منابع برتر جایگزین سوخت فسیلی در تولید برق

در سال 2001، 86 % از انرژی مصرف شده به منظور تولید برق در ایالات متحده، از سوخت های فسیلی منشا می گرفت و منابع انرژی تجدید پذیر تنها 3/5 درصد از سهم تولید برق را به خود اختصاص می داد. تا سال 2022، سهم سوخت های فسیلی به 79 درصد کاهش یافت، در حالی که منابع تجدیدپذیر به 13 درصد افزایش یافت.

همانطور که جهان با اثرات تغییرات آب و هوایی و انتشار گازهای گلخانه ای دست و پنجه نرم می کند، تلاش برای جایگزینی منابع انرژی پایدار و تجدید پذیر در تولید برق، حیاتی تر می شود.

استحصال انرژی از سوخت فسیلی از لحاظ تاریخچه شامل استخراج زغال سنگ و حفاری برای نفت بوده است، که هر دو منابع محدودی هستند. فناوری‌های جایگزین در استحصال انرژی اکنون یک نقطه امیدوارکننده به شمار می روند.

در این مقاله، تیم فنی آی سی پارس، روش‌های جایگزین و پایدار در استحصال انرژی از جمله منابع نام آشنا مانند انرژی خورشیدی، باد و برق آبی، و همچنین منابع جایگزین جدید مانند انرژی زمین گرمایی، امواج و ارتعاش را مورد بررسی قرار داده اند.

انرژی برق آبی

در این روش، از انرژی پتانسیل گرانشی آب در حین عبور آب سد از توربین های برق آبی به منظور تولید الکتریسته  استفاده می شود. انرژی هیدروالکتریک تا حد زیادی پربازده ترین منبع انرژی تجدیدپذیر است.

در دهه آینده، انرژی آبی به رشد سهم جهانی خود در تولید برق تجدیدپذیر بسیار فراتر از ظرفیت امروزی ، ادامه خواهد داد.

مولدهای انرژی بادی

مولدهای انرژی بادی، انرژی جنبشی هوای متحرک را به الکتریسیته تبدیل می‌کنند و می‌توانند هم در مقیاس موضعی و هم در مقیاس وسیع وجود داشته باشند. استحصال برق از انرژی باد به قدری در سراسر جهان پذیرفته شده است که سهم تولید انرژی بیشتری نسبت به سیستم های خورشیدی دارد.

ژنراتورهای مقیاس کوچک مانند کیت برق باد تیمز کاسموس می توانند برق کافی برای تغذیه یک LED یا شارژ یک باتری کوچک تولید کنند. در همین حال، بزرگترین توربین بادی جهان که ارتفاع آن به اندازه یک ساختمان 50 طبقه است، به تازگی یک رکورد جدید انرژی بادی یک روزه با تولید 1/384 مگاوات به ثبت رسانده است. این توربین بادی انرژی کافی برای نزدیک به 170000 خانه در 24 ساعت را تولید کرد. در سطح جهان، مولدهای انرژی بادی پس از نیروگاه های آبی دومین تولید کننده های غیر فسیلی انرژی الکتریکی محسوب می شوند.

انرژی خورشیدی

مولدهای انرژی خورشیدی، تابش خورشیدی را به برق DC قابل استفاده، تبدیل می کنند. خورشید در حال حاضر منبع اصلی برق است و پنل های خورشیدی در بالای ساختمان های تجاری، خانه ها و در آرایه های مستقل به صورت وسیع یافت می شود. اگرچه انرژی خورشیدی احتمالاً قابل مشاهده ترین منبع تجدیدپذیر برای اکثر آمریکایی ها است، اما در حال حاضر انرژی خورشیدی در بین منابع تجدیدپذیر برق، در رتبه سوم جهان قرار دارد.

سلول های خورشیدی مانند AM-5610CAR-T پاناسونیک را می توان در مقیاس کوچک برای تامین برق مجموعه های الکترونیکی کوچک استفاده کرد. ما بیشتر به دیدن ترکیب سلول های خورشیدی در صفحات خورشیدی عادت کرده ایم. این پانل‌ها را می‌توان به شبکه‌های خورشیدی فتوولتائیک متصل کرد که می‌توانند در تولید برق با سوخت‌های فسیلی رقابت کنند. به منظور تبدیل تمام انرژی خورشیدی به شبکه برق، اینورترهای خورشیدی هستند که از نیمه هادی های قدرت مانند NTH4L022N120M3S onsemi استفاده می کنند.

چین از نظر سهم تولیدی و از منظر تاریخی، پیشتاز جهانی در هرم مربوط به کشورهای پذیرنده انرژی خورشیدی است و 37.5 درصد از تولید جهانی انرژی خورشیدی را به خود اختصاص داده است. در ادامه هرم کشورهای پیشرو  ( از نظر سهم تولید ) در انرژی خورشیدی را با هم می بینیم:

انرژی زمین گرمایی

در تولید انرژی زمین گرمایی از گرمای داخلی زمین برای تولید برق استفاده می شود. در ادامه، روند کار نیروگاه های زمین گرمایی بصورت شماتیک آورده شده:

این روش برداشت انرژی، حداقل مقدار گازهای گلخانه ای را منتشر می کند اما محدود به مکان هایی با فعالیت زمین گرمایی است.

ایالات متحده در تولید انرژی زمین گرمایی در جهان پیشتاز است و کالیفرنیا برترین ایالت برای استحصال انرژی زمین گرمایی است. زمین گرمایی، سهم قابل توجهی از کل تقاضای برق در کشورهای مختلف مانند ایسلند، السالوادور، نیوزیلند، کنیا و فیلیپین را به خود اختصاص می دهد. در ایسلند، انرژی زمین گرمایی بیش از 90 درصد تقاضای گرمایش را (از راه هایی غیر از تولید برق)، برآورده می کند. با این حال انرژی زمین گرمایی تنها 5/0 درصد از تولید برق مبتنی بر انرژی های تجدیدپذیر در سراسر جهان را تشکیل می دهد.

انرژی جزر و مد و امواج دریا

در کشورهای ساحلی، برداشت انرژی از امواج اقیانوس یک مرز جدیدتر برای تولید انرژی های تجدیدپذیر را به وجود آورده است. انرژی دریایی که می‌تواند به وسیله توربین‌های زیر آب یا شناورهای جزر و مدی به برق تبدیل شود، در سال 2022 تنها 524 مگاوات از تولید برق جهان را برعهده داشته است. در همان سال، فرانسه و کره جنوبی به ترتیب با تولید 211 و 256 مگاوات برق از انرژی دریایی، پیشتاز جهان بودند.

با این حال، اتحادیه اروپا در نظر دارد تولید برق موجی و جزر و مدی خود را تا سال 2030 به 1 گیگاوات افزایش دهد و امیدوار است تا سال 2050 به 40 گیگاوات برسد. نگرانی‌های زیادی در مورد این دستگاه‌ها که بر اکوسیستم‌های اقیانوسی تأثیر منفی می‌گذارند، وجود دارد. برخی دیگر معتقدند که مولدهای الکتریسیته موج و جزر و مد می توانند به طور همزمان به عنوان میکرو اکوسیستم برای جلبک ها عمل کنند و می توانند کربن دی اکسید را از جو و صدف هایی که اقیانوس ها را تمیز می کنند، بزدایند.

سیر تکاملی انرژی جایگزین

انتقال از سوخت های فسیلی به منابع انرژی تجدیدپذیر و پایدار به خوبی در حال انجام است. کشورهایی که دارای یک منبع فراوان هستند - گرمای زمین در ایسلند، امواج در فرانسه - تکنیک هایی را توسعه می دهند که در جاهای دیگر الگو قرار گرفته و به کار گرفته می شوند. تکامل روش‌های برداشت انرژی را می‌توان در تعهد جهانی برای کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی محدود و مضر برای محیط‌زیست، مشاهده کرد. پذیرش گسترده‌تر فناوری‌های جایگزین استحصال انرژی در چند دهه آینده رشد خواهد کرد و راه را برای آینده انرژی های پایدار هموار می‌کند.