز می شود. مدار مخلوط: بخار تصفیه نشده وارد توربین ها می شود و سپس گازهایی که در آن حل نشده اند از آب تشکیل شده در نتیجه تراکم خارج می شوند.
هزینه "سوخت" چنین نیروگاهی توسط هزینه چاه های تولیدی و سیستم جمع آوری بخار تعیین می شود و نسبتاً پایین است. هزینه خود نیروگاه کم است، زیرا کوره، دیگ بخار و دودکش ندارد.
از معایب تاسیسات الکتریکی زمین گرمایی می توان به امکان نشست موضعی خاک ها و بیدار شدن فعالیت های لرزه ای اشاره کرد. و گازهایی که از زمین خارج می شوند می توانند حاوی مواد سمی باشند. علاوه بر این، شرایط زمین شناسی خاصی برای ساخت نیروگاه زمین گرمایی ضروری است.
قدرت باد- این شاخه ای از انرژی است که در استفاده از انرژی باد (انرژی جنبشی توده های هوا در جو) تخصص دارد.
مزرعه بادی تاسیساتی است که انرژی جنبشی باد را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. این شامل یک توربین بادی، یک مولد جریان الکتریکی، یک دستگاه کنترل خودکار برای عملکرد یک توربین بادی و یک ژنراتور، امکاناتی برای نصب و نگهداری آنها است.
برای به دست آوردن انرژی باد، از طرح های مختلفی استفاده می شود: "گل های مروارید" چند پره. ملخ مانند ملخ هواپیما. روتورهای عمودی و غیره
تولید مزارع بادی بسیار ارزان است، اما ظرفیت آنها کم است و برای کار به آب و هوا بستگی دارد. علاوه بر این، آنها بسیار پر سر و صدا هستند، بنابراین مزارع بادی بزرگ حتی باید در شب خاموش شوند. علاوه بر این، مزارع بادی با ترافیک هوایی و حتی امواج رادیویی تداخل دارند. استفاده از نیروگاه های بادی باعث تضعیف موضعی قدرت جریان های هوا می شود که در تهویه مناطق صنعتی اختلال ایجاد می کند و حتی آب و هوا را تحت تأثیر قرار می دهد. در نهایت، استفاده از مزارع بادی به مناطق وسیعی نیاز دارد، بسیار بیشتر از انواع دیگر ژنراتورهای برق.
انرژی موج- روشی برای به دست آوردن انرژی الکتریکی با تبدیل انرژی پتانسیل امواج به انرژی جنبشی ضربان‌ها و تشکیل ضربان‌ها به نیروی یک طرفه که شفت ژنراتور الکتریکی را می‌چرخاند.
در مقایسه با انرژی باد و خورشید، انرژی موج چگالی توان بسیار بیشتری دارد. بنابراین، میانگین قدرت موج دریاها و اقیانوس ها، به عنوان یک قاعده، بیش از 15 کیلووات بر متر است. با ارتفاع موج 2 متر، قدرت به 80 کیلووات بر متر می رسد. به این معنی که هنگام توسعه سطح اقیانوس ها، هیچ کمبود انرژی وجود ندارد. تنها بخشی از توان موج را می توان در انرژی مکانیکی و الکتریکی استفاده کرد، اما برای آب ضریب تبدیل بیشتر از هوا است - تا 85 درصد.
انرژی جزر و مدی، مانند سایر انواع انرژی های جایگزین، یک منبع انرژی تجدید پذیر است.
این نوع نیروگاه از انرژی جزر و مد برای تولید برق استفاده می کند. برای دستگاه ساده ترین نیروگاه جزر و مدی (PES)، یک استخر مورد نیاز است - یک خلیج مسدود شده توسط یک سد یا دهانه رودخانه. در سد کولورت هایی وجود دارد و توربین های هیدرولیک تعبیه شده است که ژنراتور را می چرخاند.
هنگام جزر و مد آب وارد استخر می شود. هنگامی که سطح آب در حوضه و دریا با هم برابر باشد، دریچه های آبریزها بسته می شود. با شروع جزر و مد، سطح آب دریا پایین می آید و با کافی شدن فشار، توربین ها و ژنراتورهای برق متصل به آن شروع به کار می کنند و آب به تدریج از استخر خارج می شود.
ساخت نیروگاه های جزر و مدی در مناطقی با نوسانات جزر و مدی سطح دریا حداقل 4 متر از نظر اقتصادی مقرون به صرفه در نظر گرفته می شود. و مساحت حوضه جزر و مدی و تعداد توربین های نصب شده در بدنه سد.
نقطه ضعف نیروگاه های جزر و مدی این است که آنها فقط در سواحل دریاها و اقیانوس ها ساخته می شوند، علاوه بر این، آنها قدرت بسیار بالایی ندارند و جزر و مد فقط دو بار در روز رخ می دهد. و حتی آنها سازگار با محیط زیست نیستند. آنها تبادل طبیعی نمک و آب شیرین و در نتیجه شرایط زندگی گیاهان و جانوران دریایی را مختل می کنند. آنها همچنین بر آب و هوا تأثیر می گذارند، زیرا پتانسیل انرژی آب های دریا، سرعت آنها و قلمرو حرکت را تغییر می دهند.
انرژی درجه حرارت گرادیان. این روش استخراج انرژی بر اساس اختلاف دما است. خیلی گسترده نیست. با استفاده از آن، می توانید مقدار کافی انرژی را با هزینه متوسط تولید برق تولید کنید.
بیشتر نیروگاه های گرادیان دما در ساحل دریا قرار دارند و از آب دریا برای بهره برداری استفاده می کنند. اقیانوس های جهان تقریبا 70 درصد از انرژی خورشیدی را که روی زمین می ریزد جذب می کنند. تفاوت دما بین آب های سرد در عمق چند صد متری و آب های گرم در سطح اقیانوس منبع عظیمی از انرژی است که بین 20-40 هزار TW تخمین زده می شود که تنها 4 TW می تواند عملاً استفاده شود.
در عین حال، نیروگاه های حرارتی دریایی که بر اساس اختلاف دمای آب دریا ساخته شده اند، به انتشار مقدار زیادی دی اکسید کربن، گرما و کاهش فشار آب های عمیق و خنک شدن آب های سطحی کمک می کنند. و این فرآیندها نمی توانند بر اقلیم، گیاهان و جانوران منطقه تأثیر بگذارند.
انرژی زیست توده. هنگامی که زیست توده پوسیده می شود (کود، موجودات مرده، گیاهان)، بیوگاز با محتوای زیاد متان آزاد می شود که برای گرمایش، تولید برق و غیره استفاده می شود.
بنگاه‌هایی (خوک‌خانه‌ها و گاوداری‌ها و...) وجود دارند که به دلیل داشتن چندین "خمره" بزرگ که در آنجا توده‌های زیادی از کود حیوانات را در آنجا می‌ریزند، برق و گرما را برای خود تأمین می‌کنند. در این مخازن مهر و موم شده، کود دامی پوسیده می شود و گاز آزاد شده به نیاز مزرعه می رود.
مزیت دیگر این نوع انرژی این است که در نتیجه استفاده از کود مرطوب برای انرژی، بقایای خشکی از کود دامی باقی می ماند که کود عالی برای مزارع است.
همچنین می توان از جلبک های سریع الرشد و برخی از انواع ضایعات آلی (ساقه ذرت، نیشکر و ...) به عنوان سوخت زیستی استفاده کرد.
اثر حافظه شکل یک پدیده فیزیکی است که اولین بار توسط دانشمندان شوروی کوردیوموف و کندروس در سال 1949 کشف شد.
اثر حافظه شکل در آلیاژهای خاص مشاهده می شود و شامل این واقعیت است که قطعات ساخته شده از آنها پس از تغییر شکل تحت قرار گرفتن در معرض حرارت، شکل اولیه خود را بازیابی می کنند. هنگام بازیابی شکل اصلی، می توان کارهایی را انجام داد که به طور قابل توجهی از آنچه برای تغییر شکل در حالت سرد صرف شده است بیشتر است. بنابراین، هنگام بازیابی شکل اصلی، آلیاژها مقدار قابل توجهی گرما (انرژی) تولید می کنند.
نقطه ضعف اصلی اثر بازیابی شکل راندمان کم است - فقط 5-6 درصد.
مطالب بر اساس اطلاعات منابع باز تهیه شده است
مقاله 1396/06/19
منابع انرژی جایگزین چیست؟ و چرا به آنها جایگزین می گویند؟ آیا همه چیز در افق صاحبان تجهیزات معجزه آسا می تواند انرژی رایگان بدهد؟
مجموعه کاملی از سؤالات مربوط به استفاده از فناوری های انرژی جایگزین به طور فزاینده ای از یک فرد غیر روحانی ساده ناشی می شود که به کنار گذاشتن منابع انرژی سنتی فکر می کند. از این گذشته، به نظر می رسد چقدر عالی است که به طور کامل به یک منبع طبیعی تمام نشدنی روی بیاوریم و انتشار بنزین را در زیر پنجره فراموش کنیم، قبوض بی پایان و وابستگی به هزار و یک شرکتی که این صورت حساب ها را ارسال می کنند! با این حال، در هر کسب و کار جدی، دام هایی وجود دارد، و خوب است که آنها را از قبل، قبل از سفر به دریا شناسایی کنید.
منابع جایگزین - چیست؟
مرسوم است که منابع انرژی جایگزین را روش های به دست آوردن گرما و برق با کمک منابع طبیعی پایان ناپذیر - نور خورشید، باد و سایر هدایای طبیعت نامیده می شود. یکی از رایج‌ترین راه‌های استفاده از انرژی طبیعی، پنل‌های خورشیدی است که بار خود را از پرتوهایی که به آنها برخورد می‌کند، پر می‌کنند. اعضای متعهد نژاد بشر یاد گرفته‌اند که چنین باتری‌هایی را نه تنها در وسایل الکتریکی، بلکه در کاشی‌های سقف، فواره‌ها، شارژرهای قابل حمل، سقف خودروها، سطوح جاده‌ها و حتی هواپیماها نیز بسازند.
منابع انرژی جایگزین معمولاً روش هایی برای تولید گرما و برق با استفاده از منابع طبیعی پایان ناپذیر نامیده می شود.
استفاده از منابع انرژی جایگزین به پرتوهای خورشید محدود نمی شود: در دورافتاده ترین نقاط زمین، جایی که کشیدن سیم غیرممکن است، نقش نیروگاه ها به طور فزاینده ای توسط آسیاب های بادی ایفا می شود که بادها را به برق تبدیل می کنند. انرژی. انرژی موج و جزر و مد (تبدیل قدرت امواج دریا و جزر و مد رودخانه ها و دریاچه ها)، گرادیان دما (بر اساس اختلاف دما) و زیست توده (بر اساس پوسیدگی مواد زائد) به طور فعال استفاده می شود.
چنین منابعی در مقایسه با روش های سنتی تولید انرژی دارای مزایای متعددی هستند:
▪ دوستی با محیط زیست- هنگام استفاده از تجهیزات، انتشار مواد مضر آلوده کننده محیط زیست وجود ندارد.
▪ بی صدا(این بند در مورد گزینه با آسیاب بادی اعمال نمی شود)؛
▪ امکان نصب در نقاط دورافتاده دنیا، مجهز به خطوط برق نیست.
▪ انرژی آزاد.
چرا اینقدر کم هستند؟
بله، در واقع - اگر منابع انرژی جایگزین بسیار خوب هستند، چرا هنوز به طور گسترده مورد استفاده قرار نمی گیرند؟ بنابراین زمان بازگشت به «تله‌ها» فرا رسیده است: متأسفانه، دستگاه‌های به ظاهر جهانی مانند آسیاب‌های بادی و پنل‌های خورشیدی دارای اشکالاتی هستند.
وابستگی به شرایط آب و هوایی
نیاز اولیه برای یک منبع انرژی، البته، قابلیت اطمینان و ثبات است. و این دو ویژگی است که نشان دهنده ضعف در کار فناوری های جایگزین است. با نصب پنل های خورشیدی بر روی پشت بام که برای تامین برق کل خانه طراحی شده اند، در واقع صاحب آن در رحمت طبیعت قرار می گیرد: اگر هوا آفتابی باشد، برق در خانه وجود خواهد داشت. اگر یک سری روزهای ابری وجود داشته باشد، خانواده در معرض خطر بدون تلویزیون و یخچال قرار می گیرند.
همچنین تولید انرژی در شب به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. این ویژگی‌ها، پنل‌های خورشیدی را در کشورهایی با آب و هوای گرم، که در آنها ۱۲ ماه در سال خورشید به شدت می‌درخشد، و آسیاب‌های بادی در مناطقی که هوای بادی غالب است، راه‌حل خوبی می‌سازد. به عنوان مثال، سرمایه گذاری با آسیاب های بادی اگر میانگین سرعت باد سالانه در یک منطقه معین از 4-4.5 متر در ثانیه بیشتر شود، خود را توجیه می کند.
در مورد نیروگاه های موج و جزر و مد، باید به معنای واقعی کلمه منتظر "آب و هوا در کنار دریا" بود و تجهیزات را در نزدیکی ساحل قرار داد.
راندمان پایین
در کنار مزایای انرژی جایگزین، نقطه ضعف قابل توجه آن سطح نسبتا پایین تولید انرژی است.
به عنوان مثال، برای تامین برق یک خانه به مقدار 200-300 وات، مساحت باتری حداقل 20 متر مربع مورد نیاز است.
چنین راندمان پایین هنوز اجازه نمی دهد که پانل های خورشیدی به منبع اصلی انرژی خودرو تبدیل شوند و نقش یک وسیله اضافی برای تامین انرژی موتور را پشت سر بگذارند. بله، و در شب در چنین حمل و نقلی راه دوری نخواهید رفت.
در مواردی با انرژی موج و جزر و مد، راندمان پایین مستقیماً به همان وابستگی به شرایط آب و هوایی مرتبط است: جزر و مد در اقیانوس و دریا فقط دو بار در روز رخ می دهد.
تشریفات
ساختن مدارک و مجوزهای بی پایان چیزی است که هر صاحب یک نیروگاه خصوصی که پول زیادی را در پروژه خود سرمایه گذاری می کند، سعی می کند از آن اجتناب کند. با این حال، تصمیم برای نصب نیروگاه شخصی و خرید تجهیزات لازم هنوز برای شروع لذت بردن بدون مانع از مواهب طبیعت کافی نیست.
برای جلوگیری از آزمایش های طولانی و ناامیدی، قبل از شروع کار، لازم است از مقامات محلی برای ساخت و ساز مجوز دریافت کنید، با لیست شرایط و الزامات، مانند حداکثر ارتفاع مجاز آسیاب بادی، نیاز به جلب رضایت همسایگان و غیره فرآیند کاغذبازی مستلزم هزینه های مالی و زمانی اضافی است.
صدا و بو
البته چنین کاستی‌هایی در مورد هر نوع منابع انرژی جایگزین صدق نمی‌کند، اما در موارد فردی رخ می‌دهد و نمی‌توان آنها را نادیده گرفت.
سر و صدا- یکی از معایب قابل توجه مزارع بادی. قدرت اثر نویز در فاصله 20 متری به طور متوسط 34-45 دسی بل است. نزدیکتر - بلندتر. شادی داشتن نیروگاه خود تحت الشعاع صدای دائمی پنجره ها قرار می گیرد و بعید است که همسایگان از این تازگی قدردانی کنند. بنابراین، آسیاب های بادی باید در فاصله ای از مسکن قرار گیرند.
از جمله مواردی که به سر و صدا مربوط نمی شود، پرندگان دوست دارند در جریان هوا بر روی تاج ارتفاعات اوج بگیرند و اپراتورهای مزرعه بادی دوست دارند توربین های بادی را در آنجا قرار دهند، به همین دلیل است که تعداد زیادی از پرندگان و خفاش ها می میرند. آیا راه هایی برای حل مشکل وجود دارد؟ تا حدی بله. خاموش شدن پیشگیرانه توربین ها در طول دوره های پروازهای فشرده. اما برای از بین بردن کامل این مشکل، توسعه فن آوری های ترساندن فعال - هنوز در مراحل ابتدایی خود - ضروری است که به نوبه خود نه تنها مسیرها، بلکه دامنه بسیاری از گونه ها، به ویژه شکارچیان بزرگ را تغییر می دهد.
بو- بخشی جدایی ناپذیر از انرژی زیست توده، بر اساس تجزیه کود، گیاهان مرده و سایر انواع زیست توده. علیرغم استفاده از ظروف هرمتیک، بو همیشه در چنین نیروگاهی وجود دارد، بنابراین منابع انرژی زیست توده منحصراً برای سرویس دهی به گاوداری ها و مزارع استفاده می شود و جریان کار را به تولیدی بدون زباله تبدیل می کند.
هزینه بالای تجهیزات و نگهداری
علیرغم این واقعیت که استفاده از منابع طبیعی می تواند مقادیر قابل توجهی در تولید انرژی صرفه جویی کند، تولید این تجهیزات به خودی خود فرآیندی نسبتاً زمان بر و بسیار پرهزینه است. جزء اصلی باتری های خورشیدی یک فتوسل است که بر اساس سیلیکون ساخته شده است. و اگرچه سیلیکون خود ارزش کمی دارد، اما تصفیه و تبدیل آن گران است.
نصب نیروگاه های بادی نیز نیازمند سرمایه گذاری جدی است و میزان آن تا حد زیادی به شرایط خارجی بستگی دارد. نقش اقلام هزینه اضافی افزایش اجباری ارتفاع آسیاب های بادی به دلیل وجود تپه ها یا درختان بلند در نزدیکی، خرید تجهیزات ویژه ای است که به شما امکان می دهد برق را جمع آوری کنید و تا حد امکان از آن استفاده کنید.
نگهداری از منابع انرژی جایگزین نیز گران خواهد بود - بازرسی برنامه ریزی شده، تعمیر و تنظیم موقعیت بسته به زمان سال.
با توجه به تمام هزینه‌های مورد انتظار، استفاده از یک منبع جایگزین انرژی در مالکیت خصوصی اغلب بی‌سود است و تنها برای شرکت‌های بزرگ سود اقتصادی دارد.
پیشرفت متوقف نمی شود - پانل های خورشیدی پلیمری قبلاً اختراع شده اند که تولید آنها چندین برابر ارزان تر است
اما این بدان معنا نیست که صاحبان خانه باید ایده استفاده از منابع انرژی جایگزین را کنار بگذارند. از این گذشته ، پیشرفت متوقف نمی شود - سلول های خورشیدی پلیمری قبلاً اختراع شده اند که تولید آنها چندین برابر ارزان تر از ساخت سیلیکون های سنتی است.
و ظهور مدل های جدید و مقرون به صرفه تر ژنراتورها و تجهیزات اضافی در بازار، تغییر در تعرفه های برق دلیلی برای این فکر می کند که در آینده نزدیک این عمل هنوز هم به رسمیت شناخته خواهد شد.
برای صاحبان خانه های خصوصی، فرصتی وجود دارد که قبوض آب و برق را به میزان قابل توجهی کاهش دهند یا اصلاً از خدمات ارائه دهندگان گرما، برق و گاز استفاده نکنند. شما حتی می توانید اقتصاد قابل توجهی را فراهم کنید و در صورت تمایل می توانید مازاد آن را بفروشید. این واقعی است و برخی قبلاً آن را انجام داده اند. برای این کار از منابع انرژی جایگزین استفاده می شود.
در واقع، انرژی، به یک شکل یا شکل دیگر، عملاً در همه جای طبیعت وجود دارد - خورشید، باد، آب، زمین - انرژی در همه جا وجود دارد. وظیفه اصلی استخراج آن از آنجاست. بشریت بیش از صد سال است که این کار را انجام داده و به نتایج خوبی رسیده است. در حال حاضر، منابع انرژی جایگزین می توانند خانه را با گرما، برق، گاز، آب گرم تامین کنند. علاوه بر این، انرژی جایگزین به هیچ مهارت فوق العاده یا دانش فوق العاده ای نیاز ندارد. همه چیز را می توان برای خانه شما با دستان خود انجام داد. بنابراین چه کاری می توان انجام داد:
همه منابع انرژی جایگزین می توانند نیازهای انسان را به طور کامل برآورده کنند، اما این نیاز به سرمایه گذاری های بسیار بزرگ و/یا مناطق بسیار بزرگ دارد. بنابراین، ساخت یک سیستم ترکیبی منطقی تر است: دریافت انرژی از منابع جایگزین، و در صورت کمبود، "دریافت" از شبکه های متمرکز.
یکی از قدرتمندترین منابع انرژی جایگزین برای خانه، تابش خورشیدی است. دو نوع تاسیسات برای تبدیل انرژی خورشیدی وجود دارد:
فکر نکنید که تاسیسات فقط در جنوب و فقط در تابستان کار می کنند. آنها در زمستان نیز به خوبی کار می کنند. در هوای صاف همراه با بارش برف، تولید انرژی فقط اندکی کمتر از تابستان است. اگر منطقه شما دارای تعداد زیادی روزهای صاف است، می توانید از این فناوری استفاده کنید.
پانل های خورشیدی از مبدل های فتوولتائیک مونتاژ می شوند که بر اساس مواد معدنی ساخته شده اند که تحت تأثیر نور خورشید، الکترون ساطع می کنند - آنها جریان الکتریکی تولید می کنند. برای استفاده خصوصی از مبدل های نوری سیلیکونی استفاده می شود. در ساختار خود، آنها تک کریستالی (ساخته شده از یک کریستال) و چند کریستالی (بلورهای زیادی) هستند. تک کریستالی ها دارای راندمان بالاتر (13-25٪ بسته به کیفیت) و عمر طولانی تر هستند، اما گران تر هستند. پلی کریستال ها الکتریسیته کمتری تولید می کنند (9-15 درصد) و سریعتر خراب می شوند، اما قیمت پایین تری دارند.
این یک تبدیل کننده نوری پلی کریستالی است. باید با دقت با آنها رفتار کنید - آنها بسیار شکننده هستند (تک کریستالی نیز هستند، اما نه به همان میزان)
مونتاژ یک باتری خورشیدی با دستان خود کار دشواری نیست. ابتدا باید مقدار مشخصی فتوسل سیلیکونی خریداری کنید (مقدار بستگی به توان مورد نیاز دارد). اغلب آنها در پلتفرم های تجاری چینی مانند Aliexpress خریداری می شوند. سپس این روش ساده است:
چند کلمه در مورد اینکه چرا بستر پنل خورشیدی (باتری ها) باید سفید رنگ شود. محدوده دمای عملکرد ویفرهای سیلیکونی از -40 درجه سانتیگراد تا +50 درجه سانتیگراد است. عملکرد در دماهای بالاتر یا پایین تر منجر به خرابی سریع عناصر می شود. در پشت بام، در تابستان، در داخل خانه، دما می تواند بسیار بالاتر از +50 درجه سانتیگراد باشد. به همین دلیل رنگ سفید مورد نیاز است - تا سیلیکون بیش از حد گرم نشود.
کلکتورهای خورشیدی می توانند آب یا هوا را گرم کنند. کجا آب گرم شده توسط خورشید را هدایت کنید - به شیرهای آب گرم یا سیستم گرمایش - شما انتخاب می کنید. فقط گرمایش با دمای پایین خواهد بود - برای گرمایش از کف، آنچه لازم است. اما برای اینکه دمای خانه به آب و هوا بستگی نداشته باشد، باید سیستم را اضافی کرد تا در صورت لزوم، منبع گرمایی دیگری وصل شود یا دیگ به منبع انرژی دیگری سوئیچ شود.
سه نوع کلکتور خورشیدی وجود دارد: تخت، لوله ای و هوا. رایج ترین آنها لوله ای هستند، اما دیگران نیز حق وجود دارند.
دو پانل - سیاه و شفاف - در یک بدنه ترکیب شده اند. بین آنها یک خط لوله مسی به شکل مار قرار دارد. از خورشید، صفحه تاریک پایینی گرم می شود. مس از آن گرم می شود و از آن - آبی که از لابیرنت عبور می کند. این روش استفاده از منابع انرژی جایگزین کارآمدترین نیست، اما جذاب است زیرا اجرای آن بسیار ساده است. بنابراین، می توانید آب را گرم کنید. فقط لازم است منبع تغذیه آن را حلقه کنید (با استفاده از پمپ گردش). به همین ترتیب می توانید آب را در ظرفی گرم کنید یا برای مصارف خانگی از آن استفاده کنید. عیب چنین تاسیساتی راندمان و بهره وری پایین است. برای گرم کردن مقدار زیادی آب یا زمان زیادی یا تعداد زیادی کلکتور صفحه تخت نیاز است.
اینها لوله های شیشه ای - خلاء یا کواکسیال - هستند که آب از طریق آنها جریان می یابد. یک سیستم خاص اجازه می دهد تا حداکثر غلظت گرما را در لوله ها، که به آب جریان از طریق آنها منتقل می شود.
سیستم باید یک مخزن ذخیره داشته باشد که آب در آن گرم شود. گردش آب در سیستم توسط یک پمپ تامین می شود. چنین سیستم هایی را نمی توان به تنهایی ساخت - ساخت لوله های شیشه ای با دستان خود مشکل ساز است و این اشکال اصلی است. همراه با قیمت بالا، مانع از پذیرش گسترده این منبع انرژی برای خانه می شود. و خود سیستم بسیار کارآمد است ، با یک انفجار با آب گرمایش برای تامین آب گرم مقابله می کند و سهم مناسبی در گرمایش دارد.
طرح سازماندهی تامین گرمایش و آب گرم از منابع انرژی جایگزین - با استفاده از کلکتورهای خورشیدی
در کشور ما بسیار نادر و بیهوده هستند. آنها ساده هستند و به راحتی با دست ساخته می شوند. تنها منفی این است که یک منطقه بزرگ مورد نیاز است: آنها می توانند تمام دیوار جنوبی (شرق، جنوب شرقی) را اشغال کنند. این سیستم بسیار شبیه به کلکتورهای صفحه مسطح است - یک پانل پایین سیاه و سفید، یک صفحه بالایی شفاف، اما آنها مستقیماً هوا را گرم می کنند که (با یک فن) یا به طور طبیعی به اتاق وارد می شود. با وجود بیهودگی ظاهری، از این طریق می توان اتاق های کوچک را در طول روز گرم کرد، از جمله اتاق های فنی یا ابزار:، کلبه ها، سوله ها برای موجودات زنده.
چنین منبع جایگزینی از انرژی مانند خورشید، گرمای خود را به ما می دهد، اما بیشتر آن "به هیچ جا" نمی رود. گرفتن بخش کوچکی از آن و استفاده از آن برای نیازهای شخصی وظیفه ای است که همه این دستگاه ها آن را حل می کنند.
منابع انرژی جایگزین خوب هستند زیرا بیشتر منابع تجدیدپذیر هستند. ابدی ترین، احتمالاً باد است. تا جو و آفتاب هست باد هم هست. شاید برای مدت کوتاهی هوا ساکن باشد، اما نه برای مدت طولانی. اجداد ما از انرژی باد در آسیاب ها استفاده می کردند و انسان امروزی آن را به برق تبدیل می کند. تمام آنچه برای این مورد نیاز است:
این برج از هر ماده ای ساخته شده است. یک باتری ذخیره سازی یک باتری است، شما نمی توانید چیزی را در اینجا تصور کنید، اما انتخاب شما از کجا تامین برق است. تنها ساختن یک ژنراتور باقی مانده است. همچنین می توان آن را به صورت آماده خریداری کرد، اما ساخت آن از موتور از لوازم خانگی - ماشین لباسشویی، پیچ گوشتی و غیره کاملاً امکان پذیر است. شما به آهنرباهای نئودیمیم و رزین اپوکسی، ماشین تراش نیاز دارید.
روی روتور موتور مکان های نصب آهن ربا را مشخص می کنیم. آنها باید در فاصله مساوی از یکدیگر باشند. روتور موتور انتخاب شده را آسیاب می کنیم و "صندلی" را تشکیل می دهیم. پایین فرورفتگی باید شیب کمی داشته باشد تا سطح آهنربا کج شود. آهنرباها به مکان های حک شده روی میخ های مایع چسبانده می شوند که با رزین اپوکسی پر شده اند. سپس سطح را با کاغذ سنباده صاف می کنند. در مرحله بعد، باید برس هایی را بچسبانید که جریان را حذف می کند. و بس، شما می توانید یک ژنراتور بادی را مونتاژ و راه اندازی کنید.
چنین تأسیساتی کاملاً مؤثر هستند، اما قدرت آنها به عوامل زیادی بستگی دارد: شدت باد، میزان خوب ساخت ژنراتور، میزان تأثیرگذاری اختلاف پتانسیل توسط برس ها، قابلیت اطمینان اتصالات الکتریکی و غیره.
پمپ های حرارتی از تمام منابع انرژی جایگزین موجود استفاده می کنند. آنها گرما را از آب، هوا، خاک می گیرند. در مقادیر کم، این گرما حتی در زمستان وجود دارد، بنابراین پمپ حرارتی آن را جمع آوری کرده و به گرم کردن خانه هدایت می کند.
پمپ های حرارتی همچنین از منابع انرژی جایگزین استفاده می کنند - گرمای زمین، آب و هوا
چرا پمپ های حرارتی اینقدر جذاب هستند؟ این واقعیت که با صرف 1 کیلو وات انرژی برای پمپاژ آن، در بدترین حالت، 1.5 کیلو وات گرما دریافت خواهید کرد و موفق ترین اجراها می توانند تا 4-6 کیلو وات تولید کنند. و این به هیچ وجه با قانون بقای انرژی مغایرتی ندارد، زیرا انرژی صرف به دست آوردن گرما نمی شود، بلکه صرف پمپاژ آن نمی شود. بنابراین هیچ تناقضی وجود ندارد.
پمپ های حرارتی دارای سه مدار کار هستند: دو مدار خارجی و داخلی و همچنین یک اواپراتور، یک کمپرسور و یک کندانسور. این طرح به این صورت عمل می کند:
مدار گرمایش بهتر است در قالب یک طبقه گرم انجام شود. دما برای این کار بهترین است. سیستم رادیاتور به بخش های زیادی نیاز دارد که زشت و زیان آور است.
اما بزرگترین مشکل دستگاه اولین مدار خارجی است که گرما را جمع آوری می کند. از آنجایی که منابع کم پتانسیل هستند (گرمای کمی در پایین وجود دارد)، برای جمع آوری آن به مقدار کافی به مناطق وسیعی نیاز است. چهار نوع کانتور وجود دارد:
عیب اصلی پمپ های حرارتی قیمت بالای خود پمپ است و نصب میادین جمع آوری حرارت ارزان نیست. در این مورد، می توانید با ساختن خود پمپ و همچنین قرار دادن خطوط با دست خود در هزینه صرفه جویی کنید، اما مقدار آن همچنان قابل توجه خواهد بود. مزیت این است که گرمایش ارزان خواهد بود و سیستم برای مدت طولانی کار می کند.
همه منابع انرژی جایگزین منشاء طبیعی دارند، اما شما فقط می توانید از نیروگاه های بیوگاز سود مضاعف ببرید. آنها زباله های حیوانات و طیور را بازیافت می کنند. در نتیجه حجم معینی گاز به دست می آید که پس از تصفیه و خشک شدن می توان از آن برای هدف مورد نظر استفاده کرد. ضایعات فرآوری شده باقی مانده را می توان فروخت یا در مزارع برای افزایش عملکرد استفاده کرد - کود بسیار مؤثر و ایمن به دست می آید.
تشکیل گاز در طی تخمیر اتفاق می افتد و باکتری های ساکن کود در این امر دخیل هستند. هر گونه ضایعات دام و طیور برای تولید بیوگاز مناسب است، اما کود دامی مطلوب است. حتی برای "خمیر ترش" به بقیه ضایعات اضافه می شود - دقیقاً حاوی باکتری های مورد نیاز برای پردازش است.
برای ایجاد شرایط بهینه، یک محیط بی هوازی ضروری است - تخمیر باید بدون اکسیژن انجام شود. بنابراین بیوراکتورهای موثر ظروف بسته هستند. برای اینکه فرآیند فعال تر پیش رود، مخلوط کردن منظم جرم ضروری است. در کارخانه های صنعتی، میکسرهای الکتریکی برای این کار نصب می شوند، در کارخانه های بیوگاز خود ساخته، اینها معمولاً دستگاه های مکانیکی هستند - از ساده ترین چوب گرفته تا میکسرهای مکانیکی که با دست "کار می کنند".
دو نوع باکتری در تشکیل گاز از کود دخیل هستند: مزوفیل و گرما دوست. مزوفیل در دمای 30+ تا 40+ درجه سانتیگراد، گرمادوست در دمای 42+ تا 53+ درجه سانتیگراد فعال هستند. باکتری های ترموفیل موثرتر عمل می کنند. در شرایط ایده آل، تولید گاز از 1 لیتر منطقه قابل استفاده می تواند به 4-4.5 لیتر گاز برسد. اما حفظ دمای 50 درجه سانتی گراد در نصب بسیار سخت و پرهزینه است، اگرچه هزینه ها خود را توجیه می کند.
ساده ترین کارخانه بیوگاز بشکه ای با درب و همزن است. درب دارای یک خروجی برای اتصال شیلنگی است که گاز از طریق آن وارد مخزن می شود. از چنین حجمی گاز زیادی دریافت نمی کنید، اما برای یک یا دو مشعل گاز کافی است.
حجم های جدی تری را می توان از یک پناهگاه زیرزمینی یا بالای زمینی به دست آورد. اگر در مورد یک پناهگاه زیرزمینی صحبت می کنیم، پس از آن از بتن مسلح ساخته شده است. دیوارها با یک لایه عایق حرارتی از زمین جدا می شوند ، خود ظرف را می توان به چندین محفظه تقسیم کرد که در آن پردازش با تغییر زمان انجام می شود. از آنجایی که کشت‌های مزوفیل معمولاً در چنین شرایطی کار می‌کنند، کل فرآیند از 12 تا 30 روز طول می‌کشد (کشت‌های ترموفیل در 3 روز پردازش می‌شوند)، بنابراین یک جابجایی زمانی مطلوب است.
کود از طریق قیف بارگیری وارد می شود، در طرف مقابل آنها یک دریچه تخلیه ایجاد می کنند که از آنجا مواد اولیه فرآوری شده گرفته می شود. پناهگاه کاملاً با مخلوط زیستی پر نشده است - حدود 15-20٪ از فضا آزاد می ماند - گاز در اینجا جمع می شود. برای تخلیه آن، لوله ای در درب تعبیه شده است که انتهای دوم آن در یک مهر و موم آب پایین می آید - ظرفی که تا حدی با آب پر شده است. به این ترتیب، گاز خشک می شود - از قبل تصفیه شده در قسمت بالایی جمع می شود، با استفاده از لوله دیگری تخلیه می شود و می تواند از قبل به مصرف کننده خفه شود.
هر کسی می تواند از منابع انرژی جایگزین استفاده کند. اجرای این امر برای صاحبان آپارتمان دشوارتر است، اما در یک خانه خصوصی حداقل می توانید تمام ایده ها را اجرا کنید. حتی نمونه های واقعی آن وجود دارد. مردم به طور کامل نیازهای خود و اقتصاد قابل توجهی را تامین می کنند.
بر کسی پوشیده نیست که منابع مورد استفاده بشر امروز محدود است، علاوه بر این، استخراج و استفاده بیشتر از آنها می تواند نه تنها به یک انرژی، بلکه به یک فاجعه زیست محیطی منجر شود. منابعی که به طور سنتی توسط بشر استفاده می شود - زغال سنگ، گاز و نفت - در چند دهه آینده تمام می شود و باید اقداماتی در حال حاضر در زمان ما انجام شود. البته، می‌توان امیدوار بود که دوباره مانند نیمه اول قرن گذشته، ذخایر غنی پیدا کنیم، اما دانشمندان مطمئن هستند که دیگر چنین ذخایر بزرگی وجود ندارند. اما در هر صورت حتی کشف ذخایر جدید نیز امر اجتناب ناپذیری را به تأخیر می اندازد، باید راه هایی برای تولید انرژی های جایگزین و روی آوردن به منابع تجدیدپذیر مانند باد، خورشید، انرژی زمین گرمایی، انرژی جریان آب و غیره یافت و در کنار آن. با این کار، ادامه توسعه فناوری های صرفه جویی در انرژی ضروری است.
در این مقاله، به نظر دانشمندان مدرن، برخی از امیدوارکننده‌ترین ایده‌هایی را که انرژی آینده بر اساس آنها ساخته می‌شود، در نظر خواهیم گرفت.
مردم از دیرباز به این فکر می‌کردند که آیا می‌توان آب را زیر نور خورشید گرم کرد، لباس‌ها و ظروف سفالی را قبل از فرستادن آن به اجاق، خشک کرد، اما این روش‌ها را نمی‌توان موثر نامید. اولین ابزار فنی برای تبدیل انرژی خورشیدی در قرن 18 ظاهر شد. J. Buffon دانشمند فرانسوی آزمایشی را نشان داد که در آن موفق شد درخت خشکی را با کمک یک آینه مقعر بزرگ در هوای صاف از فاصله حدود 70 متری شعله ور کند. هموطن او دانشمند معروف A. Lavoisier از لنزها برای متمرکز کردن انرژی خورشید استفاده کرد و در انگلستان شیشه دو محدب ایجاد کردند که با تمرکز پرتوهای خورشید، چدن را تنها در چند دقیقه ذوب می کرد.
طبیعت شناسان آزمایش های زیادی انجام دادند که ثابت کرد خورشید روی زمین امکان پذیر است. با این حال، یک باتری خورشیدی که انرژی خورشیدی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کرد، نسبتاً اخیراً در سال 1953 ظاهر شد. این توسط دانشمندان آژانس ملی هوافضای ایالات متحده ایجاد شده است. قبلاً در سال 1959، برای اولین بار از یک باتری خورشیدی برای تجهیز یک ماهواره فضایی استفاده شد.
شاید حتی در آن زمان، دانشمندان با درک این موضوع که چنین باتری‌هایی در فضا بسیار کارآمدتر هستند، ایده ایجاد ایستگاه‌های خورشیدی فضایی را مطرح کردند، زیرا خورشید در یک ساعت به اندازه‌ای انرژی تولید می‌کند که تمام بشریت در یک فضا مصرف نمی‌کند. سال، پس چرا از آن استفاده نکنید؟ انرژی خورشیدی در آینده چه خواهد بود؟
از یک طرف به نظر می رسد که استفاده از انرژی خورشیدی یک گزینه ایده آل است. با این حال، هزینه یک ایستگاه خورشیدی فضایی عظیم بسیار بالا است و علاوه بر این، بهره برداری از آن گران تمام خواهد شد. با گذشت زمان، زمانی که فناوری‌های جدید برای ارسال محموله به فضا و همچنین مواد جدید معرفی می‌شوند، اجرای چنین پروژه‌ای امکان‌پذیر می‌شود، اما در حال حاضر تنها می‌توانیم از باتری‌های نسبتاً کوچک در سطح سیاره استفاده کنیم. خیلی ها خواهند گفت که این هم خوب است. بله، این امکان در یک خانه خصوصی وجود دارد، اما برای تامین انرژی شهرهای بزرگ، به ترتیب، شما به تعداد زیادی پنل خورشیدی یا فناوری نیاز دارید که آنها را کارآمدتر کند.
جنبه اقتصادی موضوع نیز در اینجا وجود دارد: اگر وظیفه تبدیل کل شهر (یا کل کشور) به پنل های خورشیدی به آن سپرده شود، هر بودجه ای آسیب زیادی خواهد دید. به نظر می رسد که می توان ساکنان شهر را ملزم به پرداخت مبالغی برای تجهیز مجدد کرد، اما در این صورت آنها ناراضی خواهند بود، زیرا اگر مردم آماده انجام چنین هزینه هایی بودند، از مدت ها قبل خودشان این کار را انجام می دادند: همه این کار را کرده اند. فرصت خرید باتری خورشیدی
پارادوکس دیگری در مورد انرژی خورشیدی وجود دارد: هزینه های تولید. تبدیل مستقیم انرژی خورشیدی به برق کارآمدترین کار نیست. تاکنون هیچ راهی بهتر از استفاده از پرتوهای خورشید برای گرم کردن آب پیدا نشده است که با تبدیل شدن به بخار، یک دینام را می چرخاند. در این حالت اتلاف انرژی به حداقل می رسد. بشریت می خواهد از پانل های خورشیدی و ایستگاه های خورشیدی "سبز" برای حفظ منابع روی زمین استفاده کند، اما چنین پروژه ای به مقدار زیادی از همان منابع و انرژی "غیر سبز" نیاز دارد. به عنوان مثال، در فرانسه، اخیراً یک نیروگاه خورشیدی ساخته شده است که مساحتی حدود دو کیلومتر مربع را پوشش می دهد. هزینه ساخت حدود 110 میلیون یورو بدون احتساب هزینه های عملیاتی بود. با همه اینها، باید در نظر داشت که عمر مفید چنین مکانیزم هایی حدود 25 سال است.
انرژی باد نیز از دوران باستان توسط مردم استفاده می شده است که ساده ترین نمونه آن دریانوردی و آسیاب های بادی است. آسیاب‌های بادی هنوز هم امروزه مورد استفاده قرار می‌گیرند، به ویژه در مناطقی که بادهای دائمی دارند، مانند ساحل. دانشمندان دائماً در حال ارائه ایده هایی در مورد نحوه مدرن سازی دستگاه های موجود برای تبدیل انرژی باد هستند که یکی از آنها توربین های بادی به شکل توربین های سر به فلک کشیده است. به دلیل چرخش مداوم، آنها می توانند در هوا در فاصله چند صد متری از زمین، جایی که باد قوی و ثابت است، "آویزان" شوند. این به برقی‌سازی مناطق روستایی که استفاده از آسیاب‌های بادی استاندارد امکان‌پذیر نیست کمک می‌کند. علاوه بر این، چنین توربین های سر به فلک کشیده ای می توانند به ماژول های اینترنتی مجهز شوند که با کمک آن ها دسترسی مردم به شبکه جهانی وب فراهم می شود.
رونق انرژی خورشیدی و باد به تدریج در حال محو شدن است و دیگر انرژی های طبیعی توجه محققان را به خود جلب کرده است. امیدوارکننده تر، استفاده از جزر و مد است. در حال حاضر حدود صد شرکت در سراسر جهان با این موضوع دست و پنجه نرم می کنند و پروژه های متعددی وجود دارد که کارایی این روش تولید برق را به اثبات رسانده است. مزیت نسبت به انرژی خورشیدی این است که تلفات در طول انتقال یک انرژی به انرژی دیگر حداقل است: موج جزر و مدی توربین عظیمی را می چرخاند که برق تولید می کند.
پروژه Oyster ایده نصب یک دریچه لولایی در کف اقیانوس است که آب را به ساحل می رساند و در نتیجه یک توربین هیدروالکتریک ساده را می چرخاند. فقط یکی از این تاسیسات می تواند برق یک منطقه کوچک کوچک را تامین کند.
امواج جزر و مدی در حال حاضر با موفقیت در استرالیا مورد استفاده قرار می گیرند: در شهر پرث، کارخانه های نمک زدایی که با این نوع انرژی کار می کنند نصب شده است. کار آنها اجازه می دهد تا حدود نیم میلیون نفر را با آب شیرین تامین کنند. انرژی طبیعی و صنعت را نیز می توان در این شاخه از تولید انرژی با هم ترکیب کرد.
استفاده تا حدودی با فناوری هایی که ما در نیروگاه های برق آبی رودخانه استفاده می کنیم متفاوت است. نیروگاه های برق آبی اغلب به محیط زیست آسیب می رسانند: مناطق مجاور زیر آب می روند، اکوسیستم تخریب می شود، اما ایستگاه هایی که بر روی امواج جزر و مدی کار می کنند از این نظر بسیار ایمن تر هستند.
یکی از فوق العاده ترین پروژه های موجود در لیست ما استفاده از انرژی افراد زنده است. به نظر می رسد خیره کننده و حتی تا حدودی وحشتناک است، اما همه چیز آنقدر ترسناک نیست. دانشمندان ایده چگونگی استفاده از انرژی مکانیکی حرکت را گرامی می دارند. این پروژه ها در مورد میکروالکترونیک و فناوری نانو با مصرف انرژی کم هستند. در حالی که به نظر می رسد یک مدینه فاضله است، هیچ پیشرفت واقعی وجود ندارد، اما این ایده بسیار جالب است و از ذهن دانشمندان خارج نمی شود. موافقم، دستگاه‌هایی که مانند ساعت‌هایی با سیم پیچی خودکار بسیار راحت هستند، با کشیدن انگشت روی حسگر یا با آویزان کردن تبلت یا تلفن در کیف هنگام راه رفتن شارژ می‌شوند. ناگفته نماند لباس هایی که پر از ریزدستگاه های مختلف هستند، می توانند انرژی حرکت انسان را به الکتریسیته تبدیل کنند.
به عنوان مثال، در برکلی، در آزمایشگاه لارنس، دانشمندان سعی کردند ایده استفاده از ویروس ها را برای تحت فشار قرار دادن الکتریسیته پیاده کنند. مکانیسم های کوچکی نیز وجود دارد که با حرکت نیرو می گیرد، اما تاکنون چنین فناوری در جریان قرار نگرفته است. بله، با بحران جهانی انرژی نمی توان به این شکل برخورد کرد: چند نفر باید دستفروشی کنند تا کل کارخانه کار کند؟ اما به عنوان یکی از معیارهای مورد استفاده در ترکیب، این نظریه کاملاً قابل اجرا است.
چنین فناوری هایی به ویژه در مکان های صعب العبور، در ایستگاه های قطبی، در کوه ها و تایگا، در میان مسافران و گردشگرانی که همیشه فرصت شارژ ابزارهای خود را ندارند، موثر خواهند بود، اما حفظ ارتباط بسیار مهم است، به خصوص اگر گروه در شرایط بحرانی قرار دارد. اگر مردم همیشه یک وسیله ارتباطی قابل اعتماد داشته باشند که به "پریز" وابسته نباشد، چقدر می توان از آن جلوگیری کرد.
شاید هر صاحب خودرو، با نگاه کردن به نشانگر میزان بنزین نزدیک به صفر، به این فکر می کرد که اگر ماشین روی آب کار کند چقدر عالی می شود. اما اکنون اتم های آن به عنوان اجسام واقعی انرژی مورد توجه دانشمندان قرار گرفته اند. واقعیت این است که ذرات هیدروژن - رایج ترین گاز در جهان - حاوی مقدار زیادی انرژی است. علاوه بر این، موتور این گاز را تقریباً بدون هیچ محصول جانبی می سوزاند، یعنی سوختی بسیار سازگار با محیط زیست دریافت می کنیم.
سوخت هیدروژن توسط برخی از ماژول‌های ایستگاه فضایی بین‌المللی و شاتل‌ها تامین می‌شود، اما در زمین عمدتاً به شکل ترکیباتی مانند آب وجود دارد. در دهه هشتاد در روسیه پیشرفت هایی در مورد هواپیماهایی وجود داشت که از هیدروژن به عنوان سوخت استفاده می کردند ، این فناوری ها حتی در عمل به کار گرفته شدند و مدل های آزمایشی کارایی خود را ثابت کردند. هنگامی که هیدروژن جدا می شود، به یک پیل سوختی ویژه منتقل می شود و پس از آن می توان به طور مستقیم برق تولید کرد. این انرژی آینده نیست، این در حال حاضر یک واقعیت است. خودروهای مشابه در حال حاضر و در دسته های نسبتاً بزرگ تولید می شوند. هوندا، به منظور تأکید بر تطبیق پذیری منبع انرژی و خودرو به طور کلی، آزمایشی را انجام داد که در نتیجه آن خودرو به شبکه برق خانگی متصل شد، اما نه برای شارژ مجدد. یک ماشین می تواند برای چند روز انرژی یک خانه خصوصی را تامین کند یا تقریبا پانصد کیلومتر را بدون سوخت گیری رانندگی کند.
تنها نقطه ضعف چنین منبع انرژی در حال حاضر هزینه نسبتاً بالای چنین اتومبیل های سازگار با محیط زیست و البته تعداد نسبتاً کمی ایستگاه های هیدروژن است، اما ساخت آنها قبلاً در بسیاری از کشورها برنامه ریزی شده است. به عنوان مثال، آلمان در حال حاضر برنامه ای برای نصب 100 پمپ بنزین تا سال 2017 دارد.
تبدیل انرژی حرارتی به الکتریسیته جوهره انرژی زمین گرمایی است. در برخی از کشورها که استفاده از صنایع دیگر دشوار است، به طور گسترده استفاده می شود. به عنوان مثال، در فیلیپین، 27٪ از کل برق از نیروگاه های زمین گرمایی تامین می شود، در حالی که این رقم در ایسلند حدود 30٪ است. ماهیت این روش تولید انرژی بسیار ساده است، مکانیسم آن شبیه به یک موتور بخار ساده است. قبل از "دریاچه" ادعایی ماگما، لازم است چاهی حفر شود که از طریق آن آب تامین می شود. پس از تماس با ماگمای داغ، آب بلافاصله به بخار تبدیل می شود. از جایی که توربین مکانیکی را می چرخاند بالا می رود و در نتیجه برق تولید می کند.
آینده انرژی زمین گرمایی یافتن "ذخایر" بزرگ ماگما است. به عنوان مثال، در ایسلند فوق، آنها موفق شدند: در کسری از ثانیه، ماگمای داغ تمام آب پمپ شده را در دمای حدود 450 درجه سانتیگراد به بخار تبدیل کرد که یک رکورد مطلق است. چنین بخار پرفشاری می تواند کارایی یک ایستگاه زمین گرمایی را چندین برابر افزایش دهد؛ این می تواند انگیزه ای برای توسعه انرژی زمین گرمایی در سراسر جهان، به ویژه در مناطق اشباع شده از آتشفشان ها و چشمه های حرارتی باشد.
انرژی هسته ای در یک زمان غوغا کرد. همینطور بود تا اینکه مردم متوجه خطر این بخش انرژی شدند. حوادث ممکن است، هیچ کس از چنین مواردی مصون نیست، اما بسیار نادر هستند، اما زباله های رادیواکتیو به طور پیوسته ظاهر می شوند و تا همین اواخر، دانشمندان نمی توانستند این مشکل را حل کنند. واقعیت این است که میله های اورانیوم، «سوخت» سنتی نیروگاه های هسته ای، تنها تا 5 درصد قابل استفاده است. پس از کار کردن این قسمت کوچک، کل میله به "دامپ" فرستاده می شود.
قبلاً از فناوری استفاده می شد که در آن میله ها در آب غوطه ور می شدند که باعث کاهش سرعت نوترون ها و حفظ یک واکنش ثابت می شد. اکنون به جای آب از سدیم مایع استفاده شده است. این جایگزینی نه تنها امکان استفاده از کل حجم اورانیوم، بلکه پردازش ده ها هزار تن زباله رادیواکتیو را نیز ممکن می سازد.
پاکسازی سیاره از زباله های هسته ای مهم است، اما در خود فناوری یک «اما» وجود دارد. اورانیوم یک منبع است و ذخایر آن در زمین محدود است. در صورتی که کل سیاره منحصراً به انرژی دریافتی از نیروگاه های هسته ای منتقل شود (مثلاً در ایالات متحده، نیروگاه های هسته ای تنها 20 درصد کل برق مصرفی را تولید می کنند)، ذخایر اورانیوم به سرعت تخلیه می شود و این امر بار دیگر بشریت را به آستانه یک بحران انرژی سوق می دهد، بنابراین انرژی هسته ای، هرچند مدرن، تنها یک اقدام موقت است.
حتی هنری فورد که "مدل T" خود را ساخته بود، انتظار داشت که از قبل با سوخت های زیستی کار کند. اما در آن زمان میادین نفتی جدیدی کشف شد و نیاز به منابع انرژی جایگزین برای چندین دهه از بین رفت، اما اکنون دوباره در حال بازگشت است.
در پانزده سال گذشته، استفاده از سوخت‌های گیاهی مانند اتانول و بیودیزل چندین برابر افزایش یافته است. آنها به عنوان منابع مستقل انرژی و به عنوان مواد افزودنی به بنزین استفاده می شوند. مدتی پیش امیدها به فرهنگ ارزن خاصی به نام کلزا بسته شد. برای غذای انسان یا دام کاملاً نامناسب است، اما مقدار روغن بالایی دارد. از این روغن آنها شروع به تولید "بیودیزل" کردند. اما اگر بخواهید آنقدر رشد کنید که حداقل برای بخشی از سیاره سوخت تامین شود، این محصول فضای زیادی را اشغال خواهد کرد.
اکنون دانشمندان در مورد استفاده از جلبک صحبت می کنند. محتوای روغن آنها حدود 50٪ است که استخراج روغن را به همان اندازه آسان می کند و ضایعات را می توان به کود تبدیل کرد که بر اساس آن جلبک های جدید رشد می کنند. این ایده جالب در نظر گرفته می شود، اما قابلیت حیات آن هنوز ثابت نشده است: انتشار آزمایش های موفق در این زمینه هنوز منتشر نشده است.
به گفته دانشمندان مدرن، انرژی آینده جهان بدون فناوری غیرممکن است.
در انرژی شکافت استفاده می شود. این خطرناک است زیرا خطر یک واکنش کنترل نشده وجود دارد که راکتور را از بین می برد و منجر به انتشار مقدار زیادی مواد رادیواکتیو می شود: شاید همه حادثه در نیروگاه هسته ای چرنوبیل را به خاطر داشته باشند.
واکنش‌های همجوشی، همانطور که از نام آن پیداست، از انرژی آزاد شده در هنگام جوش خوردن اتم‌ها استفاده می‌کنند. در نتیجه، بر خلاف شکافت اتمی، هیچ زباله رادیواکتیو تولید نمی شود.
مشکل اصلی این است که در نتیجه همجوشی گرما هسته ای، ماده ای تشکیل می شود که دمای آن چنان بالاست که می تواند کل راکتور را از بین ببرد.
آینده واقعیت است. و خیال‌پردازی‌ها در اینجا نامناسب هستند، در حال حاضر ساخت رآکتور در فرانسه آغاز شده است. چندین میلیارد دلار در یک پروژه آزمایشی سرمایه گذاری شده است که توسط بسیاری از کشورها، علاوه بر اتحادیه اروپا، شامل چین و ژاپن، ایالات متحده آمریکا، روسیه و سایر کشورها می شود. در ابتدا قرار بود اولین آزمایش ها در اوایل سال 2016 راه اندازی شود، اما محاسبات نشان داد که بودجه بسیار ناچیز است (به جای 5 میلیارد، 19 سال طول کشید) و پرتاب به مدت 9 سال دیگر به تعویق افتاد. شاید چند سال دیگر ببینیم که انرژی گرما هسته ای چه توانایی هایی دارد.
نه تنها دانشمندان، بلکه نویسندگان داستان های علمی تخیلی نیز ایده های زیادی برای پیاده سازی فناوری آینده در انرژی ارائه می دهند، اما همه قبول دارند که تاکنون هیچ یک از گزینه های پیشنهادی نمی تواند تمام نیازهای تمدن ما را به طور کامل برآورده کند. به عنوان مثال، اگر تمام خودروها در ایالات متحده با سوخت زیستی کار می کنند، مزارع کلزا باید مساحتی معادل نیمی از کل کشور را پوشش دهد، بدون در نظر گرفتن این واقعیت که زمین چندان مناسب برای کشاورزی در ایالات متحده وجود ندارد. علاوه بر این، تا کنون تمام روش های تولید انرژی جایگزین گران هستند. شاید هر شهروند عادی موافق باشد که استفاده از منابع تجدیدپذیر و سازگار با محیط زیست مهم است، اما نه زمانی که هزینه چنین انتقالی در حال حاضر به آنها گفته شود. دانشمندان هنوز در این زمینه کارهای زیادی برای انجام دادن دارند. اکتشافات جدید، مواد جدید، ایده های جدید - همه اینها به بشریت کمک می کند تا با موفقیت با بحران منابع رو به رو مقابله کند. سیارات را می توان تنها با اقدامات پیچیده حل کرد. در برخی مناطق، استفاده از تولید برق بادی راحت تر است، در جایی - پانل های خورشیدی و غیره. اما شاید عامل اصلی کاهش مصرف انرژی به طور کلی و ایجاد فناوری های صرفه جویی در انرژی باشد. هر فرد باید بفهمد که مسئولیت سیاره را بر عهده دارد و هر یک باید این سوال را از خود بپرسد: "چه نوع انرژی را برای آینده انتخاب می کنم؟" قبل از رفتن به منابع دیگر، همه باید بدانند که این واقعا ضروری است. تنها با یک رویکرد یکپارچه می توان مشکل مصرف انرژی را حل کرد.
بنابراین، برای شروع، بیایید تعریف کنیم که انرژی جایگزین چیست. و تعریف به این صورت است. انرژی جایگزینمجموعه ای از روش های امیدوارکننده تولید انرژی است که به گستردگی روش های سنتی نیست، اما به دلیل سودآوری بسیار مورد توجه قرار می گیرد و می توان از آن ها با ریسک پایین اثرات نامطلوب بر محیط زیست استفاده کرد. بر این اساس منابع انرژی جایگزین سوخت برای انرژی های جایگزین است.
اکثرا موافقند که روزی باید سوخت معمولی را کنار بگذارید. علت جنگ، آلودگی و تغییرات آب و هوایی است. اما، دانشمندان سال‌هاست که منابع جایگزینی مانند خورشید، باد و آب را بررسی می‌کنند.
با این حال، سیستم های برق بادی و پنل های خورشیدی هنوز هم گران تر از پردازش زغال سنگ و نفت هستند و برای همه مناطق مناسب نیستند.
به همین دلیل، محققان از جستجوی راه حل های جدید دست نمی کشند و به تدریج توجه خود را به روش های کمتر محبوب معطوف می کنند. برخی کاملاً غیرمعمول، برخی احمقانه، غیر واقعی و گاهی اوقات منزجر کننده هستند.
یک رویکرد خلاقانه برای جستجوی منابع انرژی جایگزین، ما را به حل مسائل امنیت انرژی نزدیکتر می‌کند. و لازم نیست پروژه های بزرگ باشد. راه حل هایی که برای استفاده در سطح کوچک - در روستاها یا سکونتگاه های کشورهای در حال توسعه - طراحی شده اند، اشکالی ندارد.
10 منبع انرژی جایگزین
انرژی آینده. منابع انرژی جایگزین در آینده
1) ریختن شکر در باک خودرو یک شوخی قدیمی و به دور از ضرر است که می تواند منجر به خرابی موتور شود. ولی شکر می تواند یک سوخت عالی باشدبرای ماشین شما دانشمندان موسسه ویرجینیا در حال کار بر روی تولید هیدروژن از شکر هستند که استفاده از آن به عنوان سوختی تمیز و ارزان که مواد سمی و بو منتشر نمی کند امکان پذیر است. دانشمندان قند را در آب با سیزده آنزیم قوی در راکتوری حل می کنند که از مخلوط هیدروژن تولید می کند.
هیدروژن گرفته می شود و برای تولید انرژی به باتری پمپ می شود. در نتیجه، 3 برابر بیشتر از روش‌های سنتی هیدروژن تولید می‌شود که بر هزینه فناوری تأثیر می‌گذارد.
متأسفانه یک دهه دیگر طول می کشد تا مصرف کنندگان بتوانند خودروهای خود را با شکر پر کنند. در کوتاه مدت، واقع بینانه ترین، طراحی باتری های قندی برای لپ تاپ، تلفن همراه و سایر تجهیزات الکتریکی خواهد بود. این باتری‌ها نسبت به باتری‌های امروزی عمر طولانی‌تری دارند و قابل اعتمادتر هستند.
آندری ورونین. منابع انرژی جایگزین
2) انرژی، بیش از 100 میلیارد برابر آنچه بشریت در کل سیاره در حال حاضر مصرف می کند، به معنای واقعی کلمه در دسترس است. این انرژی باد خورشیدی- جریانی از ذرات باردار ساطع شده از خورشید. بروک هاروپ، فیزیکدان دانشگاه ایالتی واشنگتن در پولمن، و فیزیکدان دیرک شولز ماکوچ از موسسه تحقیقات منابع طبیعی و محیطی ایالت واشنگتن معتقدند که این ذرات را می توان با استفاده از ماهواره ای که به دور خورشید به دور زمین می چرخد، ضبط کرد.
بر اساس این پروژه، ماهواره دارای سیم مسی خواهد بود که توسط باتری واقع در اینجا شارژ می شود تا میدان مغناطیسی ایجاد کند که الکترون های این باد را می گیرد. انرژی الکترون از اینجا به زمین توسط لیزر مادون قرمز منتقل می شود و تحت تأثیر جو زمین قرار نمی گیرد.
در اجرای این پروژه نیز موانعی وجود دارد. ابتدا باید مسئله محافظت از ماهواره در برابر زباله های فضایی را حل کنید. ثانیاً جو زمین می تواند بخشی از انرژی را که از فاصله دور منتقل می شود جذب کند. و هدف قرار دادن پرتو مادون قرمز در محل انتخاب شده کار آسانی نیست.
این پیشرفت چشم اندازهایی برای تامین انرژی فضاپیماها دارد.
3) تعداد زیادی از مردم معتقدند که ادرار و مدفوع باید فورا از بین برود. اما فضولات که هم توسط انسان و هم توسط حیوانات تولید می شود حاوی متانکه بی رنگ و بی بو است اما بهتر از گاز طبیعی می تواند انرژی تولید کند.
ایده چرخاندن مدفوع سگ توسط حداقل 2 گروه از محققان - یکی در کمبریج (ماساچوست) و دیگری توسط متخصصان NorcalWaste، سانفرانسیسکو در حال توسعه است. دو گروه پیشنهاد می کنند که صاحبان حیوانات خانگی از کیسه های زباله هنگام راه رفتن حیوانات خانگی خود استفاده کنند. پس از آن، بسته ها به "رآکتورها" پرتاب می شوند، جایی که تولید متان انجام می شود، می توان از آن برای روشنایی خیابان استفاده کرد.
در مزارع پنسیلوانیا، کود دامی به عنوان یک منبع انرژی جدید در نظر گرفته می شود. 600 گاو روزانه حدود 70000 کیلوگرم کود دامی تولید می کنند که - در صورت استفاده - در مزرعه حدود 60000 دلار در سال صرفه جویی می شود. از این زباله ها می توان به عنوان کود و برای روشنایی و گرمایش خانه ها استفاده کرد. و شرکت آمریکایی Hewlett-Packard گفت که چگونه کشاورزان می توانند درآمد خود را با اجاره دادن درآمد خود به ارائه دهندگان خدمات اینترنتی برای استفاده از انرژی متان برای رایانه ها افزایش دهند.
ارزش فضولات انسانی کمتر نیست. در استرالیا یک فولکس واگن بیتل وجود دارد که با متان حاصل از تصفیه فاضلاب کار می کند. و به گفته مهندسان بریتانیایی WessexWater، زباله های 70 خانه متان کافی تولید می کند که یک ماشین را بدون توقف طی 16000 کیلومتر رانندگی کند.
ادرار را هم فراموش نکنید. محققان دپارتمان علوم و مهندسی فیزیکی در دانشگاه هریوت وات در حال تلاش برای ایجاد اولین باتری ادرار در جهان هستند. این فناوری می تواند هم در صنایع فضایی و هم در صنایع نظامی کاربرد داشته باشد و امکان تولید انرژی در حال حرکت را فراهم کند. اوره یک ماده آلی در دسترس و غیر سمی و غنی از نیتروژن است. بنابراین مردم به معنای واقعی کلمه حامل یک ترکیب شیمیایی هستند که می تواند منبع انرژی باشد.
4) وقتی در یک روز گرم سوار واگن مترو می شوید، سعی کنید به چه چیزی فکر کنید گرمایی که بدن شما تولید می کندبرای گرم کردن کل ساختمان کافی است. پس در استکهلم و پاریس فکر کنید. شرکت مدیریت املاک Jernhuset در حال توسعه طرحی برای استفاده از گرمای ساطع شده توسط مسافران قطار مترو است که از ایستگاه مرکزی در استکهلم می گذرد. از گرما، آبی که از لوله ها عبور می کند و وارد سیستم های تهویه ساختمان ها می شود، گرم می شود. و در پاریس، صاحب یک مجتمع مسکونی در پاریس می خواهد 17 آپارتمان در نزدیکی مرکز پمپیدو را با کمک مسافران مترو گرم کند.
مهم نیست که چقدر عجیب به نظر می رسد، اما احتمال پروژه ای که از انرژی اجساد مرده برای گرم کردن ساختمان استفاده می کند، کم نیست. این روش توسط یک کوره مرده سوز در بریتانیا استفاده می شود که توسط "مشتریان" خود گرم می شود. گرمای حاصل از سوزاندن اجساد مردگان قبلاً توسط سیستم تصفیه جیوه گرفته می شد، اما اکنون گرما از طریق لوله ها برای گرم کردن ساختمان ها منتقل می شود.
5) بیرون بروید و به طبیعت کمک کنید - تحت این شعار می توانید یک استراتژی جدید را تبلیغ کنید. باشگاه روتردام وات از ارتعاشات مشتریانی که در حال راه رفتن و رقصیدن هستند برای تقویت نمایش نور استفاده می کند. ممکن است به لطف استفاده از مواد پیزوالکتریک، که می تواند تحت فشار، ارتعاشات را به .
ارتش ایالات متحده همچنین علاقه مند به استفاده از پیزوالکتریک برای به دست آوردن انرژی است. پیزوالکتریک‌ها در چکمه‌های سربازان قرار می‌گیرند تا رادیو و سایر وسایل الکتریکی را تامین کنند. با وجود پتانسیل عظیم، این فناوری چندان رایج نیست. عمدتاً به دلیل هزینه بالای آن. برای نصب چنین طبقه ای در 2500 مترمربع. باشگاه Watt 257000 دلار خرج کرد که هرگز نتیجه نداد. با این حال، در آینده این سطح به منظور افزایش میزان انرژی تولید شده بهبود خواهد یافت - رقص واقعاً پرانرژی خواهد بود!
6) فقط یک کالیفرنیا در سال بیش از 700000 تن لجن تولید می شود- رسوبات نامحلول از دیگ های بخار به صورت لجن یا به صورت جامد. اما همه فکر نمی کنند که این ماده برای تولید 10000000 کیلووات ساعت برق در روز کافی است. محققان دانشگاه نوادا در حال خشک کردن لجن هستند تا آن را به سوخت گازی سازی بعدی تبدیل کنند که منجر به تولید برق می شود. دانشمندان تاسیساتی ابداع کرده‌اند که با استفاده از ماسه‌ای که در دمای پایین «جوش می‌آید»، یک رسوب چسبناک را به پودر تبدیل می‌کند. در نتیجه سوخت ارزان اما باکیفیت دریافت خواهیم کرد.
این فناوری زباله ها را به سوخت تبدیل می کند و می تواند مستقیماً در کارخانه ها استفاده شود و در هزینه حمل و نقل و دفع لجن صرفه جویی می شود. این مطالعات هنوز کامل نشده اند، اما برآوردهای اولیه نشان می دهد که سیستمی که با ظرفیت کامل کار می کند، از نظر تئوری می تواند 25000 کیلووات ساعت برق در روز تولید کند.
۷) چتر دریایی که در عمق زندگی می کنندو حاوی موادی هستند که می توانند به منابع انرژی تبدیل شوند. آنها به لطف پروتئین فلورسنت سبز می درخشند. تیم دانشگاه چالمرز این پروتئین را روی الکترودها قرار داده و با پرتوهای فرابنفش به آنها تابش کرد و این ماده شروع به انتشار الکترون کرد.
این پروتئین برای ایجاد سوخت زیستی که بدون منبع نور الکتریسیته تولید می کند، استفاده شد، در عوض از مخلوطی از مواد استفاده شد - منیزیم با کاتالیزور زیستی لوسیفراز، که در کرم شب تاب یافت می شود.
8) سه "دریاچه در حال انفجار" وجود دارد، که به دلیل حجم زیاد دی اکسید کربن و متان که به دلیل اختلاف دما و چگالی آب در اعماق تجمع می یابد نام خود را به خود اختصاص داده است.
اگر سطح دما تغییر کند، گازها مانند چوب پنبه ای از بطری نوشابه از دریاچه خارج می شوند و تمام موجودات در دسترس را در این فرآیند از بین می برند. چنین فاجعه ای در سال 1984 در کامرون رخ داد، زمانی که دریاچه نیوس ابر بزرگی از دی اکسید کربن را منتشر کرد که باعث مرگ صدها انسان و حیوان شد.
دریاچه مشابهی (Kivu) در رواندا وجود دارد. با این حال، دولت محلی تصمیم گرفت که از این گاز مرگبار برای همیشه استفاده کند و یک نیروگاه در اینجا احداث کرد، گازهای دریاچه را پمپ می کند و از آنها برای به حرکت درآوردن 3 ژنراتور که 3.6 مگاوات انرژی تولید می کنند استفاده می کند. دولت پیش بینی می کند که این نیروگاه به زودی بتواند به اندازه ای انرژی تولید کند که برای تامین نیاز یک سوم کشور کافی است.
9) میلیاردها باکتری در طبیعت وجود داردو مانند هر موجود زنده ای، در صورت کمبود غذا، استراتژی خاص خود را برای بقا دارند. به عنوان مثال، باکتری E. coli دارای ذخیره ای از اسیدهای چرب است که ترکیب آن شبیه پلی استر است. از همین اسیدهای چرب در تولید سوخت بیودیزل استفاده می شود. دانشمندان با مشاهده این ویژگی باکتری ها، چشم انداز بزرگی را برای راهی برای بهبود ژنتیکی آنها برای تولید مقدار زیادی اسید پیش بینی کردند.
ابتدا دانشمندان آنزیم‌ها را از باکتری‌ها حذف کردند، سپس اسیدهای چرب را برای حذف اکسیژن کم‌آبی کردند. در نتیجه باکتری ها را به نوعی سوخت دیزل تبدیل کردند.
10) لوله های خالی هستند که از اتم های کربن تشکیل شده اند. دامنه کاربرد آنها بسیار گسترده است: از زره تا ایجاد "آسانسور" که می تواند محموله های مختلف را به ماه حمل کند. و اخیراً گروهی از دانشمندان مؤسسه ماساچوست امکان استفاده از نانولوله‌ها برای جمع‌آوری انرژی خورشیدی را یافته‌اند و راندمان این لوله‌ها 100 برابر بهتر از سلول‌های فتوولتائیک است که امروزه برای ما شناخته شده است. این اثر به این دلیل به دست می‌آید که نانولوله‌ها به عنوان آنتنی عمل می‌کنند تا اشعه‌های خورشید را جذب کنند و آنها را به سمت صفحات خورشیدی هدایت کنند که آنها را به نور خورشید تبدیل می‌کند. بنابراین فردی که می خواهد به جای پوشاندن تمام سقف خانه خود با پنل های خورشیدی، از انرژی خورشیدی با استفاده از نانولوله های کربنی استفاده کند که چندین برابر مساحت کمتری را اشغال می کند.
