باد، خورشید، سوخت: کدام یک برای آیندهی زمین بهتر است؟
انرژی چیست و چرا به منابع مختلف نیاز داریم؟
انرژی توانایی انجام کار است. برای روشن کردن لامپ، حرکت ماشینها یا گرم کردن خانههایمان به انرژی نیاز داریم. این انرژی میتواند از منابع مختلفی به دست آید. برخی از این منابع، مانند نفت و زغالسنگ، میلیونها سال پیش تشکیل شدهاند و تمام شدنی هستند. به این منابع، سوختهای فسیلی میگوییم. برخی دیگر، مانند باد و خورشید، همیشه در دسترس هستند و تمام نمیشوند که به آنها انرژیهای تجدیدپذیر میگویند.
مثلاً، وقتی توپی را از روی زمین برمیدارید و آن را پرتاب میکنید، شما از انرژی بدن خود استفاده کردهاید. یک توربین بادی هم از انرژی حرکت باد استفاده میکند تا ژنراتور را بچرخاند و برق تولید کند. انتخاب منبع انرژی مناسب بسیار مهم است زیرا بر محیط زیست، اقتصاد و سلامت ما تاثیر مستقیم میگذارد.
انرژی بادی چگونه کار میکند؟
انرژی بادی ساده و هوشمندانه است. توربینهای بادی، که شبیه به پنکههای غولپیکر هستند، در مکانهای پرباد نصب میشوند. وقتی باد میوزد، پرههای توربین را میچرخاند. این چرخش یک میلهی مرکزی را به حرکت درمیآورد که به یک ژنراتور متصل است. ژنراتور با استفاده از اصول القای الکترومغناطیس، انرژی مکانیکی (چرخش) را به انرژی الکتریکی (برق) تبدیل میکند.
مقدار برقی که یک توربین تولید میکند به سرعت باد و اندازهی پرههای آن بستگی دارد. توان تولیدی یک توربین را میتوان با یک فرمول سادهشده برآورد کرد:
$ P = \frac{1}{2} \times \rho \times A \times v^3 $
که در آن:
P توان خروجی،
$\rho$ (رو) چگالی هوا،
A مساحتی که پرهها طی میکنند، و
v سرعت باد است.
همانطور که میبینید، سرعت باد (v) به توان 3 میرسد! این یعنی اگر سرعت باد دو برابر شود، مقدار برق تولیدی $2^3 = 8$ برابر میشود. به همین دلیل است که توربینها در ارتفاعات و دشتهای باز که باد بیشتری دارد نصب میشوند.
مقایسهی انرژی بادی با سوختهای فسیلی (نفت، گاز، زغالسنگ)
سوختهای فسیلی برای دههها منبع اصلی انرژی جهان بودهاند. اما مقایسهی آنها با انرژی بادی نتایج جالبی نشان میدهد.
| معیار | انرژی بادی | سوختهای فسیلی |
|---|---|---|
| قیمت تمامشده | هزینهی سوخت رایگان است. هزینهی اصلی مربوط به ساخت و نگهداری توربین است. | هزینهی استخراج، حملونقل و خرید سوخت بسیار بالا است و همیشه در نوسان است. |
| آلودگی | آلودگی صفر در حین تولید برق | آلودهکننده؛ منتشرکنندهی گازهای CO2 و ذرات معلق |
| تجدیدپذیری | تجدیدپذیر؛ منبع آن (باد) تمامنشدنی است. | تمامشدنی؛ ذخایر آن محدود و در حال اتمام است. |
| قابلیت اطمینان | به وزش باد وابسته است. ممکن است همیشه برق تولید نکند. | قابلیت اطمینان بسیار بالا. میتوان به صورت 24 ساعته برق تولید کرد. |
همانطور که در جدول بالا میبینید، بزرگترین برتری انرژی بادی، پاکیزگی و تجدیدپذیر بودن آن است. اما نقطه ضعف اصلی آن وابستگی به شرایط آبوهوایی است. یک روز بدون باد به معنای تولید کمتر برق است. از طرفی، نیروگاههای فسیلی همیشه میتوانند برق تولید کنند اما سیارهی ما را آلوده میکنند.
مقایسهی انرژی بادی با انرژی هستهای
انرژی هستهای از شکافت اتمهای اورانیوم انرژی بسیار زیادی تولید میکند. این انرژی برای گرم کردن آب و چرخاندن توربینهای بخار استفاده میشود.
- اشعهها و پسماند: نیروگاههای هستهای هیچ گاز گلخانهای تولید نمیکنند که یک مزیت بزرگ است. اما پسماندهای هستهای بسیار خطرناک هستند و برای هزاران سال باید در مکانهای بسیار امن نگهداری شوند. انرژی بادی چنین پسماند خطرناکی تولید نمیکند.
- هزینه و زمان ساخت: ساخت یک نیروگاه هستهای بسیار پیچیده، پرهزینه و زمانبر است (حدود 10-5 سال). ساخت یک مزرعهی بادی سریعتر و اغلب ارزانتر تمام میشود.
- تراکم انرژی: انرژی هستهای از نظر تراکم انرژی بینظیر است. یک قطعه سوخت هستهای کوچک میتواند به اندازهی هزاران تن زغالسنگ انرژی تولید کند. برای تولید همان مقدار انرژی با باد، به فضای بسیار زیادی برای نصب دهها توربین نیاز داریم.
در نتیجه، انرژی هستهای میتواند منبع قدرتمند و پایداری برای تولید پایهی برق باشد، اما نگرانیهای ایمنی و مدیریت پسماند، چالشهای بزرگی برای آن ایجاد کرده است.
مقایسهی انرژی بادی با دیگر منابع تجدیدپذیر (خورشیدی، آبی)
انرژی بادی تنها منبع تجدیدپذیر نیست. دو رقیب اصلی آن، انرژی خورشیدی و انرژی برقآبی هستند.
| منبع | مزایا | معایب/محدودیتها |
|---|---|---|
| انرژی بادی | هزینهی عملیاتی پایین، فناوری بالغ، تولید برق در شب | وابسته به وزش باد، سر و صدا، تاثیر بر پرندگان |
| انرژی خورشیدی | منبع رایگان و نامحدود، نصب روی پشت بام، بیصدا | تولید فقط در روز، وابسته به آبوهوا، نیاز به فضای زیاد برای مزرعههای بزرگ |
| انرژی برقآبی | قابلیت اطمینان بسیار بالا، ذخیرهسازی آب برای آبیاری، کنترل سیل | تخریب گستردهی محیط زیست، جابجایی جوامع محلی، وابسته به بارش باران |
هر کدام از این منابع برای موقعیتهای جغرافیایی خاصی مناسبتر هستند. بهترین راهحل، استفاده از یک سبد انرژی است. یعنی از ترکیب این منابع استفاده کنیم. وقتی خورشید نمیتابد، شاید باد میوزد. وقتی باد نمیوزد، شاید سدها میتوانند برق مورد نیاز را تامین کنند. این ترکیب باعث میشود همیشه برق پاک داشته باشیم.
کاربردهای عملی انرژی بادی: از مزرعههای بزرگ تا پشت بام خانهها
انرژی بادی فقط به مزرعههای عظیم با صدها توربین محدود نمیشود. کاربردهای کوچکمقیاس و عملیتری نیز دارد که میتوانند برای جوامع مختلف مفید باشند.
- مزارع بادی فراساحلی و خشکی: رایجترین کاربرد، ساخت مزارع بادی بزرگ است که برق تولیدی را مستقیماً به شبکهی سراسری تزریق میکنند. توربینهای فراساحلی که در دریا نصب میشوند، به دلیل وزش بادهای قویتر و یکنواختتر، بازدهی بالاتری دارند.
- توربینهای بادی کوچک: این توربینها برای تامین برق خانههای منزوی، کلبهها، پایگاههای ارتباطی یا پمپاژ آب در مناطق دورافتاده استفاده میشوند. یک توربین کوچک میتواند برق مورد نیاز برای روشنایی و چند وسیلهی ضروری را تامین کند.
- پمپاژ آب: برای دههها، از آسیابهای بادی برای پمپاژ آب از چاههای عمیق استفاده میشده است. این فناوری ساده و کمهزینه هنوز هم در بسیاری از مناطق کشاورزی دنیا مورد استفاده قرار میگیرد.
مثلاً در بسیاری از روستاهای ایران که به شبکهی برق سراسری دسترسی ندارند یا دسترسی آنها ناپایدار است، نصب یک توربین بادی کوچک میتواند زندگی را متحول کند و برق مورد نیاز برای مطالعه، کار و ارتباطات را فراهم آورد.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاورقی
1ژنراتور (Generator): وسیلهای که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل میکند.
2تجدیدپذیر (Renewable): به منابع انرژی گفته میشود که توسط طبیعت در بازههای زمانی کوتاه دوباره replenish (جایگزین) میشوند و تمامنشدنی هستند، مانند باد و نور خورشید.
3سوخت فسیلی (Fossil Fuel): منابع انرژی که از بقایای جانوران و گیاهان باستانی تشکیل شدهاند، مانند نفت، گاز طبیعی و زغالسنگ.
4CO2: دیاکسید کربن، یک گاز گلخانهای اصلی که از سوختن سوختهای فسیلی آزاد میشود و باعث گرمایش زمین میشود.
5شبکهی برق (Power Grid): شبکهی به هم پیوستهای که برای انتقال برق از تولیدکننده به مصرفکننده استفاده میشود.
