انرژی
انرژی

انرژی

وانایی انجام کار را انرژی می‌نامند. انرژی به صورتهای متفاوت در طبیعت یافت می‌شود. در بادها، امواج دریاها، رعد و برق آسمانی، برای به حرکت درآمدن یک ماشین یا پرتاب یک موشک و یا پرواز هواپیماهای غول‌پیکر، شهابسنگهای آسمانی، گردش زمین بدور خورشید و هزاران رفتار یا فعالیت دیگری که انرژی برای انجام آن‌ها همراه است.

 

 

 

هسته‌ها و الکترونها در اتحاد با یکدیگر اتمها را ایجاد می‌کنند و اتمها نیز  دنیا را بوجود می‌آورند. هر انسان در بدن خود میلیاردها سلول دارد، اما با تمامی تفاوتهائی که انسانها، جانوران، گیاهان، سیاره‌ها و ستاره‌ها با یکدیگر دارند باز هم تمامی آنها فقط از سه ذره زیربنایی‌(الکترون – پروتون و نوترون) ساخته شده‌اند. ستارگان اندازه‌های متفاوتی دارند. برخی از آنها بزرگتر، درخشانتر و برخی دیگر کوچکتر وکم‌نورتر می‌باشند. تمام ستارگان عمدتاً از ئیدروژن که ساده‌ترین عنصر طبیعت است، تشکیل شده‌اند. عمر جهان هستی پانزده تا بیست میلیارد سال  است. در جهان هستی دو میلیارد کهکشان وجود دارد و هر کهکشان نیز بیش از دو میلیارد ستاره دارد. پس می‌توان اندیشید که جهان به چه اندازه بزرگ است.
توانایی انجام کار را انرژی می‌نامند. انرژی به صورتهای متفاوت در طبیعت یافت می‌شود. در بادها، امواج دریاها، رعد و برق آسمانی، برای به حرکت درآمدن یک ماشین یا پرتاب یک موشک و یا پرواز هواپیماهای غول‌پیکر، شهابسنگهای آسمانی، گردش زمین بدور خورشید و هزاران رفتار یا فعالیت دیگری که انرژی برای انجام آن‌ها همراه است. در بدن ما نیز هنگامی که ماهیچه‌هایمان منقبض می‌شود آثار انرژی وجود دارد. در زمانهای بسیار قدیم انسانها تنها به انرژی ماهیچه‌ای خود متکی بودند، اما بعداز هزاران سال پس از دستیابی به ماشینهای ساده همچون گوه، اهرم، سطح شیبدار و ماشینهای دیگر بالاخره انسان توانسته‌ است از دیگر منابع انرژی نیز استفاده کند.

 
اما این انرژی‌ها از کجا بوجود می‌آیند؟ هیچکس نمی‌تواند انرژی خلق کند یا آن را پدید آورد. انسان همواره مجبور است انرژی را از یک چشمه بدست آورد. او انرژی را از طبیعت می‌یابد و به صورتهای دیگر انرژی تبدیل می‌کند. مانند انرژی آبی که در پشت سدها گرفته می‌شود، انرژی حاصل از سوخت زغالهای گداخته یا آتش زدن نفت و دیگر مواد جامد یا مایع و گازها. در طبیعت صورتهای گوناگون انرژی همواره به یکدیگر تبدیل می‌شوند. گونه‌های مختلف انرژی را می‌توان بصورت انرژی الکتریکی، انرژی جنبشی، انرژی شیمیایی، انرژی درونی، انرژی نورانی، انرژی هسته‌ای، انرژی ماهیچه‌ای و گونه‌های متفاوتی از حالات انرژی یافت.

 

 


تاریخچه:
به اطراف خود  نگاه کنید.

چه می بینید؟ از آنچه که می‌بینید چه احساسی دارید؟ برای شما چه پرسشهائی در این زمینه ایجاد می‌شود؟ برای یافتن پرسشهای خود چه پاسخهائی دارید. ما پدیده‌های بسیار گوناگونی را درمحیط اطراف خود مشاهده می‌کنیم و همواره درصدد پیداکردن نظم یا نظام یا ارتباط بین پدیده‌های طبیعی هستیم.

با مشاهدات دقیق‌تر انسان به این نتیجه می‌رسد، اگرچه پدیده‌هائی که در محیط اطراف او رخ میدهد ممکن است از نظر ظاهری با هم متفاوت باشندولی همه آنها از نظامهای کاملاً مشخصی پیروی می‌کنند. هدف اصلی علم فیزیک کشف، بیان و بررسی این نظامها و قوانین است. فضای اطراف ما از ماده و انرژی تشکیل شده است.

شاید نیم میلیون سال پیش بود که انسانهای اولیه آتش را کشف کردند. پیش از این کشف آدمی، بوته و جنگلهایی را که بر اثر صاعقه یا توفان به آتش کشیده شده بود، دیده و از برابر آنها گریخته بوده است.
اما کشف آتش به عنوان یک منبع انرژی میسر شد که بشر درباره مزایای آن اندیشیده و بر ترس غریزی خود چیره شود. پس از کشف آتش او توانست با سوزاندن چوب و افروختن آتش، مأمن خود را روشن و گرم کند. با این که اختراع آتش و استفاده از چوب به عنوان اولین انرژی و مهمترین اختراع تاریخ بشری محسوب می شد. ولی طی هزاران سال بشر از چوب تنها برای گرم کردن خود، ایجاد روشنایی در شب، و گداختن فلزها و ساختن ظروف سفالی و شیشه‌ای استفاده کرده است.

در قرون وسطای میلادی، انسان ماده‌ دیگری را به نام زغال سنگ را شناخت و از آن به عنوان منبع انرژی استفاده کرد. از این ماده علاوه بر گداختن فلزات و ساخت شیشه و سفالینه، توانست ماشین بخار را راه‌اندازی کند.
 


در سال  ۱۷۶۴ میلادی یک مهندس اسکالندی به نام جیمز وات نخستین ماشین بخار واقعا عملی را ساخت در این ماشین مصرف سوخت باعث می‌شد که ماشین کار کند به این ترتیب به تدریج ماشین جای نیروی ماهیچه‌ای انسان را گرفت. و راه رسیدن به دنیای جدید را هموار کرد.

از ماشین بخار ابتدا برای کشیدن آب از معدن یا چاه استفاده می‌شد ولی به تدریج از آن به عنوان انرژی برای راه‌اندازی کشتی‌های عظیم الجثه، و لوکومتیو و نیز دستگاههای کارخانجات صنعتی استفاده شد و به این ترتیب انسان توانست با تبدیل انرژی نیروی زغال سنگ را جانشین نیرو و زور بازوی آدمی کند.

استفاده از نیروی زغال سنگ در ماشین‌های بخار اگر چه در قرنهای گذشته برای تولید نیرو به مقدار زیاد و مداوم بسیار مناسب بود اما بشر به دنبال کارمایه‌ای بود تا کارهایی انجام دهد که از عهده بخار بر نمی‌آید؛

استفاده از نیروی زغال سنگ در ماشین‌های بخار اگر چه در قرنهای گذشته برای تولید نیرو به مقدار زیاد و مداوم بسیار مناسب بود اما بشر به دنبال کارمایه‌ای بود تا کارهایی انجام دهد که از عهده بخار بر نمی‌آید؛

جان تاردیر دانشمند فرانسوی برای اولین بار در سال ۱۶۱۸ میلادی راه تولید گاز از زغال سنگ را برای روشنایی به کار برد.

طبیعتاً توجه دانشمندان به خصوص به این جلب شد  که چگونه می‌توان انرژی را از جایی به جای دیگر منتقل کرد. دانشمندان می‌خواستند بدانند که از یک مقدار معین سوخت دقیقا چه مقدار انرژی می‌توان به دست آورد. برای این کار آنها کم کم فهمیدند که چگونه می‌توان مقدار انرژی را دقیقتر و دقیقتر اندازه‌گیری ‌کرد.

در دهه ۱۸۴۰ میلادی دانشمندی انگلیسی به نام ژول (۱۸۸۹- ۱۸۱۸ میلادی) اندازه‌گیری‌های بسیاری در این مورد انجام داد. او با شکلهای گوناگون انرژی مثل نور، صوت، حرکت، گرما، الکتریسیته و مغناطیس کار کرده و انرژی را از شکلی به شکل دیگر و از جایی به جای دیگر تبدیل و منتقل می‌ساخت. چون متوجه شده بود که در همه این تغییرها و جابه‌جایی‌ها مقدار کل انرژی هیچ وقت تغییر نمی‌کند. در سال ۱۸۴۲ نیز یک پزشک آلمانی به نام روبرت مایریل نتیجه‌گیری ژول را با انجام اندازه‌گیری‌های دقیق تایید کرد.

از سوی دیگر بشر با تکمیل فرضیات و آزمایشات دو هزار و پانصد ساله خود به تولید الکتریسیته و به منبع عظیم انرژی الکتریکی دست یافته و با انجام فرضیه ها و نتایج تکمیلی توانست هم الکتریسیته را در معرض خدمت به جامعه قرار دهد و هم به آرزوی صد هزار ساله‌اش تبدیل شب به روز تحقق بخشد.

به کمک آن هزاران وسیله مثل مورس، تلفن، تلویزیون که تاریخ تمدن بشر را به سرعت بهبود بخشیده است را راه‌اندازی کند.

این تلاش در سال ۱۸۹۰ از انرژی باد و در سال ۱۹۴۱ از اولین آسیاب بادی که قادر بود بیش از هزار کیلو وات الکتریسیته تولید کند، به خدمت گرفته شد.

همچنین به سال ۱۸۸۲ با استفاده از انرژی آب اولین مولد الکتریسیته هیدروالکتریک در ایالات متحده امریکا به کار گرفته شد.

 

افق دید بشر تا بدان جا انجامید که با استفاده از آینه‌ها به تمرکز پرتوهای خورشیدی دست یابندو با استفاده از انرژی هسته‌ای غوغا و انفجاری از تولید انرژی را در اذهان نقش ببند. اینک با همایشی از مجموعه انرژی‌ها انسان با مطالعه اجسام خیلی ریزی مانند الکترونها ، پروتونها و نوترونها) و اجسام بسیار بزرگی همچون منظومه‌ شمسی، ستارگان و کهکشانها و با دست‌یابی به تکنولوژی و فن‌آوری لازم به سیستم‌های الکتریکی و الکترونیکی حتی هسته‌ای دست یافته کورات بسیار دور را درنوردیده و با لیزر و تابش‌های هسته ای به اعماق دور دست نادیده‌ها دست یافته است.

اما این تلاش در خدمت انسان و جامعه تا کجا پیش خواهد رفت باید دید، شنید و یا بگذاشت که آیندگان ببینند و بشنوند.

نقش نیروگاههای بادی در تامین الکتریسیته برای آینده

عرضه و تقاضای انرژی در جهان به صورت یکی از مسائل روز در آمده است. انرژیهای فسیلی مانند نفت و گاز و ذغال سنگ روزی تمام خواهد شد و با پایان یافتن آن چرخ تمدن بشری که بستگی مستقیم به انرژی دارد متوقف خواهد گشت. این مساله موجب شده که کشورهای توسعه یافته صنعتی با جدیت هر چه بیشتر استفاده از سایر انرژیهای موجود در طبیعت را مورد توجه قرار دهند.

استفاده از انرژیهای نو: خورشید، باد، گرمای درون زمین و جزر و مد، مستلزم کار و کوشش و تحقیقات زیادی می‌باشد که باید از قبل انجام شده باشد. کشورهای توسعه یافته سالهاست که مطالعات دامنه‌داری را در این زمینه شروع کرده‌اند. کشورهای در حال توسعه اگر از هم اکنون به فکر استفاده از انرژیهای نو نباشند و مطالعات جامع و کامل خود را در این زمینه شروع نکنند، روزی خواهد رسید که برای جبران کمبود انرژی مجبور خواهد شد، دست نیاز به دامان کشورهای پیشرفته بزنند، آن وقت فاصله موجود بین کشورهای توسعه یافته و کشورهای در حال توسعه زیادتر خواهد شد.

از اوایل دهه ۱۹۷۰ آشکار شد که سوختهای فسیلی که از سالها پیش پایه و اساس موازنه انرژی را در اقتصاد جهان تشکیل می‌داد، در آینده‌ای نه چندان دور تمام خواهد شد در این زمان تناسب بین کشف ذخایر سوختهای فسیلی و رشد مصرف سوخت بهم خورد و محاسبات علمی، چشم جهانیان را باز کرد که تا سالهای نه چندان دور این ذخایر به پایان خواهد رسید.

روی آوردن به انرژیهای نو مستلزم صرفه هزینه‌های کلانی است که برای کشورهای در حال توسعه بسیار گران تمام می‌شود. تا این اواخر بهای انرژی ارزان بود و قیمت نفت پایین نگهداشته می‌شد. اما از این پس برای تهیه انرژی باید بهای بیشتری پرداخت و این مساله‌ای است که ابعاد آن نامشخص می‌باشد.

تاریخ نشان می‌دهد که جایگزین کردن یک منبع انرژی به جای منبع دیگر دهها سال طول می‌کشد استفاده از از ذغال سنگ بجای هیزم و سپس قرار دادن نفت و گاز به جای ذغال سنگ بیش از نیم‌قرن طول کشیده است.

در آینده دسترسی به انرژی به مقادیر کافی از جهات بسیاری مشکلتر خواهد بود. در راس این مشکلات مساله افزایش بی‌سابقه جمعیت جهان قرار دارد. از زمان نخستین بحران نفت تا کنون بیش از ۴۰۰ میلیون نفر به جمعیت جهان اضافه شده که نیازهای مادی آنان از هم اکنون مشهود است. حتی اگر میزان زاد و ولد در هر خانواده کاهشی صورت گیرد جمعیت جهان در ۵۰ سال آینده تقریبا دو برابر خواهد شد.

مطالعات دقیق نشان می‌دهند که کمبود منابع انرژی طی ۵۰ سال آینده همچنان توسعه اقتصادی جهان را با مانع روبرو خواهد ساخت. با پیشرفت تمدن، انرژی مورد نیاز انسان بالا خواهد رفت و مقدار کل انرژی مورد نیاز چنان عظیم خواهد بودکه دیگر جای انتخاب باقی نمی‌گذارد. لذا استفاده از همه منابع انرژی باید مد نظر قرار گیرد. تمامی دست اندرکاران بزرگ جهان عقیده‌اشان بر این است که باید پایه قابل تجدید مستمر انرژیهای مانند انرژیهای خورشیدی، باد و آبی و بیوگاز قرار داد.

یک مجموعه انرژی باد قادر به تامین برق با قیمت ارزان می‌باشد، بنابراین انرژی باد می تواند وابستگی کشورها به سوخت فسیلی را کاهش دهد و از آلودگی محیطی نیز جلوگیری کند. اگر شما در یک منطقه دور افتاده زندگی می‌کنید، انرژی باد می‌تواند هزینه تامین برق را برای محل زندگی شما تا حد زیادی کاهش دهد. دستگاههای کوچک انرژی باد را می‌توان هم به صورت یک دستگاه مستقل مورد استفاده قرار داد. توربین‌های بادی که در کنار شبکه برق سراسری کار می‌کنند می‌توانند از مقدار مصرف برق شبکه سراسری برای روشنایی، تجهیزات برقی و گرمایش بکاهند. اگر توربین بادی توانایی تولید برق به اندازه کافی را نداشته باشد ما به‌التفاوت آن از شبکه برق سراسری تامین می‌گردد و در زمانی که برق تولیدی توربینها بیشتر از مقدار مورد نیاز باشد، اضافه آن به شبکه برق سراسری فروخته می‌شود. با استفاده از تجهیزات الکترونیکی جدید، اتصال به صورت خودکار امکان پذیر می‌باشد. دستگاههای مستقل را می‌توان برای خانه‌ها، کارخانجات و سایر موارد مشابه که از شبکه برق سراسری فاصله زیادی دارند به کار برد.

اگر شرایط زیر برقرار باشد استفاده از هر یک از دستگاههای یادشده امکانپذیر است:

۱-سرعت متوسط سالیانه باد در منطقه مورد نظر حداقل ۱۵ کیلومتر در ساعت باشد.

۲- شبکه برق سراسری در دسترس نباشد و یا با هزینه خیلی زیاد قابل دسترسی باشد. یعنی اتصال به شبکه سراسری، بسته به شرایط منطقه حدود۵/۶ الی ۲۱ میلیون تومان به ازای هر کیلومتر هزینه داشته باشد.

۳- اگر علاقمند باشید تا برق مورد نیاز خود را بدون استفاده از شبکه سراسری تامین کنید.

۴- اگر خواهان این باشید که اثرات زیست محیطی تولید برق را کاهش دهید.

۵- باید از دوره‌های وزش باد در منطقه آگاه باشید و برنامه‌ریزی شما برای مصرف برق متناسب با این دوره‌ها باشد. دستگاه تولید انرژی بادی متشکل از اجزا زیر است:

 

توربین بادی، توربینهای بادی خانگی تشکیل شده است از یک موتور، یک ژنراتور، و معمولا یک دنباله. در اثر عبور ها از روی پره‌ها، روتور، انرژی جنبشی باد را گرفته و به حرکت چرخشی تبدیل می‌کند و ژنراتور را به چرخش در می‌آورد. روتور می‌تواند دو پره یا سه پره داشته باشد. روتور سه پره متداول تر است. مقدار انرژی، که توربین می تواند تولید کند در درجه اول بستگی به قطر روتور دارد که (سطحی را که توسط باد قطع می‌شود معین می‌کند). اسکلت توربین متشکل از یک میله محوری محکم است که روتور، ژنراتور و دنباله روی آن نصب شده است.

وظیفه دنباله این است که جهت توربین را همیشه سمت باد نگه دارد. توربین بادی یک کیلوواتی می‌تواند نیازهای یک خانه با مصرف۳۰۰کیلو وات ساعت در ماه را در منطقه‌ای که سرعت متوسط سالیانه باد۵/۲۲کیلومتر بر ساعت است، تامین کند. تولید کنندگان معمولا اطلاعاتی در مورد حداکثر سرعتی که توربین به طور ایمن می‌تواند کار کند، ارائه می‌دهند.اکثر توربینها دارای سامانه خود کار کنترل سرعت می باشند تا از آسیب دیدن روتور در دورههای بالا جلوگیری کند. این اطلاعات و همچنین توزیع سرعت باد در منطقه و مقدار انرژی مورد نیاز برای تعیین اندازه توربین کفایت می‌کند.

برج‌ها، به عنوان یک اصل کلی در انرژی باد می‌تواند گفت: بهترین بادها در ارتفاعات زیاد وجود دارند. در یک دشت صاف به دلیل اینکه سرعت باد با افزایش ارتفاع افزایش  می‌یابد، توربین‌ها را روی یک برج نصب می‌کنند هر چه ارتفاع برج بیشتر باشد، مقدار انرژی تولیدی توربین بیشتر است.

باید برج توربین را به ارتفاعات بالا برد تا از تلاطمهایی که در نزدیکی سطح زمین وجود دارد در امان باشد. اصلی کلی برای  نصب توربینها این است که توربین باید در

ارتفاعی روی برج نصب شود که پایین‌ ترین قسمت پره‌های آن۹ متر بالاتر از هر عارضه‌ای در شعاع۹۰متری برج باشد.

آزمایشها نشان می‌دهد، سرمایه گذاری نسبتا کمی در افزایش ارتفاع برج می‌تواند بازده زیادی در تولید انرژی داشته باشد. به عنوان مثال برای افزایش ارتفاع یک ژنراتور۱۰کیلو واتی از ارتفاع۱۸متری به ارتفاع۳۰متری ده درصد افزایش قیمت کل دستگاه را در بردارد، اما این کار باعث۲۵درصد افزایش در قدرت توربین می‌گردد. دو نوع کلی از برجها که مورد استفاده قرار می‌گیرد عبارت است از برجهای خود اتکا (آزاد و ایستاده) و برجهای مهار شده استفاده می‌کنند. برجهای مهار شده، ارزانترین نوع برجها هستند. آنها از یک ساختار ارزان قیمت که از یک ستون فلزی تشکیلشده و توسط کابلهایی از اطراف به تکیه گاههایی روی زمین متصل و مهار شده، تشکیل شده است. بنابراین به دلیل ایکه شعاع کابلهای مهار باید حدودا نصف یا سه چهار ارتفاع برج باشد، برجهای بلند مهار ده باید فضای کافی برای نصب داشته باشند.

امکان ترک خوردن و شکستن برجهای آلومینیومی وجود دارد، بنابراین استفاده از آنها توصیه نمی‌شود. در دستگاههای مستقل برای ذخیره کردن برق و استفاده از آن در مواقعی که باد وجود ندارد نیاز به باطری داریم. این باطریها نیاز به کنترل کننده شارژ (پر شدن) برای جلوگیری از پر شدن بیش از حد باطریها دارند. باطریهای مرغوب پرتناوب را می‌توان صدها بار تا ۸۰% ظرفیت آنها پر و یا خالی کرد، به این دلیل یکی از انتخاب‌های خوب برای استفاده در دستگاههای انرژیهای نو شونده به شمار می‌روند. باطریهای خودکار و باطریهای کم تناوبی هستند و استفاده از آنها به دلیل عمر کوتاه‌شان در تناوب‌های زیاد در دستگاههای انرژیهای نو توصیه نمی‌شود.

در دستگاههای کوچک که با استفاده از جریان مستقیم کار می‌کنند. مصرف کننده‌ها مستقیما از باطریها تغذیه می‌شوند. اما در صورت استفاده از مصرف کننده‌هایی که با استفاده از برق متناوب خانگی کار می‌کنند، نیاز به نصب یک دستگاه اینورتر (واژگونه ساز) نیز می‌باشد، تا جریان مستقیم باطریها را به جریان متناوب تبدیل کند. البته اینورتر باعث کاهش کمی در بازده دستگاه می‌شود ولی اجازه می‌دهد تا برق کشی خانه جریان متناوب باشد که از نظر عمومی مقبولیت بیشتری دارد.

درباره‌ admin555

تصویر پروفایل از  admin555

جوابی بنویسید

رفتن به نوارابزار