نرژی های تجدیدپذیر با کاهش هزینه های ساخت مزارع بادی و خورشیدی، از بزرگترین منابع در تولید برق در سالی که گذشت، بوده اند. بر اساس گزارش منتشر شده محیط زیست سازمان ملل متحد، مرکز مالی انرژی های نو فرانکفورت و بلومبرگ، انرژی پاک 55 درصد از تمام ظرفیت های جدید اضافه شده در سراسر جهان که تا به حال به بهره برداری رسیده است را فراهم کرده است و سرمایه گذاری کل، حدودا دو برابر سرمایه گذاری های ژنراتور هایی که با سوخت های فسیلی کار می کنند است. از سال 2015 سرمایه گذاری در بخش انرژی پاک حدود 23 درصد کاهش پیدا کرده است، این مهم به این معنی است که قیمت ظرفیت های جدید نصب شده پایین تر آمده است. بررسی ها نشان داد که هزینه های سرمایه گذاری به طور متوسط، حدود 10 درصد برای هر مگاوات انرژی بادی و خورشیدی، کاهش یافت و این موارد از ارزانترین منابع برق در برخی کشورها هستند. به لحاظ رقابت منابع تجدید پذیر هم اکنون بیش از انچه که در 5 سال گذشته بوده اند، هستند. مسئول مالی انرژی نو بلومبرگ افزود:” الزامات دولت و مشوق ها در جهت کمک به بهره برداری منابع تجدید پذیر به منظور تبدیل شدن به بخشی بزرگتر از ترکیب انرژی جهانی هستند.”

نسبت برق تولید شده بوسیله انرژی پاک در سراسر جهان در سال 2016، از 6.1 به 11.3 افزایش پیدا کرده است. در سال گذشته انرژی خورشیدی تقریبا نیمی از تمام سرمایه گذاری های انرژی های تجدید پذیر را به خود اختصاص داد در حالی که در سال 2015 این مقدار کمتر از 34 درصد بود. از اغاز سال 2010، قیمت پنل خورشیدی بیش از 80 درصد و نیروی باد نیز بیش از 35 درصد کاهش یافته است. سرمایه گذاری ها در چین 32 درصد، )به 837 میلیارد( و در ژاپن 56 درصد،)به 14.4 میلیارد( سقوط کردند. این ارقام در ایالات متحده با 10 درصد کاهش، به 46.4 میلیارد سقوط کرد. میشل لیبریچ، بنیانگذار جدید منابع مالی انرژی در بیانیه ای اعلام کرد: این یک دنیای کاملا جدید است، حتی اگر سرمایه گذاری پایین است، نصب و راه اندازی سالانه هنوز هم بالا می باشد.

از آن‌جا كه، موتور الكتریكی فن‌ها در برج‌های خنک‌کن تر نباید در مسیر بخار آب قرار گیرد، قدرت از طریق یک شفت افقی طویل، به گیربكسی كه درست در زیر فن قرار می‌گیرد، انتقال می‌یابد.
از آن‌جا که بخار منبسط شده در توربین دیگر قادر به انجام کار و تولید توان نیست، می‌بایست حرارت باقیمانده آن تلف شود تا بار دیگر در فاز مایع قرار گیرد که بتوان آن را به سیکل بازگرداند.
شفت‌های فلزی با طول بلند كه در این سیستم‌ها استفاده می‌شوند اغلب مشكلاتی را به همراه دارند. این مشكلات ناشی از وزن زیاد و امكان ایجاد خیز ناشی از وزن و یا انقباض و انبساط و تغییر ابعاد در راستای طولی ناشی از تغییرات دمای روزانه است.
مهم‌ترین مشكلی كه براثر تغییرات طول شفت رخ می‌دهد ارتعاش و لرزش شدیدی است كه به سیستم تحمیل می‌گردد. این ارتعاشات می‌تواند آسیب‌های جدی به گیربكس وارد آورد. از این رو با افزایش دامنه آن از مقادیر مشخص و پیش‌بینی شده سیستم متوقف خواهد شد. توقف هریك از ماژول‌های سیستم كولینگ نه تنها باعث آسیب رسیدن به تجهیزات این سیستم می‌شود، بلکه در عملكرد نیروگاه نیز اثر خواهد گذاشت و از بازدهی آن می‌كاهد.
یکی از روش‌های نوین حل مشکلات مذکور، استفاده از شفت‌های کامپوزیتی فیبرکربن است. این شفت‌ها وزنی حدود یک چهارم و سرعت بحرانی دو برابر شفت‌های فولادی مشابه دارند و در نتیجه نیروهای وارد بر یاتاقان‌ها را در حدود 80% کاهش می‌دهند.
از سوی دیگر، ضریب انبساط حرارتی پایین این شفت‌ها، منجر به کاهش تنش‌های حرارتی و تغییر شکل‌ها در اثر تغییرات دمایی خواهد شد.
مجموع اتصالات شفت برج خنک‌کن کمتر از 50 کیلوگرم وزن خواهد داشت و به راحتی و بدون استفاده از جرثقیل قابل نصب است.
مهم‌ترین مزایای استفاده از شفت‌های کامپوزیتی در مقایسه با شفت‌های فلزی را می‌توان به صورت زیر بیان کرد:
۱. کاهش ارتعاشات
۲. افزایش عمر یاتاقان‌ها
۳. کاهش هزینه تعمیر و نگهداری
۴. امکان تغییر و بهینه سازی در خواص شفت با توجه به نوع کاربرد
۵. توانایی تحمل تنش پیچشی سه برابر بیشتر از فولاد
۶. کاهش درصد شكست شفت و افزایش عمر مفید آن
۷. مقاومت بالا در برابر خوردگی
۸. عدم نیاز به هم‌راستایی محوری با دقت بالا
۹. عدم نیاز به هیچ‌گونه تغییر در تجهیزات موجود

انرژی های تجدیدپذیر با کاهش هزینه های ساخت مزارع بادی و خورشیدی، از بزرگترین منابع در تولید برق در سالی که گذشت، بوده اند. بر اساس گزارش منتشر شده محیط زیست سازمان ملل متحد، مرکز مالی انرژی های نو فرانکفورت و بلومبرگ، انرژی پاک 55 درصد از تمام ظرفیت های جدید اضافه شده در سراسر جهان که تا به حال به بهره برداری رسیده است را فراهم کرده است و سرمایه گذاری کل، حدودا دو برابر سرمایه گذاری های ژنراتور هایی که با سوخت های فسیلی کار می کنند است. از سال 2015 سرمایه گذاری در بخش انرژی پاک حدود 23 درصد کاهش پیدا کرده است، این مهم به این معنی است که قیمت ظرفیت های جدید نصب شده پایین تر آمده است. بررسی ها نشان داد که هزینه های سرمایه گذاری به طور متوسط، حدود 10 درصد برای هر مگاوات انرژی بادی و خورشیدی، کاهش یافت و این موارد از ارزانترین منابع برق در برخی کشورها هستند. به لحاظ رقابت منابع تجدید پذیر هم اکنون بیش از انچه که در 5 سال گذشته بوده اند، هستند. مسئول مالی انرژی نو بلومبرگ افزود:” الزامات دولت و مشوق ها در جهت کمک به بهره برداری منابع تجدید پذیر به منظور تبدیل شدن به بخشی بزرگتر از ترکیب انرژی جهانی هستند.”

نسبت برق تولید شده بوسیله انرژی پاک در سراسر جهان در سال 2016، از 6.1 به 11.3 افزایش پیدا کرده است. در سال گذشته انرژی خورشیدی تقریبا نیمی از تمام سرمایه گذاری های انرژی های تجدید پذیر را به خود اختصاص داد در حالی که در سال 2015 این مقدار کمتر از 34 درصد بود. از اغاز سال 2010، قیمت پنل خورشیدی بیش از 80 درصد و نیروی باد نیز بیش از 35 درصد کاهش یافته است. سرمایه گذاری ها در چین 32 درصد، )به 837 میلیارد( و در ژاپن 56 درصد،)به 14.4 میلیارد( سقوط کردند. این ارقام در ایالات متحده با 10 درصد کاهش، به 46.4 میلیارد سقوط کرد. میشل لیبریچ، بنیانگذار جدید منابع مالی انرژی در بیانیه ای اعلام کرد: این یک دنیای کاملا جدید است، حتی اگر سرمایه گذاری پایین است، نصب و راه اندازی سالانه هنوز هم بالا می باشد. .

اخیرا محققان موفق به ساخت ابزاری توانمند شدند که قادر است بصورت آنلاین انرژی تولیدی در مزرعه انرژی بادی و انرژی خورشیدی را تخمین بزند. هدف از ساخت این ابزار، پیش‌بینی راحت خروجی منابع انرژی های تجدیدپذیر در دو حوزه‌ی آکادمیک و صنعت است. از این تکنولوژی قبلا در دانشگاه‌های زوریخ سوئیس و امپریال کالج لندن و دیگر دانشگاه های معتبر سراسر دنیا، به منظور تخمین انرژی بادی و خورشیدی کمک گرفته شده است. آن‌ها به این نتیجه رسیدند که میانگین معیار ظرفیت در قاره‌ی اروپا حدود 24% است که معادل حدود 4/1 برابر تولید انرژی بادی سالانه در صورت وزش بی‌وقفه‌ی باد در طول روز است.

مطالعات نشان می‌دهد که به دلیل ظهور مزارع بادی جدید با بهره‌گیری از توربین با طول هاب بلند نسبت به سطح زمین، جایی که سرعت باد زیاد است این ظرفیت تا حدود 31% افزایش می یابد. انرژی‌ بادی و انرژی خورشیدی شدیدا به وضعیت هوا وابسته‌اند و این مسئله به دلیل سازگاری سیستم‌های قدرت با یکدیگر سخت خواهد بود. چنانچه توان اضافی با تمام منابع انرژی تولید شود، می بایستی برخی از تجهیزات کنار گذاشته‌ شوند. این ابزار، از اطلاعات آب و هوایی شبیه سازی شده ظرف مدت 30 سال از شرکت هایی همچون ناسا استفاده کرد تا سرعت جریان باد را پیش بینی کند. این قابلیت توان محاسبه و تخمین قدرت خروجی توربین را در هر نقطه نشان می‌دهد اما مدل کردن توان‌های خورشیدی و بادی به دلیل وابستگی به سیستم‌های پیچیده‌ی هوایی سخت است، به این دلیل که گرفتن اطلاعات، ساخت مدل ابزار شبیه سازی شده و کنترل راه‌اندازی سیستم وقت و تلاش زیادی می‌برد. در حالت کلی این ابزار به ما اجازه می دهد تا به سوال‌های مهم در مورد ساختار انرژی تجدیدپذیر در آینده پاسخ دهیم و امید می رود دیگران به منظور امتحان فرصت ها و چالش‌های انرژی در آینده از این ابزار به درستی استفاده کنند.
گروه مطالعات انرژی کارمایه( گردآورنده: محمدعلی قیدی)

طبق گزارشات اخیر کانادا 66 درصد از انرژی خود را از انرژی های تجدیدپذیر تامین می‌کند. این کشور با تولید 10 درصدی، دومین کشور تولید کننده ی انرژی برق آبی جهان است. بر اساس گزارش هیات ملی انرژی(NEB) در سال 2015، نزدیک به 60 درصد از انرژی کشور کانادا توسط انرژی آبی و حدود 40 درصد باقی مانده از طریق انرژی بادی، خورشیدی و زیست توده تامین شد. شلی میلوتینوویچ، اقتصاددان ارشد می‌گوید: تولید برق آبی کانادا اجازه داده است این کشور به یکی از رهبران جهانی در انرژی های تجدیدپذیر در این سال تبدیل شود و سایر انرژی‌ها همچون بادی و خورشیدی در مسیری رقابتی، در تلاش اند تا مورد بهره برداری بیشتری قرارگیرند. در آینده باید تداوم بیشتری برای استفاده از این انرژی‌ها برقرار باشد. فقط پنج کشور دیگر در جهان وجود دارد که برابر با این کشور یا بیشتر از آن، انرژی خود را با استفاده از انرژی تجدیدپذیر تامین می‌کند که عبارت‌اند از:(نروژ، نیوزیلند، برزیل،اتریش و دانمارک). طبق این گزارش حدود 60 درصد از انرژی کانادا از انرژی برق آبی است که علت را می‌توان در منابع عظیم انرژی برق آبی در این کشور، نسبت به سایر منابع و میزان نوسان آن، نسبت به سایر منابع انرژی دانست. این گزارش بر نقش نیروگاه های جریانی اشاره می‌کند. در این نوع سیستم نیازی به مخازن بزرگ ذخیره سازی نیست و اثر تخریب کمتری بر محیط زیست و جریان آب دارد که البته این سیستم نبست به نیروگاه های آبی با ساخت سد از سطح عمل کمتری برخوردار است. این سند اشاره می‌کند که ظرفیت انرژی بادی در این کشور از سال 2005 تا 2015، به میزان 20 برابر افزایش یافته است با این حال، این گزارش به این نکته تاکید می کند که تناوب انرژی بادی سبب یک چالش بزرگ برای استفاده ی گسترده از آن می شود. یکی از راه های تعدیل این نوسانات و غلبه بر این مشکل، معامله ی برق با کشورهای همسایه برای تعدیل این انرژی است و این استراتژی اجازه می دهد تا کشور دانمارک 50 درصد از انرژی های خود را از انرژی بادی تامین نماید.

انرژی زیست توده 2 درصد از انرژی این کشور را تامین می کند حال آنکه انرژی خورشیدی تنها 0.5 درصد از انرژی مورد نیاز کشور را تامین می‌کند. این گزارش به این موضوع می پردازد که سایر انرژی‌های تجدیدپذیر همچون انرژی بادی فراساحلی و جذر و مد و انرژی زمین گرمایی در این کشور توسعه چندانی نیافته اند در حالی که از پتانسیل بالقوه ای برخوردارند. پروژه های بادی دریایی در شرق و غرب سواحل کانادا ارائه شده و یک مرکز قدرت جزر و مد 20 مگاواتی در حال حاضر در نوا اسکوشیا وجود دارد. این گزارش در نهایت اشاره نموده است که انرژی های تجدیدپذیر همواره اقتصادی تر و رقابتی تر خواهند شد که با توجه به کاهش سطح تولید آلودگی کربنی می بایست به عنوان الویت های سیاسی کشور در نظر گرفته شود. و در پایان می توان به افزایش مقبولیت انرژی های تجدیدپذیر در کانادا و سایر کشورها اشاره نمود.

گروه مطالعات انرژی کارمایه( گردآورنده: سید محمد سجادسیفی)

موتورهای الكتریكی براساس امكان تولید گشتاور خروجی مورد نیاز تجهیز دواری كه آن را به حركت در می‌آورند (مانند پمپ، فن، كمپرسور و ..) و پس از محاسبه دبی و هد مورد نیاز سیستم، انتخاب می‌شوند. اما، از آنجا كه معمولاً محاسبات برای امكان پاسخگویی در سخت‌ترین شرایط انجام و موتور بر این مبنا انتخاب می‌شود، در بخش بزرگی از عمر موتور، امكان هماهنگی دور موتور با نیاز سیستم وجود ندارد و موتور در حالت غیر بهینه از لحاظ مصرف انرژی، كار می‌كند. در حالی كه، در این زمان‌ها موتور می‌تواند با مصرف توان كمتری پاسخگوی نیاز سیستم باشد.
درایوهای سرعت متغیر (VFD) تجهیزات کنترلی برای تغییر سرعت چرخش موتورهای AC با تغییر فرکانس تغذیه اعمال شده به موتور هستند.درایوها می‌توانند عملكرد موتورها را با شرایط فرآیندی به‌گونه‌ای هماهنگ سازند كه موتور با توجه به میزان بار سیستم، توان محرك تولید كرده و در نتیجه از اتلاف انرژی جلوگیری شود. مطالعات نشان می‌دهد، در كاربردهایی نظیر پمپ و فن، استفاده از درایوها می‌تواند تا ۵۰ درصد در كاهش مصرف انرژی مؤثر باشد.
به طور خلاصه، مهمترین مزایای حاصل از اجرای طرح عبارتند از:
۱- كاهش مصارف و اتلافات داخلی انرژی، هزینه‌های تولید و قیمت تمام‌شده محصول
۲- افزایش كارآیی انرژی، كاهش شدت انرژی
۳- افزایش بهره وری و سودآوری
۴- كاهش جریان راه‌اندازی و افزایش طول عمر موتور
۵- راه اندازی نرم موتور بدون هیچ‌گونه ضربه به قسمت‌های مكانیكی مثل كوپلینگ‌ها، گیر بكس، تسمه‌ها، زنجیرها و … و در نتیجه افزایش طول عمر مفید موتور و سایر قسمت‌های مكانیكی
۶- امكان كنترل از راه دور و روشن و خاموش نمودن موتور بدون نیاز به قطع و وصل برق اصلی
۷- حفاظت موتور در برابر اضافه بار
۸- كاركرد مطمئن موتور در شرایط نوسان ولتاژ تغذیه
۹- امكان تغییر سرعت موتور (از ۲۰ تا ۱۲۰ درصد سرعت نامی موتور) و تعویض جهت چرخش موتور

چگونه می‌توان دسته‌ای توربین بادی هوابردی شبیه به بادبادک را که در ارتفاعات بالا نسبت به سطح زمین قرار دارند و از طریق کابل‌های نانو لوله به زمین ‌متصل‌اند ‌پروژه‌ای به منظور تولید توان در سطح ملی ایجاد نمود؟ بر اساس اسناد ناسا این مهم می‌تواند شمایی واقعی از تولید توان در آینده را به خوبی نشان دهد. مبلغ ۱۰۰۰۰۰ دلار آمریکا در جهت تحقیق این سیستم برآورد شده‌است. این پروژه تمام جنبه‌های مربوط به ارزیابی سود و زیان نهایی این مزرعه بادی را بررسی می‌نماید. مارک مور مهندس هوافضا در شرکت ناسا، به بررسی این مورد و نگاه به جوانب عملیاتی ایده‌ی توربین‌های بادی هوابرد می‌پردازد. برای بهتر درک کردن این چالش، می‌توان به این موضوع اشاره نمود که این توربین‌های بادی هوابرد در ارتفاعات بالغ بر ۳۰۰۰۰ پا از سطح زمین عمل می‌کند. در این پژوهش تاثیرات توربین‌ بادی هوابرد بر هوافضا و هواپیماهای بدون سرنسین در نظر گرفته نخواهد شد.

ویژگی‌های مزرعه بادی پرنده:

کار شبیه‌سازی و مدلینگ توربین‌ بادی هوابرد توسط تیمی از ایتالیا انجام گرفت. این سیستم از یک جفت بالون در ارتفاعات ۲۶۰۰ پا که یکی در خلاف جهت باد و دیگری در جهت جریان عمل می‌کند ایجاد شده‌است. این حرکت باعث چرخش توربین حول محور خود خواهد شد و بدین وسیله توان تولید می‌کند. در ارتفاعات زیاد، باد سرعت و توان نسبتا بالایی را به خود اختصاص ‌می‌دهد به عبارت دیگر بدلیل افزایش نسبی مقاومت باد با در نظر داشتن سرعت نسبی توان بیشتری نیز تولید خواهد شد. این کار باعث تولید ۸-۲۷ برابر سطح زمین توان خروجی می‌دهد. در این سیستم‌ها از کابل‌هایی به‌منظور کنترل توربین در طوفان‌ها در شرایط بد آب و هوایی در حین عملکرد استفاده می‌شود. آلودگی کمتر و فضای اشغال نشده بر روی سطح زمین از دیگر مزایای این پروژه است. با این اوصاف این پروژه با چالش‌های زیادی از قبیل ترافیک هوایی و فاقد کنترل به لحاظ سرنشینی و … روبه رو خواهد شد. در طول این پروژه گروه‌های مختلفی از قبیل هوافضا، جغرافیا و دیگر تکنولوژی‌های مربوطه درگیر خواهند شد. مور گفت:” چه خوب که دولت نیز نقش خود را در به ثمر رسیدن این پروژه عظیم و بکارگیری تمام قوا داشته باشد.”

گروه مطالعات انرژی کارمایه( گردآورنده: سید محمد علی قیدی)

چگونه می‌توان دسته‌ای توربین بادی هوابردی شبیه به بادبادک را که در ارتفاعات بالا نسبت به سطح زمین قرار دارند و از طریق کابل‌های نانو لوله به زمین ‌متصل‌اند ‌پروژه‌ای به منظور تولید توان در سطح ملی ایجاد نمود؟ بر اساس اسناد ناسا این مهم می‌تواند شمایی واقعی از تولید توان در آینده را به خوبی نشان دهد. مبلغ ۱۰۰۰۰۰ دلار آمریکا در جهت تحقیق این سیستم برآورد شده‌است. این پروژه تمام جنبه‌های مربوط به ارزیابی سود و زیان نهایی این مزرعه بادی را بررسی می‌نماید. مارک مور مهندس هوافضا در شرکت ناسا، به بررسی این مورد و نگاه به جوانب عملیاتی ایده‌ی توربین‌های بادی هوابرد می‌پردازد. برای بهتر درک کردن این چالش، می‌توان به این موضوع اشاره نمود که این توربین‌های بادی هوابرد در ارتفاعات بالغ بر ۳۰۰۰۰ پا از سطح زمین عمل می‌کند. در این پژوهش تاثیرات توربین‌ بادی هوابرد بر هوافضا و هواپیماهای بدون سرنسین در نظر گرفته نخواهد شد.

ویژگی‌های مزرعه بادی پرنده:

کار شبیه‌سازی و مدلینگ توربین‌ بادی هوابرد توسط تیمی از ایتالیا انجام گرفت. این سیستم از یک جفت بالون در ارتفاعات ۲۶۰۰ پا که یکی در خلاف جهت باد و دیگری در جهت جریان عمل می‌کند ایجاد شده‌است. این حرکت باعث چرخش توربین حول محور خود خواهد شد و بدین وسیله توان تولید می‌کند. در ارتفاعات زیاد، باد سرعت و توان نسبتا بالایی را به خود اختصاص ‌می‌دهد به عبارت دیگر بدلیل افزایش نسبی مقاومت باد با در نظر داشتن سرعت نسبی توان بیشتری نیز تولید خواهد شد. این کار باعث تولید ۸-۲۷ برابر سطح زمین توان خروجی می‌دهد. در این سیستم‌ها از کابل‌هایی به‌منظور کنترل توربین در طوفان‌ها در شرایط بد آب و هوایی در حین عملکرد استفاده می‌شود. آلودگی کمتر و فضای اشغال نشده بر روی سطح زمین از دیگر مزایای این پروژه است. با این اوصاف این پروژه با چالش‌های زیادی از قبیل ترافیک هوایی و فاقد کنترل به لحاظ سرنشینی و … روبه رو خواهد شد. در طول این پروژه گروه‌های مختلفی از قبیل هوافضا، جغرافیا و دیگر تکنولوژی‌های مربوطه درگیر خواهند شد. مور گفت:” چه خوب که دولت نیز نقش خود را در به ثمر رسیدن این پروژه عظیم و بکارگیری تمام قوا داشته باشد.”

گروه مطالعات انرژی کارمایه( گردآورنده: سید محمد علی قیدی)