انرژی تجدیدپذیر (Renewable Energy)
انرژی تجدیدپذیر در سال‌های اخیر به شدت مورد توجه و استفاده قرار گرفته است. این انرژی‌ها می‌توانند با استفاده از نوآوری‌هایی که هزینه‌های بهره‌برداری را کاهش می‌دهند، نوید تحقق آینده‌ای بر مبنای انرژی پاک و به دور از آلایندها را ارائه کنند. به عنوان مثال در آمریکا تولیدات انرژی خورشیدی و بادی، در حال شکستن رکوردها تامین شبکه ملی برق بدون به خطر انداختن قابلیت اطمینان آن است.
این بدان معناست که انرژی تجدیدپذیر به‌طور فزاینده‌ای جایگزین سوختهای فسیلی «آلوده» در بخش برق می‌شوند و از انتشار کربن و سایر آلاینده‌ها جلوگیری می‌کنند. در این مقاله، آنچه باید در مورد انواع مختلف منابع انرژی تجدیدپذیر بدانید و اینکه چگونه می‌توانید از این فناوری‌های نوظهور در خانه خود استفاده کنید، آورده شده است.
انرژی تجدیدپذیر (Renewable Energy) چیست؟
انرژی تجدیدپذیر که اغلب به‌عنوان انرژی پاک از آن یاد می‌شود، از منابع طبیعی یا فرآیندهایی به دست می‌آید که به‌طور مداوم تامین و جایگزین می‌شوند. به‌عنوان‌مثال، نور خورشید مداوم می‌درخشد و باد در نقاط مختلف در حال وزیدن است، حتی اگر دسترسی به آنها به زمان و شرایط جوی بستگی داشته باشد.
منابع انرژی تجدیدپذیر فراوان و در اطراف ما هر لحظه موجود هستند. سوختهای فسیلی – زغال‌سنگ، نفت و گاز – از سوی دیگر، منابع تجدید ناپذیری هستند که صدها میلیون سال طول می‌کشد تا شکل بگیرند. سوختهای فسیلی وقتی برای تولید انرژی سوزانده می‌شوند، باعث انتشار گازهای گلخانه‌ای مضر مانند دی‌اکسید کربن می‌شوند.
تولید انرژی تجدیدپذیر نسبت به سوزاندن سوختهای فسیلی انتشار آلاینده بسیار کمتری ایجاد میکند. حرکت از سمت سوختهای فسیلی، که در حال حاضر سهم عمده‌ای از انتشار گازهای گلخانه‌ای را تشکیل می‌دهند، به سمت استفاده از انرژی تجدیدپذیر برای مقابله با بحران آب و هوا یک حرکت ضروری است.
درحالی‌که انرژی تجدیدپذیر اغلب به‌عنوان یک فناوری جدید در نظر گرفته می‌شوند، انرژی موجود در طبیعت برای مدت طولانی به‌منظور گرمایش، حمل‌ونقل، روشنایی و مواردی از این قبیل مورد استفاده قرار گرفته اند. باد امکان حرکت قایق‌ها را در دریا و آسیاب‌های بادی را برای آسیاب کردن غلات فراهم میکند. اما در حدود ۵۰۰ سال گذشته، و بهخصوص در اثر انقلاب صنعتی، انسان‌ها به‌طور فزاینده‌ای به منابع انرژی ارزان‌تر و آلاینده‌تر مانند زغال‌سنگ روی آورده‌اند.
اکنون که راه‌های مبتکرانه و کم‌هزینه‌ای برای کنترل و استفاده از انرژی بادی و خورشیدی در اختیار است، انرژیهای تجدیدپذیر در حال تبدیل‌شدن به منبع انرژی مهمی هستند و بیش از ۱۲ درصد از تولید انرژی ایالات متحده را تشکیل می‌دهند. گسترش انرژیهای تجدیدپذیر نیز در مقیاس‌های بزرگ و کوچک در حال وقوع است، از مزارع بادی عظیم گرفته تا پنلهای خورشیدی روی پشت‌بام خانه‌ها، که می‌توانند برق تولیدی را به شبکه سراسری برق بفروشند.
حتی بسیاری از جوامع روستایی برای گرمایش و روشنایی به انرژی تجدیدپذیر متکی هستند. انرژیهای تجدیدپذیر اکنون در بیشتر کشورها ارزان‌تر شده‌اند و در مقایسه با سوختهای فسیلی تا سه برابر بیشتر ایجاد شغل می‌کنند.
انرژیهای تجدیدپذیر مزایای بسیاری دارند و به طور مستقیم بر اقتصاد، محیط‌زیست، امنیت ملی و سلامت انسان تأثیر می‌گذارند. در اینجا برخی از مزایای استفاده از انرژی تجدیدپذیر آمده است:
- • افزایش قابلیت اطمینان، امنیت و انعطاف‌پذیری شبکه برق کشور
- • ایجاد شغل در سراسر صنایع انرژی تجدیدپذیر
- • کاهش انتشار کربن و آلودگی هوا ناشی از تولید انرژی
- • افزایش استقلال انرژی در کشورها
- • گسترش دسترسی به انرژی پاک برای جوامع غیر متصل به شبکه یا دورافتاده، ساحلی یا جزیره‌ای
در ادامه به معرفی انواع مختلف انرژیهای تجدیدپذیر پرداخته شده است.
انرژی خورشیدی
انرژی خورشیدی فراوان‌ترین منبع انرژی است و حتی در هوای ابری نیز می‌توان از آن استفاده کرد. سرعت دریافت انرژی خورشیدی توسط زمین حدودا ۱۰۰۰۰ برابر بیشتر از میزان مصرف انرژی بشر است. مقدار انرژی خورشیدی که در یک ساعت به سطح زمین می رسد بیش از کل انرژی مورد نیاز سیاره برای یک سال کامل است
فن‌آوری‌های خورشیدی می‌توانند گرما، سرمایش، روشنایی طبیعی، الکتریسیته و سوخت را برای بسیاری از کاربردها ارائه دهند. فناوری‌های خورشیدی نور خورشید را از طریق پنلهای فتوولتائیک یا از طریق آینه‌هایی که تشعشعات خورشیدی را متمرکز می‌کنند به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند.
اگرچه همه کشورها به یک اندازه از انرژی خورشیدی برخوردار نیستند، با این‌حال سهم قابل‌توجهی از انرژی مستقیم خورشید برای هر کشوری در دسترس است. اگرچه به نظر می رسد یک منبع انرژی تجدید پذیر کامل باشد، اما مقدار انرژی خورشیدی که ما می توانیم استفاده کنیم بسته به زمان روز و فصل سال و همچنین موقعیت جغرافیایی متفاوت است. هزینه تولید پنلهای خورشیدی در دهه گذشته به شدت کاهش یافته است و آنها را نه‌تنها مقرون به صرفه بلکه اغلب ارزان‌ترین شکل انرژی برای تولید برق کرده است.
پنلهای خورشیدی تقریباً ۳۰ سال عمر می‌کنند و بسته به نوع مواد مورد استفاده در ساخت آنها، در مناطق مختلف قابل استفاده هستند.زمین و اتمسفر آن به‌طور پیوسته 1.7e17 وات، انرژی از خورشید دریافت میکند. اگر جمعیت زمین را ۱۰ میلیارد نفر در نظر بگیریم و نیاز هر نفر را ۱۰ کیلووات بدانیم، انرژی لازم 1e15 وات خواهد بود.
اگر تنها یک درصد از سطح زمین را برای دریافت انرژی به‌کار بگیریم و با ۱۰ درصد راندمان مفید تبدیل انرژی را انجام دهیم، انرژی دریافتی از خورشید پاسخگوی نیازهای ساکنین زمین خواهد بود. ۳۰ درصد از انرژی تابشی به اتمسفر منعکس می‌شود، ۴۷ درصد از آن به‌صورت حرارت در دمای پایین به فضا صادر می‌شود، ۲۳ درصد دیگر باعث تبخیر آب و چرخش طبیعی آن در اتمسفر می‌شود و ۰.۵ درصد آن به انرژی جنبشی به‌صورت باد و موج دریا و همچنین فتوسنتز گیاهان تبدیل می‌شود.
انرژی باد
انرژی باد، انرژی جنبشی هوای متحرک را با استفاده از توربین‌های بادی بزرگ که در خشکی یا دریا قرار دارند، مهار میکند. انرژی باد برای هزاران سال در مناطق مختلف با راندمان های نسبتا پایین مورد استفاده قرار گرفته است، اما فناوری‌های انرژی بادی در خشکی و فراساحل در چند سال گذشته بر روی به حداکثر رساندن الکتریسیته تولید شده با توربین‌های بلندتر و قطر روتور بزرگ‌تر، متمرکز شده اند تا بتواند قابلیت رقابت تولید برق با استفاده از جریان باد را افزایش بدهند.
اگرچه میانگین سرعت باد برحسب مکان به‌طور قابل توجهی متفاوت است، پتانسیل فنی در سطح دنیا مربوط به انرژی بادی از تولید کنونی برق جهانی بیشتر است و پتانسیل کافی در بیشتر مناطق جهان وجود دارد تا امکان استقرار قابل توجه انرژی بادی را فراهم کند. بسیاری از نقاط جهان دارای سرعت باد بالایی هستند، اما بهترین مکان برای تولید نیروی باد گاهی اوقات مناطق دور افتاده است. نیروی بادی فراساحلی پتانسیل فوق‌العاده‌ای را برای استحصال برق ارائه می‌دهد.
انرژی زمین‌گرمایی
انرژی زمین‌گرمایی از انرژی حرارتی قابل دسترس از داخل زمین استفاده میکند. گرما از مخازن زمین‌گرمایی با استفاده از چاه‌ها یا روش‌های دیگر استخراج می‌شود. با مهار گرمای طبیعی زیر سطح زمین، می توان از انرژی زمین گرمایی برای گرم کردن مستقیم خانه ها یا تولید برق استفاده کرد.
مخازنی که به‌طور طبیعی به اندازه کافی گرم و قابل‌نفوذ هستند، مخازن گرمایی نامیده می‌شوند و به مخازنی که به اندازه کافی گرم هستند اما با تحریک هیدرولیکی بهبود یافته‌اند، سیستم‌های زمین‌گرمایی تقویت شده گفته می‌شود.
سیالات با دماهای مختلف هنگامی‌که در نزدیکی سطح زمین قرار بگیرند می‌توانند برای تولید برق استفاده شوند. فناوری تولید برق از مخازن هیدروترمال کاملا توسعه‌یافته و قابل اعتماد است و بیش از ۱۰۰ سال است که در حال بهره‌برداری است.
انرژی برق‌آبی
به عنوان یک منبع انرژی تجدیدپذیر، برق آبی یکی از توسعه یافته ترین های تجاری است. نیروگاه برق‌آبی انرژی آبی که از ارتفاعات بالاتر به ارتفاعات پایین‌تر حرکت میکند را استحصال میکند. انرژی برق‌آبی را می‌توان آن از مخازن نگهداری آب و رودخانه‌ها تولید کرد. نیروگاه‌های آبی مخزنی، به آب ذخیره شده در یک مخزن متکی هستند و نیروگاه‌های برق‌آبی جریانی، انرژی را از جریان آب رودخانه دریافت می‌کنند. این منبع انرژی اغلب می تواند قابل اعتمادتر از انرژی خورشیدی یا بادی باشد (به خصوص اگر جزر و مدی به‌جای رودخانه باشد) و همچنین اجازه می دهد تا برق برای استفاده در زمانی که تقاضا به اوج می رسد ذخیره شود.
مخازن برق‌آبی اغلب کاربردهای متعددی دارند: تامین آب آشامیدنی، آب برای آبیاری، کنترل سیل و خشک‌سالی، خدمات ناوبری و همچنین تامین انرژی. انرژی برق‌آبی در حال حاضر بزرگ‌ترین منبع انرژی تجدیدپذیر در بخش برق در دنیا است. این انرژی متکی بر الگوهای بارندگی است و میتواند تحت تأثیر منفی خشک‌سالی‌های ناشی از تغییرات آب‌وهوا یا تغییرات اکوسیستم‌هایی باشد که بر الگوهای بارندگی تأثیر می‌گذارد.
زیرساخت‌های موردنیاز برای ایجاد نیروگاه آبی میتواند به روش‌های نامطلوبی بر اکوسیستم‌ها تأثیر بگذارد. به همین دلیل، بسیاری از محققین نیروگاه‌های آبی مقیاس کوچک را گزینه‌ای سازگارتر با محیط‌زیست، به‌ویژه برای جوامع در مکان‌های دورافتاده، می‌دانند.
انرژی اقیانوس
انرژی اقیانوس از فناوری‌هایی نشأت می‌گیرد که از انرژی جنبشی و حرارتی آب دریا – برای مثال امواج یا جریان‌ها – برای تولید برق یا گرما استفاده می‌کنند. انرژی جزر و مد، شکل دیگری از انرژی آبی است که از جریان جزر و مدی دو بار در روز برای به حرکت درآوردن ژنراتورهای توربین استفاده میکند. اگرچه جریان جزر و مدی بر خلاف سایر منابع انرژی آبی ثابت نیست، اما بسیار قابل پیش‌بینی است و بنابراین. میتواند دوره‌هایی را که جریان جزر و مد کم است را بعدا جبران کند.
سیستم‌های انرژی اقیانوسی هنوز در مراحل اولیه توسعه هستند، که از جمله تحقیقات در این زمینه می‌توان به تعدادی از نمونه‌های اولیه دستگاه‌های موج و جزر و مدی اشاره کرد. پتانسیل تئوری برای انرژی اقیانوس به‌راحتی از نیازهای انرژی فعلی انسان فراتر می‌رود.
بایو انرژی
انرژی زیستی از انواع مواد آلی به نام زیست‌توده مانند چوب، زغال چوب، مدفوع حیوانات و سایر کودهای دامی برای تولید گرما، برق و محصولات کشاورزی تولید می‌شود. بیشتر زیست‌توده در مناطق روستایی برای پخت‌وپز، روشنایی و گرمایش فضا، عموماً توسط جمعیت فقیرتر کشورهای درحال‌توسعه استفاده می‌شود. سیستم‌های زیست‌توده مدرن شامل محصولات زراعی یا درختان اختصاصی، بقایای کشاورزی و جنگل‌داری و جریان‌های مختلف زباله‌های آلی است. امروزه این فرآیند بسیار تمیزتر و کم مصرف‌تر است. با تبدیل زباله‌های کشاورزی، صنعتی و خانگی به سوخت جامد، مایع و گاز، زیست توده با هزینه اقتصادی و زیست محیطی بسیار کمتری انرژی تولید میکند.
بخشی از تشعشع خورشید که به اتمسفر زمین می‌رسد، به‌واسطه فرایند فتوسنتز در گیاهان جذب و ذخیره می‌شود. حداکثر راندمان تبدیل انرژی خورشیدی در این فرایند بین ۵-۶ درصد است. گیاهان به‌عنوان منابع ذخیره کربن هستند و کربن‌دی‌اکسید را از هوا جذب کرده و به‌صورت کربن ذخیره می‌نمایند. وقتی گیاهی توسط جانوری خورده می‌شود، بخشی از کربن موجود درگیاه به انرژی تبدیل می‌شود و بخشی دیگر در بافت‌های زنده ذخیره می‌گردد. بخش سوم نیز با فضولات حیوانی دفع می‌گردد. در صورتی‌که چوب یا گیاهان سوزانده شوند، علاوه‌بر انرژی، بخش اعظمی از کربن ذخیره شده به صورت کربن‌دی‌اکسید آزاد می‌شود و بخششی دیگر نیز در خاکستر باقی می‌ماند.
انرژی ایجادشده از سوزاندن زیست‌توده باعث انتشار گازهای گلخانه‌ای می‌شود، اما در مقایسه با سوزاندن سوختهای فسیلی مانند زغال‌سنگ، نفت یا گاز آلایندگی بسیار کمتری دارد. بااین‌حال، بیوانرژی تنها باید در کاربردهای محدود مورد استفاده قرار گیرد چراکه با داشتن اثرات بالقوه منفی زیست‌محیطی با افزایش کاربرد در مزارع و جنگل‌ها میتواند باعث جنگل‌زدایی و تغییر کاربری زمین شود.
انرژی هیدروژن و پیل سوختی
یکی از مسائل مهم در باره انرژیهای تجدید پذیر عدم توانایی ذخیره انرژی حاصل از آنها به طریق عملی است. این موضوع البته مشکل در مورد زیست توده نیست، چرا که می توان سوخت تهیه شده توسط زیست توده را نظیر اتانول و متانول و بیودیزل ذخیره کرد و بعد مورد استفاده قرار داد. از سوی دیگر انرژی الکتریکی تهیه شده توسط انرژی خورشیدی یا انرژی پتانسیل سدها و رودخانه ها و زمین گرمایی و باد را نمی‌توان ذخیره کرد و بعد مورد استفاده قرار داد.
باتری‌ها نیز به خاطر محدودیت ظرفیت در شرایط فعلی میزان تولید و مصرف و قیمت بالا و طول عمر نسبتا کوتاه، عملا انتخابی مناسب نیستند. یکی از راه‌حل‌ها برای موضوع ذخیره انرژی الکتریکی، تولید هیدروژن از انرژی الکتریکی تولیدی از منابع تجدید پذیر، با الکترولیز آب است. وقتی هیدروژن تولید شد، می‌توان آن را ذخیره کرد و سپس در زمان نیاز مورد استفاده قرار داد. باید توجه کرد که هیدروژن به‌تنهایی یک منبع انرژی نظیر ذغال سنگ، نفت و گاز نیست و مخازن طبیعی هیدروژن وجود ندارند.
انرژی تجدیدپذیر در خانه
انرژی خورشیدی
در مقیاس کوچک‌تر، می‌توانیم از پرتوهای خورشید برای تأمین انرژی خانه استفاده کنیم، مثلا از طریق استفاده از صفحات خورشیدی یا طراحی غیرفعال خانه با در نظر گرفتن نور خورشید. خانه‌های خورشیدی غیرفعال به گونه‌ای طراحی شده‌اند که از طریق پنجره‌های رو به جنوب از نور خورشید استفاده کنند و سپس گرما را از طریق بتن، آجر، کاشی و سایر موادی که گرما را ذخیره می‌کنند، حفظ کنند.
برخی از خانه‌های خورشیدی بیش از مقدار کافی برق تولید می‌کنند و به صاحب خانه اجازه می‌دهند برق اضافی را به شبکه بفروشند. باتری‌ها نیز از نظر اقتصادی روشی جذاب برای ذخیره انرژی اضافی خورشیدی هستند تا بتوان از آن در شب استفاده کرد. دانشمندان در حال کار بر روی پیشرفت‌های جدیدی هستند که ساختار و عملکرد مطلوب را با هم ترکیب می‌کنند، مانند پنجره‌های خورشیدی.
فروش انرژی که جمع‌آوری می‌کنید
خانه‌هایی که با انرژی بادی و خورشیدی کار می‌کنند، می‌توانند برق خود را تامین کنند یا به شبکه برق متصل شوند، همان‌طور که توسط تامین‌کننده برق تامین می‌شوند. شرکت‌های برق در اکثر ایالت‌های آمریکا به صاحبان خانه اجازه می‌دهند که فقط تفاوت بین برق مصرفی شبکه و آنچه را که تولید کرده‌اند بپردازند – فرآیندی به نام Net metering. اگر بیشتر از آنچه مصرف می‌کنید برق تولید می‌کنید، ارائه‌دهنده برق ممکن است قیمت خرده‌فروشی آن را به شما بپردازد و از این طریق برای خانوار درآمد ایجاد شود.
انرژی تجدیدپذیر و شما
حمایت از انرژی تجدیدپذیر یا استفاده از آنها در خانه میتواند حرکت به سمت انرژی پاک را تسریع کند. حتی اگر هنوز قادر به نصب پنلهای خورشیدی نیستید، ممکن است بتوانید برق را از یک منبع انرژی پاک انتخاب کنید. (در برخی مناطق مردم می توانند با شرکت برق خود تماس بگیرند تا بپرسند که آیا این گزینه‌ها را ارائه می‌دهند یا خیر.) اگر انرژی تجدیدپذیر از طریق شرکت برق شما در دسترس نیست، می‌توانید مجوز تولید انرژی تجدیدپذیر در خانه خود را برای جبران برق مصرفی خود تهیه کنید.
توصیه مکادمی؛ توربین‌های عمود محور را مطالعه کنید.