پيشرفت صنعتي و در نتيجه بالا رفتن استاندارد زندگي بشر با توسعه منابع انرژي و استفاده از آن ها امكان‌پذير مي‌گردد. با افزايش مصرف انرژي، منابع انرژي نيز از لحاظ تنوع و ميزان توليد افزايش يافته است. از ميان انواع انرژيهاي مورد استفاده، انرژي الكتريكي به لحاظ اينكه باعث آلودگي محيط زيست نمي‌شود، در زمان نياز قابل توليد است، به آساني به صورت‌هاي ديگر انرژي قابل تبديل بوده و همچنين قابل انتقال و كنترل مي‌باشد بيش از انواع ديگر انرژي‌ها مورد توجه بشر قرار گرفته است. امروزه سيستم‌هاي انرژي الكتريكي نقش اساسي را در تبديل و انتقال انرژي در زندگي انسان بازي مي‌كنند.
در ديد كلي يك سيستم قدرت الكتريكي شامل سه قسمت اصلي است: نيروگاه‌هاي توليد قدرت، خطوط انتقال و سيستم‌هاي توزيع انرژي. به اين ترتيب قدرت‌هاي توليد شده در نيروگاه‌ها از طريق خطوط انتقال به محل‌هاي مصرف مي‌رسند.
نيروگاه‌هاي حرارتي كه با توربين‌هاي بخار كار مي‌كنند، در حال حاضر بيشتر قدرت الكتريكي مورد نياز را توليد مي‌نمايند. نيروگاه‌هاي آبي كمتر از 25 درصد كل قدرت نصب شده در دنيا را تشكيل مي‌دهند و ميزان اين درصد بتدريج رو به كاهش است. توربين‌هاي گازي نيز بعنوان توليدكننده‌هاي فرعي معمولاً در شرايط بار پيك مورد بهره‌برداري قرار مي‌گيرند.
در نيروگاه‌هاي حرارتي با ايجاد بخار و هدايت آن بر روي توربين، قدرت توليد مي‌شود. براي ايجاد بخار از سوخت‌هاي مختلفي مي‌توان استفاده نمود. سوخت‌هاي نفتي (نفت، گازوئيل، مازوت و …) و گاز طبيعي نيز در كشورهائي كه قيمت اين سوخت‌ها ارزان تمام مي‌شود، اهميت زيادي دارند، ليكن بخاطر منابع محدود نفت در جهان بهتر است در مصرف اين سوخت‌ها صرفه‌جوئي شود. با وجود اينكه نيروگاه‌هاي هسته‌اي اميدواري زيادي را براي توليد قدرت در سال‌هاي آيندة جهان ايجاد كرده‌اند، ليكن تأثير اين نيروگاه‌ها در آلودگي محيط زيست مسائل عمده‌اي از جمله مخالفت‌هاي عمومي مردم را بر عليه بهره‌برداري از آنها پديد آورده است.
دسترسی کشور های در حال توسعه به انواع منابع جدید انرژی، برای توسعه اقتصادی آنها اهمیت اساسی دارد وپژوهش های جدید نشان داده که بین سطح توسعه یک کشور و میزان مصرف انرژی آن، رابطه مستقیمی برقرار است. باتوجه به ذخایر محدود انرژی در جهان فعلی، دیگر نمی توان به منابع موجود انرژی متکی بود. در کشور ما نیز، باتوجه به نیاز روز افزون به منابع انرژی وکم شدن منابع انرژی فسیلی ضرورت سالم نگه داشتن محیط زیست، کاهش آلودگی هوا، محدودیتهای برق رسانی و تامین سوخت برای نقاط و روستاهای دور افتاده و… استفاده از انرژيهاي نو مانند: انرژي باد، انرژي خورشيد، هيدروژن و انرژي هاي داخل زمین می تـوانـد جایـگاه ویژه ای داشته باشد.
استفاده از مولدهاي كوچك براي توليد برق بعد از ايجاد نيروگاه‌هاي بزرگ رنگ باخت اما با پيشرفت تكنولوژي‌هاي توليد برق در مقياس كوچك و ايجاد تجديد ساختار در صنعت برق و مسائل زيست‌محيطي، باعث مطرح شدن مجدد اين مولدها در صنعت توليد برق شده است.
تعاريفي كه براي توليد پراكنده ارائه شده است، تا حدودي متفاوت است. IEEE، توليد برق توسط وسايلي كه به اندازه كافي از نيروگاه‌هاي مركزي كوچك‌تر باشند و قادر به نصب در محل مصرف هستند را به عنوان توليد پراكنده تعريف كرده است. IEA، واحدهاي توليدكننده توان در محل مصرف يا در داخل شبكه توزيع كه توان را به طور مستقيم به شبكه توزيع محلي تزريق مي‌كنند را DG معرفي مي‌كند، اما CIGRE، شرط غير قابل ديسپچ شدن را براي اين مولدها ذكر كرده است.
مزاياي استفاده از توليد پراكنده:
توليد برق اضطراري: مهم‌ترين كاربرد DG استفاده از آن براي توليد برق اضطراري براي مصرف‌كنندگان خاص مانند کارخانجات، بيمارستان‌ها، آزمايشگاه‌ها و حتي هتل‌ها مي‌باشد كه براي آنها مسائل اقتصادي در مقابل مسائلي چون عدم قطعي برق در درجة دوم قرار دارد.
كيفيت توان و قابليت اطمينان: اين مولدها از شبكه انتقال استفاده نمي‌كنند و بنابراين از حوادثي كه در شبكه انتقال مي‌تواند موجب قطع برق مشترك شود در امان است. چنانچه اين واحدها مستقيماً به مشترك وصل شده باشند، در صورت قطع برق، شبكه توزيع نيز مي‌تواند برق مشترك را به صورت جزيره‌اي تأمين نمايد. در حالت اتصال به شبكه مي‌توان با شركت برق بر مبناي نرخ مصوب تبادل انرژي داشت.
پيك سائي: اغلب توليد برق در ساعات پيك مصرف توسط DGها در كشورهايي كه از سياست چند نرخي در شبكة برق خود بهره‌مند هستند، براي مصرف‌كنندگان مقرون به صرفه است كه اين مسئله باعث كاهش بار شبكه در ساعات اوج مصرف مي‌شود كه علاوه بر صاحبان DGها براي مصرف‌كنندگان شبكه كه از توليد پراكنده استفاده نمي‌كنند نيز مفيد مي‌باشد.
توليد پراكنده و مسائل زيست‌محيطي: طبق پيمان كيوتو كشورهاي عضو اتحاديه اروپا ملزم به كاهش اساسي در توليد گازهاي گلخانه‌اي (Green House Gasses) خود شده‌اند. در كشورهاي انگلستان، اسكاتلند و ولز، 45 درصد از آلودگي‌هاي كربني تا سال 2010 ناشي از توليد توان الكتريكي خواهد بود، بنابراين دولت در اين كشورها تصميم دارد كه 10 درصد از توليدات برق خود را تا سال 2010 و 20 درصد تا سال 2020 را از طريق منابع تجديدپذير انرژي تأمين نمايد و به اين ترتيب 60 درصد از آلودگي‌هاي كربني ناشي از توليد انرژي الكتريسيته را تا سال 2050 كاهش دهد. اين تقاضاي توليد بر اساس توليد برق توسط DGها و از منابع تجديدپذيري نظير انرژي باد، انرژي خورشيد و بيوماس تأمين خواهد شد.
منابع توليد پراكنده در ايران:
از جمله ضرورت‌ها و كاربردهاي منابع توليد پراكنده در ايران مي‌توان به موارد زير اشاره كرد:
- رشد فزايندة مصرف انرژي و عدم امكان تأمين ظرفيت مورد نياز توسط دولت
- لزوم وارد شدن بخش خصوصي در سرمايه‌گذاري واحدهاي توليد انرژي و كاهش تصدي‌گري دولت
- لزوم افزايش رقابت در بخش توليد (ايجاد بازار برق)
- پايين بودن حجم نقدينگي مورد نياز جهت سرمايه‌گذاري در بخش توليد توسط اين منابع
- لزوم توجه به مسائل زيست‌محيطي در دهه‌هاي آتي و بهبود كيفيت برق و كارايي صنعت برق
- لزوم توجه به تنوع انرژي مصرفي اوليه در منابع توليدكننده انرژي (پراكندگي نوع سوخت مصرفي)
- استفاده از ظرفيت‌هاي موجود در بخش‌هاي مختلف
- كاهش تلفات شبكه‌هاي انتقال و توزيع
دلايل رويكرد به منابع توليد پراكنده در ايران:
علاوه بر دلايل ذكر شده در قبل عواملي مانند كمبود منابع مالي براي احداث واحدهاي نيروگاهي، تشويق بخش خصوصي به سرمايه‌گذاري در صنعت برق با هدف كاهش تصدي‌گري دولت، رشد بالاي مصرف انرژي الكتريكي، استفاده از انرژيهاي تجديدپذير و ايجاد پراكندگي در منابع انرژي اوليه مورد نياز، برق‌رساني به مناطق دورافتاده و ايجاد بازار رقابتي عمده‌فروشي و خرده‌فروشي (از ديدگاه بلندمدت) در گسترش رويكرد به منابع توليد پراكنده در ايران تأثيرگذار هستند.
اهمیت توجه به انرژی های پاک:
امروزه انرژی های نو به رغم نا شناخته ماندن، به سرعت در حال گسترش و نفوذ است و غفلت از آن، غیر قابل جبران خواهد بود، انرژی خورشیدی، بادی، آبی، بیوماس، بیوگاز وانرژی زمین گرمایی از عمده ترین منابع انرژی های پاک می باشند. وقوع سه عامل در سال ١٩٩٥ میلادی، سبب ایجاد نقطه عطفی برای انرژی های تجدید پذیر، به خصوص انرژی باد شده است.
- نخست، تغییرات آب و هوایی بر اثر انباشت گازهای گلخانه ای در جو
- دوم، افزایش تقاضای مصرف انرژی برق در سراسر جهان
- سوم، گشوده شدن چشم انداز نوید بخشی در مورد انرژی های تجدید پذیر بود که با صراحت از سوی کارشناسان اعلام شد.
باید در نظر گرفت که در واقع، در ازاء هر کیلو وات ساعت برق تولیدی از انرژی های تجدید پذیر به جاي زغال سنگ از انتشار حدود یک کیلو گرم دی اکسید کربن جلو گیری خواهد شد. بنابر این به عنوان نمونه، برای هر یک درصد انرژی متداول که توسط انرژی باد جانشین شود، حدود ١٣ درصد انتشار گاز دی اکسید کربن کاهش می یابد. همچنین، کاهش سولفور و اکسید نیترات ( عوامل باران اسیدی ) یکی دیگر از منابع محیط زیستی انرژی باد است.
در ایران، وجود زمینه مناسب اقلیمی و تابش آفتاب در بیشتر مناطق و در اکثر فصول سال، همچنین وجود پستی و بلندی ها در مسیر نهر های آب، داشتن مناطق واجد پتانسیل بالای باد و قابلیت های تولید انرژی زمین گرمایی، زمینه لازم ومناسبی را برای استفاد ه و گسترش انرژی های نو وپاک فراهم آورده است. در این راستا، با توجه به افزایش توان مهندسی کشور در ساخت نیرو گاههای برق آبی، در سالهای اخیر، امید است استفاده از پتانسیل های برق آبی به یک اولویت در ساخت نیرو گاههای جدید تبدیل شود. در ضمن استفاده از انرژی های بادی و زمین گرمایی ونیز استفاده حرارتی از انرژی خورشیدی ( آبگرمکن های خورشیدی ) نزدیک به اقتصادی شدن است.
اگر چه، نیرو گاههای حرارتی خورشیدی و فتوولتائیک تا افق دو دهه آینده، اقتصادی نخواهد بود، لیکن توسعه تحقیقات وفن آوری های ساخت آنها، با توجه به پتانسیل عظیم انرژی خورشیدی در ایران از اهمیت بالای بر خوردار است. با این وجود، ایران در راه به کار گیری انرژی های نو با موانع عمده و اساسی مواجه است. یکی از این موانع، وجود نفت ارزان و منابع غنی هیدرو کربنی در کشور است. نبود شناخت از انرژی های نو مجهول ماندن مزایای آن توسط مردم و مسئولان از دیگر موانع دستیابی به انرژی های نو و نبود توجیه اقتصادی، علی الخصوص در این برهه زمانی است.
انرژی های پایان پذیر وآلاینده محیط زیست( نفت، گازطبیعی، زغال سنگ و انرژی هسته ای)، که در حال حاضر، عمده ترين منابع تأمین کننده انرژی در جهان هستند، همه دارای آلاینده های زیست محیطی و جبران ناپذیر در زمین و فضا، از قبیل افزایش دی اکسید کربن، افزایش دمای زمین، ذوب شدن یخ های قطب ها، از بین بردن لایه ازن… هستند که حرکت دانش بشری برای تأمین انرژی جهان در آینده باید به سوی تأمین انرژی جهان از انرژی های پاک و جانشینی آن با انرژی های آلاینده باشد.درادامه به بررسی انواع انرژیهای تجدید شونده خواهیم پرداخت .
انواع انرژی های تجدید شونده:
1- انرژی برق آبی:
بشر قرن های متمادی است که، از انرژی های آبی در حال فرو ریزشی، ابتدا در فرم مکانیکی و سپس از اواخر قرن نوزدهم با تبدیل آن به انرژی الکتریکی استفاده کرده است. از نظر تاریخی نیرو گاههای آبی، نخست در مقیاس کوچک و برای تأمین نیاز مناطق مجاور نیرو گاه توسعه یا فتند. اما با گسترش شبکه های انتقال و افزایش قابلیت انتقال بار، تولید برق در واحدهایی که روز به روز بزرگتر می شدند متمرکز گردید. و از نظر اقتصادی از مزایای توسعه در مقیاس بزرگ خواهد گشت.
برای توسعه، مکان هايی مورد توجه بوده اند که جذاب ترین وضعیت اقتصادی را داشته باشند، در نتیجه هم وجود ارتفاع بلند و هم نزدیکی به مراکز بار فاکتور های مهمی به حساب می آیند. به همین دلیل توسعه فقط به سایت های عظیم محدود نشده است. و امروزه نیرو گاه های آبی طیف وسیعی را شامل می شوند، که ظرفیت آن ها از زیر یک مگاوات تا بیش از ١٠٠٠٠مگاوات متفاوت است. راندمان تولید برق آبی از دو برابر راندمان نیروگاه های حرارتی رقیب نیز بیشتر است. با اینکه تعاریف در مورد نیروگاه های آبی بسیار مختلف است،در این قسمت تعریف نیروگاههای کوچک آبی، نیروگاههایی را شامل می شود که ظرفیت آنها تا ١٠مگا وات باشد. بنابراین نیروگاههای آبی کوچک، شامل دسته های مینی هیدرو و میکرو هیدرو نیز می شود. که معمولاً فقط به کاربردهای محلی محدود هستند، اما از نظر آماری نمی توان آنها را از نیروگاههای کوچک آبی جدا کرد.
2- انرژی خورشیدی:
حدود دو دهه پس از ورود سلول های فتوولتائیک به عرصه عمومی تولید انرژی، ارتباط تنگاتنگ سیاست و منابع انرژی موجب شد تا دیگر جایی برای توجیه بحث اقتصادی یافتن برای روی آوردن به سمت بهره گیری از انرژی خورشید وتولیدی الکتریسیته نماند. در ایران، چون ایران روی کمربند خورشیدی جهان قرار گرفته است ویکی از کشورهای است که از تابش نور خورشید با قدرت و توان مطلوب بر خوردار بوده و از مناطق بسیار مستعد برای بهره گیری از این انرژی است، به طوری که میزان تابش متوسط روزانه آفتاب به ۴ کیلووات ساعت بر متر مربع می رسد ومتوسط تعداد ساعات آفتابی، از ۲۸۰۰ ساعت در سال بیشتر است. البته، مقادیر ذکر شده به طور متوسط بیان شده اند و در شهر های کویری کشور همچون یزد، ساعات آفتابی به ۳۲۰۰ ساعت نیز می رسد. با توجه به این که، ایران کشور کوهستانی است که اکثر نقاط آن در ارتفاعی بالا تر از ۱۰۰۰ از سطح دریا واقع شده اند توان دریافتی از تابش نور خورشید آن بیشتر خواهد بود.
بررسی امکان استفاده از انرژی خورشیدی از دیدگاه اقتصادی:
هرچند هزینه استفاده از انرژی خورشیدی بسیار بالاست، ولی امروزه در سیاست گذاری ها فقط هزینه سیستم های خورشیدی در نظر گرفته نمی شود، بلکه فواید حاصل از بکار گیری آنها، مانند کاهش آلودگی محیط زیست نیز مد نظر قرار می گیرد،با وجود تمام مسائلی که مطرح می شود، می توان مناطقی از کشور را یافت که استفاده از انرژی خورشیدی، در آنها توجیه اقتصادی دارد. به عنوان نمونه، استفاده از سلولهای خورشیدی در مناطق دور دست را می توان در عرض چند سال به قیمت روز رساند. با توجه به فناوری های موجود و وسعت استفاده از انرژی خورشیدی در دنیا، به نظر می آید در بخش های مانند گرمایش ساختمان ها، تولید آب گرم، طبخ غذا، خشک کن ها و آب شیرین کن ها، این انرژی می تواند با انرژی های رایج رقابت کند.
یکی از منابع مهم در استفاده از انرژی های خورشیدی، سرمایه بر بودن صنایع خورشیدی است که باید راهکار های اساسی آن اندیشیده شوند. انواع مختلف انرژی های تجدید پذیر بر اثر وجود آفتاب تولید شده اند. سلولهای فتوولتائیکی که تولید برق می کنند، سیستم های سهموی و برج های متمرکز کننده خورشیدی، انرژی باد و انرژی زمین گرمایی همگی انرژی خود را از خورشید می گیرند. هم اکنون در کشورهای اروپایی به شدت روی انرژی خورشیدی کار می شود و استفاده از این انرژی، حرف اول زندگی بشر را در آینده خواهد زد.
3- انرژی باد:
در چند سال گذشته، میانگین سالانه رشد انرژی باد در دنیا حدود ۳۰ در صد گزارش شده است که بیشترین نرخ رشد را در میان سایرمنابع انرژی در دنیا بر خوردار است. اروپا در حال حاضر؛بیش از ۷۰درصد از برق بادی جهان را تولید می کند و حدود دو سوم از ظرفیت های اضافه شده به کشور های اروپایی اختصاص دارد. در حال حاضر، مزرعه های بادی در آمریکا حدود ۱۰ میلیارد کیلو وات ساعت در سال برق تولید می کنند که از نظر ملاحظات زیست محیطی و مبارزه با تولید گازهای گلخانه ای، این میزان انرژی باد می تواند سالانه از انتشار ۵/٧میلیون تن دی اکسد کربن جلوگیری کند. استفاده از انرژی برق در ایران در پروژه «تعیین پتانسیل باد در ایران»، ٢٦منطقه کشور شامل ٤٥ سایت مورد مطالعه قرار گرفت که بر اساس نتایج اعلام شده، ایران کشوری با باد متوسط است، ولی برخی از مناطق آن، دارای باد مناسب و مداومی برای تولید برق می باشند. توان بالقوه انرژی باد در سایت های مطالعه شده حدود ٦٥٠٠مگا وات بوده و اکثر نقاط دارای پتانسیل، در مناطق شرقی کشور واقع شده اند.
مزرعه بادی منجیل
در میان انواع انرژی های تجدید پذیر، انرژی باد هزینه سرمایه گذاری اولیه کمتری دارد. با بهبود فناوری، افزایش توربین ها و رفع محدودیت ها، کاهش چشم گیری در این هزینه متصور است. در حال حاضر، برق تولیدی از سوخت های فسیلی، ارزان تر از برق تولیدی از توربین های بادی است. که هزینه بهره برداری از انرژی باد حدود ٨٥درصد در طول ٢٠سال گذشته کاهش نشان می دهد.
نیروگاه بادی والفجر منجیل
4- انرژی زمین گرمایی (ژئوترمال):
انرژی زمین گرمایی، از حرارت حاصل از تجزیه مواد رادیو اکتیو، هسته مذاب کره زمین، کوه زایی و واکنش های درون زمین سر چشمه می گیرد. تقریباً در همه جا، در قسمت های کم عمق زمین و یا در ١٠فوت بالاتر از سطح زمین درجه حرارت تقریباً یکنواخت باقی می ماند و بین٥٠ تا ٦٠درجه فارنهایت(١٠ تا ١٦درجه سانتی گراد ) می باشد. چشمه های آب گرم، نمونه های از انرژی زمین گرمایی هستند، آب توسط سنگهای زیر زمین گرم می شوند و سپس در سطح زمین جریان می یابند. حدود بیست کشور از این انرژی برای گرم کردن خانه ها آب و یا برای تولید الکتریسیته استفاده می کنند در حال حاضر بازده کلی این سیستم کمتر از یک درصد از انرژی مورد نیاز جهان است.
نمونه ای از یک نیروگاه زمین گرمایی
5- انرژی زیست توده:
گونه های مختلفی از انرژی، سوخت های منابع جامد و گازی، حرارت، مواد شیمیایی و دیگر مواد را می توان به وسیله فناوری های بیو انرژی، از منابع گیاهی- جانوری تجدید پذیر به دست آورد. تحقیقات وگسترش فناوری های این نوع سوخت در سه حوزه اصلی صورت می پذیرد: تولید سوخت، پیدا کردن کاربردهای آن، ایجاد کردن زیر ساخت های مناسب توزيع. زیست توده، چهارمین منبع بزرگ انرژی در جهان بوده و حدود ١٤درصد انرژی جهان را فراهم می کند و زیست توده یا بیوماس، اصطلاحی است که برای توصیف یک رشته از محصولاتی که از فرایند نور ساخت ( فتوسنتز ) به دست می آید، به کار میرود. کاربرد اقتصادی بسیار رایج انرژی زیست توده، استفاده از مواردی است که برای منظور های دیگر جمع آوری شده اند، نظیر پس مانده های حاصل از کشاورزی، غذا و ضایعات شهری.
تاسیسات تولید انرژی از لجن فاضلاب
6- انرژی های دریایی:
دریاها با فرایند های مختلف فیزیکی، انرژی را دریافت و ذخیره نموده وسپس آن را از دست می دهند. این انرژی به صورت موج، جزر و مد، اختلاف درجه حرارت و اختلاف غلظت نمک در اعماق مختلف آب دریا وجود دارد که می توان از هر یک از آنها بهره برداری کرد. انرژی امواج دریا عبارت است از: انرژی مکانیکی منتقل شده از باد که امواجی با پریود کوتاه، آن را به صورت انرژی پتانسیل و جنبشی در خود ذخیره می کنند. انرژی موج حاصله در مناطق ساحلی در حدود ٢تا٣ میلیون مگا وات برآورد می شود.
نوع دیگر انرژی جزر و مد در اثر حرکت دورانی زمین و جاذبه ماه و خورشید به صورت امواج با پریود بلند ذخیره می شوند که با ساخت یک سد در دهانه منطقه جزر و مد می توان از آن استفاده کرد. که بزرگترین سایت جزر و مد کنونی در جهان یک ایستگاه تولید نیروی برق در فرانسه است که ٢٤٠مگا وات انرژی الکتریسیته تولید می کند. دیگر انرژی ذخیره شده در آب های گرم سطحی که به خاطر وجود آب های عمیق و سرد اقیانو سها قابل استفاده است و تحت عنوان انرژی حرارتی دریاها مورد بحث قرار می گیرند سیستم های OTEC1 این انرژی گرمایی را به انرژی الکتریسیته تبدیل می کنند که گاهی در این فرایند آب شیرین نیز تولید می شود. این نیرو گاه ها برای تولید بار پایه بسیار مناسب هستند. در نهایت، انرژی موجود در اختلاف شوری بین آب های شیرین رود ها و آب شور دریاها، انرژی گرادیان نمک می باشد.
