انرژی های نوین جایگزین انرژی های فسیلی

به گزارش پارت نیوز؛ جهان در حال ورود به عصر جدیدی از تولید فناوری پاک است و استراتژی های صنعتی کشورها کلید موفقیت خواهد بود.

انرژی های نوین در عصر تولید فناوری انرژی پاک تاثیر بسیاری دارند. بازارهای جدید و میلیون‌ها شغل ایجاد می‌کند ولی اما خطرات جدیدی را نیز به همراه دارند و کشورهای سراسر جهان را به ابداع استراتژی‌های صنعتی برای تضمین جایگاه خود وادار می‌کند.

چشم انداز فناوری انرژی 2023 نشان می دهد که انرژی های نوین آخرین قسمت در یکی از سری های شاخص آژانس بین المللی انرژی، به عنوان اولین کتاب راهنمای جهانی در جهان برای صنایع فناوری پاک در آینده عمل می کند. این یک تجزیه و تحلیل جامع از تولید جهانی انرژی نوین و پاک امروزی است.

انرژی نو چیست ؟

انرژی های نوین یعنی انرژی که تجدید پذیر است و انرژی از منابعی که به طور طبیعی مانند نور خورشید، باد، آب های سطحی، جزر و مد، امواج باد و گرمای زمین گرمایی استفاده می کند.

از انرژی های نوین که بیشتر کشورها به دنبال آن هستند انرژی هسته ای است. انرژی اتمی از فروپاشی و شکافت یا همجوشی اتم های عنصر به دست می آید.

انواع انرژی های نوین

پانل‌های خورشیدی، توربین‌های بادی، باتری‌های برق الکتریکی، الکترولیزکننده‌های هیدروژن، انرژی اتمی و پمپ‌های حرارتی از جمله انرژی های نوین هستند که با زنجیره‌های تامین که آنها را در سراسر جهان آنها ارائه می‌کند می توانند پیش بینی درستی از احتمال پیشرفت در این حوزه و انتقال به انرژی پاک در سال‌های آینده به شما بدهد.

انرژی های نو چه ویژگی هایی دارند

بر خلاف سوخت های فسیلی مانند زغال سنگ، گاز طبیعی یا نفت – که ذخایر آنها در حال حاضر رو به اتمام است، این نوع انرژی با مصرف تمام نمی شود.

آنها از منابع طبیعی می آیند و توسط عناصر طبیعی تغذیه می شوند، بنابراین در حالی که به نظر می رسد تا زمانی که منابعی مانند خورشید یا آب زمین را تامین می کنند، می توانند در دسته انرژی های نوین و پاکی باشند که انسان را تامین کنند.

آنها گازهای گلخانه ای تولید نمی کنند. یکی دیگر از تفاوت های بزرگ آن با سوخت های فسیلی. بنابراین آنها به سیاره آسیب نمی رسانند و به تغییرات آب و هوایی کمک نمی کنند.

زباله تولید نمی کند. بنابراین تأثیر آن بر محیط زیست بسیار ناچیز است.

انرژی های نو در ایران

به طور کلی عمده فعالیت‌های مربوط به احداث پایلوت‌های سازگار با محیط‌زیست در ایران با به کار بردن منابع انرژی‌های تجدیدپذیر و اجرای پروژه‌های مهندسی و انجام خدمات مشاوره‌ای و مدیریت بر طرح‌ها، در چند بخش متمرکز شده است.

برای جلوگیری از آلودگی محیط‌زیست در کشورهای پیشرفته نظیر آلمان، دانمارک، آمریکا، اسپانیا، انگلستان و بسیاری کشورهای دیگر، توربین‌های بادی بزرگ و کوچک ساخته شده است و برنامه‌هایی نیز جهت ادامه پژوهش‌ها و استفاده بیشتر از انرژی باد جهت تولید برق در واحدهایی با توان چند مگاواتی مورد مطالعه است.

در ایران نیز با توجه به وجود مناطق بادخیز، طراحی و ساخت آسیاب‌های بادی از ۲۰۰۰ سال پیش از میلاد مسیح رایج بوده و هم‌اکنون نیز بستر مناسبی جهت گسترش بهره‌برداری از توربین‌های بادی فراهم است. مولدهای برق‌بادی می‌تواند جایگزین مناسبی برای نیروگاه‌های گازی و بخاری باشند. مطالعات و محاسبات انجام شده در زمینه تخمین پتانسیل انرژی باد در ایران نشان داده‌اند که تنها در ۲۶ منطقه از کشور (شامل بیش از ۴۵ سایت مناسب) میزان ظرفیت اسمی سایت‌ها، با در نظر گرفتن یک راندمان کلی ۳۳ درصد، در حدود ۶۵۰۰ مگاوات است و این در شرایطی است که ظرفیت اسمی کل نیروگاه‌های برق کشور، (در حال حاضر) ۶۰۰۰۰ مگاوات است. در توربین‌های بادی، انرژی به انرژی مکانیکی و سپس به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود.

کاربردی ترین انرژی نو در کشور ما چیست

در کشور عزیزمان ایران استفاده از انرژی های خورشیدی، انرژی های بادی، انرژی های بادی و انرژی هسته ای با توجه به اقلیم آب و هوایی و ظرفیت های کشور مناسبترین گزینه ها در بین انرژی های نوین است.

این تجزیه و تحلیل نشان می دهد که اگر کشورهای جهان به طور کامل تعهدات اعلام شده خود در زمینه انرژی و آب و هوا را اجرا کنند، بازار جهانی برای انرژی های نوین و پاک کلیدی اقدام به تولید انبوه تا سال 2030 می کنند که حدود 650 میلیارد دلار در سال ارزش خواهد داشت.

انرژی های نو و تجدید پذیر

عدد اشتغال در بخش انرژی های نوین بیش از سه برابر عدد اشتغال در انرژی های فسیلی است. مشاغل مربوط به تولید انرژی پاک از 6 میلیون شغل امروز به نزدیک به 14 میلیون تا سال 2030 خواهد رسید و این یعنی بیش از دو برابر خواهد شد  و رشد سریع صنعتی و اشتغال بیشتری در دهه های بعد با پیشرفت انرژی های نوین انتظار می رود.

در عین حال، زنجیره‌های تامین فعلی انرژی های نوین پاک خطراتی را در قالب تمرکز جغرافیایی بالای استخراج و پردازش منابع و همچنین تولید فناوری ایجاد می‌کنند. برای فناوری‌هایی مانند پانل‌های خورشیدی، باد، باتری‌های برق الکتریکی، دستگاه‌های الکترولیز و پمپ‌های حرارتی، سه کشور بزرگ تولیدکننده حداقل ۷۰ درصد ظرفیت تولید هر فناوری را به خود اختصاص داده‌اند و چین در همه آنها غالب است.

در همین حال، بخش زیادی از معادن برای مواد معدنی حیاتی در خصوص انرژی های نوین در تعداد کمی از کشورها متمرکز شده است. به عنوان مثال، جمهوری دموکراتیک کنگو بیش از 70 درصد کبالت جهان را تولید می کند و تنها سه کشور استرالیا، شیلی و چین بیش از 90 درصد از تولید جهانی لیتیوم را به خود اختصاص می دهند.

جهان در حال حاضر شاهد خطرات ناشی از زنجیره تامین کوچک در زمینه انرژی های نوین است که قیمت‌های انرژی های نوین و پاک را در سال‌های اخیر افزایش داده و انتقال انرژی پاک کشورها را دشوارتر و پرهزینه‌تر کرده است. افزایش قیمت‌های کبالت، لیتیوم و نیکل منجر به اولین افزایش قیمت باتری‌های خودروهای الکتریکی شد که در سال 2022 به میزان تقریبی 10 درصد شد و در سطح جهانی جهش کرد. هزینه توربین‌های بادی در خارج از چین نیز پس از سال‌ها کاهش در حال افزایش است و روندهای مشابه می‌تواند در پنل خورشیدی دیده می شود.

آژانس بین‌المللی انرژی تقریباً دو سال پیش تاکید کرد که اقتصاد انرژی های نوین جهانی به سرعت در حال ظهور است. امروزه این موضوع برای آینده هر کشوری به رکن اصلی استراتژی اقتصادی تبدیل شده است و هر کشوری باید شناسایی کند که چگونه می‌تواند از فرصت‌ها بهره‌مند شود و از چالش‌ها عبور کند. فاتح بیرول، مدیر اجرایی آژانس بین المللی انرژی گفت: ما در مورد بازارهای جدید فناوری انرژی پاک به ارزش صدها میلیارد دلار و همچنین میلیون ها شغل جدید صحبت می کنیم.

انرژی های نو جایگزین سوخت های فسیلی

خبر دلگرم کننده این است که خط لوله پروژه جهانی برای تولید فناوری انرژی پاک بزرگ و در حال رشد است. اگر همه چیز اعلام شده از امروز ساخته شود، سرمایه گذاری در تولید فن آوری های انرژی پاک دو سوم آنچه را که در مسیری برای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای خالص لازم است، تامین می کند. حرکت کنونی ما را به رسیدن به اهداف بین‌المللی انرژی و آب و هوا نزدیک‌تر می‌کند – و تقریباً مطمئناً چیزهای بیشتری در راه است.

این مهم می تواند امیدها به جایگزینی سوخت های فسیلی با انرژی های نوین را بیشتر کند و نشان دهد که انسان می تواند با آسیب رساندن کمتری نسبت به محیط پیرامون خود امکانات لازم برای زندگی و رفاه را تهیه کند.

دکتر بیرول افزود: «در عین حال، جهان از زنجیره‌های تأمین انرژی های نوین پاک متنوع‌تر سود می‌برد». همانطور که در مورد اتکای اروپا به گاز روسیه دیدیم، زمانی که شما بیش از حد به یک شرکت، یک کشور یا یک مسیر تجاری وابسته هستید، در صورت بروز اختلال در خطر پرداخت هزینه سنگینی هستید؛ بنابراین، من خوشحالم که بسیاری از اقتصادها در سراسر جهان امروز با هم رقابت می‌کنند تا پیشرو در اقتصاد انرژی جدید باشند و توسعه تولید فناوری پاک را در رقابت به صفر برسانند. با این حال، مهم است که این رقابت منصفانه باشد – و درجه سالمی از همکاری بین‌المللی وجود داشته باشد، زیرا هیچ کشوری جزیره انرژی نیست و اگر کشورها با هم همکاری نکنند، انتقال انرژی پرهزینه‌تر و کندتر خواهد بود.

این گزارش خاطرنشان می‌کند که اقتصادهای بزرگ برای ترکیب سیاست‌های آب و هوایی، امنیت انرژی و صنعتی خود در استراتژی‌های گسترده‌تر برای اقتصاد خود اقدام می‌کنند. قانون کاهش تورم در ایالات متحده مثال واضحی از این موضوع است، اما بسته مناسب برای 55 و طرح REPowerEU در اتحادیه اروپا، برنامه تحول سبز ژاپن و طرح تشویقی مرتبط با تولید در هند نیز وجود دارد که تولید انرژی های نوین از جمله انرژی خورشیدی را تشویق می کند. فتوولتائیک و باتری ها – و چین در تلاش است تا با آن روبرو شود و حتی از آن فراتر رود اهداف آخرین برنامه پنج ساله آن.

در همین حال، توسعه دهندگان و سرمایه گذاران پروژه های انرژی های نوین و پاک به دقت دنبال سیاست هایی هستند که می تواند به آنها مزیت رقابتی بدهد. مدت زمان نسبتاً کوتاه در حدود 1 تا 3 سال به طور متوسط برای آنلاین کردن امکانات تولید به این معنی است که خط لوله پروژه می تواند به سرعت در محیطی که برای سرمایه گذاری مناسب است گسترش یابد. بر اساس این گزارش، تنها 25 درصد از پروژه های تولیدی اعلام شده در سطح جهان برای PV خورشیدی در حال ساخت هستند یا ساخت و ساز قریب الوقوع آغاز می شود. این عدد برای باتری های EV حدود 35٪ و برای الکترولیزها کمتر از 10٪ است. سیاست‌های دولت و تحولات بازار می‌تواند تأثیر قابل‌توجهی بر جایی که بقیه این پروژه‌ها ختم می‌شوند داشته باشد.

در میان جاه‌طلبی‌های منطقه‌ای برای افزایش تولید، ETP-2023 بر نقش مهم تجارت بین‌المللی در زنجیره‌های تامین انرژی های نوین و  پاک تاکید می‌کند. این نشان می دهد که نزدیک به 60 درصد از ماژول های خورشیدی PV تولید شده در سراسر جهان در خارج از مرزها معامله می شود. تجارت همچنین برای باتری‌های EV و اجزای توربین بادی، علی‌رغم حجیم بودن، مهم است و چین صادرکننده اصلی امروز است.

این گزارش همچنین چالش‌های خاص مربوط به مواد معدنی حیاتی مورد نیاز برای بسیاری از فناوری‌های انرژی پاک را برجسته می‌کند و به زمان طولانی برای توسعه معادن جدید و نیاز به استانداردهای قوی زیست‌محیطی، اجتماعی و حاکمیتی اشاره می‌کند. با توجه به توزیع نابرابر جغرافیایی منابع معدنی حیاتی، همکاری بین المللی و مشارکت های استراتژیک برای تضمین امنیت عرضه بسیار مهم خواهد بود.

انواع انرژی های نوین و پاک

انرژی های پاک از منابع مختلفی به دست می آیند. در ادامه برخی از آنها را خدمتتان معرفی می کنیم.

پنل های خورشیدی

پانل سلول خورشیدی، پنل الکتریکی خورشیدی یا پنل خورشیدی که به عنوان ماژول فتوولتائیک (PV) یا پانل PV نیز شناخته می شود، مجموعه ای از سلول های خورشیدی فتوولتائیک است که در یک قاب (معمولا مستطیل شکل) نصب شده اند. پنل های خورشیدی نور خورشید را به عنوان منبع انرژی تابشی جذب می کنند که به صورت جریان مستقیم (DC) الکتریسیته به انرژی الکتریکی تبدیل می شود.

مجموعه ای منظم از پانل های خورشیدی، سیستم فتوولتائیک یا آرایه خورشیدی نامیده می شود. آرایه‌های یک سیستم فتوولتائیک را می‌توان برای تولید برق خورشیدی استفاده کرد که تجهیزات الکتریکی را مستقیماً تأمین می‌کند، یا برق را از طریق یک سیستم اینورتر به یک شبکه جریان متناوب (AC) برمی‌گرداند.

توربین‌های بادی

توربین بادی وسیله ای است که انرژی جنبشی باد را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. تا سال 2020، صدها هزار توربین بزرگ، در تاسیساتی که به نام مزارع بادی شناخته می‌شوند، بیش از 650 گیگاوات برق تولید می‌کنند که هر سال 60 گیگاوات به آن اضافه می‌شود. توربین‌های بادی منبع مهمی از انرژی‌های تجدیدپذیر متناوب هستند و در بسیاری از کشورها برای کاهش هزینه‌های انرژی و کاهش اتکا به سوخت‌های فسیلی استفاده می‌شوند. یک مطالعه ادعا کرد که تا سال 2009، باد دارای “کمترین انتشار نسبی گازهای گلخانه ای، کمترین تقاضای مصرف آب و مطلوب ترین اثرات اجتماعی” در مقایسه با منابع انرژی فتوولتائیک، آبی، زمین گرمایی، زغال سنگ و گاز بود.

توربین‌های بادی کوچک‌تر برای کاربردهایی مانند شارژ باتری برای نیروی کمکی قایق‌ها یا کاروان‌ها و برای تامین برق علائم هشدار ترافیک استفاده می‌شوند. توربین‌های بزرگ‌تر می‌توانند به منبع برق خانگی کمک کنند و در عین حال نیروی بلااستفاده را از طریق شبکه برق به تامین‌کننده برق بفروشند.

توربین های بادی در طیف وسیعی از اندازه ها با محورهای افقی یا عمودی تولید می شوند.

باتری‌های برق الکتریکی

باتری منبع انرژی الکتریکی است که از یک یا چند سلول الکتروشیمیایی با اتصالات خارجی برای تامین انرژی دستگاه های الکتریکی تشکیل شده است. هنگامی که باتری در حال تامین برق است، ترمینال مثبت آن کاتد و ترمینال منفی آن آند است. پایانه ای که علامت منفی دارد، منبع الکترون هایی است که از طریق یک مدار الکتریکی خارجی به سمت ترمینال مثبت جریان می یابد. هنگامی که یک باتری به یک بار الکتریکی خارجی متصل می شود، یک واکنش ردوکس، واکنش دهنده های پرانرژی را به محصولات کم انرژی تبدیل می کند و اختلاف انرژی آزاد به عنوان انرژی الکتریکی به مدار خارجی تحویل می شود. از لحاظ تاریخی اصطلاح “باتری” به طور خاص به دستگاهی اطلاق می شود که از سلول های متعدد تشکیل شده است. با این حال، استفاده از دستگاه‌هایی که از یک سلول تشکیل شده‌اند تکامل یافته است.

باتری های اولیه (یک بار مصرف یا “یک بار مصرف”) یک بار استفاده می شوند و دور انداخته می شوند، زیرا مواد الکترود به طور برگشت ناپذیری در حین تخلیه تغییر می کنند. یک مثال رایج باتری قلیایی است که برای چراغ قوه و بسیاری از دستگاه های الکترونیکی قابل حمل استفاده می شود. باتری های ثانویه (قابل شارژ) را می توان چندین بار با استفاده از جریان الکتریکی اعمال شده تخلیه و شارژ کرد. ترکیب اصلی الکترودها را می توان با جریان معکوس بازیابی کرد. نمونه‌ها عبارتند از باتری‌های اسید سرب مورد استفاده در وسایل نقلیه و باتری‌های لیتیوم یونی که برای وسایل الکترونیکی قابل حمل مانند لپ‌تاپ و تلفن‌های همراه استفاده می‌شوند.

باتری‌ها اشکال و اندازه‌های مختلفی دارند، از سلول‌های مینیاتوری که برای تامین انرژی سمعک و ساعت‌های مچی استفاده می‌شوند تا، در بزرگ‌ترین حالت، بانک‌های باتری بزرگ به اندازه اتاق‌هایی که برق آماده به کار یا اضطراری را برای مبادلات تلفن و مراکز داده رایانه فراهم می‌کنند. باتری ها انرژی ویژه (انرژی در واحد جرم) بسیار کمتری نسبت به سوخت های معمولی مانند بنزین دارند. در خودروها، این تا حدودی با راندمان بالاتر موتورهای الکتریکی در تبدیل انرژی الکتریکی به کار مکانیکی در مقایسه با موتورهای احتراقی جبران می شود.

الکترولیزکننده‌های هیدروژن

الکترولیز یک گزینه امیدوارکننده برای تولید هیدروژن بدون کربن از منابع تجدیدپذیر و هسته ای است. الکترولیز فرآیند استفاده از الکتریسیته برای تقسیم آب به هیدروژن و اکسیژن است. این واکنش در واحدی به نام الکترولیز انجام می شود.

پمپ‌های حرارتی

پمپ حرارتی وسیله ای است که می تواند با انتقال انرژی حرارتی از بیرون با استفاده از سیکل تبرید، گرمای ساختمان را تامین کند. بسیاری از پمپ های حرارتی نیز می توانند در جهت مخالف عمل کنند و با حذف گرما از فضای بسته و دفع آن در خارج، ساختمان را خنک کنند. واحدهایی که فقط خنک کننده را تامین می کنند، تهویه مطبوع نامیده می شوند.

هنگامی که در حالت گرمایش است، یک مبرد در دمای بیرون فشرده می شود. در نتیجه، مبرد داغ می شود. این انرژی حرارتی می تواند به یک واحد داخلی منتقل شود. پس از انتقال مجدد به خارج از منزل، مبرد از حالت فشرده خارج می شود – تبخیر می شود. مقداری از انرژی حرارتی خود را از دست داده و سردتر از محیط باز می گردد. اکنون می‌تواند انرژی اطراف را از هوا یا زمین قبل از تکرار فرآیند بگیرد. کمپرسورها، فن ها و پمپ ها با انرژی الکتریکی کار می کنند.

پمپ های حرارتی منبع هوا رایج ترین مدل ها هستند، در حالی که انواع دیگر عبارتند از پمپ های حرارتی منبع زمینی، پمپ های حرارتی منبع آب و پمپ های حرارتی هوای خروجی. پمپ های حرارتی در مقیاس بزرگ نیز در سیستم های گرمایش منطقه ای استفاده می شوند.

راندمان یک پمپ حرارتی با ضریب عملکرد (COP) یا ضریب عملکرد فصلی (SCOP) بیان می شود. هرچه این عدد بیشتر باشد، پمپ حرارتی کارآمدتر است و انرژی کمتری مصرف می کند. هنگامی که برای گرمایش فضا استفاده می شود، پمپ های حرارتی معمولاً نسبت به بخاری های مقاومت الکتریکی ساده، انرژی بسیار کارآمدتری دارند.

پمپ های حرارتی به دلیل کارایی بالا و سهم فزاینده منابع بدون فسیل در شبکه های الکتریکی، می توانند نقش کلیدی در کاهش تغییرات آب و هوا ایفا کنند. با 1 کیلووات ساعت برق می توانند 3 تا 6 کیلووات ساعت انرژی حرارتی را به داخل ساختمان منتقل کنند. ردپای کربن پمپ های حرارتی به نحوه تولید الکتریسیته بستگی دارد، اما معمولاً در آب و هوای معتدل انتشار گازهای گلخانه ای را کاهش می دهند. پمپ های حرارتی می توانند بیش از 80 درصد از نیازهای گرمایش آب و فضا را با ردپای کربن کمتری نسبت به دیگهای چگالشی گازسوز برآورده کنند: با این حال، در سال 2021 آنها تنها 10 درصد را برآورده می کنند.

انرژی اتمی

انرژی اتمی یا انرژی اتم انرژی حمل شده توسط اتم ها است. این اصطلاح در سال 1903 سرچشمه گرفت، زمانی که ارنست رادرفورد شروع به صحبت در مورد امکان انرژی اتمی کرد. H. G. Wells قبل از کشف هسته اتم عبارت “شکاف اتم” را رایج کرد.

انرژی اتمی شامل:

انرژی اتصال هسته ای، انرژی مورد نیاز برای شکافتن هسته یک اتم.

انرژی پتانسیل هسته ای، انرژی پتانسیل ذرات درون هسته اتم.

واکنش هسته‌ای، فرآیندی که در آن هسته‌ها یا ذرات هسته‌ای برهم کنش می‌کنند و در نتیجه محصولاتی متفاوت از نمونه‌های اولیه تولید می‌شوند. شکافت هسته ای و همجوشی هسته ای را نیز ببینید.

واپاشی رادیواکتیو، مجموعه ای از فرآیندهای مختلف که توسط آن هسته های اتمی ناپایدار (نوکلیدها) ذرات زیر اتمی ساطع می کنند.

انرژی پیوندهای بین اتمی یا شیمیایی که اتم ها را در ترکیبات کنار هم نگه می دارد.
انرژی اتمی منبع انرژی هسته ای است که از شکافت هسته ای پایدار برای تولید گرما و برق استفاده می کند. همچنین منبع نیروی انفجاری یک بمب اتمی است.

انتهای مطلب