انرژی‌های تجدیدپذیر
معرفی
اهداف تحقیقاتی گروه پژوهشی انرژی‌های دریاپایه در بخش انرژی‌های دریا پایه به دو قسمت انرژی امواج و جریانات دریاها و رودخانه‌ها و همچنین انرژی باد معطوف شده است. در بخش اول، طراحی و ساخت مبدلهای انرژی امواج دریا، توربین‌های جزر و مدی، و توربین‌های آبی کوچک که انرژی امواج و جریانات دریایی و رودخانه را استخراج نموده و آن را به برق تبدیل می کنند، در دستور کار قرار گرفته است. در بخش انرژی باد نیز ساخت و تحقیق بر روی توربین‌های بادی عمودی و توربین‌های بادی شناور در دریا، مورد توجه قرار گرفته است. همچنین قابلیت دیگر این گروه، انجام شبیه‌سازی‌های عددی جهت پیش‌بینی فعل و انفعال جسم شناور و امواج دریا و همچنین بهینه‌سازی عدد سازه‌های شناور می‌باشد.
در ارتباط با پروژه‌های انجام شده، در بخش پروژه‌ها، تمامی فعالیت‌های این گروه پژوهشی به طور مفصل توضیح داده شده است. در ادامه راجع به کلیات و دسته‌بندی سیستم‌های مبدل انرژی امواج، توربین‌های جزر و مدی، توربین‌های آبی کوچک، توربین‌های بادی عمودی و همچنین توربین‌های بادی شناور در دریا توضیحاتی جهت آشنایی ارائه شده است.
مبدلهای انرژی امواج دریا
مبدلهای انرژی امواج اصطلاحاً به سامانه‌های دریایی اطلاق می‌شود که با بهره‌گیری از انرژی امواج دریا، قادر به تولید انرژی الکتریسیته می‌باشند. در دهه‌های اخیر، کشورهای زیادی با صرف هزینه‌های بسیار، بر روی طراحی و ساخت انواع مختلف این سامانه‌ها سرمایه‌گذاری نمودند. سامانه‌های تولید برق از امواج دریا بر اساس شکل ظاهری، ساختار، محل استقرار (نزدیک ساحل یا وسط دریا)، نحوه آرایش آنها در برابر امواج و غیره به چهار دسته‌ی کلی تقسیم‌بندی می‌شوند.
|
|
|
|
| سامانه تضعیف‌کننده | سامانه ستون نوسانی آب | |
|
|
|
|
| سامانه جاذب نقطه‌ای | سامانه سرریز |
توربین‌های جزر و مدی
جریانات دریایی در حین حرکت، انرژی جنبشی زیادی را انتقال می‌دهند. این جریانات، ممکن است به صورت جریانات ناشی از جزر و مد یا جریانات پایدار اقیانوسی باشند. استحصال انرژی از این جریانات، مشابه جریان باد است و با استفاده از توربین مشابه توربین بادی انجام می‌گیرد. البته به علت چگالی بسیار بیشتر آب نسبت به هوا، این انرژی در سرعت مساوی حدود ۱۰۰۰ برابر بیشتر است. می‌توان این فناوری را در مناطقی که سرعت جریان جزر و مدی بالاست و یا در مناطقی که جریانات پایدار اقیانوسی سرعت قابل قبولی دارند، نصب کرد. توربین های‌جزر و مدی در اکثر مطالعات به شش دسته اصلی تقسیم‌بندی شده‌اند که شامل موارد زیر می‌باشد.
|
|
|
|
||
| هیدروفویل‌های نوسانی | توربین‌های محور عمودی | توربین‌های محور افقی | ||
|
|
|
|
||
| توربین‌های بادبادکی | پروانه ارشمیدسی | توربین‌های ونتوری |
توربین‌های آبی کوچک
با توجه به افزایش میزان تقاضا برای برق در کشورمان، رفته رفته نیاز به توسعه‌ی بخش تولید برق، نیازی ضروری محسوب می‌شود. اما برای احداث نیروگاه‌های جدید حرارتی، سرمایه‌گذاری‌های عظیمی نیاز است که با توجه به امکان توسعه و افزایش راندمان نیروگاه‌های موجود، جذب سرمایه برای احداث نیروگاه‌های بزرگ جدید، توجیه‌پذیر نیست. اما می‌توان به راه‌های دیگری همچون تولید برق در مقیاس‌های کوچک برای مناطقی که پتاسیل آن را دارند، روی آورد. به این منظور می‌توان از میکرو نیروگاه‌هایی که در آن میزان کمی انرژی برق توسط میکرو توربین‌های آبی تولید می‌شود، استفاده نمود. این میکرو توربین‌های آبی برای مصارف مختلف در مزارع شیلات، اتاق شیرآلات سدها، مسیر رودخانه‌ها، کانال‌های آب رسانی کشاورزی، مصارف خانه‌های شخصی و ایستگاه‌های تقلیل فشار آب و نقاط پراکنده دوردست می‌تواند مورد بهره‌برداری قرار گیرد. در استان‌های شمالی مازندارن و گیلان، رودخانه‌های بسیاری وجود دارد که می‌توان از آب آنها برای تولید برق در مقیاس کم استفاده نمود و هزینه‌های مربوطه را کاهش داد.
توربین‌های بادی عمودی
توربین بادی به توربینی گفته می‌شود که برای تبدیل انرژی جنبشی باد به انرژی مکانیکی به کار می‌رود که توان بادی نام دارد. توربین‌های بادی کوچک برای کاربردهایی مانند شارژ کردن باتری‌ها و یا توان کمکی در قایق‌های بادبانی مورد استفاده قرار می‌گیرند، در حالی که توربین‌های بادی بزرگتر با چرخاندن ژنراتور، به عنوان یک منبع تولید انرژی الکتریکی به شمار می‌روند.
در توربین‌های بادی عمودی روتور اصلی به صورت عمودی قرار می‌گیرد و نیازی به تنظیم جهت قرارگیری آن نسبت به جهت وزش باد ندارد. توربین‌های عمودی انواع گوناگونی داشته که هر کدام از آنها نسبت به دیگری از برتری خاص خود برخوردار است. ساخت این توربین بسیار ساده است و برخی از آنها بازده پایینی دارند. در این نوع توربین‌ها، یک سمت توربین، باد را بیشتر از سمت دیگر جذب می‌کند که باعث می‌شود به سیستم گشتاور وارد شده و بچرخد.
|
|
|
|
|
توربین عمودی نوع داریوس |
توربین عمودی نوع ساونیوس |
توربین‌های بادی شناور
استفاده و تولید برق از انرژی باد در خشکی، نسبت به انرژی باد فراساحل بسیار بیشتر است. این درحالی است که نصب توربین‌های باد در دریا و استحصال انرژی باد در دریا به صورت روزافزون اهمیت می‌یابد. کاربرد توربین‌های بادی ثابت در آب‌های عمیق که دارای باد قویتر و همچنین پایدارتری هستند، گسترش یافته است. علاوه بر این، بدلیل کاربرد و راندمان اقتصادی بهتر توربین‌های بادی با پرهای با ابعاد بزرگتر، نیاز به حرکت به سمت آب‌های عمیقتر بسیار مشهود است. توربین‌های بادی شناور یکی از ابزارهای جدید مهار انرژی‌های تجدیدپذیر در جهان می‌باشند. با توجه به مسائل جوی و جغرافیایی در دریا از قبیل بالا بودن شدت و پیوستگی سرعت باد با کمترین میزان تلاطم و برش در دریا نسبت به خشکی، نبود محدودیت مکانی برای نصب و راه اندازی به علت وسعت زیاد دریاها و برطرف شدن اغتشاشات سمعی و بصری با نصب آنها در فواصل مناسب و دور از مناطق مسکونی، استفاده از این نوع توربین‌ها برای تولید انرژی الکتریکی جنبه اقتصادی پیدا کرده است.
آزمایشگاه تحقیقاتی انرژی خورشیدی
در سال 1399 آزمایشگاه تحقیقاتی انرژی‌های خورشیدی با هدف ایجاد ارتباط بین صنعت و دانشگاه و آزمایش نتایج طراحی ادوات دریافت کننده انرژی خورشیدی تأسیس شد. در این آزمایشگاه تحقیقاتی سیستم‌های مختلف آب‌شیرین‌کن خورشیدی و آب گرمکن خورشیدی طراحی، ساخت و آمایش می‌شوند.
مجموعه آزمایشگاهی انرژی خورشیدی
فعالیت‌های مجموعه آزمایشگاهی انرژی خورشیدی بر دو موضوع عمده (آب گرمکن خورشیدی و آب شیرین‌کن خورشیدی) استوار است.
آبگرمکن‌های خورشیدی ادواتی هستند که بی نیاز از سوخت‌های فسیلی و برق شهری به واسطه‌ی حرارتی دریافتی از خورشید حرارت آب را افزایش می‌دهند. در گروه پژوهشی انرژی‌های دریاپایه دو نمونه از آب گرمکن‌های خورشیدی مورد بررسی قرار می‌گیرند، نمونه اول از نوع مستقیم است که آب با عبور از لوله‌های مسی فین دار در معر نور خورشید گرم می‌شود. نمونه دوم از نوع آب‌گرم‌کن با جاذب است که این جاذب در طول روز به واسطه حرارت خورشید ذوب شده و در طول شب به مرور حرارت خود را از دست می‌دهد. در این آزمایشگاه از جاذب PCM جامد استفاده می‌شود.
آب گرمکن خرشیدی
آب شیرین‌کن‌های خورشیدی با توجه به چینش مدار و طریقه عملکردشان به چند دسته تقسیم می‌شوند که یکی از مرسوم‌ترین انواع آنها آب شیرین‌کن‌های خورشیدی HDH هستند. در آزمایشگاه تحقیقاتی انرژی‌های خورشیدی از نوع آب شیرین‌کن خورشیدی رطوبت‌زن-رطوبت‌زده (HDH) با کویل خنک کننده، آب شیرین‌کن HDH با سیستم تبرید جذبی آمونیاک و آب شیرین‌کن HDH با کندانسور ترموالکتریک استفاده می‌شود.
هواگرم‌کن خورشیدی و رطوبت‌زن
در راستای مستقل‌سازی مجموعه آزمایشگاهی از برق شهری، در این آزمایشگاه از سلول‌های فوتوولتائیک جهت تأمین برق ادوات جانبی مجموعه تست استفاده می‌شود.
سلول‌های فوتوولتائیک
تجهیزات
- پنل‌های فوتوولتائیک با توان توان تولیدی 1120 وات (شامل 4 پنل 280 وات)
- آب شیرین‌کن خورشیدی رطوبت‌زن-رطوبت‌زده (HDH) با کویل خنک کننده
- آب شیرین‌کن HDH با سیستم تبرید جذبی آمونیاک
- آب شیرین‌کن HDH با کندانیور ترموالکتریک
- هواگرم‌کن خورشیدی
- آب‌گرم‌کن خورشیدی