انواع اصلی انرژی تجدیدپذیر کدام است؟

به گزارش گروه علم و فناوری خبرگزاری آنا-هانا حیدری؛ انرژی تجدیدپذیر یا انرژی بازگشت‌پذیر از منابع طبیعی مانند باد، خورشید، جزرو و مد و زمین گرمایی به دست می‌آیند که برخلاف سوخت‌های فسیلی امکان تجدید با بازگشت دوباره را دارند.

در ادامه انواع انرژی تجدیدپذیر را معرفی می‌کنیم:

انرژی بادی

​می‌توان از جریان هوا برای چرخاندن توربین‌های بادی استفاده کرد. توربین‌های بادی نوین در مقیاس وسیعی، از 600 کیلووات گرفته تا پنج مگاوات، مورد استفاده قرار می‌گیرند. در مقیاس تجاری از توربین‌های بادی استفاده می‌شود که قادر به تولید 1/5 تا سه مگاوات برق هستند.

در سال 2015، یک توربین بادی که در ساحل نصب شده بود، توانست 705 مگاوات برق تولید کند که بیشترین ظرفیت تولید یک توربین بادی است. انرژی تولیدی از باد بسته به سرعت گردش آن دارد بنابراین هرچه سرعت گردش باد بیشتر باشد، انرژی تولیدی آن بیشتر خواهد شد.

مناطقی مانند سواحل و زمین‌های مرتفع که باد در آنها قدرتمندتر و به طور دائم می‌وزد، بهترین مکان‌ برای راه‌اندازی مزارع بادی است. در سال 2015، برق تولید شده از توربین‌های بادی تقریبا چهار درصد برق مصرفی جهان را تامین کرد.

انرژی بادی منبع پیشرو در اروپا، آمریکا و کاناداست و دومین منبع پیشرو در چین است. در دانمارک، انرژی بادی بیش از 40 درصد از برق مصرفی را تامین می‌کند در حالی که در ایرلند، پرتغال و اسپانیا تقریبا 20 درصد برق مصرفی از طریق انرژی بادی تامین می‌شود.

به گفته متخصصان، پتانسیل برق تولید شده از منابع انرژی بادی، پنج برابر بیشتر از مقدار کل تولیدی فعلی یا 40 برابر بیشتر از برق مصرفی فعلی است. برای تحقق این امر نیاز است که توربین‌ها بادی در مناطق وسیع، به‌خصوص در سواحل، کار گذاشته بشوند. سرعت متوسط باد در سواحل 90 درصد بیشتر از مناطق دیگر است بنابراین منابع ساحلی می‌توانند انرژی بیشتری را تولید کنند.

در سال 2014، انرژی بادی تولید شده در جهان 706 تتراوات بر ساعت یا سه درصد از برق کل جهان را تامین کرد.

انرژی آبی

​​در سال 2015، انرژی آبی 16/6 درصد از برق مصرفی جهان و 70 درصد از انرژی برق تجدیدپذیر را تامین کرد. از آنجا که آب 800 بار چگال‌تر از هواست، حتی یک جریان آهسته آب می‌تواند مقدار انرژی بیشتری تولید کند.

شکل‌های متفاوتی از انرژب آبی وجود دارد:

انرژی آبی یا هیدروالکتریک پس از ساخت سدها و مخزن‌های آبی بزرگ، که همچنان در کشورهای جهان سوم محبوب است، پدیدار شد. بزرگ‌ترین سدهای جهان «تری گورجز» در چین و «ایتایپو» است که توسط برزیل و پاراگوئه ساخته شده‌اند.

سیستم‌های آبی کوچک تاسیسات نیروگاه‌های انرژی آبی هستند که معمولا می‌تواند تا 50 مگاوات برق تولید کند. معمولا از این سیستم‌ها در رودخانه‌های کوچک یا قسمت‌های کم‌عمق رودخانه‌های بزرگ استفاده می‌شود.

چین بزرگ‌ترین تولید کننده هیدروالکتریک در جهان است و بیش از 45000 نیروگاه انرژی آبی دارد. در سال 2010، این کشور 721 تتراوات بر ساعت برق تولید کرده است که تقریبا 17 درصد از مصرف برق داخلی را به خود اختصاص داده است.

نیروگاه‌های هیدروالکتریکی که در رودخانه نصب می‌شوند، بدون ایجاد سد از رودخانه‌ها انرژی جنبشی می‌گیرد. این روش هنوز مقدار زیادی انرژی برق تولید می‌‎کند.

انرژی آبی در 150 کشور تولید می‌شود. در سال 2010 کشورهای مناطق آسیا و اقیانوس آرام تقریبا 32 درصد از انرژی آبی جهان را تولید کردند. در کشورهایی که بیشترین درصد تولید برق تجدیدپذیر را داشتند، 50 کشور اول از منابع هیدروالکتریکی استفاده می‌کنند.

انرژی موج، که انرژی امواج سطحی اقیانوس را جذب می‌کند، و انرژی جزر و مد، که انرژی جزر و مد را جذب و تبدیل می‌کند، دو شکل از انرژی‌های آبی آینده هستند با این حال این دو نوع انرژی هنوز به طور گسترده در صنعت استفاده نمی‌شوند.

کمپانی «انرژی تجدیدپذیر اقیانوس» در ساحل مین در آمریکا (که بالاترین جریان جزر و مد را دارد) پروژه‌ای را کلید زده است که به شبکه برق شهری متصل است و انرژی جزر و مد را جذب می‌کند. در تبدیل انرژی حرارتی اقیانوس، از اختلاف حرارتی بین آب‌های سرد عمیق و آب‌های گرم سطحی استفاده می‌شود.

انرژی خورشیدی

​منشاء انرژی خورشیدی نور تابشی و گرمای خورشید است که در طیف وسیعی از تکنولوژی‌های پیشرفته مانند گرمایش خورشیدی، فتوولتائیک، انرژی خورشیدی متمرکز، فتوولتائیک متمرکز، معماری خورشیدی و فتوسنتز مصنوعی استفاده می‌شود.

تکنولوژی‌های خورشیدی بسته به نحوه جذب، تبدیل و توزیع انرژی خورشیدی به دو دسته فناوری‌های فعال یا غیرفعال تقسیم می‌شوند. تکنیک‌های خورشیدی غیرفعال شامل تعیین جهت یک ساختمان به سمت خورشید، انتخاب مواد با جرم حرارتی مطلوب یا خواص پراکندگی نور و طراحی فضاهایی که هوا را به صورت طبیعی به گردش درمی‌آورند، می‌شود.

تکنولوژی‌های خورشیدی فعال نیز شامل انرژی حرارتی خورشیدی، استفاده از گردآورنده‌های خورشیدی برای گرمایش و انرژی خورشیدی است. در این فناوری‌ها نور خورشید به صورت مستقیم با استفاده از فتوولتائیک یا به صورت غیرمستقیم با استفاده از انرژی خورشیدی متمرکز تبدیل می‌شود.

یک سیستم فتوولتائیک با استفاده از اثرات فتوالکتریک نور را به جریان الکتریکی مستقیم تبدیل می‌کند. انرژی فتوولتائیک خورشیدی یک صنعت مولتی میلیارد دلاری است که به سرعت در حال رشد است. همچنین از نظر هزینه مقرون به صرفه است و بیشترین پتانسیل را در بین تکنولوژی‌های تجدیدپذیر دارد.

سیستم انرژی خورشیدی متمرکز از عدسی یا آینه استفاده می‌کند و سیستم‌ها را ردیابی می‌کند تا مقادیر زیاد نور خورشید را به یک پرتوی کوچک تبدیل کند. نیروگاه‌های انرژی خورشیدی متمرکز اولین برا در دهه 1980 توسعه یافت.

در سال 2011، آژانس انرژی بین‌المللی اعلام کرد که توسعه تکنولوژی‌های انرژی خورشیدی پاک، مقرون به صرفه و بی‌پایان می‌تواند در طولانی مدت مزایای زیادی داشته باشد.بدین ترتیب کشورها به یک منبع داخلی مستقل و بی‌پایان وابسته می‌شوند که این امر امنیت انرژی و ثبات آن کشور را افزایش می‌دهدو ‌آلودگی هوا و قیمت سوخت فسیلی را نیز کاهش می‌دهد.

ایتالیا بزرگ‌ترین سهم الکتریسیته خورشیدی در جهان را دارد. در سال 2015، 7/8 درصد از برق مصرفی ایتالیا از طریق منابع خورشیدی تامین شد. همچنین در سال 2016، 1/3 درصد از انرژی برق جهان از طریق منابع خورشیدی تامین شد.

انرژی زمین گرمایی

​​انرژی زمین گرمایی از حرارت تولید شده و ذخیره‌‌شده در زمین به دست می‌آید. انرژی زمین گرمایی انرژی حرارتی ماده را تعیین می‌کند. انرژی زمین گرمایی سیاره ما از شکل‌گیری اولیه آن و تشعشعات مواد رادیواکتیوی به دست می‌آید.

افت حرارت انرژی زمین گرمایی، که اختلاف حرارت بین هسته سیاره زمین و سطح آن است، جریان مداومی از انرژی را به شکل گرما تولید می‌کند و از هسته به سطح زمین می‌فرستد.

منشاء حرارت انرژی زمین گرمایی می‌تواند از اعماق زمین یا خود هسته (در عمق 6400 کیلومتری) باشد. در هسته زمین دما تا 5000 درجه سانتی‌گراد نیز می‌رسد. حرارت از هسته زمین به سنگ‌های اطراف منتقل می‌شود.

حرارت‌ و دمای بالا منجر به ذوب سنگ‌ها می‌شود که ما آن را با نام «ماگما» می‌شناسیم. ماگما به سمت بالا (پوسته) می‌آید چرا که سبک‌تر از سنگ‌های جامد است. سپس این ماگما آب یا سنگ های پوسته را داغ می‌کند و گاهی دمای آنها را تا 371 درجه سانتی‌گراد می‌رساند.

انسان از زمان پارینه سنگی از انرژی زمین گرمایی به صورت چشمه‌های آب گرم استفاده می‌کرده است. همچنین در روم باستان نیز از انرژی زمین گرمایی برای گرم کردن فضا استفاده می‌کرده است. حالا از این انرژی برای تولی برق استفاده می‌کنیم.

انرژی زیستی

​​انرژی زیستی از مواد بیولوژیکی حاصل از موجودات زنده یا ارگانیسم‌های زنده تولید می‌شود. این انرژی معمولا از گیاهان یا مواد حاصل از گیاه تولید می‌شود که «زیست توده» نامیده می‌شود. زیست توده یک منبع انرژی است که هم می‌توان به صورت مستقیم از آن برای احتراق و تولید گرما و هم به صورت غیرمستقیم پس از تبدیل آن به شکل‌های مختلف زیست سوخت استفاده کرد.

تبدیل زیست توده به زیست سوخت می‌تواند به روش‌های مختلفی صورت بگیرد که به سه دسته گرمایی، شیمیایی و بیوشیمیایی تقسیم می‌شود. چوب بزرگ‌ترین منبع زیست توده است؛ منابع چوبی شامل بقایای جنگل، درخت‌های مرده، شاخه و پشته‌های درخت، تراشه‌های چوبی و زباله‌های جامد شهری می‌شود.

زیست توده شامل مواد حیوانی و گیاهی می‌شود که قابل تبدیل به فیبر و دیگر مواد شیمیایی صنعتی مانند زیست سوخت می‌شود. زیست توده صنعتی از گیاهان مختلفی مانند ذرت، کنف، صنوبر، بید، نیشکر، اکالیپتوس و بامبو ساخته می‌شود.

انرژی گیاهی با اجساد گیاهان و درختانی تولید می‌شود که مخصوصا برای تولید سوخت پرورش داده شده‌اند و فیبربالایی دارند. برای مثال در هر هکتار گندم 7/5 تا هشت تن دانه وجود دارد و در هر هکتار کاه 3/5 تا پنج تن ضایعات وجود دارد. می‌توان از دانه گندم به عنوان سوخت مایع برای حمل‌ونقل استفاده کرد. همچنین می‌توان ضایعات کاه را برای تولید گرما یا برق سوزاند.

زیست توده گیاهی را می‌توان از طریق یک سری روش شیمیایی از سلولز و گلوکز نیز به دست آورد، همچنین شکر حاصل از این واکنش شیمیایی را نیز می‌توان به عنوان زیست سوخت استفاده کرد.

زیست توده را می‌توان به سایر اشکال قابل استفاده انرژی مانند گاز متان، اتانول و بیودیزل نیز تبدیل کرد. زباله‌های خانگی و کشاورزی و ضایعات انسانی همگی گاز متان تولید می‌کنند که زیست گاز نام دارد.

با تخمیر کردن غلاتی مانند ذرت و نیشکر می‌توان اتانول تولید کرد. بیودیزل را نیز می‌توان از غذاهای مانده، روغن‌های گیاهی و چرب حیوانی تولید کرد. همچنین تحقیقاتی درباره تبدیل زیست توده به مایعات و اتانول سلولزی در حال اجراست.

تحقیقات زیادی در زمینه سوخت جلبکی یا زیست توده حاصل از جلبک دریایی در حال انجام است. از آنجا که جلبک دریایی منبع غیرغذایی است، می‌توان پنج الی 10 برابر بیشتر از محصولات کشاورزی خشکی، مانند ذرت و سویا، از آن سوخت تولید کرد. می‌توان جلبک دریایی را تخمیر کرد تا زیست سوخت‌هایی مانند اتانول، بوتانول، متان، بیودیزل و هیدروژن از آن تولید کرد.

زیست توده مورد استفاده برای تولید برق در هر منطقه متفاوت است. در آمریکا از محصولات فرعی جنگل برای تولید زیست توده استفاده می‌شوند. در موریس و جنوب شرقی آسیا از ضایعات کشاورزی استفاده می‌شود. در بریتانیا نیز از از فضولات پرندگان استفاده می‌شود.

زیست سوخت شامل طیف وسیعی از زیست توده‌ها می‌شود. این اصطلاح سوخت‌های گازی، مایع و جامد را پوشش می‌دهد. زیست سوخت‌های مایع شامل بیوالکل‌ها مانند بیواتانول، و روغن‌ها مانند بیودیزل می‌شود. بیواتانول نوعی الکل است که از تخمیر قسمت‌هایی از گیاه شکر به دست می‌آید. زیست سوخت‌های گازی شامل بیوگازها، گاز زباله و گاز مصنوعی می‌شود.

با استفاده از تکنولوژی‌های پیشرفته، می‌توان از زیست توده سلولزی مانند درختان و چمن برای تولید اتانول استفاده کرد. اتانول خالص برای وسایل نقلیه حکم سوخت را دارد اما یک افزودنی بنزینی به آن اضافه می‌شود تا میزان اکتان افزایش یاید. در آمریکا و برزیل به طور گسترده‌ای از بیواتانول استفاده می‌شود.

به گفته آژانس محیط زیست بین‌المللی بیواتانول تاثیری بر گرمایش زمین ندارد. بیودیزل از روغن‌های گیاهی، چربی حیوانی یا روغن‌های قابل بازیافت تولید می‌شود. بیودیزل خالص نیز به عنوان سوخت وسیله نقلیه مورد استفاده قرار می‌گیرد اما معمولا افزودنی دیزلی به آن اضافه می‌شود تا سطح ذرات، کربن مونوکسید و هیدروکربن‌ها را کاهش دهد.

بیودیزل به طور گسترده‌ای در اروپا استفاده می‌شود. در سال 2010، بیودیزل 2/7 درصد از سوخت حمل و نقل جهان را به خود اختصاص داد.

زیست توده، زیست گاز و زیست سوخت برای تولید گرما یا انرژی استفاده می‌شوند اما برای محیط زیست مضر هستند. آلاینده‌هایی مانند اکسید سولفور و اکسید نیتروژن از احتراق زیست توده‌ها تولید می‌شوند. براساس گزارش‌های سازمان بهداشت جهانی، سالانه هفت میلیون نفر بر اثر آلودگی هوا جان خود را از دست می‌دهند.

ذخیره انرژی

ذخیره انرژی مجموعه‌ای از روش‌های مورد استفاده برای ذخیره انرژی الکتریکی در شبکه برق است. انرژی الکتریکی در زمانی که تولید بیش از مصرف است، ذخیره می‌شود و وقتی تولید کمتر از مصرف باشد به شبکه برق برمی‌گردد. پمپ ذخیره‌سازی هیدروالکتریکی برای بیش از 90 درصد از ذخیره‌سازی انرژی تمام شبکه‌ها استفاده می‌شود.