درخت حوزه‌های تخصصی

بحران انرژی از جمله مسائلی است که موجب ایجاد دگرگونی های بسیاری در توسعه فناوری های مختلف شده است. تجدید هر ساله این بحران در کشورهای مختلف جهان، بسیاری از این کشورها را بر آن داشته است که با حرکت به سمت منابع جایگزین و تجدیدپذیر انرژی، سبد مصرفی انرژی در کشور خود را تغییر داده و با اعمال تغییراتی در برنامه پیش روی خود در این خصوص، زمینه را به منظور توسعه استفاده هر چه بیشتر از این منابع در کشور خود فراهم کنند. با توجه به پتانسیل بالای منابع انرژی تجدیدپذیر در ایران و حرکت کشور به سمت واقعی کردن قیمت حامل های انرژی به منظور توسعه کاربرد این انرژی ها متناسب با تحولات جهانی، ضروری است امکانات و ساختارهای سیاستگذاری و اجرایی کشور در زمینه انرژی های تجدیدپذیر در کشور مورد بازبینی قرار گیرد تا با طراحی ساختاری منعطف و پویا و حذف موانع و مشکلات موجود، راه توسعه کاربرد این منابع انرژی سرعت گیرد. در این مقاله پس از بررسی پتانسیل انرژی های تجدیدپذیر در ایران، وضعیت فعلی کشور در رابطه با تحقق اهداف برنامه چهارم توسعه برای توسعه انرژی های تجدیدپذیر مورد بررسی قرار گرفته و موانع و علل عدم تحقق این اهداف مورد بحث و تحلیل قرار می گیرند.

از جمله مواردی که به عنوان راه حلی برای کاهش مصرف انرژی و کاهش آلودگی هوا استفاده وسیعی یافته است، سیکل های تولید همزمان برق و حرارت یاCHP می باشد. در این گونه سیکل ها گازهای خروجی از توربین گاز وارد واحد تولید بخار گشته تا بخار یا آب گرم مصرفی مورد نیاز را تولید کند. در این میان و با توجه به کاربرد روز افزون پیل های سوختی اکسید جامد، سیکل های ترکیبی شامل پیل سوختی، توربین گاز و بویلر بازیاب مورد توجه قرار گرفته شده است. در این مقاله سیکل ترکیبی شامل پیل سوختی، توربین گاز و بویلر بازیاب از نظر ترمودینامیکی تحلیل شده و نتایج عملکرد آن با سیکل CHP معمولی مقایسه شده است. مدلسازی الکتروشیمیایی و شیمیایی پیل سوختی و همچنین آنالیز اگزرژی و ترمودینامیکی کلیه اجزای سیکل انجام شده است. در دامه تغییرات عملکرد سیکل با پارامترهای اساسی سیکل مانند دمای محصولات احتراق ورودی به توربین گاز، فشار بخار بویلر بازیاب، نقطه پینچ، شدت جریان و دمای استک پیل سوختی، مورد بررسی قرار گرفته و نتایج تحلیل شده اند. بنابر نتایج حاصله، راندمان سیکل ترکیبی شامل پیل سوختی به مراتب بالاتر می باشد.

هیچیک از سامانه های تولید برق فاقد اثرات زیست محیطی نیستند. اثرات زیست محیطی در کل مراحل زنجیره تولید انرژی برق شامل استخراج منابع، ساخت تجهیزات، حمل و نقل مواد، استفاده از برق و دفع زائدات رخ می دهد. برخی از اثرات عمده زیست محیطی همراه با تولید برق شامل آلودگی هوا (انتشار آلاینده های CO، NOx، SO، PM0، آلاینده های سمی نظیر جیوه و غیره)، انتشار گازهای گلخانه ای، استفاده از زمین، اثر بر اکوسیستم (فون و فلور)، اثر بر سلامت انسان می باشد. استفاده از روش ارزیابی چرخه حیات (LCA) به خوبی می تواند اثرات زیست محیطی در کلیه مراحل چرخه حیات تولید برق را مشخص کند. همچنین با استفاده از LCA می توان روش های مختلف تولید برق را از دیدگاه های زیست محیطی با یکدیگر مقایسه نمود. با توجه به اهمیت موضوع انتشار گازهای گلخانه ای و تغییر اقلیم در این مقاله به مقایسه انتشار گازهای گلخانه ای چرخه حیات فناوری های مختلف تولید برق (شامل نیروگاه های با سوخت فسیلی، نیروگاه های هسته ای، نیروگاه های فتوولتائیک، نیروگاه های بادی، نیروگاه های برق آبی و نیروگاه های زیست توده) پرداخته شده است.

آگاهی از محدودیتهای بهره وری از توربین به ما کمک می کند تا بتوانیم طراحی مزارع تولید توان بادی و آبی را بهینه کنیم. برآورد دقیق از اندازه توان تئوری تولیدی توسط توربین در جریان آزاد سیال از اهمیت زیادی برخوردار است زیرا که علاقه در حال رشد برای توسعه در تولید توان از منابع بادی و منابع آبی با ارتفاع صفر بطور روز افزون مورد توجه می باشد. این منابع انرژی جنبشی عظیمی از جریان اقیانوسها و جذر و مد و رودخانه های بدون احداث سد را شامل می شوند. در این مقاله، یک مدل ریاضی صریح و قابل حل برای برآورد بیشترین راندمان توربین در جریان آزاد ارائه شده است. این نتایج می تواند برای توربین های آبی مولد برق که در آن احداث سد غیر ممکن است مورد استفاده قرار گیرد. این مدل با صفحه ای متناهی و دو بعدی با نفوذ پذیری جزیی در جریان غیر قابل تراکم سر و کار دارد که برای پروانه های دو بعدی مطلوب بوده ولی برای توربینهای با جریان سه بعدی متقاطع و مارپیچی کمتر مناسب است. جالب ترین یافته تجزیه و تحلیل ما این است که برای جریان آزاد بیشترین بازده پروانه مسطح حدود 30 درصد می باشد. این نتیجه در تقابل شدید با مقدار ارائه شده توسط Betz که 60 درصد بوده و به طور معمول در حال حاضر برای چندین دهه استفاده شده است، قرار دارد. نشان داده شده است که ارزیابی بالایBetz ناشی از صرف نظر نمودن از انحنای جریان سیال است. همچنین، اثبات شده است که توربین مارپیچی سه بعدی حداقل برای کاربردهای آبی خیلی کارامدتر از پروانه دو بعدی می باشد.

در سالهای اخیر، تغییر ساختار و مدیریت غیر متمرکز سیستمهای انرژی بصورت حرکتی جدی در بسیاری از کشورها آغاز شده است و تجربیات گذشته در این زمینه نشان دهنده آن است که اکتفاء به ساز وکار بازار برای اطمینان از کفایت تولید و عرضه انرژی در بلند مدت، فاقـد کارآمدی لازم می باشد. لذا، مبحث برنامه ریزی جهت توسعه بهینه سیستم عرضه انرژی، از جمله مباحث اساسی در شرایط تجدید ساختار شده می باشد. برنامه ریزی برای توسعه سیستم در شرایط رقابتی، بسیار پیچیده تر از سیستمهای کلاسیک می باشد. مطالعات انجام شده در این زمینه نشان دهنده آن است که در بسیاری از مدلهای پیشنهادی، دستیابی به شرایط تعادل بازار به عنوان یک راهکار موثر و مفید برای تحلیل بلند مـدت رفتار بهینه اجزاء سیستم مورد استفاده قرار گرفته است. در این مقاله، ابتدا از یک مدل مبتنی بر تعادل Nash-Cournot، برای توسعه بلند مدت سیستم تولید پیشنهاد شده است. استفاده از این مدل به فرم اولیه خود، به دلیل گستردگی مجموعه جوابها و تعدد متغیرها دارای پیچیدگی بسیار بوده و فاقد حل صریح می باشد. بنابراین، الگوریتمی جهت یافتن جواب تقریبی مسئله پیشنهاد شده که برمبنای ترکیبی از روشهای برنامه ریزی تعادل ایستا و تعادل پویا می باشد. سود خالص تنزیل داده شده، به عنوان تابع هدف هر شرکت مد نظر قرار گرفته است و متغیری است که باید در افق زمانی بلند مدت ماکزیمم شود. نتایج حاصل از پیاده سازی الگوریتم و تست موردی آن بر روی یک سیستم فرضی تولید انرژی الکتریکی، نشان دهنده کاربردی بودن این روش برای بدست آوردن حالت تعادل در مسائل پیچیده برنامه ریزی در شرایط رقابتی می باشد.