خلاصه کتاب انرژی های تجدیدپذیر ( نویسنده صابر فرخی سورکی، محمد نیمافر، رضا آزادی )

کتاب «انرژی های تجدیدپذیر» اثر صابر فرخی سورکی، محمد نیمافر و رضا آزادی، راهنمایی جامع و مستند برای شناخت عمیق تر انواع انرژی های پاک، مزایا، چالش ها و کاربردهای آن ها در جهان و ایران است. این کتاب به دلیل رویکرد علمی و عملیاتی، برای دانشجویان، پژوهشگران و تمام علاقه مندان به حوزه انرژی های پایدار، منبعی ارزشمند محسوب می شود.

در دنیای امروز، نیاز فزاینده به انرژی در کنار نگرانی های فزاینده درباره تغییرات اقلیمی و اتمام منابع سوخت های فسیلی، اهمیت بی سابقه ای به انرژی های تجدیدپذیر بخشیده است. منابع انرژی سنتی نه تنها آلاینده های زیست محیطی فراوانی تولید می کنند، بلکه محدودیت های ژئوپلیتیکی و نوسانات قیمتی نیز دارند که پایداری تأمین انرژی در بلندمدت را با چالش مواجه می سازد. از همین رو، گذار به سیستم های انرژی پاک و پایدار، نه یک انتخاب، بلکه یک ضرورت جهانی است. کتاب حاضر با نگاهی جامع به این ضرورت، به بررسی دقیق و فنی انواع انرژی های تجدیدپذیر می پردازد. این کتاب با هدف ترکیب اطلاعات عمومی و جنبه های علمی، به گونه ای تألیف شده است که هم برای مخاطبان عام و هم برای دانشجویان، پژوهشگران و اساتید رشته های مهندسی (برق، مکانیک، شیمی، محیط زیست، انرژی)، فیزیک و سایر حوزه های مرتبط، قابل استفاده و سودمند باشد. با مطالعه این خلاصه، خوانندگان می توانند در زمانی کوتاه به درکی عمیق از محتوای کلیدی کتاب دست یابند و برای مطالعات بیشتر در این زمینه آماده شوند.

مروری بر ساختار کتاب: سفری در دنیای انرژی های پاک

کتاب «انرژی های تجدیدپذیر» در شش فصل اصلی، به شیوه ای منظم و گام به گام، مهم ترین منابع انرژی پاک را مورد کاوش قرار می دهد. هر فصل به طور مجزا به معرفی یک نوع انرژی تجدیدپذیر اختصاص یافته و ابعاد مختلف آن از جمله تاریخچه، اصول کار، فناوری های مرتبط، کاربردها، مزایا و معایب، و آمارهای جهانی را تشریح می کند. این ساختار منظم، به خواننده امکان می دهد تا با پیگیری مباحث، تصویر کاملی از چشم انداز انرژی های تجدیدپذیر به دست آورد.

• فصل اول: انرژی بادی
• فصل دوم: انرژی زمین گرمایی
• فصل سوم: پیل سوختی
• فصل چهارم: زیست توده
• فصل پنجم: انرژی خورشیدی
• فصل ششم: انرژی آبی

خلاصه فصل اول: انرژی بادی – قدرت باد در خدمت توسعه پایدار

انرژی بادی یکی از قدیمی ترین و در عین حال مدرن ترین اشکال بهره برداری از نیروهای طبیعت است. این فصل با تعریف باد و انواع آن آغاز می شود، سپس به بررسی تاریخچه استفاده از این انرژی، از آسیاب های بادی سنتی تا توربین های بادی پیشرفته امروزی می پردازد. چگونگی تبدیل انرژی جنبشی باد به انرژی الکتریکی و اصول فیزیکی حاکم بر عملکرد توربین های بادی، به تفصیل توضیح داده می شود.

از تعریف تا تاریخچه و اصول کار توربین های بادی

باد به حرکت توده های هوا گفته می شود که ناشی از اختلاف فشار جوی است. از قرن ها پیش، بشر از نیروی باد برای اهداف مختلفی چون حرکت کشتی ها، پمپاژ آب و آسیاب غلات استفاده می کرده است. با پیشرفت تکنولوژی، توربین های بادی مدرن جایگزین آسیاب های سنتی شده اند که قادرند انرژی باد را با راندمان بالا به برق تبدیل کنند. این توربین ها عمدتاً از پره هایی تشکیل شده اند که با وزش باد به چرخش درآمده و ژنراتوری را فعال می کنند تا برق تولید شود. ساختار و اجزای مختلف توربین ها، از جمله محور افقی و عمودی، به دقت مورد بررسی قرار می گیرند.

پتانسیل جهانی و ملی انرژی باد

پتانسیل انرژی بادی در مناطق مختلف جهان متفاوت است و به عواملی نظیر سرعت و توزیع باد بستگی دارد. این فصل به توزیع جهانی باد و اهمیت تهیه اطلس های بادی برای شناسایی مناطق با پتانسیل بالا می پردازد. اطلس باد میان مقیاس کشور نیز به عنوان یک ابزار مهم برای برنامه ریزی توسعه نیروگاه های بادی در ایران معرفی می شود. میزان قدرت باد و چگونگی اندازه گیری آن با استفاده از بادسنج ها و انواع آن ها از دیگر مباحث این بخش است.

فناوری و اجزای توربین های بادی

توربین های بادی در دو نوع اصلی، محور افقی (HAWT) و محور عمودی (VAWT)، طراحی و ساخته می شوند که هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند. اجزای اصلی یک توربین بادی محور افقی شامل پره ها، ناسل (محفظه بالای برج که شامل گیربکس و ژنراتور است)، برج، و سیستم کنترل، به صورت فنی تشریح می شوند. همچنین، نحوه آرایش توربین ها در مزارع بادی برای بهینه سازی تولید و کاهش اثرات متقابل بر یکدیگر، با ذکر قواعد تجربی فاصله بین توربین ها، توضیح داده می شود.

کاربردها، ملاحظات زیست محیطی و روندهای آماری

کاربردهای انرژی بادی به دو دسته نیروگاهی (تولید برق برای شبکه سراسری) و غیرنیروگاهی (مانند پمپ های آب و شارژ باتری) تقسیم می شوند. علاوه بر مزایای فراوان انرژی بادی در زمینه کاهش آلودگی، اثرات زیست محیطی احتمالی نظیر آلودگی صوتی و تأثیر بر پرندگان نیز بررسی می گردد. فصل اول با ارائه آمارهای مربوط به بزرگترین تولیدکنندگان توربین بادی، ده کشور برتر در ظرفیت نصب شده، و ظرفیت های تجمعی نصب شده در قاره های مختلف، تصویری کلی از وضعیت و روندهای جهانی این صنعت ارائه می دهد. همچنین، نیروگاه های بادی احداث شده و در حال بهره برداری در ایران و آینده این صنعت در کشور نیز مورد بحث قرار می گیرد.

برای تولید برق به مقدار زیاد که بتواند شبکه سراسری برق را تغذیه نماید نیاز به ایجاد مزرعه یا پارک توربین های بادیست که از مجموعه ای از توربین های بادی تشیکل شده و اصطلاحاً نیروگاه بادی گفته می شود. با بهره برداری از تعداد بیشتری از توربین های بادی جریان برق تولیدی روی هم رفته ظرفیت های بالایی در حد چند صد مگاوات ایجاد می شود.

خلاصه فصل دوم: انرژی زمین گرمایی – بهره برداری از گرمای اعماق زمین

فصل دوم کتاب به معرفی انرژی زمین گرمایی، منشأ آن و چگونگی انتقال گرما از هسته زمین به سطح می پردازد. این انرژی که از گرمای درونی سیاره ما نشأت می گیرد، پتانسیل عظیمی برای تولید برق و تأمین گرمایش دارد. تاریخچه استفاده از این منبع پاک، از کاربردهای سنتی تا نیروگاه های مدرن، در این فصل شرح داده می شود.

منشأ و مفهوم انرژی زمین گرمایی

انرژی زمین گرمایی، گرمایی است که در زیر سطح زمین ذخیره شده و به طور مداوم از طریق واپاشی رادیواکتیو عناصر در هسته زمین تولید می شود. این گرما از طریق فرایندهای همرفتی و رسانشی به سمت پوسته زمین منتقل می شود. مناطق با فعالیت های آتشفشانی یا گسلی، پتانسیل بالایی برای دسترسی به این منابع گرمایی دارند. در این بخش، مفاهیم اساسی پشت این انرژی و چگونگی مکانیزم انتقال حرارت در لایه های زمین توضیح داده می شود.

منابع و تاریخچه کاربرد انرژی زمین گرمایی

استفاده از گرمای زمین به دوران باستان بازمی گردد، جایی که مردم از چشمه های آب گرم طبیعی برای حمام کردن، گرمایش و آشپزی بهره می بردند. با گذشت زمان و پیشرفت فناوری، امکان استفاده از این گرما در مقیاس صنعتی برای تولید برق فراهم شد. این فصل به بررسی انواع منابع زمین گرمایی (مانند مخازن بخار خشک، بخار مرطوب، آب داغ و سنگ داغ خشک) و نحوه شناسایی مناطق مناسب برای بهره برداری از این منابع می پردازد. پتانسیل منابع و نقشه زمین گرمایی در ایران نیز به عنوان یک مطالعه موردی مورد بررسی قرار می گیرد.

کاربردهای مستقیم و نیروگاهی

کاربردهای انرژی زمین گرمایی را می توان به دو دسته اصلی تقسیم کرد: کاربردهای مستقیم و غیرمستقیم (نیروگاهی). کاربردهای مستقیم شامل استفاده از آب گرم زمین گرمایی برای گرمایش ساختمان ها، آبگرمکن های خانگی، گلخانه ها، کشاورزی (مانند خشک کردن محصولات)، و استفاده در صنعت (مانند شیلات و فرایندهای صنعتی) است. کاربردهای نیروگاهی نیز به تولید برق از طریق نیروگاه های زمین گرمایی می پردازد که شامل انواع نیروگاه های بخار خشک، فلش و سیکل دوتایی می شود. عملکرد هر یک از این نیروگاه ها به صورت فنی و مرحله به مرحله تشریح می گردد.

پمپ های حرارتی زمین گرمایی و مزایای آن ها

پمپ های حرارتی زمین گرمایی یکی از مهم ترین فناوری های بهره برداری از گرمای زمین در مقیاس کوچک و متوسط هستند. این سیستم ها با استفاده از دمای نسبتاً ثابت زمین در عمق، حرارت را در زمستان از زمین به ساختمان منتقل کرده و در تابستان حرارت ساختمان را به زمین بازمی گردانند. انواع پمپ های حرارتی بر اساس سیکل حرارتی و منبع حرارتی (آب به هوا، آب به آب) تقسیم بندی شده و مزایای زیست محیطی و اقتصادی آن ها، از جمله کاهش مصرف انرژی و انتشار گازهای گلخانه ای، به دقت بررسی می شود. مراحل انجام پروژه های پمپ زمین گرمایی نیز به صورت عملیاتی توضیح داده می شود.

مزایا، معایب و آمارهای جهانی زمین گرمایی

انرژی زمین گرمایی مزایای فراوانی دارد، از جمله پایداری و در دسترس بودن ۲۴ ساعته (برخلاف انرژی خورشیدی و بادی که متناوب هستند)، ردپای کربن پایین و نیاز به فضای کمتر نسبت به سایر نیروگاه ها. با این حال، معایبی نیز دارد که شامل هزینه های اولیه بالای حفاری، احتمال انتشار گازهای گلخانه ای جزئی (در صورت عدم مدیریت صحیح)، و محدودیت جغرافیایی در مناطق دارای پتانسیل می شود. این بخش با ارائه آمارهای جهانی در مورد ده کشور برتر در ظرفیت نصب شده انرژی زمین گرمایی و توسعه ظرفیت از سال ۲۰۰۷ تا ۲۰۱۸، تصویر کاملی از وضعیت این صنعت در جهان ارائه می دهد.

خلاصه فصل سوم: پیل سوختی – فناوری پاک برای آینده انرژی

فصل سوم کتاب به پیل های سوختی اختصاص دارد؛ فناوری پیشرفته ای که قادر است انرژی شیمیایی سوخت را مستقیماً و با راندمان بالا به انرژی الکتریکی تبدیل کند، بدون اینکه احتراقی صورت گیرد. این فصل با معرفی مفهوم پیل سوختی و تاریخچه پربار آن آغاز می شود، سپس به تشریح دقیق اجزا و عملکرد انواع مختلف پیل های سوختی می پردازد.

معرفی، تاریخچه و اصول عملکرد پیل های سوختی

پیل سوختی وسیله ای الکتروشیمیایی است که سوخت (معمولاً هیدروژن) و یک اکسیدکننده (معمولاً اکسیژن) را به برق، گرما و آب تبدیل می کند. برخلاف باتری ها که ذخیره کننده انرژی هستند، پیل های سوختی تا زمانی که سوخت و اکسیدکننده تأمین شوند، به تولید برق ادامه می دهند. این فناوری برای اولین بار در قرن نوزدهم توسط ویلیام گروو کشف شد و پس از آن در برنامه های فضایی ناسا به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفت. اصول کار پیل های سوختی بر پایه واکنش های اکسیداسیون-کاهش (ردوکس) است که در آن یون ها از طریق یک الکترولیت عبور کرده و الکترون ها در مدار خارجی جریان می یابند و برق تولید می کنند.

مزایا و چالش های پیل های سوختی

پیل های سوختی مزایای قابل توجهی دارند که آن ها را به گزینه ای جذاب برای آینده انرژی تبدیل می کند. از جمله مهم ترین مزایا می توان به بهره وری بالای انرژی، عدم آلودگی هوا (زیرا تنها محصول جانبی آب است)، و قابلیت تولید برق در مقیاس های مختلف (از چند وات برای دستگاه های کوچک تا مگاوات برای نیروگاه ها) اشاره کرد. با این حال، چالش هایی نیز وجود دارد، از جمله هزینه بالای اولیه تولید، نیاز به زیرساخت های گسترده برای تولید و توزیع هیدروژن، و مسائل مربوط به ذخیره سازی هیدروژن که نیاز به راه حل های ایمن و کارآمد دارند.

انواع پیل های سوختی و کاربردهایشان

کتاب به معرفی جامع انواع اصلی پیل های سوختی می پردازد که هر یک دارای ویژگی های خاص و کاربردهای متفاوتی هستند:

• پیل سوختی اسید فسفریک (PAFC): در نیروگاه ها و واحدهای تولید همزمان برق و حرارت استفاده می شود.
• پیل سوختی قلیایی (AFC): در گذشته در برنامه های فضایی کاربرد داشت، اما به دلیل حساسیت به CO2 محدودیت دارد.
• پیل سوختی کربنات مذاب (MCFC): برای نیروگاه های بزرگ و صنعتی مناسب است.
• پیل سوختی اکسید جامد (SOFC): در دماهای بالا کار می کند و برای کاربردهای نیروگاهی و تولید همزمان برق و حرارت بسیار کارآمد است.
• پیل سوختی متانولی (DMFC): به طور مستقیم از متانول به عنوان سوخت استفاده می کند و برای دستگاه های الکترونیکی قابل حمل مناسب است.
• پیل سوختی پلیمری (PEMFC): کارآمدترین و رایج ترین نوع برای خودروها، اتوبوس ها و کاربردهای خانگی به دلیل عملکرد در دمای پایین و راه اندازی سریع.

هیدروژن: سوخت اصلی پیل های سوختی

هیدروژن، به عنوان سوخت اصلی بسیاری از پیل های سوختی، اهمیت ویژه ای دارد. این بخش به روش های مختلف تولید هیدروژن (مانند الکترولیز آب، اصلاح بخار متان)، فناوری های ذخیره سازی هیدروژن (به صورت گاز فشرده، مایع، یا در مواد شیمیایی)، و چالش ها و فرصت های مربوط به توزیع و انتقال آن می پردازد. مزایا و معایب استفاده از انرژی هیدروژن، از جمله پاک بودن و فراوانی، در مقابل چالش های مربوط به تولید و ذخیره سازی، به دقت بررسی می شود.

کاربردها و چشم انداز پیل های سوختی در حمل و نقل و صنعت

کاربردهای پیل های سوختی بسیار گسترده است، به ویژه در صنعت حمل و نقل. خودروهای سبز، مانند تویوتا میرای، نمونه های بارز استفاده از پیل سوختی در وسایل نقلیه هستند که تنها بخار آب را به عنوان محصول جانبی منتشر می کنند. این فصل به نحوه سوخت گیری این خودروها، نگاهی به درون سیستم پیل سوختی آن ها، و سهم کشورها از خودروهای هیدروژنی و ایستگاه های سوخت رسانی هیدروژنی در جهان می پردازد. چشم انداز آینده پیل های سوختی در تأمین انرژی پایدار برای صنایع، ساختمان ها و حتی دستگاه های الکترونیکی قابل حمل نیز مورد بحث و بررسی قرار می گیرد.

خلاصه فصل چهارم: زیست توده – انرژی پایدار از منابع زیستی و ضایعات

فصل چهارم کتاب انرژی های تجدیدپذیر به انرژی زیست توده می پردازد که شامل هرگونه ماده آلی با منشأ گیاهی یا حیوانی است که می تواند برای تولید انرژی مورد استفاده قرار گیرد. این فصل با تعریف دقیق زیست توده، چرخه طبیعی آن و تاریخچه بهره برداری از این منبع آغاز می شود، سپس به دسته بندی منابع، تکنولوژی های تبدیل و کاربردهای نوین آن می پردازد.

تعریف، چرخه و منابع زیست توده

زیست توده به مواد آلی گفته می شود که از فرآیند فتوسنتز به دست می آیند و می توانند انرژی ذخیره شده خورشید را در خود نگه دارند. این مواد شامل ضایعات کشاورزی، پسماندهای جنگلی، زباله های شهری، فاضلاب، و محصولات کشاورزی خاص برای تولید انرژی (مانند ذرت یا نیشکر) می شوند. چرخه زیست توده در طبیعت یک چرخه کربن خنثی را نشان می دهد، به این معنی که دی اکسید کربن آزاد شده در هنگام سوزاندن زیست توده تقریباً برابر با دی اکسید کربنی است که در طول رشد گیاه جذب شده است. این فصل به بررسی دقیق این منابع اصلی و معیارهای ارزیابی و انتخاب آن ها می پردازد.

فناوری های تبدیل زیست توده

برای تبدیل زیست توده به انرژی، از روش های مختلفی استفاده می شود که به دو دسته اصلی ترموشیمیایی و بیوشیمیایی تقسیم می شوند:

روش های ترموشیمیایی

این روش ها شامل فرآیندهایی هستند که در دماهای بالا و با استفاده از گرما، زیست توده را به اشکال قابل استفاده انرژی تبدیل می کنند:

• احتراق مستقیم: ساده ترین روش که در آن زیست توده مستقیماً سوزانده شده و حرارت تولید می کند که می تواند برای گرمایش یا تولید برق استفاده شود.
• پیرولیز (آتشکافت): فرآیند حرارتی در غیاب اکسیژن که زیست توده را به مایعات زیستی (بیو-اویل)، گازهای غیرقابل کندانس و ذغال زیستی تبدیل می کند.
• گازی کردن: تبدیل زیست توده به یک گاز سوختی (سین گاز) شامل هیدروژن، مونوکسید کربن و متان با استفاده از عامل گازی کننده (مانند هوا، بخار یا اکسیژن) در دمای بالا.
• کربنیزه کردن: فرآیند آهسته حرارتی که زیست توده را به ذغال کربنی (بیوچار) تبدیل می کند که دارای ارزش حرارتی بالاتری است.
• مایع سازی کاتالیستی: تبدیل زیست توده به مایعات سوختی با استفاده از کاتالیزورها.

روش های بیوشیمیایی (بیوگاز)

این روش ها شامل فرآیندهای بیولوژیکی هستند که توسط میکروارگانیسم ها انجام می شوند و عمدتاً در دمای پایین تر صورت می گیرد:

• بیوگاز: تولید گاز متان (سوخت) از طریق هضم بی هوازی مواد آلی توسط باکتری ها. این فصل به فرآیند تولید بیوگاز، عوامل مؤثر بر میزان تولید (مانند دما، pH، نوع ماده اولیه)، تصفیه بیوگاز و کاربردهای آن (مانند تولید برق، گرمایش و سوخت وسایل نقلیه) می پردازد.

راهکارهای نوین و کاربردی زیست توده

کتاب به بررسی راهکارهای پیشرفته تر و کاربردی تر در حوزه زیست توده می پردازد:

• زباله سوزی و لندفیل: استفاده از زباله های شهری برای تولید انرژی از طریق سوزاندن کنترل شده یا جمع آوری گاز متان حاصل از دفن زباله ها در لندفیل های مهندسی شده.
• بیوفیول ها (سوخت زیستی): تولید سوخت های مایع و گازی از منابع زیست توده. شامل معرفی نسل های اول (مانند اتانول از ذرت)، دوم (از ضایعات کشاورزی) و سوم (از جلبک ها) بیوفیول ها، و مزایا و معایب هر نسل. تولید سوخت زیستی از جلبک های دریایی به عنوان یک راهکار بسیار امیدبخش با پتانسیل بالا مورد توجه قرار می گیرد.
• استفاده از زباله های پلاستیکی در ساخت جاده ها: راهکاری خلاقانه برای بازیافت پلاستیک و بهبود خواص آسفالت جاده ها. این فصل به روش های خشک و تر برای ادغام پلاستیک در آسفالت، مراحل اجرا و مزایا و معایب این روش می پردازد.
• تولید کود کمپوست از بازیافت زباله: تبدیل ضایعات آلی به کود آلی غنی برای بهبود کیفیت خاک.

آمارهای جهانی و ظرفیت های انرژی زیست توده

فصل چهارم با ارائه آمارهایی از کشورهای برتر در ظرفیت نصب شده انرژی زیست توده و سهم قاره های مختلف در این زمینه، تصویری از وضعیت جهانی این انرژی پاک ارائه می دهد. همچنین، به معرفی نیروگاه های بزرگ زیست توده در جهان و وضعیت نیروگاه های زیست توده در ایران می پردازد تا پتانسیل ها و دستاوردهای موجود در این حوزه را نشان دهد.

خلاصه فصل پنجم: انرژی خورشیدی – منبع بی پایان نور و گرما

فصل پنجم کتاب به انرژی خورشیدی، فراوان ترین منبع انرژی تجدیدپذیر روی زمین می پردازد. این فصل اهمیت بی نهایت نور و گرمای خورشید را برای تأمین انرژی پایدار تشریح می کند و با نگاهی به پتانسیل بالای انرژی خورشیدی در ایران و سیر تحول بهره برداری از آن، به معرفی کاربردهای متنوع این انرژی می پردازد.

پتانسیل و تاریخچه بهره برداری از انرژی خورشیدی

انرژی خورشیدی به معنای بهره برداری از تابش الکترومغناطیسی خورشید برای تولید گرما یا برق است. با توجه به موقعیت جغرافیایی ایران که در کمربند خورشیدی جهان قرار دارد، پتانسیل بسیار بالایی برای استفاده از این انرژی در کشور وجود دارد. تاریخچه استفاده از انرژی خورشید به دوران باستان بازمی گردد که انسان ها از نور خورشید برای گرمایش خانه ها یا خشک کردن محصولات استفاده می کردند. با گذشت زمان و پیشرفت علم، سلول های خورشیدی و سیستم های حرارتی پیچیده تر توسعه یافتند که امکان بهره برداری مؤثرتر از این منبع را فراهم آوردند.

کاربردهای حرارتی انرژی خورشیدی

کاربردهای حرارتی انرژی خورشیدی به دو دسته نیروگاهی (تولید برق در مقیاس وسیع) و غیرنیروگاهی (تأمین گرما برای مصارف مختلف) تقسیم می شوند.

کاربردهای نیروگاهی

نیروگاه های خورشیدی حرارتی، تابش خورشید را متمرکز کرده و از آن برای تولید بخار و به حرکت درآوردن توربین های بخار استفاده می کنند. انواع اصلی این نیروگاه ها عبارتند از:

• نیروگاه های سهموی خطی (Parabolic Trough): با استفاده از آینه های سهموی شکل، نور خورشید را بر روی لوله های حاوی سیال عامل متمرکز می کنند.
• نیروگاه های دریافت کننده مرکزی (Central Receiver/Power Tower): هزاران آینه (هلیواستات) نور خورشید را به یک برج مرکزی منعکس کرده و در آنجا گرما تولید می شود.
• نیروگاه های بشقابک سهموی (Dish Stirling): از یک بشقابک سهموی برای متمرکز کردن نور بر روی موتور استرلینگ استفاده می کنند.
• نیروگاه های دودکش خورشیدی: از اختلاف دمای هوای گرم شده در یک دودکش بلند برای به حرکت درآوردن توربین استفاده می کنند.

کاربردهای غیرنیروگاهی

این کاربردها بیشتر برای مصارف خانگی، صنعتی و کشاورزی در مقیاس کوچکتر استفاده می شوند:

• آبگرمکن خورشیدی: با جذب تابش خورشید، آب را گرم می کند و برای مصارف بهداشتی یا گرمایشی مورد استفاده قرار می گیرد.
• سرمایش و گرمایش خورشیدی ساختمان: از انرژی خورشید برای تأمین نیازهای گرمایشی و سرمایشی ساختمان ها استفاده می شود.
• آب شیرین کن خورشیدی: با استفاده از گرمای خورشید، آب شور را تبخیر و سپس متراکم کرده تا آب شیرین تولید شود.
• خشک کن خورشیدی: برای خشک کردن محصولات کشاورزی و غذایی با استفاده از هوای گرم شده توسط خورشید به کار می رود.
• اجاق خورشیدی و کوره خورشیدی: ابزارهایی برای پخت و پز یا انجام فرآیندهای صنعتی با استفاده از انرژی متمرکز خورشید.

سیستم های فتوولتاییک (برق خورشیدی)

بخش عمده ای از این فصل به سیستم های فتوولتاییک (PV) اختصاص دارد که مستقیماً نور خورشید را به برق تبدیل می کنند. تاریخچه سلول های خورشیدی از کشف اثر فتوولتاییک آغاز شده و به پیشرفت های کنونی در ساخت پنل های خورشیدی با راندمان بالا می رسد. اجزای اصلی یک سیستم فتوولتاییک شامل پنل های خورشیدی (آرایه PV)، اینورتر (تبدیل برق DC به AC)، باتری (برای ذخیره سازی انرژی) و سیستم های دنبال کننده خورشید (برای افزایش کارایی) به صورت فنی تشریح می شوند. اصول طراحی و روند کلی نصب آرایه های خورشیدی نیز به تفصیل بیان می گردد.

روندهای جهانی و آمارهای تولید پنل خورشیدی

فصل پنجم با ارائه آمارهای مربوط به ده تولیدکننده برتر پنل خورشیدی، ظرفیت های تجمعی نصب شده سیستم های فتوولتاییک در جهان و مقایسه ظرفیت های نصب شده در کشورهای مختلف و قاره ها به پایان می رسد. این آمارها نشان دهنده رشد چشمگیر صنعت انرژی خورشیدی در سالیان اخیر و سهم فزاینده آن در ترکیب انرژی جهانی است. همچنین، به نیروگاه های خورشیدی احداث شده در ایران نیز اشاره می شود تا تصویر کاملی از وضعیت این انرژی در مقیاس ملی و جهانی ارائه شود.

خلاصه فصل ششم: انرژی آبی – از جزر و مد تا سدهای بزرگ

فصل ششم و پایانی کتاب «انرژی های تجدیدپذیر» به پتانسیل عظیم آب در تولید انرژی پاک می پردازد. این فصل نه تنها به بررسی نیروگاه های برق آبی سنتی می پردازد، بلکه به تکنولوژی های نوظهور و کمتر شناخته شده مانند انرژی جزر و مد، امواج دریا، حرارتی دریا و اختلاف غلظت نمک نیز می پردازد. این نگاه جامع، تصویر کاملی از گستره کاربردهای انرژی آبی ارائه می دهد.

معرفی جامع انرژی های آبی

انرژی آبی به طور کلی به هر نوع انرژی اطلاق می شود که از حرکت آب برای تولید برق یا انجام کار مکانیکی بهره می برد. آب، به دلیل چگالی بالا و فراوانی نسبی در بسیاری از مناطق جهان، منبعی قدرتمند و قابل اتکا برای تولید انرژی است. از آسیاب های آبی باستانی گرفته تا سدهای عظیم امروزی، انسان همواره به دنبال مهار قدرت آب بوده است. این بخش به معرفی کلی این پتانسیل و انواع مختلفی که آب می تواند به عنوان منبع انرژی مورد استفاده قرار گیرد، می پردازد.

انرژی جزر و مد دریا

انرژی جزر و مد، از حرکت تناوبی آب دریا ناشی از گرانش ماه و خورشید بهره می برد. این بخش به منشأ و تاریخچه استفاده از جزر و مد، تأثیرات ماه و خورشید بر دامنه جزر و مد (مانند جزر و مد حداکثر و حداقل)، و پارامترهای مؤثر بر آن می پردازد. سپس، به کاربردهای جزر و مد برای تولید برق، شرایط مکان های مناسب برای احداث نیروگاه های جزر و مدی (مانند خلیج های با دامنه جزر و مد بالا) و نحوه عملکرد این نیروگاه ها (سیستم های یک حوضچه ای، دو حوضچه ای و ترکیبی) پرداخته می شود. بررسی سواحل ایران برای پتانسیل جزر و مدی و مسائل زیست محیطی نیروگاه های جزر و مدی نیز از مباحث مهم این بخش است.

انرژی امواج آب دریا

امواج دریا، منبعی قدرتمند و پتانسیل دار برای تولید انرژی هستند. این بخش به معرفی روش های مختلف تولید برق از امواج دریا می پردازد. طرح های تولیدی را می توان به دو دسته ثابت (مانند ستون آب نوسان کننده، کانال متقارب و طرح پاندولی) و شناور (مانند حوض پمپ سوئدی، پمپ موج مک کیب، مجرای توان موج شناور و دوک سالتر) تقسیم کرد. هر یک از این سیستم ها، مکانیزم خاص خود را برای تبدیل انرژی جنبشی امواج به انرژی الکتریکی دارند.

انرژی حرارتی دریا (OTEC) و انرژی اختلاف غلظت نمک

این بخش به دو فناوری نوظهور و پیشرفته در زمینه انرژی آبی می پردازد:

1. انرژی حرارتی دریا (Ocean Thermal Energy Conversion – OTEC): این فناوری از اختلاف دمای بین آب های سطحی گرم و آب های عمیق سرد اقیانوس برای به حرکت درآوردن توربین و تولید برق استفاده می کند. مزایا و اثرات زیست محیطی احتمالی OTEC در این بخش مورد بررسی قرار می گیرد.
2. انرژی اختلاف غلظت نمک (Salinity Gradient Energy): این روش از اختلاف غلظت نمک بین آب شیرین و آب شور (مانند محل تلاقی رودخانه با دریا) برای تولید برق بهره می برد. این تکنولوژی هنوز در مراحل اولیه توسعه قرار دارد اما پتانسیل قابل توجهی برای آینده دارد.

برق آبی (Hydroelectricity): شریان اصلی انرژی های تجدیدپذیر

برق آبی یا هیدروالکتریسیته، شناخته شده ترین و پرکاربردترین شکل تولید انرژی از آب است. این بخش با تاریخچه توربین های آبی آغاز می شود، سپس به معرفی نیروگاه های آبی (سدهای بزرگ و کوچک) و چگونگی تولید برق در آن ها می پردازد. تقسیم بندی توربین های آبی به انواع ضربه ای (مانند پلتون) و عکس العملی (مانند فرانسیس و کاپلان) به صورت فنی تشریح می گردد. مزایای نیروگاه های آبی، از جمله قابلیت کنترل پذیری بالا، عمر طولانی و تولید برق پایدار، در کنار معایب احتمالی مانند تأثیر بر اکوسیستم های رودخانه ای و ریسک شکست سد (شامل علل شکست و آمارهای مربوطه)، به تفصیل بررسی می شود.

آمار و ظرفیت های جهانی برق آبی

این فصل با ارائه آمارهای مربوط به بیست کشور برتر در ظرفیت نصب شده انرژی برق آبی در جهان، ظرفیت های نصب شده در کشورهای مختلف و سهم قاره ها در این زمینه به پایان می رسد. به نیروگاه های بزرگ برق آبی در جهان و همچنین نیروگاه های بزرگ در حال ساخت اشاره می شود. در نهایت، سد گتوند به عنوان یک مطالعه موردی از نیروگاه های برق آبی در ایران، از نظر موقعیت جغرافیایی، لیتولوژی و هیدروژئولوژی مورد بحث و بررسی قرار می گیرد، تا خواننده با یک نمونه واقعی از چالش ها و فرصت ها در این زمینه آشنا شود.

نتیجه گیری: چشم انداز روشن انرژی های تجدیدپذیر

کتاب «انرژی های تجدیدپذیر» از صابر فرخی سورکی، محمد نیمافر و رضا آزادی، با ارائه یک تحلیل جامع و فنی از منابع مختلف انرژی پاک، نقش حیاتی آن ها را در تأمین نیازهای انرژی آینده و مقابله با چالش های زیست محیطی برجسته می سازد. از قدرت بادی که مزارع توربین را به حرکت درمی آورد تا گرمای پنهان زمین که از دل آتشفشان ها برمی خیزد، و از تابش بی کران خورشید که هر روز به ما می رسد تا نیروی بی وقفه آب در رودخانه ها و اقیانوس ها، همگی نشان از پتانسیل بی نظیر طبیعت برای تأمین انرژی پایدار دارند. اهمیت این منابع در کاهش وابستگی به سوخت های فسیلی، کاهش انتشار گازهای گلخانه ای و دستیابی به توسعه پایدار، غیرقابل انکار است.

این کتاب با نگاهی دقیق به جزئیات فنی، تاریخچه، کاربردها، مزایا و معایب هر یک از این انرژی ها، همچنین ارائه آمارهای جهانی و وضعیت آن ها در ایران، نه تنها دانش نظری عمیقی را به خواننده منتقل می کند، بلکه او را با واقعیت های عملی و چالش های پیش رو در این حوزه آشنا می سازد. پیام اصلی کتاب، لزوم سرمایه گذاری بیشتر در تحقیق و توسعه و ترویج استفاده از انرژی های تجدیدپذیر است. توسعه این فناوری ها، نه تنها به امنیت انرژی کمک می کند، بلکه فرصت های شغلی جدیدی ایجاد کرده و به بهبود کیفیت زندگی و حفظ محیط زیست برای نسل های آینده منجر می شود. در نهایت، این کتاب به عنوان یک مرجع ارزشمند، نقش مهمی در افزایش آگاهی و دانش در حوزه انرژی های پاک ایفا می کند و راه را برای آینده ای سبزتر و پایدارتر هموار می سازد.

درباره نویسندگان کتاب: پیشگامان عرصه انرژی های پاک

کتاب «انرژی های تجدیدپذیر» حاصل تلاش مشترک سه پژوهشگر و استاد برجسته در حوزه مهندسی انرژی است که هر یک سابقه و تخصص قابل توجهی در این زمینه دارند:

• صابر فرخی سورکی: ایشان از متخصصین و پژوهشگران فعال در زمینه انرژی های تجدیدپذیر هستند که با تحقیقات و مقالات متعدد خود، سهم بسزایی در پیشبرد دانش این حوزه ایفا کرده اند. تخصص ایشان در ابعاد فنی و اجرایی پروژه های انرژی پاک، به دقت و کاربردی بودن محتوای کتاب کمک شایانی کرده است.
• محمد نیمافر: با سابقه طولانی در زمینه آموزش و پژوهش در رشته های مرتبط با مهندسی انرژی، به ویژه جنبه های علمی و تئوری انرژی های تجدیدپذیر، آقای نیمافر نقش مهمی در عمق علمی و مستند بودن مطالب کتاب ایفا کرده اند.
• رضا آزادی: ایشان نیز از اساتید و متخصصان با تجربه در حوزه سیستم های انرژی هستند که با دیدگاه های کاربردی و فنی خود، به ارائه راهکارهای عملی و بررسی چالش های پیش رو در توسعه انرژی های تجدیدپذیر در ایران و جهان کمک کرده اند.

تلفیق دانش و تجربه این سه نویسنده، کتابی جامع و ارزشمند را پدید آورده که هم برای دانشجویان و پژوهشگران و هم برای متخصصان صنعت و علاقه مندان عمومی، قابل استفاده است و اعتبار و رویکرد علمی محتوا را تضمین می کند.

دعوت به مطالعه کامل: عمق دانش در انتظار شماست

خلاصه حاضر تلاشی بود برای ارائه یک نمای کلی از محتوای غنی و پربار کتاب «انرژی های تجدیدپذیر» نوشته صابر فرخی سورکی، محمد نیمافر و رضا آزادی. این مقاله سعی کرد تا مهم ترین نکات و سرفصل های کتاب را به زبانی شیوا و قابل فهم برای شما خواننده گرامی تشریح کند. اما باید توجه داشت که هیچ خلاصه ای نمی تواند جایگزین عمق و جزئیات دقیق ارائه شده در نسخه کامل کتاب باشد.

اگر به این موضوعات علاقه مند هستید و می خواهید دانش خود را در زمینه انرژی های بادی، زمین گرمایی، پیل سوختی، زیست توده، خورشیدی و آبی به سطحی عمیق تر برسانید، مطالعه نسخه کامل کتاب به شدت توصیه می شود. برای دسترسی به محتوای جامع تر و اطلاعات کامل تری که تنها در متن اصلی کتاب قابل یافتن است، می توانید نسخه کامل کتاب را از پلتفرم های قانونی خرید کتاب تهیه کنید. این کتاب مرجعی ارزشمند برای دانشجویان، پژوهشگران، متخصصان و هر کسی است که به آینده انرژی پاک و پایدار اهمیت می دهد.