انرژی خورشیدی ؛ نوآوری فناوری قرن ۲۱

انرژی خورشیدی ؛ نوآوری فناوری قرن ۲۱

تاریخ نفت خام و گاز طبیعی، تاریخ نوآوری فناوری است. تا همین اواخر نوآوری از نفت خام و گاز طبیعی حمایت می‌کرد، اما اکنون آن را به چالش کشیده و باعث تغییرات اساسی در بازارهای نفت خام و گاز طبیعی شده است.
بزرگ‌ترین منبع انرژی تجدیدپذیر و در دسترس برای استفاده بشر، انرژی خورشیدی است. منبع انرژی پایدار، پاک، مستمر و قابل‌اعتماد که می‌تواند اساس توسعه پایدار مبتنی بر کاهش نگرانی‌های زیست‌محیطی در دنیای امروزی باشد.
از سوی دیگر، در حالی که پهنه گسترده‌ای از کشور درگیر خشکسالی شدید است و منابع آبی باقی‌مانده هم به‌سرعت در حال تحلیل رفتن هستند، آیا می‌توانیم با اتخاذ یک سیاست خلاقانه و منطقی به‌طور همزمان و کاملاً هدفمند، بخشی از نگرانی‌های موجود درباره امنیت غذایی، بحران آب، اشتغال در بخش کشاورزی، آلودگی هوا ناشی از شیوع کانون‌های محلی تولید گردوغبار و تولید انرژی را در کشور کاهش دهیم؟
در ابتدا نفت خام تنها برای روشنایی مورد استفاده قرار می گرفت، اما به دنبال نوآوری موتور احتراق داخلی که در نیرو، برد و راحتی فعالیت و نگهداری عملکرد بهتری از موتور بخار داشت و همچنین ابداع تسمه نقاله که تولید انبوه موتور احتراق با قیمت مناسب برای عموم را امکان پذیر کرد، دستخوش تغییر شد. کمی بعد نفت خام، سوخت محبوب برای حمل و نقل شد و خودرو جای درشکه‌هایی که با اسب کشیده می‌شدند، قطار دیزلی جای لوکوموتیو، کشتی موتوری جای کشتی بخار و هواپیما جای زپلین را گرفت.
مدت‌ها گاز طبیعی یک محصول فرعی بلااستفاده از تولید نفت خام بود و معمولا در پایگاه تولید سوخته می‌شد، اما نوآوری فناوری استفاده از مزایای گاز طبیعی را امکان پذیر کرد. بهبود فناوری خط لوله، استفاده از گاز طبیعی به عنوان خوراک برای صنعت مواد شیمیایی و به عنوان سوخت برای گرمایش خانه، آشپزی و تولید نیرو را ممکن ساخت. بعدها بهبود فناوریLNG بازار گاز طبیعی را گسترش داد و آن را جهانی کرد.
بنابراین نوآوری فناوری نه فقط در پس نخستین انقلاب بزرگ انرژی از چوب به زغال سنگ در طول انقلاب صنعتی قرن هیجدهم و نوزدهم وجود داشت بلکه همچنین پشت دومین انقلاب بزرگ انرژی از زغال سنگ به نفت خام و گاز طبیعی – در نیمه اول قرن بیستم قرار دارد.
اکنون در سال ۲۰۱۷نفت خام و گاز طبیعی که سودبرندگان بزرگ نوآوری فناوری پیشین بودند، به دلیل تداوم نوآوری فناوری به چالش کشیده شده‌اند.
نوآوری در فناوری باطری، نیرومحرکه برقی را رقیب جدی موتور احتراق داخلی کرده و نفت خام را با برق به چالش کشیده است و همزمان، گاز طبیعی با نیروی بادی و خورشیدی در تولید برق به چالش کشیده شده است.این مساله باعث شده برخی فروپاشی قریب الوقوع صنعت نفت و گاز را پیش‌بینی کنند، اما آیا چنین نتیجه‌گیری درست است؟
باید به خاطر داشت که نفت خام و گاز طبیعی تنها برای حمل و نقل (نفت خام) و تولید نیرو (گاز طبیعی) استفاده نمی‌شوند. برخی از عوامل تقاضا برای نفت خام مانند حمل و نقل سنگین و هواپیمایی از روند برقی سازی حمل و نقل بی‌تاثیر می‌مانند. این مساله برای گاز طبیعی هم صدق می‌کند که منبع اصلی مواد شیمیایی و انرژی برای صنایع سنگین مانند فولاد، آلومینیوم، سیمان و کاغذ خواهد ماند.
حتی اگر انتظارات کنونی حول نوآوری فناوری محقق شود، زمان زیادی خواهد برد تا برق در حمل و نقل از نفت و نیروی خورشیدی و بادی در تولید برق از گاز طبیعی عملکرد بهتری
داشته باشد.
در کنار نوآوری باطری، برقی‌سازی حمل و نقل مستلزم توسعه زیرساخت شارژ مجدد است. در مناطقی که بیشتر خانه‌ها پارکینگ دارند، این مساله چندان مشکل به حساب نمی‌آید زیرا خودروهای برقی آنها می‌توانند شبانه در خانه شارژ شوند و شارژ شبانه به معنای شارژ در ساعات کاهش پیک مصرف است و بنابراین مشکل جدی برای شبکه‌های نیروی کنونی نخواهد بود. با این‌همه در مناطقی که بسیاری از خانه‌ها پارکینگ ندارند، یک شبکه شارژ عمومی باید ایجاد شود.
منطقی‌ترین راه‌کار برای چنین مناطقی، مجهز کردن فضای پارکینگ عمومی و پارکینگ ادارات به شارژرها است، اما این امر مستلزم همکاری میان برنامه‌ریزان شهری، سازندگان املاک و کارآفرینان است که همه آنها به جز استثناهای معدودی، تازه فکر کردن به پیامدهای حمل و نقل برقی را آغاز کرده‌اند. بدین سان ممکن است سال‌ها و حتی دهه‌ها زمان ببرد که بسیاری از مناطق جهان از حمل و نقل برقی پشتیبانی کنند.
بر اساس گزارش اویل پرایس، تغییر از تولید نیرو با زغال سنگ و گاز به تولید نیرو با انرژی بادی و خورشیدی هم با موانع عملی در بسیاری از نقاط جهان مواجه است. در کشورهای ثروتمند، منابع مالی برای فاینانس یک گذر نسبتا سریع که شامل بازنشستگی زودهنگام نیروگاه‌های زغال سوز و گازی است، موجود است.
در کشورهایی که شبکه نیرو توسعه نیافته و سرمایه گذاری ضروری است، این سرمایه‌گذاری به راحتی می‌تواند از زغال سنگ و گاز به سوی انرژی خورشیدی و بادی هدایت شود و چنین کشورهایی عصر زغال سنگ و گاز را دور زده و مستقیما به دوران تجدیدپذیرها وارد شوند. کشورهایی که شبکه‌های برق مبتنی بر زغال سنگ یا گاز دارند، تمایل بیشتری دارند تا حد امکان از زیرساخت فعلی استفاده کنند که ادامه تقاضا برای تولید برق برای یک مدت طولانی را تضمین می‌کند.
بنابراین حتی تحت خوشبینانه‌ترین پیش‌بینی‌ها برای نوآوری فناوری، استفاده و تقاضا برای نفت خام و گاز طبیعی احتمالا در آینده هم ادامه خواهد یافت، اما ممکن است به زودی به اوج برسد.
مزارع مشترک خورشیدی و کشاورزی
در حالی که پهنه گسترده‌ای از کشور درگیر خشکسالی شدید است و منابع آبی باقی‌مانده هم به‌سرعت در حال تحلیل رفتن هستند، آیا می‌توانیم با اتخاذ یک سیاست خلاقانه و منطقی، به‌طور همزمان و کاملاً هدفمند، بخشی از نگرانی‌های موجود در خصوص امنیت غذایی، بحران آب، اشتغال در بخش کشاورزی، آلودگی هوا ناشی از شیوع کانون‌های محلی تولید گرد وغبار و تولید انرژی را در کشور کاهش دهیم؟ آیا راهکاری دانش‌بنیان و کاربردی برای نیل به این هدف در دنیای پیرامونی ما وجود دارد؟
گزارش زیست آنلاین حاکی است، بزرگ‌ترین منبع انرژی تجدیدپذیر و در دسترس برای استفاده بشر، انرژی خورشیدی است. منبع انرژی که پایدار، پاک، مستمر و قابل‌اعتماد بوده و می‌تواند اساس توسعه پایدار مبتنی بر کاهش نگرانی‌های زیست‌محیطی در دنیای امروزی باشد. در سال‌های اخیر، سیستم پنل‌های خورشیدی PVیا فتوولتائیک که این انرژی را به خدمت می‌گیرد، رشدی سریع و جهانی داشته است، اما این رشد هم همراه با رونمایی از نقاط ضعف و چالش‌های جدید بوده است.
اشکال اصلی سیستم‌های خورشیدی PVنیاز قابل‌توجه به سطوح وسیع و مناسب برای استقرار و بهره‌برداری است. تأسیسات نیروگاه‌های خورشیدی PVدر مقیاس بزرگ به‌طور مستقیم روی سطوحی از زمین نصب می‌شوند که در معرض تابش حداکثری نور خورشید در طول روز است. در کشور ما دشت‌های مسطح و شیب‌های مناسب برای احداث نیروگاه‌های خورشیدی که نزدیک به مراکز جمعیتی و مصرف انرژی باشند عمدتاً با کاربری زراعی و باغی بوده و امکان تغییر کاربری برای ایجاد مزارع خورشیدی در این دسته از اراضی به جهت منع قانونی برای حفاظت از آن‌ها و ممانعت از محدود کردن پتانسیل تولید مواد غذایی وجود نداشته است.
تا همین اواخر در دنیا، نگرش رایج بر این بود که یک قطعه زمین مناسب یا می‌تواند کاربری زراعی داشته باشد و برای تولید محصولات کشاورزی استفاده شود یا می‌تواند برای تولید انرژی و استقرار مزارع انرژی خورشیدی بکار گرفته شود، اما نه برای هر دو هدف به‌صورت همزمان. اما این نگرش در سال ۱۹۸۱ توسط آدولف “گتزبرگر” و “آرمین زاسترو” به‌عنوان نخستین کسانی که پیشنهاد استفاده دوگانه از زمین‌های زراعی برای تولید همزمان انرژی خورشیدی و محصولات کشاورزی برای افرایش بهره‌وری از زمین و تولید نهایی را دارند به چالش کشیده شد. سپس در سال ۲۰۰۴ یک مهندس ژاپنی ماشین‌آلات کشاورزی به نام «آکیرا ناگاشیما» با ابداع سیستمی ابتکاری به نام ” اشتراک‌گذاری خورشیدی ” با ترکیب پنل‌های خورشیدی PVبا مزارع کشاورزی عملاً نگرش قبلی را رد کرد.
اساس کار این بود که او دریافت که از نقطه اشباع نور، افزایش سطح نور خورشید باعث افزایش بیشتر نرخ فتوسنتز نمی‌شود. “ناگاشیما” پایلوت‌های اولیه را در کشور ژاپن در سال ۲۰۰۴ اجرا کرد و توسعه داد.امروزه تولید همزمان محصولات کشاورزی و انرژی خورشیدی در یک زمین زراعی، تحت نام‌های مختلف در جهان شناخته می‌شود، مانند”Agrophotovoltaics”در کشور آلمان و “Agrovoltaics” در ایتالیا و “Solar sharing” در آسیا.
بهره‌وری سیستم آگری ولتائیک
اصطلاح “آگری ولتائیک” ( Agrivoltaics) برای اولین بار در یک مقاله در سال ۲۰۱۱ استفاده شد. سیستم “آگری ولتائیک” در مناطقی که افزایش راندمان مصرف آب در بخش کشاورزی ضروری است، می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد.
در تحقیقاتی که روی سطوح تبخیر در محصولات مقاوم به سایه مانند خیار و کاهو آبیاری شده، تحت پنل‌های خورشیدی فتوولتائیک انجام شد، کاهش تبخیر به میزان ۱۴ تا ۲۹ درصد را نشان داد. همچنین مطالعه‌ای روی گرمای خاک، هوا و پوشش گیاهی در زیر پنل‌های خورشیدی در طول یک فصل زراعی مشخص کرد علیرغم اینکه جریان هوا در زیر پنل‌ها ثابت باقی‌مانده بود، درجه حرارت خاک و سطح پوشش گیاهی کاهش داشته است.
شبیه‌سازی‌ها و مطالعات انجام‌شده روی بهره‌وری سیستم‌های “آگری ولتائیک” نشان می‌دهند که تولید مؤثر و همزمان محصولات مقاوم در برابر سایه‌اندازی و انرژی الکتریسیته در یک مزرعه کاملاً امکان‌پذیر است.

منبع:روزنامه اطلاعات

تاریخ خبر:شنبه ۲ دی ۱۳۹۶

اشتراک گذاری پست

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *