مرکز دانلود خلاصه کتاب و جزوات دانشگاهی

انرژي هاي قابل تجديد

الف) انرژي خورشيدي:

چنانکه اشاره شد تقريباً تمام شکل هاي زميني انرژي، از خورشيد سرچشمه مي گيرند. کليه بحث هاي مربوط به بهره برداري از انرژي خورشيدي، به مسائل فني و هزينة آن ارتباط مي يابد. خورشيد با پرتوافشاني هميشگي خود، زندگي را در کره زمين امکان پذير ساخته است.

خورشيد شيء هيدرو ديناميکي شگفت انگيزي است به قطر 1390000 کيلومتر که از يک توده گاز، عمدتاً هيدروژن تشکيل شده است. هسته خورشيد به شدت گرم است، به طوري که همجوشي اتم هاي هيدروژن و تشکيل هليوم را امکان پذير مي سازد. بر اثر اين همجوشي، انرژي به صورت تشعشعات الکترومغناطيسي با فرکانس زياد آزاد مي شود. اين انرژي به وسيله يک رشته فرآيندهاي تشعشعي پي در پي به سطح خورشيد منتقل مي شود. پرتوهاي خورشيدي در فضا پراکنده شده و بخشي از آن به زمين مي رسد. تشعشعات الکترومغناطيسي که به صورت اشعه واگرا از خورشيد ساطع مي گردند، با سرعت 300000 کيلومتر در ثانيه در فضا منتشر مي شوند. زمين که در فاصله 150 ميليون کيلومتري خورشيد قرار دارد، تنها در حدود 2 ميليارديم انرژي منتشر شده از خورشيد را مي گيرد.

مقدار انرژي متوسط خورشيدي که به جو زمين مي رسد، در حدود 353/1 کيلووات بر هر مترمربع است. مقدار انرژي اي که به سطح زمين مي رسد، بسيار کمتر و مقداري که قابل بهره برداري است، از آن هم کمتر است. چنانکه مجموع انرژي خورشيدي را در زمين هايي که نه در تصرف کسي و نه زير کشت است حساب کنيم، در آن صورت به بهترين وجه ظرفيت بالقوه بهره برداري از انرژي خورشيدي به دست مي آيد. طبق برآوردها اين رقم به طور متوسط در سال[1] TW 10000 (تراوات) است كه تقريباً 1000 برابر مصرف كنوني انرژي در جهان مي باشد.

بالاترين رقم انرژي خورشيدي قابل دريافت تقريباً برابر KW 1 بر مترمربع و آن هم به مدت يکي دو ساعت در ظهر روزهاي گرم تابستان است. در بيشتر نواحي کره زمين اين رقم به طور متوسط در حدود W بر هر مترمربع است.

ظاهراً آسيا و افريقا بهترين نقاط براي گردآوري انرژي خورشيدي هستند. انرژي خورشيدي مصارف گوناگون دارد. رايج ترين آنها تأمين آب گرم منازل است. چشم انداز استفاده انرژي خورشيدي از تمام منابع انرژي اميد بخش تر است. يک روش ساده اين است که به وسيله رفلکتورهايي انرژي خورشيدي به درون يک ديگ بخار منتقل گردد و از بخار ايجاد شده براي گرداندن يک توربين بخار استفاده شود. روش ديگر اين است که با استفاده از سلولهاي فتوولتائيک، انرژي خورشيدي مستقيماً به برق تبديل شود. در اين روش بازده 10 تا 15 درصد است. در حال حاضر به خاطر بهاي گزاف سلولهاي فتوولتائيک، هزينه اين طرح گران تمام مي شود. با اين حال اميد مي رود که بتوان با پژوهش هاي بيشتر رقم اين هزينه را خيلي پايين آورد.

در نقاطي که مصرف انرژي کم و مسافت هاي برق رساني زياد است، هزينه هاي خطوط برق رساني موجه نيست و ايجاد تأسيسات محلي براي بهره برداري از انرژي خورشيدي يا بادي بهترين راه است.

بررسي ها نشان مي دهند که در نقاط کوهستاني و دور افتاده، استفاده از مولدهاي برق ديزلي پرخرج تر از مولدهاي بادي و خورشيدي است.

محاسبات نشان مي دهند. بر مبناي قيمت ها در سال 1979، براي آبياري اراضي باير با پمپ هاي 30 کيلوواتي، هزينه استفاده از پمپ هاي خورشيدي کمتر از هزينه پمپ هاي ديزلي است. از آن زمان تاکنون بهاي مواد نفتي مرتباً اضافه شده، حال آنکه بهاي سلولهاي فتوولتائيک در حال کاهش است.

با در نظر گرفتن کليه عوامل، از جمله قابليت اطمينان و دوام تجهيزات وجود کارکنان متخصص، نگاهداري تأسيسات، امکان ساختن تمام يا بعضي قطعات در کشور مصرف کننده و........، استفاده از انرژي خورشيدي بر ساير روش هاي توليد انرژي هاي نو برتري آشکار دارد.

 

کاربردهاي انرژي خورشيدي

در اين قسمت به تعدادي از کاربردهاي انرژي خورشيدي اشاره مي شود.

1. سيستم هاي گرما خورشيدي[2]:

اين گروه سيستم هايي را در بر مي گيرد که با درجه حرارت پايين عمل مي کنند اين سيستم ها از منبع خورشيدي براي توليد گرما استفاده مي کنند. انرژي خورشيدي که پايان ناپذير و رايگان است و محيط زيست را آلوده نمي کند.

الف) 5% به وسيله زمين منعکس مي شود.

ب) 20% به وسيله ابرها منعکس مي گردد.

ج) 25% به وسيله هوا جذب مي شود.

د) 23% به وسيله هوا پراکنده شده و به سطح زمين مي رسد.

ه) 27% به طور مستقيم به سطح زمين مي رسد.

جمع: 100%

 

2. جمع کننده هاي تخت:

از اين نوع جمع کننده هاي خورشيدي (کلکتورهاي خورشيدي) بيش از ساير جمع کننده ها استفاده مي شود. قسمت اصلي آنها يک ورق است که به وسيله تابش خورشيد گرم مي شود و حرارت خود را به يک سيال جذب کننده حرارت در حال گردش که ممکن است آب يا هوا باشد، منتقل مي کند.

در اينجا فرض شده است که اين نوع جمع کننده هاي تخت به مقدار عرض جغرافيايي محل با سطح افق زاويه داشته باشند تا اشعه خورشيدي به طور عمود بر سطح ورق بتابد. رنگ اين ورق به طور کلي تيره است تا انرژي خورشيدي را بيشتر جذب کند و ممکن است داراي پوشش مخصوصي باشد که ضريب جذب انرژي را به حداکثر برساند. از ورق هاي لاستيکي، پلاستيکي و فلزي در اين مورد استفاده مي شود. اين ورق، جمع کننده انرژي بوده و براي جلوگيري از تلفات گرماي به دست آمده معمولاً ورق را داخل يک جعبه عايق حرارت که روکش شفاف دارد قرار مي دهند تا از اثر گلخانه اي استفاده شود. تابش اشعه مرئي خورشيد از طريق اين پوشش شفاف وارد مي شود، ولي قسمت کمي از تابش طول موج بلندتر مادون قرمز که به وسيله ورق گرم شده داخل جعبه ساطع مي شود، درون جعبه به دام مي افتد و نمي تواند خارج شود.

 

3. آبگرمکن هاي خورشيدي:

در اينجا سيال جذب کننده انرژي خورشيدي آب است که هنگام گرم شدن با عمل ترموسيفوني خود به جريان افتاده و مي تواند آب گرم مورد نياز منازل را تأمين کند.

 

4. جمع کننده هاي «سهمي شکل ناوداني»:^[3]

اين نوع جمع کننده (کلکتور) هاي انرژي خورشيدي، عمده ترين نوع تمرکز خطي است که از رديف هاي طولي تمرکز دهنده با مقطع سهمي تشکيل شده است. پوشش داخلي اين منعکس کننده ها، انرژي نور خورشيد را که موازي محور سهمي وارد مي شوند، منعکس کرده و روي يک لوله سياه که در طول کانون سهمي قرار دارد، متمرکز و جمع مي کند. داخل اين لوله سياه آب سرد جريان دارد که گرم شده و مورد استفاده قرار
مي گيرد.

- توضيح مختصري دربارة سهمي

سهمي يکي از مقاطع مخروطي است، به طوري که مطابق شکل 5 همواره:

PF= PQ

 

معادله سهمي:

با توجه به تساوي PF= PQ داريم:

پس از ساده کردن

سَهموي:

از گردش سهمي حول محور خود (محور y )، سهموي به دست مي آيد. اشعه خورشيدي که موازي محور سهمي به سهموي مي تابند، پس از انعکاس در کانون آن جمع مي شوند و انرژي گرمايي خود را در اين نقطه متمرکز مي کنند و درجه گرما بالا مي رود. از اين طريق از انرژي خورشيدي استفاده مي شود.

 

5. خوراک پزهاي خورشيدي:

با قرار دادن ظرف خوراک پزي در کانون سهموي که اشعه خورشيدي در آن متمرکز شده، مي توان غذا را طبخ نمود.

 

6. دودکش هاي خورشيدي[4]

سيستم دودکش هاي خورشيدي، سيستمي ساده، ولي با کارايي پايين است. زمين دايره شکل بزرگي را که پوشش شيشه اي دارد، در نظر بگيريم. تابش خورشيد هواي زير شيشه را گرم مي كند. در مرکز اين زمين، دودکشي نصب شده است. به سبب اختلاف درجه حرارت پايين و بالاي دودکش، هواي گرم به طرف بالاي آن رانده مي شود. در نتيجه توربين بادي و ژنراتور متصل به آن که داخل دودکش نصب است به گردش درآمده و توليد برق مي کند. يک نمونه دودکش خورشيدي به قدرت KW 100 در اسپانيا ساخته شده است.

 

ب) انرژي آبي

1. انرژي هيدروالکتريک:

انرژي هيدروالکتريک از ريزش آب به توربين آبي و به گردش در آوردن توربين و آلترناتور متصل به آن به دست مي آيد. مقدار برق به دست آمده، به مقدار آب و ارتفاعي که آب سقوط مي کند تا به توربين برسد، بستگي دارد. براي اين منظور اقدام به ساختن سدهاي مخزني مي کنند تا از آب ذخيره در پشت آن براي توليد برق و کشاورزي و احياناً آب شهري استفاده شود.

 

2. هزينه تأسيسات

هزينه سرمايه گذاري براي ساختن سدهاي مخزني و تأسيسات هيدروالکتريکي زياد است، ولي هزينه نگهداري آن به علت مصرف نکردن هر نوع سوخت کم است. در سال هاي اخير ثابت شده است که با افزايش ظرفيت اين مراکز، صرفه اقتصادي آنها بيش از پيش بالا مي رود. ظرفيت بالقوه مراکز هيدروالکتريک در سراسر جهان حدود 2/2 ميليون مگاوات است که تنها حدود 18% آن مورد بهره برداري قرار گرفته است. کشورهايي مانند نروژ، کانادا، سوئد، برزيل و سريلانکا بيش از ¾ برق مصرفي خود را از نيروي آب تأمين مي کنند.

به علت تغييرات اکولوژي منطقه، ساختن مراکز هيدروالکتريک مسئله اي را به وجود آورده است، بدين معني که بسياري از زمين هاي زراعي به زير آب مي رود، امراض منتشر مي گردد و شرايط اقليمي دستخوش تغيير مي شود.

 

3. تأسيسات کوچک

احداث مراکز هيدروالکتريک کوچک در کشورهاي رو به توسعه به تازگي مورد توجه قرار گرفته است. اين کارخانه ها را مي توان در نواحي دور افتاده فاقد برق احداث کرد و به صنعتي کردن آن نواحي کمک نمود. کشور چين تاکنون 90000 از اين مراکز هيدروالکتريک کوچک به وجود آورده است. ساختن مراکز هيدروالکتريک چند منظوره بسيار اقتصادي است، بدين طريق که از برق آن براي امور صنعتي و روشنايي و از آب ذخيره شده آن براي کشاورزي و شرب اهالي استفاده مي شود.

 

4. ظرفيت کره زمين

کره زمين داراي ¹⁸ 10 تن آب است که آن در «گردش آب در طبيعت» شرکت مي کند، يعني تبخير مي شود و سپس به صورت برف و باران دوباره به زمين باز مي گردد. اين بخش کوچک معادل500000 کيلومتر مکعب است. در واقع هر سال 430000 کيلومتر مکعب از آب اقيانوس ها و 70000 کيلومتر مکعب از آب خشکي ها بخار مي شود و سپس متراکم شده و به مقدار 390000 کيلومتر مکعب در اقيانوس ها و درياها و 110000 کيلومتر مکعب در خشکي ها فرو مي بارد. بنابراين هر سال 40000 کيلومتر مکعب آب در خشکي ها جاري شده و به دريا مي ريزد . چون ارتفاع متوسط خشکي ها 800 متر است مي توان دريافت که کل انرژي نهفته در اين مقدار آب در سراسر جهان 10 ميليارد کيلو وات و يا TW10 يعني تقريباً معادل کل مصرف انرزي جهاني در سال 1981 است.

لازم است بدانيم تنها در حدود 15 درصد از اين انرزي قابل استخراج بوده و اين خود معادل TW 5/1 است. در سال 1975 کل نيروي هيدروالکتريکي تهيه شده در حدود 11 درصد اين مقدار بوده است. بنابراين خيلي جا دارد تا به سقف اين نيروي بالقوه برسيم. در کشورهاي افريقايي و آسيايي ظرفيت انرژي هيدروالکتريک از همه جا بيشتر است، ولي متأسفانه کمتر از جاهاي ديگر مورد بهره برداري قرار گرفته است. انرژي هيدرو الکتريک چون از يک منبع تجديد شونده به دست مي آيد و آلودگي محيط زيست را به همراه ندارد و بخصوص از آب آن مي توان براي امور کشاورزي و شرب اهالي استفاده کرد بيشتر مورد توجه قرار گرفته است.

 

5. فناوري و توسعه

در طراحي نيروگاههاي آبي، ظرفيت نيروگاه اغلب بيشتر از ميانگين جريان آب[5] رود خانه است. قسمت مهمي از اين ظرفيت اضافي در نيروگاههاي متصل به شبکه برق براي زمان پيک مصرف در نظر گرفته شده است. به طور کلي کشورهاي صنعتي جهان حدود⅔ و کشورهاي در حال توسعه حدود ⅓ از برق آبي جهان را توليد مي کنند.

 

6. ويژگي هاي تأسيسات کوچک

فناوري نيروگاههاي آبي کوچک تکامل يافته و آزمايش شده است. عمليات ساخت اين نيروگاه برق آبي کوچک شامل ساختن بند انحرافي، ساختن سد و سرانجام ساختن سرريز و مجراي آب رساني به توربين آبي است. در يک نيروگاه هيدروالکتريک، انرژي پتانسيل و انرژي جنبشي آب به انرژي الکتريکي تبديل مي شود. يروگاه هاي برق آبي کوچک جديد از نوع «جريان رودخانه اي» هستند که فقط از آب هنگام جريان آن استفاده مي شود و در آنها هيچگونه سد و مخزني براي ذخيره آب وجود ندارد.

 

7. مسائل زيست محيطي

طرح هاي برق آبي ممکن است خسارات زيست محيطي به همراه داشته باشند. مثلاً ساختن جاده براي دسترسي به نيروگاه، نصب پايه هاي انتقال نيروي برق و سرانجام ساختن سازه خود سد، ممکن است
زيستگاه هاي طبيعي را مورد تخريب قرار دهد. اين گونه صدمات ممکن است در اثر برخي فوايد جنبي نظير امکان فعاليت هاي تفريحي در کنار سد جبران شود.

انحراف مسير رودخانه هنگام ساختن سد ممکن است صدماتي از قبيل مرگ و مير ماهي ها به وجود آورد. به طور کلي در مورد نيروگاه هاي آبي کوچک صدمات زيست محيطي در مقايسه با منافع آنها و توليد الکتريسيته قابل توجه نيستند. صدمات نيروگاه هاي آبي کوچک به مراتب کمتر از صدمات نيروگاه هاي آبي بزرگ است.با اين همه ساختن اين گونه مراکز در مناطق بسيار زيباي طبيعي موجب آسيب رساندن به محيط زيست محيطي خواهد شد.

در بعضي کشورها مقررات حفظ محيط زيست چنان پرهزينه و دست و پا گير شده اند که عامل
بازدارنده اي در توسعه نيروگاه هاي برق آبي کوچک به شمار مي روند. اغلب لازم مي شود از مؤسسه هاي مختلفي با خواسته ها و نظرات متفاوت تأييديه گرفته شود.

 

8. توسعه نيروگاه هاي آبي

بالا رفتن ناگهاني قيمت نفت در دهه 1970 ميلادي، نظرها را به سوي استفاده از انرژي هاي تجديدپذير جلب کرده است. از ميان آنها انرژي هاي برق آبي به سبب چند منظوره بودن آنها بيشتر مورد توجه قرار گرفته است. به همين جهت در کشورهاي بزرگ صنعتي و کشورهاي در حال توسعه، طرح هاي ساخت نيروگاه هاي برق آبي بزرگ و کوچک رو به افزايش است. با اين همه تاکنون تنها 18درصد از پتانسيل قابل بهره برداري برق آبي جهان استفاده شده است.

سوخت هاي فسيلي که تأمين کننده قسمت اعظم انرژي مورد نياز جهان است، در معرض تغييرات غيرقابل
پيش بيني قيمت اين سوخت ها قرار دارند. استفاده از انرژي هاي فسيلي که آلوده کننده اصلي محيط زيست است، انگيزه جديدي براي توسعه نيروگاه هاي برق آبي است. به همين منظور ساخت نيروگاه هاي «جريان رودخانه اي» با ظرفيت هاي متوسط يا کوچک که تنها حوضچه کوچکي در بالا دست خود دارند رو به
افزايش است.

در حال حاضر يک روند جهاني قوي به سمت «خصوصي سازي» نيروگاه هاي برق آبي کوچک يا متوسط وجود دارد و کشورهاي در حال توسعه به سبب بدهکاري هاي زياد خود به کشورهاي بزرگ صنعتي، به عنوان راه حل مؤثر در برابر نياز روز افزون به انرژي الکتريکي به سمت خصوصي سازي اين نيروگاه ها سوق داده
مي شوند. براي بخش خصوصي هم اجراي طرح هاي کوچک يا متوسط برق آبي که هزينه کمتري را مي طلبد جذابتر است.

کشور چين که اغلب مناطق آن از شبکه برق رساني فاصله زياد دارد، بيشترين تعداد نيروگاه هاي آبي کوچک را داراست. مجموع ظرفيت اين نيروگاه هاي کوچک به WG 4 مي رسد.

آمريکا در اين مورد با دارا بودن WG 5/3 در مقام دوم قرار دارد. ر بعضي از کشورهاي اروپايي تشويق هايي براي توسعه انرژي هاي تجديدپذير در نظر گرفته شده است. کشور بريتانيا از سياستي پيروي مي کند که براساس آن خريداران برق حاصل از انرژي هاي فسيلي بايد بهاي بيشتري نسبت به انرژي توليد شده از منابع تجديدپذير بپردازند. جوامع بومي به نيروگاه هاي برق آبي کوچک به عنوان وسيله اي براي توسعه اقتصادي علاقه مند هستند.

در آسيا، آفريقا و آمريکاي لاتين، نياز جوامع روستايي به الکتريسيته توسط طرح هاي آبي کوچک تأمين مي شود. اين نيروگاه هاي برق معمولاً تحت مالکيت حکومتهاي محلي قرار دارند.

در جهان فهرست کاملي از مکان هاي مناسب براي تأسيس نيروگاه هاي برق آبي کوچک وجود ندارد، به عکس پتانسيل آبي کل جهان تقريباً موجود است. در جدول 4 پتانسيل هاي برق آبي بهره برداري از نظر اقتصادي و نيز درصد کنوني توسعه آنها نشان داده شده است. اين جدول نشان مي دهد که در آينده منابع عظيمي را مي توان توسعه داد.

پيش بيني مي شود به طور متوسط در دهه اول سال 2000 نرخ رشد توليد الکتريسيته از منابع آبي 25 درصد در سال باشد. با اين وصف انرژي برق آبي همچنان بزرگترين منبع انرژي تجديدپذير باقي خواهد ماند و تنها عوامل اقتصادي و زيست محيطي مي توانند پتانسيل واقعي اين منابع را محدود کنند.در مورد منابع برق آبي کوچک تقريباً ظرفيت WM 3000 گزارش شده است که دو سوم آن در کشور چين قرار دارد.

 

9. موانع گسترش نيروگاه هاي آبي

سرمايه گذاري اوليه زياد براي طرح هاي برق آبي بزرگ، مانع عظيمي در راه گسترش آنهاست. مسلم است اين امر در کشورهاي در حال توسعه که مشکلات مالي فراواني دارند، بيشتر به چشم مي خورد. طرح هاي کوچک برق آبي بايد با معيارهايي اقتصادي مطابقت داشته باشند و اين مسئله اغلب توسعه آنها را محدود
مي سازد. تأسيسات آبي کوچک، اغلب بدون مخزن ذخيره آب و تنها با «جريان رودخانه اي» ساخته مي شوند، ولي گاهي داراي ظرفيت هاي ذخيره سازي کوچک آب هستند. نيروگاه هاي آبي کوچک براي کشورهاي در حال توسعه مناسب است، اما ظرفيت هاي نصب شده فعلي چندان قابل توجه نيستند.

متمرکز شدن فعاليت هاي توسعه ملي کشورهاي در حال توسعه در مناطق مرکزي، مشکلاتي را در تأمين اعتبار برنامه هاي برق رساني به مناطق روستايي و دور افتاده به وجود آورده است.

آبرساني و آبياري کشاورزي، از فعاليت هاي کليدي آينده خواهند بود و سرمايه گذاري کلاني براي اين بخش بايد تخصيص داده شود. ساخت سدهاي بزرگ مخزني کمک شاياني به امرکشاورزي خواهد نمود. بنابراين فرصت مناسبي براي اضافه کردن يک بخش توليد برق به طرح هاي آبرساني به وجود مي آيد و اين به معناي توسعه بيشتر طرحهاي سدهاي چندمنظوره است که در سال هاي اخير تقريباً متوقف مانده است.

جدول 4. ميزان توسعه منابع انرژي آبي جهان

منطقه	خالص قابل بهره برداري (TWH/yr )	بهره برداري شده (% ازکل قابل بهره برداري)
آمريکاي شمالي	3/801	4/72
آمريکاي لاتين	7/3281	9/11
اروپاي غربي	9/640	2/63
اروپاي شرقيCIS	8/1264	6/20
خاورميانه و آفريقاي شمالي	1/257	6/15
آفريقاي زيرصحرا	2/711	3/6
اقيانوس آرام	0/172	5/22
آسيا و چين	6/1165	8/44

ج) انرژي بادي

انرژي بادي جهان:

بادهاي جهان جمعاً حدود TW 2700 انرژي در خود نهفته دارند. هزاران سال است که انسان براي به دست آوردن جزء بسيار کوچکي از اين انرژي، از آسيابهاي بادي استفاده مي کند. در سال هاي اخير با بالا رفتن قيمت انرژي هاي فسيلي، دوباره اذهان متوجه نيروي بادي شده است. انرژي بادي به علت رايگان بودن و آلوده نساختن محيط زيست بيشتر مورد توجه قرار دارد. استفاده از نيروي باد براي نيازهاي محلي بسيار مناسب است. از TW 2700 انرژي موجود در باد حدود ¼ آن در 100 متري زمين قرار دارد. با احداث مبدل هاي بادي[6] در سراسر جهان مي توان حداکثر TW 40 انرژي به دست آورد. با اين حال حتي 10% اين مقدار انرژي يعني TW 4 از ظرفيت کل انرژي آبي بيشتر است. قبل از نصب دستگاه توربين بادي لازم است نقاط بادخيز تعيين شود و مطالعاتي در خصوص شدت و دوام باد در طول سال به عمل آيد. دستگاه توربين بادي بايد در مکاني نصب شود که باد به اندازه کافي در بيشتر فصول سال وجود داشته باشد. شکل 9 يک توربين بادي با محور افقي براي آب کشي از چاه و شکل 10 يک توربين بادي با محور قائم براي توليد برق را نشان مي دهد. در بخش 4 اين کتاب دربارة انرژي بادي به طور کامل بحث خواهد شد.

 

د) انرژي جزر و مدي اقيانوس ها

جزر و مد:

جزر و مد در اثر جاذبه ماه و جاذبه خورشيد بر زمين و چرخش ماه و زمين به وجود مي آيد. در درياها جاذبه ماه ارتفاع آب را در هر دو طرف زمين يعني نزديکترين و دورترين فاصله ماه نسبت به زمين، بالا مي برد. در شکل 11 تأثير ماه و خورشيد بر ميزان جزر و مد به طور شماتيک نشان داده شده است.آب دريا در اثر «مد» و گردش زمين به دور خود، به سمت غرب جريان پيدا مي کند و به صورت موج هاي دريا ظاهر مي شود که دامنه[7] آن کمتر از 1 متر است.

 

کلياتي درباره انرژي بادي

انرژي بادي[8] مانند ساير منابع انرژي تجديد پذير به طور پراکنده روي کره زمين وجود دارد. اين انرژي قبل از انقلاب صنعتي به عنوان يک منبع انرژي مورد استفاده قرار مي گرفت. در طي انقلاب صنعتي، سوخت هاي فسيلي به سبب فراواني، ارزاني و بخصوص قابليت حمل آنها، جاي انرژي بادي را گرفتند.

بحران نفتي سال 1973 ميلادي سبب گرديد تا دوباره به انرژي بادي روي آورند و از برق حاصل از آن براي اتصال به شبکه برق، پمپ کردن آب و سرانجام تأمين برق نواحي دور افتاده استفاده کنند. در سال هاي اخير مشکلات زيست محيطي و مسئله تغيير آب و هواي کره زمين به سبب استفاده زياد از حد انرژي هاي فسيلي، استفاده از انرژي بادي را افزايش داده است.

از سال 1975 ميلادي پيشرفت هاي زيادي در زمينه توربين هاي بادي مولد برق به دست آمده است. در سال 1980 با اتصال توربين هاي بادي مولد برق به شبکه، اولين بازار چند مگاواتي انرژي بادي در کاليفرنيا به وجود آمد.

در پايان سال 1990، ظرفيت توربين هاي بادي مولد برق متصل به شبکه در جهان، به حدود WM 2000 با توليد سالانه GWh[9] 3200 رسيد که تماماً مربوط به آمريکا و دانمارک بوده است. در اين زمان کشورهاي هلند، آلمان، انگلستان، ايتاليا و هندوستان برنامه ملي خود را براي استفاده از انرژي بادي آغاز کردند. به تدريج با پيشرفت فناوري، هزينه توليد انرژي با توربين هاي بادي کاهش يافته است، با اين همه استفاده همه جانبه از سيستم هاي مولد برق بادي هنوز آغاز نشده است.

يکي از کاربردهاي انرژي بادي پمپ کردن آب است. در دهه 60- 1950 که پمپ هاي موتوري به بازار عرضه شده، به سبب کاهش قيمت انرژي هاي فسيلي کاهش ناگهاني در مورد استفاده از پمپ هاي بادي به وجود آمد. در حال حاضر پمپ هاي بادي به طور عمده در چين، افريقاي جنوبي، آرژانتين و آمريکا به کار مشغولند.

پمپ هاي آب بادي به وسيله توربين هاي پُر پَره کلاسيک با دور کم و تُرک بالا کار مي کنند. به طور کلي در مورد استفاده از انرژي بادي، تأکيد بر توربين هاي بادي مولد برق براي اتصال به شبکه خواهد بود، زيرا اين کاربرد انرژي بادي مي تواند سهم مهمي در تأمين برق مصرفي جهان داشته باشد.

تخمين زده مي شود در سال 2020 ميلادي سهم انرژي بادي در تأمين انرژي جهان با قدرت مجموع
توربين هاي بادي GW 180 حدود TWh 375 در سال باشد. در قالب ضرورت هاي زيست محيطي[10], اين سهم ممکن است در سال 2020 به حدود TWh 900 با قدرت مجموع توربين هاي باديWG 470 افزايش يابد. استعداد نهايي انرژي بادي به عنوان يک منبع انرژي درازمدت تقريباً دو برابر مصرف انرژي فعلي جهاني تخمين زده مي شود.

 

1. منبع انرژي بادي

تابش نور خورشيد در عرض هاي مختلف کره زمين موجب تغييراتي در فشار و دماي هوا شده و باد به وجود مي آيد. در مناطق گرمسير، تابش نور خورشيد سبب افزايش حرارت محيط مي گردد و در مناطق قطبي افت درجه حرارت به وجود مي آيد. اتمسفره کره به وسيله چرخش زمين حل محور خود ^"PP که از قطبين زمين عبور مي کند، گرما را از مناطق گرمسير به مناطق قطبي انتقال مي دهد. در مقياس جهاني، اين جريانات اتمسفري به صورت يک عامل مهم انتقال گرما عمل مي نمايد.

علاوه بر عوامل فوق، عوامل ديگري مانند مشخصات توپوگرافي محل و تغييرات فصلي دما، توزيع انرژي باد را تغيير مي دهند. براي مثال اختلاف ظرفيت گرمايي بين زمين و آب دريا در ساحل، ايجاد نسيم دريايي مي کند و در دره ها و کوهستانها فرايند مشابهي منجر به ايجاد بادهاي محلي مي شود.

 

2. باد

باد هوايي است که حرکت دارد و جابه جا مي شود. باد از نسيم ملايم گرفته تا توفان، بر اثر اختلاف فشار هوا بين دو منطقه به وجود مي آيد. اين اختلاف فشار در نتيجة اختلاف دماست. چون فشار هواي سرد نسبت به هواي گرم بيشتر است، در نتيجه هوا از ناحيه پرفشار سرد به ناحيه کم فشار گرم حرکت مي کند و باد به وجود مي آيد. گردش زمين به دور خود نيز بر جهت باد تأثير مي گذارد.

سطح زمين مقداري از انرژي گرمايي تابش خورشيد را جذب مي کند و مقداري را به جو بر مي گرداند. هر اندازه پرتوهاي خورشيد نسبت به سطح زمين عمودي تر باشد، ميزان جذب انرژي زمين بيشتر خواهد بود. بنابراين مقدار انرژي اي که در منطقة استوايي جذب مي شود، نسبت به قطب ها بيشتر است. اين انرژي، هواي منطقه استوايي را گرم و سبک و فشار آن را کم مي کند. بنابراين هواي گرم و سبک بالا مي رود و در سطح زمين منطقه اي کم فشار ايجاد مي کند. در مناطق قطبي پرتوهاي خورشيد نسبت به سطح زمين مايل و ميزان جذب انرژي کمتر است. بنابراين هواي اين مناطق سرد، متراکم و پرفشار است.

اگر زمين دور محور خود نمي چرخيد، اختلاف فشار هوا ميان منطقة استوايي و هر يک از قطب ها سبب حرکت دائمي هوا، يعني باد، ميان اين دو منطقه مي شد.

اما به سبب چرخش زمين به دور خود، در نيمکره هاي شمالي و جنوبي دو منطقه پرفشار، ميان استوا و مدارهاي 30 درجه و دو منطقه کم فشار، ميان مدارهاي 30 و 60 درجه وجود دارد. حرکت هوا ميان اين
منطقه هاي پرفشار و کم فشار بادهايي را پديد مي آورد که مانند شش کمربند دور زمين را در بر مي گيرند. اين بادها عبارتند از: بادهاي تجارتي شمال شرقي و جنوب شرقي، بادهاي غربي و بادهاي شرقي قطبي که در دو نيمکره شمالي و جنوبي مي وزند.

اگر زمين ساکن بود و به دور خود نمي چرخيد، جهت باد از نقاط پرفشار به کم فشار در خط مستقيم حرکت مي کرد. اما از چرخش زمين نيرويي حاصل مي شود که «اثر کوريولي»[11] نام دارد و جهت حرکت باد از منحرف مي کند. بر اثر اين نيرو بادهايي که به طرف استوا مي وزندف به سمت غرب و بادهايي که به طرف قطب ها مي وزند، به سمت شرق منحرف مي شوند.

 

3. انواع بادها

• بادهاي محلي: بادهايي هستند که در ناحيه هاي خاص مي وزند، مانند باد صد وبيست روزه سيستان. اين باد از کوه هاي افغانستان به سمت بيابان هاي شرقي ايران مي وزد. زمان وزش آن از ارديبهشت تا مردادماه است. سرعت آن گاهي تا بيش از 110 کيلومتر در ساعت است. سرعت وزش اين باد به
  اندازه اي زياد است که سبب ريشه کن شدن درختان مي شود. باد ملايمي (نسيم) که ميان دريا و خشکي مي وزد، يکي از انواع بادهاي محلي است. باد ملايمي که ميان کوه و دره مي وزد، نيز از بادهاي محلي است.
• بادهاي موسمي: بادهاي موسمي بر اثر گرم شدن سطح خشکي هاي زمين در تابستان و سرد شدن
  آنها در زمستان به وجود مي آيند. در تابستان که خشکي ها گرمتر از اقيانوس ها هستند، بادهاي موسمي از اقيانوس به سمت خشکي مي وزند. در زمستان، جريان بادهاي موسمي از خشکي به سمت درياست. از بادهاي معروف موسمي، بادهاي مانسون است که سبب بارش باران هاي شديد در جنوب و جنوب شرقي آسيا مي شود. زمان وزش بادهاي مانسون از فروردين تا آبان است. اين بادها در تابستان بر آب و هواي جنوب ايران تأثير مي گذارند و سبب بارندگي در بعضي ناحيه هاي آن مي شوند.
• بادهاي تجارتي: از منطقه پرفشار مدار30 درجة نيمکره شمالي و جنوبي به سمت منطقه کم فشار استوا مي وزند. جريان بادهاي تجارتي دائمي است. در گذشته کشتي هاي بادباني تجارتي، براي حرکت،
  از نيروي دائمي اين بادها استفاده مي کردند، به همين دليل اين بادها به بادهاي تجارتي معروف شده اند. جهت اين بادها در هر دو نيمکره از شرق به غرب است.
• بادهاي غربي: از منطقة پرفشار مدار 30 درجه به سمت منطقه کم فشار 60 درجه مي وزند. در نيمکرة شمالي اين بادها از جنوب غربي و در نيمکرة جنوبي از شمال غربي مي وزند.

 

باد گاهي در حالت هاي چرخه اي (سيکلوني) و واچرخه اي (آنتي سيکلوني) نيز به وجود مي آيد. در سيلکون ها يک منطقة کم فشار يا منطقة پرفشار احاطه مي شود. بنابراين هوا از منطقه پرفشار خارجي به شکل مارپيچ در اطراف منطقه کم فشار داخلي جريان مي يابد. جهت حرکت چرخه ها (سيکلونها) در نيمکرة شمالي خلاف جهت حرکت عقربه هاي ساعت و در نيمکرة جنوبي در جهت حرکت عقربه هاي ساعت است.
چرخه هاي بزرگ را گردباد مي نامند. معمولاً در پي وزش گردباد، هوا ابري و باراني مي شود. گردبادها در مسير حرکت خود سبب ويراني هاي بسيار مي شوند.

در واچرخه (آنتي سيکلون)، يک منطقة کم فشار، دور يک منطقه پرفشار را فرا مي گيرد و هوا از منطقة پرفشار داخلي به شکل مارپيچ به منطقه کم فشار خارجي حرکت مي کند. حرکت واچرخه در نيمکرة شمالي در جهت حرکت عقربه هاي ساعت و در نيمکرة جنوبي خلاف جهت حرکت عقربه هاي ساعت است.

 

4. جدول بوفورت

سرعت باد معمولاً روزها بيشتر از شب هاست. سرعت باد با بادسنج و جهت آن با بادنما اندازه گيري
مي شود. درياسالار سرفرانسيس بوفورت، دريانورد انگليس، در سال 1805م براي تعيين سرعت باد به طور تقريب ارائه داده است.

نيروي باد کاربرد بسيار دارد. قايق ها و کشتي هاي بادباني با نيروي باد حرکت مي کنند. در آسياب هاي بادي براي آرد کردن غلات و نيز در پمپ هاي بادي براي بيرون کشيدن آب از چاه از نيروي باد استفاده
مي کنند. در نيروگاه هاي بادي، انرژي باد براي توليد الکتريسيته به کار مي رود. انرژي باد تمام نشدني است و محيط زيست را آلوده نمي کند، از اين رو متخصصان راه هاي مختلف به کار گرفتن آن را مطالعه مي کنند.

باد مي تواند ويرانگر نيز باشد. بادهاي شديد درختان را ريشه کن و بناها را ويران و کشتي ها را غرق
مي کنند. از سرعت و جهت باد در پيش بيني وضع هوا استفاده مي شود. امروزه بالون ها و ماهواره هاي هواشناسي جهت و سرعت باد را اندازه مي گيرند و به ايستگاه هاي زميني مخابره مي کنند.

 

5. تغييرات سرعت باد

آزمايشگاه هواشناسي شمال غربي اقيانوس آرام[12] در سال 1981 ميلادي براي سازمان هواشناسي جهاني نقشه

جهاني[13] منابع باد را تهيه کرده است. اين نکته قابل توجه است که سرعت متوسط باد ممکن است تا 25% از سالي به سال ديگر تفاوت داشته باشد. عمدتاً باد در زمستان نسبت به تابستان سرعت بيشتري دارد که البته استثناهايي هم ممکن است وجود داشته باشد.

گرفتن انرژي از جزر و مد آب دريا (استفاده از اختلاف ارتفاع آب بين جزر و مد به وسيله نصب توربين آبي) هنگامي عملي است که انرژي زيادي به صورت جزر و مدهاي بزرگ (اختلاف ارتفاع زياد) و ذخيره کردن آب به ميزان زياد صورت پذيرد و وضعيت محل براي ايجاد نيروگاه جزر و مدي مناسب باشد.

بررسي هاي اخير ميزان انرژي بالقوه جزر و مدي را که اقتصادي باشد، TWh 200 در سال برآورد کرده است. روي کره زمين تقريباً 20 نقطه وجود دارد که از انرژي جزر و مدي بالايي برخوردارند که در شکل 12 نشان داده شده است.

فقط در چند نقطه از جهان که اختلاف ارتفاع بين جزر و مد بسيار زياد است، استفاده از اين انرژي از لحاظ اقتصادي با صرفه مي باشد، از جمله بخش هايي از کانال مانش، آبهاي ساحلي آمريکاي شمالي و استراليا و..... چون تعداد اين نقاط از 20 تجاوز نمي کند به سختي مي توان جزر و مد را يک منبع انرژي جهاني به حساب آورد. به دلايل فني، کارخانه هاي توليد برق از جزر و مد تنها به 25% ظرفيتشان مي توانند کار کنند، به همين جهت حداکثر ظرفيت جهاني انرژي جزر و مد[14] GW 20 (ژيگاوات) از مجموع GW 80 ظرفيت ممکن است. يک کارخانه بزرگ توليد برق از جزر و مد ساخته شده که در لارانس[15] در ساحل درياي مانش در فرانسه قرار دارد که توليد آن در حدود MW 60 [ از مجموع MW 240 ظرفيت ممکن آن ] است. (شکل 13) و از نظر اقتصادي با صرفه است. شايان ذکر است در مکان هاي مناسب در ساحل، هنگام مد يعني بالا آمدن سطح آب، مقدار زيادي از آب به کانال ها و مخازني که قبلاً ساخته شده است هدايت مي گردد. قبل از اينکه جزر رخ دهد و سطح آب پايين رود، جلوي کانال هاي ورودي آب را سد مي کنند و آب در مخازن باقي مي ماند. از اختلاف ارتفاعي که براي سطح آب هنگام جزر کامل به وجود آمده است، براي به حرکت در آوردن توربين آبي و ژنراتور برق استفاده کرده و انرژي الکتريک توليد مي کنند.

 

1. موج

موج در اثر انتقال انرژي باد به آب دريا و حرکت نوساني آن يعني بالا و پايين رفتن آب به وجود مي آيد. نرخ اين انتقال انرژي به سرعت باد و همچنين به مسافتي که در طول آن باد با سطح آب در تماس است بستگي دارد. موج ها به سبب جرم آبي که (M ) نسبت به ارتفاع سطح متوسط دريا (H ) جابه جا مي شود، داراي انرژي پتانسيل (MGH ) بوده و همچنين به خاطر سرعت ذرات آب (V ) که حمل مي شوند، داراي انرژي جنبشي ( ²V M ½ ) هستند.

اين انرژي ذخيره شده از طريق اصطکاک و توريولانس که بستگي به ويژگي امواج و عمق آب دريا دارد تلف شده و از بين مي رود. موج هاي بزرگ در آبهاي عميق، انرژي خود را به آهستگي از دست مي دهند.

يک موج توسط ارتفاع ( H )، طول ( L ) (فاصله بين دو قله متوالي موج) و دوره تناوب آن ( T ) (زمان طي شده بين دو قله متوالي) مشخص مي شود. قدرت موج معمولاً برحسب کيلووات بر متر بيان مي شود و آن عبارت از نرخ انتقال انرژي آب در عرض 1 متر موازي با جبهه موج[16] است.

بادهاي شديد در نيمکره شمالي و نيمکره جنوبي بين عرضهاي جغرافيايي 40 تا 60 درجه مي وزند. بادهاي با سرعت کمتر در هر دو نيمکره بين عرض جغرافيايي 30 درجه و خط استوا با نظم نسبي که دارند موج هاي بالقوه جذابي را ايجاد مي کنند.

سواحلي از دريا که در معرض بادهاي غالب[17] قرار دارند، احتمالاً داراي بزرگترين دانسيته موجي هستند. براي مثال انگلستان، سواحل غربي ايالات متحده آمريکا و سواحل جنوبي زلاندنو از وضعيت موجي بسيار خوبي برخوردارند.

 

2. دستيابي به انرژي موجي

ساده ترين شکل «جمع کننده انرژي[18]» امواج عبارت است از «انبان شناور ناقوسي» شکل که در آن حرکت انبان هوا را با فشار از داخل يک محفظه به خارج مي راند.

قرار دادن يک توربوژنر اتو بادي در محفظه، دستگاه را قادر به توليد برق مي کند. ژاپن در سال هاي 1978 و 1979 انبان هايي را با قدرت خروجي KW500 به کار گرفت که بعضي از آنها هنوز کار مي کنند يک ژنراتور فانوس دريايي[19] به قدرت KW 3 نيز در سال ها 84 – 1983 طراحي و ساخته شد. به علاوه يک انبان 120 تني مورد آزمايش قرار گرفت که قادر به توليد KW 300 برق بود.

تا زماني که اطلاعات بيشتري در مورد عملکردهاو طول عمر سيستم هاي موجي به دست نيامده است,
نبايد انتظار افزايش سريع ظرفيت نصب شده را داشت. بنابراين ظهور فناوري تکامل يافته و قابل اعتماد در زمينه انرژي امواج به زمان احتياج دارد.

اداره انرژي انگلستان پس از 15 سال تحقيق و با در نظر گرفتن تحقيقات جهاني در مورد انرژي امواج به اين نتيجه رسيده است که تجهيزات دور از ساحل در مقياس بزرگ اقتصادي نيستند و بهتر است تلاشها روي سيستم هاي با مقياس کوچک که در خط ساحلي نصب مي شوند متمرکز گردد. انرژي امواج موضوعي تازه و بکري است و ميدان تحقيقات و فناوري در آن وسيع است. تنها در انگلستان بيش از 200 روش براي کسب انرژي از امواج بين سالهاي 85 – 1984 آزمايش شده است.

 

3. اثرات زيست محيطي

انرژي حاصل از امواج دريا اصولاً محيط زيست را آلوده نمي سازد و به هر ميزان که جايگزين سوخت هاي فسيلي شود از آلوده شدن محيط زيست خواهد کاست. تنها خطري که احتمال وقوع آن وجود دارد تداخل با ترافيک کشتي هاي اقيانوس پيماست که با انتخاب درست محل هاي استقرار و به کار گيري وسايل و علائم ناوبري قابل پيشگيري است.

 

4. پيش بيني آينده

- انرژي امواج در سواحلي که در معرض بادهاي غالب مناطق حاره و معتدله قرار گرفته باشند قابل استفاده است.

- روش هاي مختلفي براي کسب انرژي از امواج وجود دارند. در اينجا بايد گفت فناوري انرژي موجي تکامل نيافته و جوان است و احتياج به تحقيق و بخصوص حمايت مستمر دولت ها دارد.

- پيش بيني مي شود توسعه انرژي موجي تحت شرايط مساعد TWh 12 در سال برسد.

- پيش بيني مي شود تا سال 2020 تنها بخش کوچکي از پتانسيل موجي در نواحي ساحلي توسعه پيدا کند.

 

و) انرژي زمين گرمايي (ژئوترمال)

1. انرژي گرمايي زمين

انرژي گرمايي درون زمين يا زمين گرمايي، در رآکتور هسته اي آن توليد مي شود. اين انرژي بر اثر تجزيه راديواکتيو ايزوتوپ پتاسيم و عناصر ديگري که در پوسته زمين پراکنده است، به وجود مي آيد.

به تجربه معلوم شده است هرچه به ژرفاي زمين افزوده شود، درجه گرماي آن افزايش خواهد يافت، بدين معني که به ازاي هر 100 متر عمق حدود 3 درجه سانتيگراد به گرماي آن اضافه مي شود. متأسفانه بيرون کشيدن گرما به طور مستقيم از کره زمين امکان پذير نيست، فقط مي توان از گرمايي استفاده کرد که در آبهاي زيرزميني وجود دارد. با اين وصف در حال حاضر بهره برداري از انرژي گرمايي درون زمين تنها به صورت آب گرم و بخار آب امکان پذير است.

 

2. فناوري انرژي زمين گرمايي

قرن هاست که گرماي درون زمين مورد بهره برداري قرار گرفته است، حتي روميان قديم نيز از آن براي گرم کردن حمام استفاده مي کردند. هم اکنون در حدود بيست کارخانه توليد برق با استفاده از گرماي درون زمين به کار اشتغال دارند که توليد آنها بين چند مگاوات تا 500 مگاوات است. جمع توليد نيروي اين کارخانه ها بيش از 500 مگاوات است.

از گرماي درون زمين تنها در جاهايي مي توان استفاده کرد که به سطح زمين نسبتاً نزديک باشند و آن هم معمولاً مناطقي است که در آن آتشفشان يا زمين لرزه هاي مستمر وجود دارد. برخي از کشورهايي که هم اکنون از گرماي درون زمين استفاده مي کنند عبارتند از:

امريکا، روسيه، نيوزلند، ژاپن، السالوادور، مکزيک، فيليپين، ايسلند، ايتاليا، فرانسه و مجارستان.

دو کشور اخير تنها از آب گرم براي گرمايش ساختمان استفاده مي کنند. ايران يکي از کشورهايي است که
مي تواند از انرژي گرمايي درون زمين استفاده کند. چشمه هاي آب گرم و آبهاي معدني، اغلب دليل بر وجود منابع ژئوترمال است که در ايران مناطق سبلان و دماوند در اين رابطه از ويژگي خاصي برخوردار هستند.

براي استفاده از گرماي لايه هاي سنگ هاي داغ و خشک درون زمين شيوه اي ابداع شده است، بدين ترتيب که دو چاه عميق در زمين حفر مي کنند، آنگاه توسط تلمبه اي، آب سرد وارد يکي از چاه ها شده و پس از داغ شدن و تبخير آن در اعماق زمين، از چاه ديگر بيرون مي آيد. مسئله عمده اين است که تا چه مدت
مي توان اين کار را پيش از آنکه سنگ هاي داغ سرد شوند، ادامه داد (براي گرم شدن مجدد سنگ ها مدت زمان بسيار زيادي لازم است). در حال حاضر هزينه توليد برق از انرژي گرمايي زمين با برق توليدي کارخانه هاي هسته اي و نفت سوز قابل رقابت است. در شکل 17 ايجاد بخار آب با استفاده از انرژي گرمايي درون زمين براي به حرکت درآوردن توربين بخار و ژنراتور برق متصل به آن نشان داده شده است.

شايان ذکر است که ايتاليا نخستين کشوري است که براي شبکه راه آهن برقي خود از انرژي گرمايي درون زمين استفاده کرده است. اين کشور در نزديکي شهر پيزا حدود 600 مگاوات برق از اين طريق توليد مي کند.

3. گرماي ذخيره شده در زمين

گرماي ذخيره شده در اعماق زمين تقريباً دست نخورده باقي مانده است، اين انرژي را مي توان در هر شرايطي بدست آورد. فناوري هايي که امروزه بشر در اختيار دارد امکان استفاده از اين انرژي را عملاً در همه جا فراهم آورده است.

هرچه به مرکز زمين نزديک شويم، دماي آن افزايش مي يابد. درجه حرارت در لايه هاي بالايي هسته مرکزي زمين حدود 1300 درجه سانتيگراد و در هسته مرکزي زمين حدود 5000 درجه سانتيگراد است.تابش نور خورشيد، درجه حرارت را در سطح زمين بالا مي برد. زمين حرارت را از خود عبور مي دهد و از عمق 20 متري به پايين حرارت خورشيد ديگر محسوس نيست. اگر با ديد فيزيکي نگاه کنيم، ديده مي شود که بين
درجه هاي حرارت هسته زمين و پوسته آن يک جريان گرمايي وجود دارد.

اگر بخواهند از انرژي زمين گرمايي بهره ببرند، معمولاً از انرژي گرمايي اي که در صخره ها و آب و يا بخار آب ذخيره شده است استفاده مي کنند.

 

انرژي هاي فسيلي

الف) نفت

بدون شک نفت پرمصرف ترين سوخت فسيلي است. علت عمده، سهولت حمل و نقل و ذخيره کردن آن است. بيش از نيمي از ذخاير شناخته شده آن در خاورميانه قرار دارد که تاکنون يک سوم آن به مصرف رسيده است. ذخاير شناخته شده نفت به بيش از GT 4/88 مي رسد. در حال حاضر سالانه به طور متوسط معادل GT 5 منابع جديد نفت کشف مي شود.

مصرف نفت در گذشته اندک بود، ولي در قرن حاضر به مقياس وسيعي براي کارهاي مکانيکي و توليد برق، بخصوص به دليل افزايش جمعيت اين مصرف بالا رفته است. در حال حاضر نفت قسمت اعظم انرژي خام جهان را غير از فتوسنتز توليد مي کند. منابع نفت دنيا محدود است و روزي تمام خواهد شد. در سال 1968 منابع نفت کفاف مصرف 200 سال دنيا را مي داد، ولي با توجه به مصرف شديد آن در سال هاي اخير، اين منابع خيلي زودتر از آنچه تصور مي رفت به پايان خواهد رسيد. اگر شتاب مصرف نفت با رشدي که در پيش دارد ادامه يابد، ذخاير نفت در کمتر از 50 سال به پايان خواهد رسيد.

 

ب) زغال سنگ

زغال سنگ بيشتر در شمال خط استوا و بخصوص در شمال مدار 30 درجه يافت مي شود. حدود 88% ذخاير شناخته شده آن در روسيه، امريکا و چين قرار دارد. ذخاير بزرگي نيز در اروپاي مرکزي وجود دارد. جهانيان تاکنون بيش از GT 130 زغال سنگ مصرف کرده اند. ذخاير قابل استخراج و شناخته شده زغال سنگ به GT 600 مي رسد. پيش بيني مي شود تا GT 10000 زغال سنگ در کره زمين وجود داشته باشد که تصور مي رود بتوان GT 2500 آن را استخراج کرد.

اکنون سالانه در حدود GT 6/2 زغال سنگ مصرف مي شود. سال 1980 مصرف انرژي کلي جهان از تمام سوختها تقريباً معادل GT 10 زغال سنگ بوده است. با اين وصف حدود 26% احتياجات جهاني انرژي را زغال سنگ تأمين مي کند. 50 سال قبل قسمت اعظم انرژي از زغال سنگ تأمين مي گرديد. در حال حاضر تحقيقاتي به منظور تبديل زغال سنگ به نفت و گاز طبيعي در جريان است. ذخاير زغال سنگ به تمام معني عظيم است، به طوري که ذخاير نفت، گاز، رس نفت دار و ماسه قيردار در مقابل آن ناچيز مي باشد.

ذخاير زغال سنگ که هم اکنون شناخته شده است و ظرفيت آنها از لحاظ انرژي6 برابر ظرفيت نفتي جهان است. تمام زغال سنگ جهان مکعبي که در شکل 26 ترسيم شده است نمايانگر حجم معادل صورت برداري شده زغال سنگ جهان در سال 1974 است (در صورتي که دست نخورده باقي بماند). اين مکعب 21 کليومتر ارتفاع دارد که تقريباً 5/2 برابر مرتفع ترين کوه جهان است. بريدگي 8/1 کيلومتري در طرف راست در بالا، مصرف کلي انرژي سالانه جهان را تحت همه اشکال آن که به عنوان هم ارز زغال سنگ بيان شده نشان
مي دهد. بريدگي عظيم مکعبي شکل سمت چپ به وسعت