مرکز دانلود خلاصه کتاب و جزوات دانشگاهی

کل مقاله (80 صفحه)

 

مقدمه

فصل اول : انرژي

منابع انرژي تجديد پذير

انرژي خورشيدي

انرژي آبي

انرژي بادي

انرژي اقيانوسي

1 ) انرژي امواج دريا

2 ) انرژي جذر و مد

3 ) تغييرات درجه حرارت آب

بيومس

زمين گرمايي يا ژئوترمال

منابع ديگر

منابع

فصل دوم : سوخت هاي جايگزين

بيوديزل

الکتريسيته

سوخت هاي الکلي

متانول

اتانول

گاز طبيعي

گاز فشرده CNG

گاز طبيعي مايع LNG

گاز مايع LPG

سوخت هاي سري P

فصل سوم : پيل هاي اوليه

مولد هاي شيميايي برق يا پيل هاي اوليه

A) پيل هاي مايع – پيل ولتا Volta

1- آزمايش

مشاهدات

تعريف

2- آزمايش

بيان پديده ها

پديده شيميايي

پديده الکتريکي

پلاريزاسيون پيل

B) پيل لکانشه Leclanche

تکامل پيل لکانشه

بيان خلاصه پديده هاي شيميايي و الکتريکي پيل لکانشه

C) پيل فرمي Fermy

D) پيل دانيل Daniell

E) پيل وستون Weston

F) پيل روبنس Rubens

پيل هاي حرارتي Couple Thermo – Electrique

آزمايش

موارد استفاده پيل هاي حرارتي

ملاحظات کلي درباره ي پيل ها

پيل هاي احتراقي Pile a combustible

ساختمان پيل هاي احتراقي

مشخصات الکتريکي پيل هاي احتراقي

اهميت اين پديده تازه

دورنماي آينده

فصل چهارم : اساس کار

اساس کار پيل سوختي

عملکرد اين پيل ها

عملکرد مطلوب

عوامل کاهنده عملکرد مطلوب

قطبش اهمي

قطبش سينيتيکييا فعال سازي

قطبش غلظت يا غلظتي

عوامل موثر روي عملکرد پيل سوختي

اثر دما و فشار روي عملکرد پيل سوختي

اثر واکنش دهنده ها و ترکيب آنها بر روي اين پيل ها

اثر چگالي جريان روي اين پيل ها

موازنه انرژي پيل

بازدهي پيل

مقايسه بازدهي پيل سوختي با بازدهي موتور احتراقي

انرژي گيبس و عملکرد مطلوب

مراجع

فصل پنجم : سيستم پيل سوختي

سيستم سوخت رسان

سيستم ذخيره هيدروژن در مخازن تحت فشار

استفاده از هيدريد هاي شيميايي

استفاده از هيدريد هاي فلزي

استفاده از مبدل سوخت

تبديل با بخار آب

مبدل داخلي

تبديل با استفاده از اکسيداسيون جزئي

تبديلAuto Thermal

پيروليز يا شکست حرارتي هيدروکربن ها

فصل ششم : فولاد

چکيده

مقدمه

سپر بندي

استحکام

مزايا و منافع مخزني

کنترل حساس

آزاد سازي راديونوکلئيد

بهره برداري از منابع

خواص

غلظت و چگالي

رسانايي حرارتي

استحکام

استحکام سرمت ها و ساير مواد

پوشش هاي حفاظتي و سپربندي

يک نمونه از روش توليد سرعت

ساخت و توليد

بررسي و ساخت نسوزهايي با درصد سيمان پائيين

چکيده

مقدمه

خواص مواد قابل ريخته گري با درصد سيمان پايين

معايب اين نسوزها

مزيت بوکسيت فوق ريز دانه

برخي کاربردهاي اين شيوه

فصل هفتم : پيل سوختي قليايي

ساختمان پيل هاي سوختي قليايي

الکتروليت در پيل هاي سوختي قليايي

ماتريس در پيل هاي سوختي قليايي

مراحل ساخت آزبست

اساس کار پيل هاي سوختي قليايي

اجزاي جانبي پيل هاي سوختي قليايي

توان مويينگي ماتريس الكتروليت و مكانيزم آن

تاثير عوامل متغير بر عملكرد پيل هاي سوختي قليايي

تاثير فشار بر عملكرد پيل هاي سوختي قليايي

اثر دما بر عملكرد پيل هاي سوختي قليايي

اثر تركيب گازهاي واكنش دهنده بر عملكرد پيل هاي سوختي قليايي

مزاياي پيل هاي سوختي قليايي

معايب پيل هاي سوختي قليايي

مزاياي پيل هاي سوختي قليايي نسبت به پيل هاي سوختي پليمري :

مراجع

فصل هشتم : پيل سوختي اسيد فسفريک

ساختمان پيل هاي سوختي اسيد فسفريك

ماتريس در پيل هاي سوختي اسيد فسفريک

اساس كار پيل هاي سوختي اسيد فسفريك

تاثير عوامل متغير بر عملكرد پيل هاي سوختي اسيد فسفريك

اثر تغييرات دما بر عملكرد بر عملكرد پيل سوختي اسيد فسفريك

اثر تغييرات فشار بر عملكرد بر عملكرد پيل سوختي اسيد فسفريك

توده پيل هاي سوختي اسيد فسفريك

مزاياي پيل سوختي اسيد فسفريك

معايب پيل هاي سوختي اسيد فسفريك

کاربرد هاي پيل سوختي اسيد فسفريك

منابع

مقدمه

قرن بيستم قرن نفت بود اما قرن بيست و يكم احتمالا مي تواند قرن متانول باشد. اين جملات كه از سوي ژان مارك دوبي يكي از متخصصان امور صرفه جويي انرژي در سال 1978 ابراز شد،در آوريل 2001 پيش روي تعدادي از سرمايه گذاران قرارداشت.مي پرسيد چرا؟از آنجا كه پس از وقايع 11 سپتامبر 2001،ذخاير نفت خام به حد بسيار پاييني رسيد مشخص شد كه بايد جايگزيني براي نفت خام پيدا كرد(براي اطلاعات بيشتر سايت La-paix.orgرا نيز مشاهده نماييد.)نفت پس از مصرف آلودگي به همراه دارد و نمي توان در دوره اي كه انسان ها به آن نيازمندند منابع آن را تجديد نمود.خودروهايي كه از مشتقات نفت به عنوان سوخت استفاده مي كنندسروصداي زيادي توليد مي كنند و از سوي ديگر نفت و بنزين و مشتقات آنها قابليت انفجار زيادي دارند. سلول سوختي آينده مواد سوختي را تشكيل خواهد داد البته اين سلول آنگونه كه ناسا از هيدروژن در ساختار آن جهت برنامه هاي فضايي استفاده كرده نخواهد بود بلكه از متانول به عنوان ماده اوليه آن استفاده مي شود چرا كه اين ماده به صورتي ساده شكسته شده و به هيدروژن و دي اكسيد كربن تبديل خواهد شد.سلول سوختي مذكور مجددا هيدروژن و دي اكسيد كربن را در محيط متشكل از بخار آب تركيب مي كند و در نتيجه فعل و انفعالات فوق ،انرژي الكتريسيته همراه با بخار آب از سلول سوختي آزاد خواهد شد.جهت اطلاعات بيشتر ذكر مي كنيم كه سلول سوختي در هنگام انفجار و توليد انرژي، هوا را آلوده نمي سازد.متانول نيز مايعي قابل حمل و نقل و غير منفجره است كه آلودگي بسيار اندكي ايجاد مي كند. اين ماده از طريق ايجاد واكنشهاي مختلف در مواد ارزان قيمت و ضايعات موجودات زنده همراه با دي اكسيد كربن قابل توليد است.همچنين مي توان متانول را از طريق واكنش و تركيبآب و دي اكسيد كربن در حضور نيروي الكتريسيته ايجاد نمود.متانول بويي مخصوص به خود دارد البته در صورت استعمال يا فروبردن اين ماده به شدت خطرناك و سمي است و مي تواند باعث كوري فرد شود البته نفت و بنزين نيز به همين صورت مي توانند خطرناك باشند.

متانول را مي توان به راحتي در شراب قرمز يافت و فر مول شيميايي آن CH OH است.

استفاده از آخرين فناوريها:در تاريخ سي ام سپتامبر 2002 آتش نشانها پاريس از وسيله نقليه اي استفاده نمودند كه از سلول سوختي استفاده مي نمود. آتش نشانان از هيدروژن هراس دارند چرا كه اين گاز از گاز LPGبسيار خطر ناك تر است،كه قبلا باعث ايجاد وقايع خطرناكي عليه آتش نشانان شده است.به همين دليل است كه بيشتر آتش نشانان علاقه داشتند تا به هيچ عنواني از هيدروژن در ساخت سلول سوختي مد نظر بهره گرفته نشود.حداكثر مقدار هيدروژن موجود در محلول بوراكس كه جهت ايجاد واكنش هاي اساسي در وسيله نقله آزمايشي آنان لازم بود تنها سه گرم بوده است كه به هيچ عنوان خطري براي آتش نشاناني كه مي بايد خودرويي آتش گرفته حاوي سلول سوختي يا وسيله ديگري كه آتش گرفته و بايد خاموش مي شد نداشته باشد.

باتوجه به خطرات ناشي از انفجار،وجود وسيله نقليه اي كه تانكر هيدروژن باشد يك امر غير قابل تصور به شمار مي رفت.بر همين اساس مي توان فهميد كه براي خودروي ويژه آتش نشانان به هيچ عنوان نمي توان مخزني جهت هيدروژن قرار داد. اين خودروي ويژه آتش نشانان از سوي كارخانه پژو ساخته شده است و يكي از مهمترين ويژگي هاي آن توليد اكسيژن توسط خود وسيله نقليه است به گونه اي كه در صورت نياز مي تواند در محل هايي كه اكسيژن در آنها وجود ندارد عمل نمايد.شركت پژو با توليد اين خودرو اولين حضور خود را در ميان خودروهاي با سلول سوختي آغاز نمود. پژو همچنين خودروهايي به عنوان تاكسي درشهرپاريس به كارگرفته است كه «تاكسي پك» ناميده مي شوند و با استفاده ازيك سلول سوختي55 كيلوواتي كار مي كندكه البته درموارد ضروري نيزمي تواندازسوخت هيدروژن استفاده نمايد. جهت اطلاعات بيشتر دراين زمينه مي توان وب سايت پژو مراجعه نمود. ازسوي ديگرشركت مرسدس بنز نيز كه اخيراً نام دايملركرايسلربرگزيده

است به بازار خودروهاي باسلول سوختي وارد شده است. اين شركت با خودروي«NECAR IV» در آخرين نمايشگاه جهاني شهر هانوور در سال 2000 حضور يافت كه نمونه بارزي از تكنولوژي فوق است.فن آوري فوق برروي بدنه كلاس«A » مرسدس بنز نصب شده و با استفاده از سوخت متانول عمل مي كند.خودروي نِكارِ5 از جهت تجهيزات داخلي شبيه خودروي بنزينيي كلاس « A» است اما 300 كيلوگرم سبكتر از خودروي قبلي با همين فن آوري است.قدرت 75 كيلوواتي به همراهِ سرعت 150 كيلومتر بر ساعت و پيمايش مسافت 600 كيلومتر بدون سوخت گيري از ويژگي هاي بارز اين خودرو است كه بسيار مناسب به نظر مي رسند.اين خودرو از ابتداي سال 2001 آزمايشهاي عملي خود را در كشور ژاپن آغاز نموده است.

وسايل بسياري توسط شركت هاي معتبر ساخته شده است كه در اينجا فرصت كافي براي بيان مطلب به صورت كامل وجود ندارد ، بنابراين ما تعداد بسيار محدودي از اين وسايل كه در آنها پيل سوختي به كار رفته است را نام مي بريم و نام بعضي از شركت ها را نيز به اختصار مطرح مي كنيم.

از جمله وسايل ساخته شده كه اين پيل ها منبع انرژي آنها محسوب مي شوند عبارتند از:

قايق هاي تفريحي ـ كاميون ها ـ خودروهاي خدماتي ـ رايانه هاي كيفي ـ تلفن همراه ـ اتوبوس ها ـ مو تو سيكلت ها ـ كشتي ها ـ زير دريايي ها و ….

نام بعضي از شركت هايي كه روي اين پيل ها سرمايه گذاري كرده اند و در زمينه توسعه و توليد اين پيلها فعاليت هاي شديد و متمركزي را انجام داده اند ، عبارتند از :

شركت چيني Beijrng Green power ـ شركت آمريكايي Coval H2 Partners ـ شركت آمريكايي Hyper car ـ شركت آلماني Mussel _ fishers ـ RWE ـ شركت سوئيسي MW _ Lineـ شركتهاي ايتالياييDe Nora ـcelco profill ـ Ansaldoـ شركت سوئدي Scania – شركت هاي انگليسي Palcanـ Nuveraـو …...............

مركز تحقيقات انرژي Schatz (كاليفرنيا ، آمريكا ) و موسسه PSI(PaulScherrerInstitute)در سو ئيس تحقيقات گسترده اي را بر روي اين موضوع انجام داده اند.

در كشورهاي آلمان ـ ايتاليا ـ سوئيس ـفنلاند ـ ايسلند ـ انگلستان ـ كانادا ـ ژاپن ـ بر روي شناورهاي سطحي كه با اين پيل ها كار مي كنند ، پژوهش هاي فراوان انجام داده اند.

در كشورهاي آمريكا ـ ژاپن ـ آلمان ـ كره جنوبي بر روي رايانه هاي كيفي و تلفن همراه كه انرژي شان را از اين پيل ها تامين مي كنند كارهايي صورت گرفته است، از جمله اين شركت ها مي توان NECـ SANYOـSFCSAITـTOSHIBA را نام برد.

اين موضوع بسيار مورد توجه كشورهاي ابر قدرت مي باشد كه از اين ميان مي توان به طرح 1.7 ميليارد دلاري رئيس جمهور آمريكا در حمايت از پيل سوختي و گسترش زير ساخت سوخت هيدروژن اشاره كرد.و نيز جهت گيري دولت ايالات متحده در ايفاء نقش رهبري در تحول به سمت عصر هيدروژن را مد نظر قرار داد. طبق يافته هاي مطالعات انجام شده توسط شركت TIAX ( شركت مطالعات فناوري پيل سوختي ) كه جزئيات آن توسط يوهان تيسن ( J.Thijssen )يكي از مديران ارشد شركت فوق در سمينار پيل سوختي 2002 در شهر پالم اسپر ينگ كاليفرنيا تشريح گرديد : اگر جهان بخواهد از مزيت هاي پيشبيني شده عصر هيدروژن برخوردار شود ، دولت ايالات متحده بايد سرمايه گذاري مالي عظيم و قابل توجهي در رويكرد به استفاده از پيل هاي سوختي انجام دهد.

 

 فصل اول : انرژي

 

امروزه بشر با دو بحران بزرگ روبرو است که بيش از آنچه ما ظاهرا تشخيص مي دهيم با يکديگر ارتباط دارند . از يک طرف جوامع صنعتي و همچنين شهرهاي بزرگ با مشکل الودگي محيط زيست مواجه اند و از طرف ديگر مشاهده مي شود که مواد اوليه و سوخت مورد نياز همين ماشين ها با شتاب روز افزون در حال اتمام است . سوخت هاي فسيلي هنگام سوختن توليد گازکبنيک مي نمايند که اثر گلخانه اي در جو زمين مي گذارد و موجب گرم شدن کره زمين مي گردد که اين امر اثرات جبران ناپذيري را بر زمين و محيط زيست ايجاد مي نمايد . توجه و توصل به انرژي اتمي به عنوان جانشيني براي سوختهاي فسيلي نيز چندان موفقيت آميز نبوده است. صرف هزينه هاي سنگين و همچنين تشعشعات خطرناکي که از نيروگاههاي اتمي در فضا پخش شده , نتيجه مثبتي نداشته است و اگر يکي از اين نيروگاهها منفجر شود زيانهاي فراوان و جبران ناپذيري به بار خواهد آورد . به علاوه به مشکل اساسي که در مورد مواد سوختي نظير نفت ,گاز و زغال سنگ داشتيم بر مي خوريم بدين معني که معادن اورانيم که سوخت اين نيروگاهها را تامين مي کند منابع محدودي هستند و روزي خواهد رسيدکه اين ذخاير پايان خواهد يافت و ماده اي که جايگزين آن شود وجود نخواهد داشت. بنابراين بهينه سازي سوخت ، يافتن منابع جديد انرژي و جايگزيني منابع انرژي تجديد پذير، تبديل گازکربنيک به متانول و همچنين استفاده از سوخت هاي تميز مثل هيدروژن که در چند سال اخير پيشرفت زيادي نموده است ؛ کمک شاياني به اين امر مي نمايد .

 

منابع انرژي تجديد پذير:

به منابعي از انرژي که استفاده عملي از آنها به هر منظوري نامحدود باشد ، تجديد پذير گويند .[1] اين منابع بايد داراي شرايط زير باشد :

1. تميز باشند : به اين معني که محصولات آن براي محيط زيان آور نباشد .
2. فراوان باشد .
3. اقتصادي وبه صرفه باشد.

برخي از اين موارد عبارتند از :

 

1 ) انرژي خورشيدي : خورشيد به طور متوسط سالانه 333 – 230 ساعت بر زمين مي تابد که اين مقدار انرژي معادل 6 ميليون بشکه در روز است [2] . از تابش انرژي خورشيد به مقدار 120 – 10 وات بر زمين هم مي توان به صورت مستقيم و هم غير مستقيم بهره جست ، [3] مثلا خورشيد موجب عمل فتوسنتز در گياهان و ذخيره انرژي به صورت هيدروکربورها مي شود که مي توان به شکل هاي مختلف از آن استفاده نمود .

همچنين از انرژي خورشيدي مي توان در آب گرمکن هاي خورشدي براي گرم کردن آب در منازل ، استخرها ، ..... استفاده نمود (دمايي تا حدود 6000 درجه سانتي گراد توليد مي کنند.).البته مهم ترين استفاده از اين انرژي ، توليد الکتريسيته است مانند آنچه در صحراي موجا [1] کاليفرنيا در يکي از کارخانه هاي مولد برق خورشيدي وجود دارد ؛ در اين صحرا رديف هاي عظيمي از آينه هاي با انحناي بسيار زياد و سهمي شکل که با نام پارابوليک[2] وجود دارد . اين آينه ها نور خورشيد را به لوله اي که بالاي انحناي آينه تا مرکز وجود دارد ، متمرکز مي کند . با تمرکز خورشيد لوله آنقدر گرم مي شود که آب به جوش آمده و بخار مي شود و سپس اين بخار به سمت يک توربين براي توليد الکتريسيته هدايت مي شود ، که به اين ترتيب برق لازم براي 350000 خانه توليد مي شود .

مشکل اصلي سيستم هاي خورشيدي اين است که فقط در روز قابل استفاده هستند و در شب يا روز هاي ابري غير قابل بهره برداري اند . براي حل اين مشکل از باتري هاي ذخيره کننده انرژي و يا از فن آوري هيبريد استفاده مي کنند ( در فن آوري هيبريد در طول روز از خورشيد و در شب از گاز طبيعي استفاده مي کنند تا توليد الکتيريسيته دوام يابد .)

طريقه ي ديگر توليد الکتريسيته با استفاده از اين انرژي ، استفاده از آينه هايي است که گرداگرد يک برج بلند قرار گرفته و نور خورشيد به آن مي تابد . اين آينه ها به آينه هاي هليوستات [3] معروف اند و در طول روز همواره رو به خورشيد مي گردند .

نور منعکس شده از اين آينه ها به قسمت فوقاني برج مي تابد که در آن مايعي وجود دارد و تو سط اشعه ي خورشيد بسيار گرم مي گردد . اين مايع با به جوش آوردن آب و تبخير آن ، بخار لازم براي چرخاندن توربين و توليد الکتريسيته را ايجاد مي کند . اين روش توليد الکتريسيته به روش توليد برق خورشيدي برج مرکزي[4] معروف است و قادر است برق مورد نياز حدود 10000 خانه را تامين نمايد . البته با بزرگ نمودن اين سيستم مي توان ظرفيت توليد برق را براي 200000 – 100000 خانه بالا برد .

استفاده از انرژي فتوولتائيک [5]يا باتري هاي خورشيدي نمونه ديگري از انرژي خورشيدي است . با استفاده از اين باتري ها مي توان انرژي خورشيدي را مستقيما به الکتريسيته تبديل نمود . باتري هاي خورشيدي که به آنها باتري هاي فتوولتائيک نيز مي گويند براي اولين بار در دهه ي 1950 براي استفاده در ماهواره هاي فضايي آمريکا طراحي شده است که در ساخت آن از سيليکون[6] استفاده شده است .

Figure 1.Karita Solar Power Generation Plant, Kyushu Electric Power Co.

 

رسانندگي اين مواد به طور کلي به دما ,روشنايي ,ميدان مغناطيسي و مقدار دقيق ناخالصي موجود در نيم رسانا بستگي دارد. با برخورد نور خورشيد به باتري هاي خورشيدي ، الکترون ها آزاد مي شوند و به طرف سطح تماس حرکت مي کنند . يک عدم توازن الکتروني بين سطح جلويي و عقبي به وجود مي آيد . هنگامي که دو سطح با يک هادي مثل سيم به هم متصل شود باعث توليد جريان الکتريکي بين سطوح مثبت و منفي مي شود .

اين سلول ها جاي زيادي اشغال نمي کنند .قسمت متحرک ندارند .بازده انها با تغييرات دمايي محيط تغييرات چنداني نمي کنند.نسبتا به سادگي نصب مي شوند.به راحتي با سيستمهاي به کار رفته در ساختمان جور مي شوند.وهمچنين از معايب سلولهاي خوشيدي مي توان به هزينه ي توليد زياد وسايل فتوولتائيک و چگالي انرژي تابشي بسيار کم آن اشاره کرد که در فصول مختلف و ساعات متفاوت شبانه روز تغيير مي كند.

براي استفاده از نور خورشيد در تمام طول روز از دنبال کننده هاي خورشيدي استفاده مي کنند . انرژي الکتريکي حاصل از اين باتري ها را مي توان به صورت مستقيم و يا غير مستقيم (با استفاده از مبدل [7] ) در منازل و يا وسايل برقي ديگر مثل برخي خودروها به کار برد .

 

2 ) انرژي آبي : آب داراي انرژي حرکتي است پس مي تواند منبع انرژي باشد . براي صدها سال از اين منبع انرژي براي آسياب نمودن گندم و ذرت استفاده مي شده است و هم اکنون از اين انرژي براي توليد الکتريسيته استفاده مي شود به اين ترتيب که آب را پشت سدها ذخيره نموده و سپس از درون يک لوله که به آن مجراي تنظيم آب گفته مي شود ، عبور مي کند و با فشار به پره هاي توربين برخورد کرده و باعث چرخش آن مي شود . توربين نيز باعث چرخش ژنراتور شده و الکتريسيته توليد مي شود .

هر متر مکعب آب ذخيره شده پشت سد ، داراي انرژي پتانسيل است ، البته اين انرژي بستگي به ارتفاع سطح آب دارد .براي مثال فرض کنيد که در هر ثانيهيک مترمکعب آب از پره هاي توربين عبورکند و اختلاف بين سطوح بالايي و پايني آب 12.5 متر باشد . در اين مورد انرژي توليد شده توسط ژنراتور براي روشن نمودن 1000 لامپ 100 واتي و يا به کار انداختن 20 ماشين و يا 3 تراکتور برقي کافي است .[4]

ولي در فصل سرما با مشکل يخ زدن آب رو به هستيم و نمي توانيم از اين انرژي استفاده نماييم و يا با ساخت توربين دچار مشکل مي شويم ولي باز هم بيشتر انرژي توليدي از اين منبع به دست مي آيد .

 

3 ) انرژي بادي :غالبا پهنه باد را نيروي اقيانوس پنجم مي نامند . انرژي باد از تغيير آب و هوا در اثر دريافت غير مستقيم حدود 1% انرژي خورشيد به وجود مي آيد و مي توان از آن براي مصارف مکانيکي و الکتريکي استفاده نمود . در زمان هاي گذشته از باد براي چرخاندن سنگ هاي عظيم آسياب براي خرد نمودن گندم يا ذرت و يا کشيدن آب از چاه استفاده مي شده است (مشابه چرخ آسياب آبي). امروزه از اين منبع انرژي براي توليد الکتريسيته استفاده مي کنند . بادي که مي وزد تيغه هاي توربين بادي را به چرخش در مي آورد تيغه ها که به مرکز متصل اند بر روي يم محور سوار هستند که اين محور نيز به يک جعبه دنده مي رود که در آن سرعت چرخيدن افزايش پيدا مي کند . جعبه دنده نيز به يک محور با سرعت بالا متصل است که ژنراتور را براي توليد الکتريسيته به حرکت در مي آورد .

 

Figure 2Tappi Wind Park ، Tohoku Electric Power Co.

 

همچنين توربين براي جلوگيري از آسيب ديدن و چرخش شديد تيغه ها هنگام وزيدن باد شديد داراي ترمز مي باشد . براي توليد الکتريسيته بايد سرعت باد بيش از 14 – 12 مايل در ساعت باشد.توربين ها معمولا هر يک حدود 300 – 50 کيلووات الکتريسيته توليد مي کنند .

کشورهايي نظير آلمان ، دانمارک از کشورهايي هستند که از انرژي باد استفاده فراواني مي نمايند اين در حالي است که کاليفرنيا 30% الکتريسيته مصرفي خود را با اين روش توليد مي نمايد .

باد مي تواند منبع انرژي مفيدي باشد وليکن بايد به ناپايداري و بي ثباتي آن غلبه نمود ، براي اين کار مي توان از باتري هاي ذخيره کننده انرژي استفاده نمود .

 

4 ) انرژي اقيانوسي :

- انرژي امواج دريا : امواج در حال حرکت اقيانوسي داراي انرژي جنبشي هستند که براي به کار انداختن توربين استفاده مي شود . موج داخل يک محفظه مي شود ؛ با بالا آمدن آب ، هواي داخل محفظه با فشار خارج مي شود و اين هوا توربين متصل به ژنراتور را به حرکت در مي آورد .

هنگام پايين آمدن آب هوا از توربين و از طريق درب هايي که در حالت عادي بسته مي باشد به داخل محفظه باز مي گردد .

سيستم هاي ديگري هستند که از حرکت بالا و پايين رونده موج براي به حرکت در آوردن يک پيستون داخل يک سيلندر استفاده مي کنند که اين پيستون موجب حرکت ژنراتور مي گردد . اما بايد توجه داشت که اين انرژي زياد نيست ولي براي توليد برق فانوس دريايي کوچک کافي است .

- انرژي جذر و مد : هنگامي که آب بالا مي آيد و به ساحل مي رسد آن را پشت سد ذخيره مي کنند و سپس آن را رها مي کنند . ( تفاوت بين بالاترين و پايين ترين نقطه براي اين کار بايد در حدود 16 پا باشد . ) در اين صورت مولد شروع به چرخش کرده و توليد جريان الکتريسيته مي کند .

- تغييرات درجه حرارت آب : همان طور که مي دانيم آب سطح اقيانوس گرم تر از سطح زيرين آب است و هر چه پايين تر مي رويم آب سردتر مي شود . اگر اين اختلاف دما حداقل به 38 درجه فارنهايت برسد با استفاده از دستگاه هايي مي توان توليد الکتريسيته نمود . اين منبع انرژي به تبديل حرارتي اقيانوسي[8] نيز معروف است .

 

5 ) بيومس[9] : زيست توده ماده اي است که از ضايعات ، درختان مرده ، خاک اره ، و .... به دست مي آيد در حقيقت بيومس استفاده و بازيافت مجدد مواد است .استفاده از اين منبع نه تنها به حرارت کره زمين نمي افزايد بلکه با سوخت مواد گياهي آزاد مي شود پس استفاده از زيست توده چرخه ي ذخيره دي اکسيد کربن را مي بندد ؛ دي اکسيد کربن گازي است که در صورت ازدياد منجر به اثر گلخانه اي و حرارت کره زمين مي شود . سالانه بيش از 1.4 تريليون پوند از زيست توده براي توليد الکتريسيته سوزانده مي شود و اين تا حدي نياز ديگر منابع انرژي را بر طرف مي سازد .

کاليفرنيا ايالت نمونه در استفاده و توسعه فن آوري بيوماس مي باشد و در حدود 2.77% از کل الکتريسيته اين ايالت با اين روش به دست مي آيد .

 

6 ) زمين گرمايي يا ژئوترمال :با استفاده مستقيم يا غير مستقيم از خورشيد و همچنين تجزيه عناصر راديواکتيو موجود در پوسته زمين با گذشت ميلياردها سال اين انرژي را توليد مي نمايد .

توزيع دما در زير زمين تابعي از دو فرايند است:

• از يک طرف افزايش منظم دما با عمق ، نتيجهشار گرمايهدايت شده از داخل زمين به سمتسطح آن است. اين گرما که اساسا ازموادراديو اکتيوسنگ ها ناشي مي شودگراديان زمين گرمايييا افزايش دما در واحدعمق حتي در ناحيه اي با لايه هاي زميني يا طبيعت متفاوتشار حرارتيتقريبا ثابت وگراديانبه طور غير قابل اغماض تغيير ميکند. شناسايي اين گراديان در يک ناحيه معين سبب ارزيابي دماي حاکم بر عمقي مي شودکه در آنسفره آبيقابل استخراج وجود دارد.
• فرايند ديگري که به توزيعدماها در زير زمين حاکم است. همرفتيا جابجايي است. خاک قابل نفوذ بهجريان سريع آب در جهت قائم اجازه مي دهد و به اين دليل همرفت توليد مي شود. اينهمرفت مخصوصا در مورد يکرگه بخاراهميت دارد از اين انرژي زمينگرمايي ( باانرژي بالاي ) بسيار جالب براي توليدالکتريستهاستفاده مي شود.

مي دانيم که هر چه به سمت پايين زمين برويم درجه حرارت بالا مي رود ، هر 100 متري که از سطح زمين پايين برويم درجه حرارت سنگ ها 3 درجه سلسيوس افزايش مي يابد يعني به عبارت ديگر با هر 328 پا به سمت هسته زمين 5.4 درجه فارنهايت افزايش دما داريم .[5]

حال اگر آب از روي اين سنگ ها عبور کند گرم مي شود ، در برخي از اين مناطق گرماي آب ممکن است به بيش از 300 درجه فارنهايت يا 148 درجه سلسيوس برسد يعني بيشتر از دماي جوش آب . از اين آب مي توان در مصارف مختلف از جمله توليد الکتريسيته استفاده نمود .در اين روش بخار حاصل از گرماي زمين به يک توربين برخورد کرده و باعث توليد الکتريسيته توسط ژنراتور مي گردد ، سپس بخار در برج مخصوص خنک مي شود . در حقيقت دود سفيد خارج شده از کارخانه توليد برق دود نيست بلکه بخار آب خنک شده در طول اين فرآيند است ، آب خنک شده دوباره به درون زمين براي استفاده مجدد پمپ مي شود .

يکي از اشکالات عمده ژئوترمال اين است که چشمه ها يا در نقاط مشخص و کمياب است و يادر مناطقي که قبلاآتشفشانفعال بوده ، وجود دارند. اگر بياييم در اين مناطقزمينرا تا عمق 2 الي 3 کيلومتري حفر کنيم. دمايي به اندازه 200 تا 300 درجه سانتيگرادپيدا مي شود. دسترسي به زمين گرمايي در همه نقاط زمين مقرون به صرفه نيست. همانندکمربند زلزله، مناطقي که مقرون به صرفه استژئوترمالناميده مي شود.

• روش اول:استفاده ازبخار داغمحبوس شده در داخل زمين:بخار داغ 250 ⁰C درجه سانتيگراد است. و بافشارزياد قابل دسترس است. بخار داغ آب معمولا در عمق 2000 متري زمين قرار دارد.
• روش دوم:اين روش درحالت خشک است يعني با با تزريقآببهصخره هاي زير زمينيکه بسيار داغ هستند، ميتوان آب داغ يا بخار داغ توليد کرد. بهره کار در اين روش 10% الي 17% است. آب لازمبراي توليد 1KWh کيلو وات ساعتبرق 363 کيلوگرم مي باشد. در صورتي که بخار آب لازم براي توليد 1KWh کيلو واتساعت برق 5.9 کيلوگرم مي باشد.

از معايب استفاده از انرژي زمين گرمايي ، ايجادآلودگي محيط زيستمي باشد. گازهايي که ازدرون زمين خارج مي شوند،هوارا آلوده مي کنند ورسوبات حاصله زمين را آلوده مي کنند. گازهايي که در اثر زمين گرمايي از آن خارج مي شوند عبارتند از:

• آمونياک
• متان
• دي اکسيد کربن
• نيتروژن
• هيدروژن
• ئيدريد گوگرد

ميزان گازهايخروجي 0.5 گرم بر کيلو وات ساعت و ميزان رسوبات خروجي 70 کيلو گرم بر کيلو وات ساعتمي باشد.

 

 

 

Figure 3 .Hatchobara Geothermal Power Station,Kyushu Electric Power Co.

 

منابع ديگر

منابع ديگر انرژي نيز وجود دارند : انرژي هسته اي ( فيزيون ، فوزيون ) ، انرژي فسيلي شامل نفت – گاز – ذغال سنگ ، تغييرات فشار ، بيوگاز و .... .

انرژي فسيلي 95% سوخت مصرفي جهان را تشکيل مي دهد و داراي منابع محدودي است که استفاده بيش از اندازه آن باعث آلودگي محسط زيست مي شود . همه روزه 500 ميليون وسيله نقليه همراه با کارخانجات ، نيروگاه ها ، منابع گرمايشي خانگي حجم غليظي از مواد آلوده کننده را در هوا پخش مي کنند . سالانه 8.5 ميليارد تن گاز کربنيک₂ O C وارد هوا مي شود که منبع اصلي آن سوخت هاي فسيلي است . 55% کل گاز کربنيک موجود در هوا حاصل فعاليت هاي انسان و 13% از آن حاصل از سوخت خودروهاست . دومين منبع توليد گاز کربنيک ، سوزاندن درختان براي توليد انرژي است که از اين انرژي 2 ميليارد نفر استفاده مي کنند .

ميزان جذب گازکربنيک نيز توسط گياهان 200 ميليارد تن است که به بالا رفتن مصرف سوخت و از بين بردن گياهان ، مقدار مازاد جذب نشده باقي مي ماند . آسمان تهران روزانه 3 هزار تن مونوکسيد کربن CO و 500 تن هيدروکربن هاي سوخته و 120 تن ازت و 30 تن گوگرد و 30 تن ذرات معلق و 5 – 2 تن سرب را تحمل مي کند ، اين در حالي است که ميزان سرب عادي در cc100 از خون Mg30 است در صورتي روزانه Mg50 سرب از هواي آلوده نسيب تهراني ها مي شود . [6]

با پيشرفت تکنولوژي منابع انرژي متنوع شده اند اما دراين ميان پيل هاي سوختي و همچنين انرژي هيدروژن جايگاه خاصي در جهان پيدا نموده است . هيدروژن به علت سبک بودن و داشتن انرژي بالا به عنوان يکي از حاملين انرژي در کوتاه و يا بلند ومدت مورد استفاده قرار مي گيرد . هيدروژن به طرق مختلف توليد مي شود : 1 ) الکتروليز ، 2) ترموليز ، 3 ) فتوليز . غني ترين منبع هيدروژن ، آب است و سه چهارم سطح زمين را پوشانده است ،بعد از آن سوخت هاي فسيلي بيشترين مقدار را دارا هستند .

تجزيه آب طبق معادله (1) صورت مي گيرد و نيازمند تغيير انرژي آزاد گيبس مي باشد . اين مقدار انرژي از طريق اعمال جريان الکتريسيته ، حرارت و يا نور آفتاب تامين مي شود .

H₂­O à H₂ + ½ O­₂ (1)

ΔG = ΔH – TΔS (2)

ΔG = 244.82 KJ/mol

ΔG = 285.57 KJ/mol (3)

ΔG = 149/20 KJ/mol

پارامترهاي ديناميکيGΔ،HΔ،SΔ،Tبه ترتيب تمايانگر تغيير انرژي آزاد گيبس ، تغيير آنتالپي ، تغيير آنتروپي و دماي کلوين است .

پيل سوختي نيز دستگاه هايي هستند که انرژي شيميايي را مستقيما به الکتريسيته تبديل مي کنند . اين پيل ها به علت حذف چرخه کارنو بازدهي بالايي دارند به همين دليل انقلابي را در زمينه توليد نيرو به وجود آورده است . اين پيل ها با توجه به نوع الکتروليت به کار رفته در آن به پنج گروه تقسيم مي شوند :

1 ) پيل سوختي قليايي[10]

2 ) پيل سوختي اسيد فسفريک [11]

3 ) پيل سوختي کربنات مذاب[12]

4 ) پيل سوختي اکسيد جامد[13]

5 ) پيل سوختي پليمري يا با غشاء تبادل پروتون [14]

نوع ديگري از اين پيل هاي سوختي با متانول کار مي کنند و نوع ديگري نيز به پيل هاي سوختي بيولوژيکي معروف اند ، اما از اين ميان پيل هاي سوختي پليمري به دليل داشتن چگالي انرژي بالا مورد توجه همگان مخصوصا خودروسازان قرار گرفته است ؛ پيل هاي سوختي اسيد فسفريک نيز هم اکنون به صورت تجاري در آمده است .

پيل هاي سوختي بطور كلي داراي مزاياي نسبت به نيروگاههاي توليد برق معمولي هستند اين مزايا عبارتند از:

1. بازده بالا
2. آلايندگي كم شيميايي، صوتي و گرمايي
3. قابليت انعطاف در موقعيت نصب
4. قابليت اطمينان
5. هزينه تعمير و نگهداري پايين
6. تقسيم بار اجرايي مناسب (Excellent part load per formance)
7. قابليت تعديل كردن
8. قابليت انعطاف در سوخت مصرفي

بازدهي پيل سوختي بيشتر از بازدهي نيروگاههاي موجود مي باشد و علاوه بر اين پيل هاي سوختي مزاياي بالقوه اي نيز دارند از جمله اينكه پيلهاي سوختي دي اكسيد كربن و اکسيد نيتروژن كمتري را در هر كيلووات از برق توليد شده (در ضمن اينكه افزايش بازده نيز دارند) توليد مي كنند. آلودگي صوتي كمي دارند (زيرا قطعات متحرك كمي دارند) بنابراين مي توان از آنها در محيط هاي شهري استفاده كرد. كم بودن قطعات متحرك در پيلهاي سوختي موجب افزايش قابليت اطمينان و كاهش هزينه تعمير و نگهداري مي شود. پيلهاي سوختي مي توانند از انواع گازها بعنوان سوخت استفاده كنند اين گازها شامل گاز طبيعي، پروپان، گاز دفن گازها[15] گازهاي حاصل از تميزي هوازي[16] ديزل ، ناپاتا ، سوخت جت و هيدروژن هستند . JP-8متانول و

براي افزايش بازدهي كلي پيلهاي سوختي مي توان با استفاده از تجهيزات عادي بهينه سازي گرمايي بازدهي کل سيستم را حتي به 65% نيز رساند .

 

 

[1] Mojave

[2] Parabolic

[3] Heliostat

[4] Central Tower Power Plant

[5] Photovoltaic (PV)

[6] Silicon

[7] Inverter

[8] Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC)

[9] Biomass

[10] Alkaline Fuel Cell (AFC)

[11] Phosphoric Acid Fuel Cell (PAFC)

[12] Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC)

[13] Solid Oxide Fuel Cell (SOFC)

[14] Proton Exchange Fuel Cell (PEFC)

[15] landfill

[16] anaerobic