نشریه شماره   191   دوهفته نامه آرشیو PDF پیام ساختمان

انرژی های نو و بازارهای نوظهور

راه های جایگزین فراوانی برای تولید انرژی وجود دارد، راه هایی که نه منابع تمام شدنی را به مصرف میرسانند و نه به انتشار گازهای گلخانهای و سایر آلودگیها کمکی میکنند. اگر واقع بین باشیم، باید بپذیریم که منابع تامین انرژی در آینده باید علاوه بر تکنولوژی های بزرگ مقیاس کنونی نظیر سوخت های فسیلی، هسته ای و برقابی، انواع منابع تجدیدپذیری چون باد، امواج دریا، جزرومد و فناوری های انرژی خورشیدی را نیز شامل شود.

سلام بر امواج

هرچند پیش بینی می شود باد بزرگ ترین منبع انرژیهای تجدیدپذیر باشد، منابع موج و جزرومد نیز نقش قابل توجهی در تامین انرژی خواهند داشت و درواقع انگلستان در زمینه توسعه انرژی امواج پیشرو خواهد بود. مرکز انرژی های نو و تجدیدپذیر، مرکز انرژیهای دریایی اروپا و پروژه انرژی های تجدیدپذیر ویوها، همگی در انگلستان مستقر هستند و این شاهدی بر مدعای پیشرو بودن این کشور در اروپا است. مبدل های انرژی امواج، پنج نوع هستند: تضعیف کنندهها، جاذبهای نقطهای، مبدلهای نوسانگر هنگام طغیان امواج، نوسانگر ستونهای آب و سیستمهای دیفرانسیلی فشار زیر دریایی.

 موج، افت و خیز آبی که در حقیقت جریان ندارد را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. اما جزرومد، جریان جنبشی آب را به انرژی تبدیل می کند. انرژی امواج و جزرومدی تاکنون در حد یک نمایش بود اما مركز انرژيهاي دريايي اروپا پیشبینی میکند در آینده پروژه های بزرگی از این دست با ظرفیت 5 تا 30 مگاوات به اجرا درآید، همچنین پروژههای بزرگتر با ظرفیتهای بیش از 30 مگاوات از سال 2013 آغاز شده و تا سال 2020 ظرفیتی حدود 5/1 گیگاوات ایجاد می کنند.

جزرومد دریا

یان گادفری از دفتر مشاوره انرژی های تجدیدپذیر آی.تی پاور یکی از مهم ترین پروژه های درحال اجرای این دفتر را تشریح کرد. پروژه پالس تایدال، با یک طراحی هایدروفویل  نوسانگر و ظرفیت 100 کیلووات به شبکه تامین انرژی داخل کشور پیوسته است. راه اندازی پالس تایدال یک سال به طول انجامید و بخشهای فولادی آن از شرکت خدمات مهندسی کوروس تامین شد.

باوجود آنکه این پروژه در آب های کم عمق اجرا می شود، اما فعالیت و نگهداری آن هزینه بر و خطرناک است، ضمن آنکه نوع شرایط آب و هوایی نیز برای فعالیت آن محدودیت ایجاد میکند. بنابراین باید از چنین پروژه ای برای دوره های زمانی بلندمدت و بدون مراقبت استفاده کرد و به همین خاطر به مواد و مصالح مقاوم در برابر خوردگی و ماندگار نیاز دارد. بخش های حساس این پروژه از آلیاژ گرید دوبلکس 2205 ساخته شده است که مقاوم در برابر خوردگی است. قسمت های دیگر آن نیز از گرید 3161 می باشد. فولاد ضدزنگ به طور خاص برای مصارف زیردریایی، سطوح آب بندی و گیره ها به کار می روند.

انرژی جزرومدی قابل استفاده در کل جهان حدود 2200 تریلیون وات ساعت در سال است که قابل مقایسه با تقاضای 17 هزار تریلیون وات ساعت در سال می باشد. ظرفیت هدف برای سیستم جزرومدی در مقیاس تجاری بیش از یک مگاوات است و شاید بتوان با تجمع تعدادی از این سیستم ها در یک محل، یک مزرعه جزرومدی  به وجود آورد. گادفری می افزاید: «تکنولوژیهای انرژی جزرومدی از تکنولوژیهای انرژی امواج، پیشرفته تر هستند و شاید هم نخستین سیستمهایی باشند که به طور تجاری به کار گرفته خواهند شد. مزیت های این تکنولوژی ها بسیار بیشتر از انرژی بادی است، منبع انرژی جزرومدی کمتر از انرژی بادی است، ضمن آنکه قابل پیش بینی و دایمی تر از آن نیز می باشد.»

انرژي باد

انرژی باد اکنون یکی از انواع شناخته شده انرژیهای تجدیدپذیر است. پروژههاي واگذاري استحصال انرژي باد در اروپا توسط مناقصه واگذار ميشود. آخرين آنها پروژهاي 25 گيگاواتي بود و برای استحصال این میزان انرژی باید 2500 تا 8300 توربین ساحلی (بسته به اندازه متوسط هر توربین) تا سال 2020 در ساحل نصب گردد. بیل گرینگر از شرکت انرژی های بادی کلیپر در این خصوص میگوید: «درحال حاضر هزینه هر گیگاوات از این نوع انرژی 9/4 میلیارد دلار است، بنابراین 25 گیگاوات انرژی بادی 126 میلیارد دلار سرمایه گذاری لازم دارد. اما این تمام هزینه ها نیست، برای زیرساختها و تاسیسات ساحلی نیز باید 42 میلیارد دلار هزینه صرف کرد.»

شرکت کلیپر امیدوار است بتواند بخش قابل توجهی از این سرمایه را فراهم کند و هم اکنون در حال طراحی یک توربین بادی 10 مگاواتی است. قطر ملخ های این توربین 150 متر است که روی پایهای با ارتفاع 100 متر قرار میگیرد و با این حساب ارتفاع کل آن 175 متر خواهد بود. کلیپر امیدوار است تولید این توربین به زودي آغاز شود. گرینگر خاطرنشان میکند با توجه به اینکه سایت های درنظر گرفته شده برای پروژه های بادی در انگلستان دور از ساحل هستند، لزوم قابل اطمینان بودن توربین ها اهمیت بسیاری پیدا می کند، زیرا به سادگی قابل دسترسی نیستند و در این میان، آلیاژهای زنگ نزن نقش مهمی ایفا می کنند. اگر توربین را تماما از فولاد استاندارد بسازیم، باید هزار تن برای پی و 500 تن برای برج آن را درنظر بگیریم. اما اگر از بتن استفاده کنیم، باید 2 هزار تا 3 هزار تن بتن برای پروژه مصرف نماییم. اینکه در مورد اخیر به ریبارهای زنگ نزن هم نیاز باشد یا خیر، موضوعی است که باید درخصوص آن تصمیم گیری کرد که این فرایند نیز به تحلیل های هزینه- سود توربین هایی منوط خواهد بود که قرار است 30 سال عمر کنند. گرینگر می افزاید: «هنوز در این باره تصمیمی نگرفته ایم و فعلا درحال برآورد مصالح گوناگون هستیم.»

آفتاب تابان

اشکال گوناگون انرژی خورشیدی، از جمله منابع تجدیدپذیری هستند که به خوبی شناخته شدهاند و پیشبینی میشود در تمام نقاط دنیا (نه فقط در نواحی آفتابگیر) رشد قابل توجهی در آینده داشته باشد. مشاوران شرکت هالمن- ویلیام و شرکا بر این باورند که انرژی ولتاییک خورشیدی میتواند در پایان قرن حاضر، بیش از نیمی از انرژی اولیه مورد نیاز جهان را فراهم نماید. توماس پولی، مدیر انجمن فولاد زنگ نزن یورو اینوکس با مروری بر راه های گوناگون مهار انرژی خورشیدی، نقش فولاد زنگ نزن و افزایش بازار این فلز، اینگونه نتیجهگیری کرد که در این حوزه، سه منبع بالقوه برای افزایش نقش فولاد زنگ نزن وجود دارد: تولید محصولات جدید از مصالح نیمه پرداخت شده، توسعه بازارهای کنونی انرژی خورشیدی، پژوهش در زمینه محصولات نیمه پرداخت شده جدید.

فولاد زنگ نزن در کاربردهای شناخته شده انرژی خورشیدی، برای پانلهای آبگرم، بویلر و تانک های جنبی، لولههای اتصال، گیرهها، سیستمهای خنک کننده خورشیدی و معماریهای گوناگون خورشیدی مورد استفاده قرار میگیرد. مشوق های مالیاتی سبب شده است پانل های خورشیدی آبگرم در کشورهایی چون اتریش که تجربه موفقی داشته است، به گزینهای جذاب تبدیل شود.

خنک کننده خورشیدی، یکی از تکنولوژیهای پایدار تهویه هوا است که انواع تجاری آن، در برابر انواع دیواری به فولاد زنگ نزن نیاز دارد. به طور کلی در سراسر جهان، انرژی مصرفی برای خنک کردن، بسیار بیشتر از میزان آن برای گرم کردن است. به همین دلیل کاربری هایی از این دست فرصت خوبی برای توسعه و گسترش دارند.

کاربری آلومینیوم در سلهای فتوولتاییک متداولتر از فولاد است اما گیرههای فولادی تقریبا همیشه در اینگونه کاربریها به مصرف میرسند. سیستمهای ردیاب خورشید و جهتیابی پانلهای خورشیدی، در حال حاضر از فولاد زنگ نزن ساخته نمیشوند اما این مصرف نیز میتواند به عنوان یکی از کاربریها و بازارهای بالقوه فولاد درنظر گرفته شود.

سیستم های فتوولتاییک با لایه نازک سیلیکون آمورف نیز به پایههای فولادی نیاز دارند. این سیستمها که حدود 10 درصد از اشعه خورشید را به الکتریسیته تبدیل میکنند، تنها نصف کارایی سلهای بلوری را دارند و برای سطوح وسیع و مصرف در سازه های معماری گزینه مناسبی هستند.

دنیای بدون زباله

اکنون بر تعداد طرحهای تبدیل انبوه زبالههای ارگانیک تولید بشر به سوخت بیوگازی و سایر محصولات باارزش، روز به روز افزوده میشود. گوارش غیرهوازی (AD) تکنولوژی تبدیل زباله های ارگانیک به بیوگاز است که از 50 تا 70 درصد متان (قابل استفاده برای تولید انرژی) و 29 تا 49 درصد دی اکسید کربن (برای انواع کود) تشکیل می شود. باقیمانده فرایند گوارش غیرهوازی، نیتروژن، فسفر و پتاسیم است که به عنوان کود زیستی به مصرف می رسد و از انواع تولیدات تجاری ارزان تر است.

تکنولوژی AD بسیار ساده است و از یک تانک هاضم، چند پمپ و همزن تشکیل می شود. یکی از بزرگ ترین کارخانه های تولید بیوگاز در آلمان ساخته شده است که 16 هاضم، هرکدام با قطر 25 و ارتفاع 3/6 متر را در خود جای می دهد. تمام این تجهیزات از فولاد زنگ نزن ساخته شده است و بیوگاز حاصل از این کارخانه بازیافت به شبکه گاز طبیعی افزوده می شود. مدير اين كارخانه درخصوص استفاده از فولاد برای تجهیزات می گوید: «ما دریافتیم فولاد زنگ نزن به خاطر مقاومت در برابر خوردگی و قیمت مناسبش، گزینه خوبی برای ساخت کارخانه است. اما بتن و سایر انواع فولاد نیز قابل کاربری در همین مصارف هستند.»

فسیل ها و اتمها، به پیش!

باوجود آنکه حوزه های گوناگونی برای ایجاد منابع انرژی تجدیدپذیر موجود است، اما جهان همچنان به سوختهای فسیلی برای آینده نزدیک نیاز دارد و این سوختها همچنان به رشد خود در گستره جهانی ادامه خواهند داد. جان اوکی از مرکز تکنولوژی انرژی وابسته به دانشگاه کرانفیلد ضمن اشاره به این نکته میافزاید که میتوان منابعی برای سوخت با پایه فسیلی را نیز گسترش داد که اثرات منفی کمتری بر محیط زیست دارند. برای رسیدن به چنین هدفی سه استراتژی اصلی در تولید برق را باید دنبال کرد: کارایی بالاتر، ترکیب فضولات حیوانی و به دام انداختن دی اکسیدکربن.

اوکی خاطرنشان می سازد که تمام این سه استراتژی درحال پیگیری هستند. کارایی بالاتر بویلرها به معنی تولید دماهای بالاتر است، درحالی که ترکیب آنها غالباً ریسک خوردگی بیشتری دارد. اینها تمام مواردی هستند که چالش ایجاد میکنند اما مزیت فولاد زنگ نزن این است که بر مشکلات فوق فایق میآید و از این نظر گزینهای مناسب برای چنین بازاری است. برای آنکه به استراتژی به دام انداختن کربن عمل شود، به مواد و مصالح و نیز طراحی های پیشرفته تر تجهیزات نیاز است.

در مورد سوختهای هستهای نیز باید گفت هرچند این نوع سوختها نه جدید هستند و نه کاملاً تجدیدپذیر، اما چون میتوان آنها را در مقیاس وسیع جایگزین سوختهای فسیلی کرد، بدون آنکه گازهای گلخانهای منتشر شود، توجه فعالان دوباره به سمت این منابع انرژی معطوف شده است. تا سال 2020 در گستره جهانی حدود 230 نیروگاه هستهای جدید سفارش داده خواهد شد و این فرصتی قابل توجه برای تامینکنندگان محصولات خاص نیروگاهها است.