روش های تولید برق در جهان

تا سال 2030 تولید برق جهان به 30 میلیارد و 346 میلیون کیلوات ساعت می‌رسد
در تمام دنیا تولید برق از منابع گوناگون رو به افزایش است. سازمان انرژی آمریکا پیش بینی می کند که از سال 2004 تا 2030 پیشرفت قابل توجهی در میزان تولید برق جهان مشاهده خواهد شد.


تولید برق در دنیا هر سال حدود 4/2درصد افزایش می یابد. بنابراین طبق برآوردهای صورت گرفته از 16 میلیارد و 424 میلیون کیلووات ساعت در سال 2004 به 30 میلیارد و 346 میلیون کیلووات ساعت در سال 2030 می رسد. همچنین بیشترین تقاضا برای برق مصرفی از سوی کشورهای بیرون از سازمان همکاری اقتصادی و توسعه است. با وجود اینکه کشورهای غیر عضو سازمان همکاری اقتصادی و توسعه 26درصد کمتر از کشورهای عضو این سازمان در سال 2004 برق مصرف می کنند ولی کل تولید برق در حوزه کشورهای غیر عضو سازمان اقتصادی و توسعه در سال 2030 فراتر از تولید در کشورهای عضو این سازمان خواهد شد. بدین ترتیب انتظار می رود در کشورهای غیر عضو سازمان همکاری اقتصادی و توسعه از سال 2004 تا سال 2030 نرخ سالانه ای معادل 3برابر نرخ سالانه ی کنونی رشد تقاضا داشته باشیم. این تفاوت در عین حال که حاکی از رشد نسبی تاسیسات زیرساختی تولیدات برق در بیشتر کشورهای توسعه یافته عضو سازمان همکاری اقتصادی و توسعه است، نشان دهنده افزایش کند میزان جمعیت در این کشورها در 25 سال آینده نیز می باشد. به علاوه رشد بالای میزان تقاضا در کشورهای غیر عضو سازمان همکاری اقتصادی و توسعه به این معنی است که استانداردهای زندگی و استفاده از وسایل روشنایی و سایر وسایل برقی مدرن در این کشورها افزایش قابل توجهی یافته است. طبق مقایسه  انجام شده تولید برق در کشورهای غیر عضو سازمان همکاری اقتصادی و توسعه به 5/3 درصد رشد خواهد یافت که این رقم در مقایسه با 3/1 درصد رشد تولید برق در کشورهای عضو سازمان معنی دار خواهد بود. تولید برق شامل ایجاد و خلق انرژی برق می شود که با استفاده از توربین های متصل به ژنراتورهای برقی صورت می گیرد. این توربین های مکانیکی بیشترین برق تجاری مورد نیاز را تامین می کنند. در درون توربین ها مایعی به عنوان حامل انرژی وجود دارد. این مایع ها عمدتا از بخار آبی حاصل می شوند که توسط انرژی حاصل از انشقاق و شکاف هسته ای یا گرمای حاصل از سوختن سوخت های فسیلی (زغال سنگ، گاز طبیعی یا نفت) به نقطه جوش می رسد. البته در حال حاضر تعدادی از نیروگاههای جدید از خورشید به عنوان منبع حرارت استفاده می کنند؛ شیارهای سهمی شکل خورشیدی و برج های انرژی خورشیدی نور خورشید را برای گرم کردن این مایع و تولید بخار از آن به کار می برند.
منبع تجدید پذیر دیگری که برای تولید گرما و به حرکت در آوردن توربین ها از آن استفاده می شود انرژی گرمایی زمین است. بخار تحت فشار حرارت زیرزمینی از زمین بیرون آمده و توربین ها را به حرکت در می آورد. پره های توربین آبی که توسط آب جاری از سد های برق آبی یا نیروهای ناشی از جزر و مد به حرکت در می آیند منبع دیگری برای تولید برق هستند.
اکثر توربین های بادی از بادهایی که به طور طبیعی می وزند برق تولید می کنند. برج های خورشیدی هم از بادی که به طور مصنوعی درون دودکش ها با حرارت ناشی از نور خورشید جریان دارند کار می کنند.
توربین های گازی هم مستقیما بوسیله گازهای ناشی از سوخت نفت یا گاز طبیعی به حرکت در می آیند. از سوی دیگر نیروگاههای سیکل ترکیبی نیز با بخار و گاز فعالیت می کنند. آنها از سوختن گاز طبیعی در توربین های گازی انرژی تولید کرده و از گرمای اضافی این سوخت برای تولید برق از بخار استفاده می کنند. این نیروگاهها بازدهی بالای 60در صد دارند.
از انواع دیگر تکنولوژی های مورد مطالعه برای تولید برق می توان به تولید Solid-state اشاره کرد که سهم ویژه ای در مصارف و نیازهای سیار و متحرک دارد. فضای مورد استفاده ی آنها عمدتا ابزارهای ترموالکتریک (TE ) هستند. با وجود اینکه سیستم های گرما یونی ( TI) و Thermophotovoltaic TPV به اندازه سیستم های TE پیشرفت کرده اند ولی چنان که انتظار می رود سیستم های TE نسبت به سیستم های TI و TPV در دماهای پایین تری به کار می روند. وسایل پیزوالکتریکی نیز برای تولید انرژی از نیروی کشش مکانیکی استفاده می کنند.
Betavoltaic ها نوع دیگری از ژنراتورهای انرژی Solid-state هستند که برق را از واپاشیدن اشعه رادیو اکتیو تولید می کنند. همچنین تولید برق Magnetohydrodynamic) MHD)(حرکت آبی ماگنتو) مبتنی بر مایع به عنوان روشی برای تولید انرژی برق از راکتورهای هسته ای و نیز سیستم های احتراقی معمول مورد مطالعه قرار گرفته است. تولید برق الکترو شیمیایی نیز در مصارف قابل انتقال بسیار مهم است. در حال حاضر بیشترین میزان انرژی الکتروشیمیایی از سلول های الکتروشیمیایی بسته ( باتری ها ) به دست می آید که مسلما بیشتر به عنوان سیستم های ذخیره عمل می کنند تا سیستم های تولید. اما مطالعه و تحقیق برای گسترش سیستم های الکتروشیمیایی که تحت عنوان سلول های سوختی شناخته شده اند در چند سال اخیر افزایش قابل توجهی یافته است. سلول های سوختی می توانند برای استخراج انرژی چه از سوخت های طبیعی و چه از سوخت های مصنوعی ( به طور عمده هیدروژن الکترولیتی ) به کار روند. بنابراین می تواند هم به عنوان سیستم های تولیدی و هم به عنوان سیستم وابسته از آن استفاده کرد.


From: www.donya-e-eqtesad.com

نیروگاه تبدیل انرژی اقیانوسی (Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC


این نیروگاهها با بهره برداری از اختلاف دمای میان سطح و عمق اقیانوس یک سیکل حرارتی باد و چشمه عظیم گرم و سرد تشکیل می‌دهند و از این راه می‌توان با استفاده از ایجاد بخار و تقطیر موادی مانند پروپان با آمونیاک سیکل حرارتی کاملی را تشکیل داد و بوسیله تجهیزات ویژه‌ای انرژی مکانیکی و در نهایت انرژی الکتریکی تولید نمود.
Ocean Thermal Energy Conversion (O.T.E.C.)
Ocean Thermal Energy Conversion (O.T.E.C.) technology has been in existence for over one hundred years yet until recently, the technology for large scale application has not. This technology will improve the quality of life for millions of people in many nations in the equatorial region of the world.
نیروگاه تبدیل انرژی اقیانوسی O.T.E.C
The renewable energy provided by O.T.E.C. eliminates the dependence on fossil fuels for electricity production. The by-product of its operation is ample freshwater which provides a much needed resource for hi-tech industries, manufacturing and families. The nutrient rich deep cold water used by O.T.E.C operations allows for land-based farming of a diverse number of fin fish and shellfish for export and domestic consumption along with algae production for pharmaceutical manufacturing and research.  The deep cold water additionally allows for chill water air-conditioning of large structures thereby reducing operational costs for the industries benefiting from the O.T.E.C. operations. The same cold water will also be utilized to cool agricultural soil creating multiple growing seasons for a great many plants and vegetables for both export and domestic use. The hydrogen economy is in great demand and the hydrogen produced at Sarasvati for a recently developed recyclable hydrogen storage format that is both non-flammable and non-explosive which will not only allow for the conversion of fossil fuel electric power plants but will also be used in automobiles.
 
The development of these transformational technologies in developing nations will only be effective for improving the quality of life of the population with the education and training programs incorporated into The Sarasvati Project. Educational outreach programs along with the development of institutions for primary, secondary and tertiary levels provide for the people of nations where Sarasvati Projects exist to actively participate in the sustainability of their communities.
 
The planned development of commercial, industrial and residential communities within The Sarasvati Project development provides for the elimination of slum areas which are not a conducive environment for families or business. Sufficient waste treatment infrastructure and access to healthcare facilities is provided to maintain a healthy atmosphere wherein both families and business will not only exist but prosper.
 
The broad based, multi-disciplined approach of The Sarasvati Project has been proven to be the most effective in producing sustainable development and economic growth throughout the world and more specifically in working with the poor in developing nations. By supporting The Sarasvati Project in the development of these transformational technological energy breakthroughs much will be done to not only transform the lives of those living in developing nations but also taking a major step at providing cost effective, clean alternative energy supplies around the world.
 
More:
 
The Sarasvati Project has chosen to use the following information as a resource to familiarize the reader on the subject of Ocean Thermal Energy conversion. The development of a 100 MW O.T.E.C. renewable energy power plant is the cornerstone for the success of the project. Recent technological and ocean engineering developments now provide for this technology to be safely brought to the forefront in areas of the world most in need, transforming the lives of millions of men, women and children.
Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC)

Author: Thomas H. Daniel, Ph.D., The Natural Energy Laboratory of Hawaii Authority (NELHA). The world's largest solar collector absorbs a tremendous amount of the sun's energy, averaging about 65 million gigawatts (a gigawatt is one million kilowatts), or 570 quadrillion kW-hr per year - more than 5,000 times the amount of energy used in all forms by humans on the planet. A typical square mile of that collector - otherwise known as the surface waters of the Earth's vast oceans - absorbs an average of about 500 MW, or annually more energy than the equivalent of 2.6 million barrels of oil [1]. The concept of ocean thermal energy conversion (OTEC) uses the natural difference that exists between warm tropical surface waters and those at depth. Since the ocean temperature changes little from night to day or - in the tropics -with the seasons, an OTEC power plant is able to generate electricity continuously, unlike many other renewable energy sources. This idea originated with a French physicist, Jacques D'Arsonval, in 1881. His pupil, Georges Claude, built the first plant at Matanzas Bay, Cuba in 1930, with a gross output of up to 22 kilowatts.
How it works

OTEC generates electricity by using the temperature difference of 20°C (36°F) or more that exists between warm tropical waters at the sun-warmed surface, and colder waters drawn from depths of about 1000 m. To convert this thermal gradient into electrical energy, the warm water can be used to heat and vaporize a liquid (known as a working fluid). The working fluid develops pressure as it is caused to evaporate. This expanding vapor runs through a turbine generator and is then condensed back into a liquid by cold water brought up from depth, and the cycle is repeated. There are potentially three basic types of OTEC power plants: closed-cycle, open-cycle, and various blendings of the two. All three types can be built on land, on offshore platforms fixed to the seafloor, on floating platforms anchored to the seafloor, or on ships that move from place to place [2,3,4].
Closed-Cycle Ocean Thermal Energy Conversion


In a closed-cycle OTEC process, first proposed in 1881 by French physicist Jacques D'Arsonval [5], warm surface water is vaporizes a working fluid (such as ammonia) in a heat exchanger (evaporator). The ammonia vapor is then condensed back to liquid by thermal contact with the cold water through another heat exchanger (condenser) and re-cycled. At all times, the working fluid remains in a closed system and is continuously circulated. Since ammonia vaporizes and condenses near atmospheric pressure at the available seawater temperatures, it provides a sufficient pressure drop across the turbine so that it can achieve relatively high efficiency at modest size compared to the open-cycle system (See More). Since this technology is essentially similiar to standard refrigeration systems, there is sufficient experience with the components to allow straightforward scale-up to commerical sizes.

The first electric 50-kilowatt closed-cycle OTEC
demonstration plant called "Mini-OTEC" deployed by the
National Energy Laboratory of Hawaii.
(Image courtesy of NELHA)
Closed-Cycle Ocean Thermal Energy Conversion (continued)



The heat exchangers (evaporator and condenser) are a large and crucial component of the closed-cycle power plant, both in terms of actual size and capital cost.  Much of the work has been performed on alternative materials for OTEC heat exchangers, leading to the recent conclusion that inexpensive aluminum alloys may work as well as much more expensive titanium for this purpose.  Though this process does not produce desalinated water as a direct byproduct, the cold water (warmed only about 4°C by the OTEC process) can condense large volumes of fresh water when it is passed through a heat exchanger in contact with the humid tropical atmosphere.

Other considerations associated with a closed-cycle OTEC power plant are the potential leakage of ammonia and the discharge of small amounts of chlorine that are added to the ocean water to prevent fouling of the heat exchangers.  Practices developed over the past 100 years in the refrigeration industry can minimize ammonia leakage.  Experiments at the Natural Energy Laboratory of Hawaii [6] have demonstrated that very small, environmentally benign, levels of chlorine can successfully control the micro-fouling that would dramatically diminish the efficiency of the heat exchangers at the small delta-T available for OTEC operation.

The world's first net power producing OTEC plant, called "Mini-OTEC," was deployed in 1979 on a barge off the Natural Energy Laboratory of Hawaii by the State of Hawaii, Lockheed Ocean Systems, and other private sector entities.  This plant operated for three months, generating approximately 50 kilowatts of gross power with net power ranging from 10-17 kilowatts [7].  Though only about 20% of Mini-OTEC's gross power was available for export, the net-to-gross ratio will approach 75% for plants larger than about 10 megawatts, making the process more commerically attractive.
 
 PICHTR's 210-kilowatt open-cycle OTEC demonstration plant at   Keahole Point, Hawaii was operated for 6 years and  provided valuable data for the future development of open-cycle OTEC systems.  The fresh water production vapor to liquid surface heat exchanger is at the right of the picture. (Image courtesy of NELHA)
 
 
 In the open-cycle OTEC process, also known as the Claude Cycle after its inventor Georges Claude [8], seawater is the working fluid.  The boiling temperature of water is a function of pressure, as we note from the observation that boiling temperature decreases as the elevation above sea level increases.  The warm surface seawater boils inside a vacuum chamber that is maintained at a low pressure of approximately 0.34 psi (the pressure at 80,000 ft., about 1/40 atmospheric pressure at sea level).  The resulting low temperature vapor (steam) flow is then directed through a turbine generator.  Afterwards, the steam is chilled and condensed back into liquid by a flow of cold deep seawater from the depths.  The most efficient condensation, and hence the highest electricity output, can be achieved if this steam is brought into direct contact with the cold seawater.  However, if the steam flows through a surface condenser, in which it does not directly contact the cold seawater, the resulting condensate is desalinated water.  This pure fresh water "byproduct" is valuable for human consumption and agricultural purposes, especially in local communities where natural fresh-water supplies are limited.  The reduced efficiency of the surface condenser, however, significantly reduces the production of electrical energy from the turbine.

Since the pressure drop across the turbine is the difference between the low pressure at which the water vaporizes and the lower pressure remaining after condensation, open-cycle systems require very large turbines to capture relatively small amounts of energy.  Georges Claude, the inventor of the open-cycle process, calculated that a 6 MW turbine would need to be about 10 meters in diameter, and he could not design a realistic turbine larger than this.  Recent re-evaluation of Claude's work [9] indicates that modern technology cannot improve significantly on his design, so it appears that the open-cycle turbines are limited to about 6 MW.  The multiple turbines required for a commercial-sized OTEC plant will significantly increase its complexity and reduce its efficiency.

Less than one half of one percent of the incoming ocean water becomes steam, so large amounts of water must be pumped through the plant to create enough steam to run the large, low-pressure turbine.  This does not substantially reduce the surplus or net electrical power, however, since pumping surface seawater requires little energy.  In an ideal open-cycle plant, the vacuum pumps could be shut down after start-up, since all the water vaporized in the evaporator would be condensed in the condenser, leaving behind a vacuum.  In the real world, however, both inevitable vacuum leaks and non-condensible gases dissolved in the surface and deep seawater necessitate continuous operation of the vacuum pumps.  The overall thermal to electrical efficiency of these traditional open- and closed-cycle OTEC plants is very similar, approaching 2.5%.  Though this is low compared to traditional power generation systems, the extent of the ocean thermal resource is sufficient to provide tremendous power outputs discussed in the introduction.

In 1993, the Pacific International Center for High Technology Research (PICHTR) designed, constructed, and operated a 210-kilowatt open-cycle OTEC plant at Keahole Point, Hawaii.  When this demonstration plant was operational, it set the world record for OTEC power production at 255 kilowatts gross [10].  The seawater pumps and vacuum systems consumed about 170 watts, so the nominal net output of this experimental plant was about 40 kilowatts.  Following successful completion of experiments, the 210-kilowatt OTEC plant was shut down and demolished in January 1999 [11].

An alternative open-cycle process, called "Mist Lift" by its U.S. inventor, Stuart Ridgway, avoids the necessity of a large vapor turbine, but retains the potential to provide the inherent higher efficiency of the open-cycle.  Ridgway proposes [12] to use the pressure difference in an open-cycle system to lift a mist of liquid water droplets entrained in a rising vapor stream to significant elevations.  The liquid water would then be separated from the vapor and pulled by gravity down through a liquid or hydraulic turbine, which is much more compact and more easily scaled to large power outputs.  Ridgway performed experiments at the National Energy Laboratory of Hawaii in the early 1980's [13] in which he generated appropriately-sized mist droplets and demonstrated that the vapor to droplet coupling was as his calculations predicted.  Little further work has been performed on this process.
 
 
Diagram of the hybrid OTEC process. (Image courtesy of NREL)
 Another option is to combine the two processes together into an open-cycle/closed-cycle hybrid, which might produce both electricity and desalinated water more efficiently.  In a hybrid OTEC system, warm seawater might enter a vacuum where it would be flash-evaporated into steam, in a similar fashion to the open-cycle evaporation process.  The steam or the warm water might then pass through an evaporator to vaporize the working fluid of a closed-cycle loop.  The vaporized fluid would then drive a turbine to produce electricity, while the steam would be condensed within the condenser to produced desalinated water [14].  There is no clear choice among the many configuration options proposed thus far for hybrid cycle OTEC plants.
 
Ocean thermal energy conversion (OTEC) systems have many applications or uses. OTEC can be used to generate electricity, desalinate water, support deep-water aquaculture (mariculture), and provide refrigeration and air-conditioning as well as aid in mineral extraction. These complementary products make OTEC systems attractive to industry and island communities even if the price of oil remains low. (Image courtesy of NREL)

 
 
 Advantages of OTEC power production include:

• Clean energy production.  OTEC has remarkably little adverse environmental impact, especially compared with other energy sources of comparable size.  OTEC is inherently not exothermic, so it does not adversely contribute directly to global warming, as do, for example fossil fueled and nuclear plants.  Nearly all human energy requirements can be supplied from this one source without significantly affecting the overall temperature structure of the ocean.  Since the cold or mixed water will be discharged at depth, impacts on the atmospheric temperature or concentration of carbon dioxide, a greenhouse gas, will be minimal;

• Fresh water production.  OTEC plants can produce fresh water as well as electrivity.  Open-cycled and hybrid plants can directly produce fresh water as well as electricity and closed-cycle plants can produce similar volumes by condensation from the atmosphere.  This is a significant advantage in island areas or deserts were fresh water is limited [15];

• Continuous power.  Unlike most other sources of renewable energy which vay with weather and time of day, OTEC power plants can produce electricity 24 hours a day, 365 days per year.  Since the ocean doesn't change temperature at night, the solar energy stored in the seas is always available [16];

• Energy independence.  OTEC plants built on the coast or moored offshore could provide enough power and water to make tropical areas independent of costly fuel imports;

• Worldwide applicability.  Production of fuel, such as hydrogen, by tropical OTEC plants can provide the benefits of low-cost OTEC power to the whole world [4];

• Aquaculture enterprises.  Deep seawater discharged from an OTEC plant is cold, rich in nutrients, relatively free of pathogens, and available in large quantity.  This is an excellent medium for growing phytoplankton (microalgae), which in turn can support the production of a variety of commercially valuable fish and shellfish [17].  Suitable mixing of the warm and cold water discharges, can provide large volume flows of seawater at any temperature between those of the surface and deep seawater, allowing temperature optimization throughout the growth cycle of cultured organisms -merely by turning a valve;

• Air-conditioning/refrigeration.  The deep-ocean cold water can be used as a chiller fluid in air-conditioning systems.  For example, only 1 m3 s-1 of 7°C deep ocean water is required to produce 5800 tons (roughly equivalent to 5,800 rooms) of air conditioning.  This will typically require a pipeline about 1 m in diameter and the pumping power required will be about 360 kW, compared to 5000 kW for a conventional AC system.  The investment payback period for a stand-alone air-conditioning system can be as little as 3 to 4 years, depending on the specifics of the pipeline installation.  Combining the air-conditioning with OTEC and/or aquaculture systems can make the technology even more attractive.  Cornell University installed a "Lake Cooling" system in 1999 that uses 100 m deep water from Cayuga Lake to cool the campus.  This 20,000 ton system saves Cornell over 20 million kw-hrs annually, even though the air conditioning is only needed in the summer time.  The savings would be even greater in the tropics where OTEC systems are viable.  Space cooling is by far the most economically valuable use of deep cold seawater available now [18,19];

• Mineral extraction.  OTEC systems could provide the opportunity to mine for some of the elements in the ocean water solution.  In the past, most economic analyses showed that mining the ocean for trace elements dissolved in solution would be unprofitable because so much energy is required to pump the large volume of water needed and because it is so expensive to separate the minerals from seawater.  However, because OTEC plants will already be pumping the water, the cost of the extraction process is the only remaining factor.  Investigations are underway to determine the feasibility of combining the extraction of uranium dissolved in seawater with ocean energy production [20].
 
Artist conception of a 50-m high, 100-m diameter offshore

 
 
 Drawbacks Drawbacks of OTEC power development include the following:
• Low efficiency.  The small temperature difference between the heat source (warm surface water) and the heat sink (cold deep water) temperature gives OTEC plants a typical thermal to electrical energy conversion efficiency of less than 3 percent.  The greater the temperature difference between the heat source and a heat sink, the greater the efficiency of an energy-conversion system.  In comparison, conventional oil- or coal-fired steam plants, which may have temperature differences of 500°F, have thermal efficiencies around 30 to 35 percent.  To compensate for its low thermal efficiency, an OTEC plant has to move a lot of water.  That means OTEC plants have a large "hotel load."  In other words, OTEC-generated electricity has a lot of work to do at the plant before any of it can be made available to the community power grid.  For plants larger than about 10 megawatts, about 25% of the "gross" power will go to pump the water through the intake and discharge pipes of the OTEC system.  Remember, however, that the ocean can provide effectively infinite amounts of the seawater "fuel" for free [4].
• High capital costs for initial construction.  About 75% of the capital cost of current OTEC designs will be for the deep seawater pipeline.  These piplines must extend to 3,000 ft. depth and allow the pumping of very large volumes of water.  A 100-megawatt plant, for example, will require about 215 m3 s-1 (3,400,000 gal/min) of deep seawater, necessitating a minimum pipe diameter of 10 m (32.8 ft.).  Such large pipelines would currently be made of fiberglass-reinforced-plastic (FRP) or reinforced concrete pipe (RCP), both very expensive materials.  If means can be found to install and operate the large pumps at the bottom end of the pipelines, inflatable pipes made of polyethylene or other flexible materials might allow dramatic reductions in materials and installation costs [21];
• Potential ecological consequences.  The flow of water from a 100-megawatt OTEC plant, for example, would equal the of a major river - equivalent to the nominal flow of the Colorado River into the Pacific Ocean (1/30 the Mississippi, or 1/10 the Danube, and 1/5 of the Nile).  In fact, the discharge flow from 60,000 megawatts (0.6 percent of present world consumption) of OTEC plants would be equivalent to the combined discharge from all the rivers flowing into the Atlantic and Pacific Oceans [22].  Since the salinity of the ocean is nearly uniform, these large discharges will not significantly affect the salinity of the receiving waters.  The temperatures of the seawater discharges will be some 3°C (6°F) above or below their initial temperatures.  If the warm and cold discharges are mixed, they will have an intermediate temperature near 18°C (64°F).  In any event, the water will need to be discharged at a depth below the bottom of the surface layer in order to avoid contaminating the surface water intake.  At that depth, somewhere below 100 m, the discharge will be denser than the water at that depth and will disperse gradually downward, having little impact on the surface layer where most life exists.  The resulting changes in temperature could have an impact on the local ecology [23];
• Siting considerations.  OTEC plants must be located where a difference of at least 20°C (36°F) occurs year round - mostly limited to tropical waters [23].  Ocean depths must be available fairly close to shore-based facilities for economic operation.  Floating plant ships could provide more flexibility, serving as sources for fuel for distant regions [24];
• Must operate in a corrosive marine environment.
 
 نیروگاه تبدیل انرژی اقیانوسی O.T.E.C
 
 1. Ventilating channels; 2. Living accommodations;
3. Ammonia storehouse; 4. Warm water supply;
5. Replacement of cold water; 6. Replacement of  warm
water; 7. Condenser; 8. Turbine; 9. Replacement of
cold water. Conclusions

OTEC has tremendous potential to supply the world’s energy.  This potential is estimated to be about 1013 watts of baseload power generation [20].  However, OTEC systems must overcome the significant hurdle of high initial capital costs for construction and the perception of significant risk compared to conventional fossil fuel plants.  These obstacles can be overcome only by progressing beyond the present experimental testing and evaluation of small-scale demonstration plants to the construction of pilot-sized and, eventually, commerical-sized plants to demonstrate economic feasibility.  As a UN Development Program study determined, the confidence to build commercial-sized OTEC plants will not develop until investors have the demonstration of a 5-megawatt pilot plant operating for 5 years.  This demonstration will require a significant investment with little potential near-term return.

For the near-term future development of OTEC systems, isolated niche markets with high conventional energy costs and a need for energy independence may provide a viable venue for market penetration in the size range of 1 MW to 15 MW.  These may provide the demonstration required for penetration into larger markets where economically competitive plants of 50 - 400 MW will be viable.

It appears that OTEC technology might become more financially competitive if it could capitalize on the many value-added byproducts that can be produced from the deep seawater.  Though many of these aquaculture and energy-related byproducts appear promising, insufficient data and economic models have thus far been developed to convince potential investors that the overall system will be profitable.  Such data are now being developed at the Natural Energy Laboratory of Hawaii Authority at much smaller scale than that required for OTEC development.
 
 
Diagram of the open-cycle OTEC process. (Image courtesy of NREL)
 
 
Diagram of the closed-cycle process. (Image courtesy of NREL)
 
 References

1. Average absorbed = 400 cal/cm2/da (Knauss, p. 28) = 194 W/m2.  Ocean surface
area = 3.35328 x 1014 m2, so average total absorbed = 6.5 x 1016 watts.  Alternatively,
this comes to 5.7 x 1017 kW-hr/yr.  From WorldWatch 1997 data, human energy
consumption is about 1.07 x 1014 kW-hr/yr, so the annual input is about 5,330 times the
annual consumption.  The ocean surface area = 129,400,000 sq. mi., so the average
input is 5.023 x 108 watts/sq. mi. (~500 MW/sq. mi.).  This is equivalent to 4.4. billion
kW-hr/yr, or 2.59 MBOE.

2. Penney, T. and T.H. Daniel.  1989.  Energy from the Ocean: A resource for the
future,  Science and Future: 1989 Year Book, Encyclopedia Britannica, Chicago, 1998,
p. 98-111.

3. Avery W.H. and C. Wu.  1994.  Renewable Energy from the Ocean: A guide to
OTEC, Oxford U. Press, p. 446.

4. Cohen R.  1982.  Energy from the Ocean, Philosophical Transactions of the Royal
Society of London; Series A: Mathematical and Physical Sciences, Vol. 307, No. 1499,
p. 405-437.

5. D'Arsonval, A.  1881.  Utilisation de forces naturelles: Avenir de l'electricite, Revue
Scientifique, Vol. 17, p. 370.

6. Larsen-Basse, J. and T.H. Daniel.  1983.  OTEC Heat Transfer Experiments at
Keahole Point, Hawaii, 1982-83, Proc. Oceans '83, San Francisco, CA, August 1983,
p. 741-745.

7. Owens, W.L. and Trimble, L.C.  1980.  Mini-OTEC Operational Results, Proceedings:
Seventh Ocean Energy Conference, Washington, D.C., p. 14.1:1-9.

8. Claude, G.  1930.  Power from the Tropical Seas, Mechanical Engineering, Vol. 52,
p. 1039.

9. Parson, B.K., D. Bharathan, and J.A. Althof.  1985.  Thermodynamic Systems Analysis
of Open-Cycle Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC), SERI TR-252-2234, Golden,
CO, Solar Energy Research Institute.

10. Vega, L. and D.E. Evans.  1994.  Operation of Small Open Cycle OTEC Experimental
Facility, Proceedings of Oceanology, International 94, Vol. 5, Brighton, United Kingdom.

11. Daniel, T.H.  1999.  A Brief History of OTEC Research at NELHA, Natural Energy
Laboratory of Hawaii Authority.

12. Ridgway, S.L.  1984.  Projected Capital Costs of a Mist Lift OTEC Power Plant,
Presented at ASME Winter Meeting, New Orleans, December, 1984.

13. Lee, C.K.B. and S.L. Ridgway.  1983.  Vapor/Droplet Coupling and the Mist Flow
(OTEC) Cycle, J. Solar Energy Engineering, V. 105, p. 181.

14. Solar Energy Research Institute.  1989.  Ocean Thermal Energy Conversion: An overview
From: mohammadbarghy.blogfa.com

مهندسی مکانیک - سیستمهای انرژی

همانطور که مشاهده می کنید نام این وبلاگ که مهندسی مکانیک-انرژی بود به مهندسی مکانیک - سیستمهای انرژی تغییر نام پیدا کرد زیرا اسم گرایش این رشته که انرژی نام داشت به سیستمهای انرژی تغییر پیدا کرده البته هنوز به صورت رسمی اعلام نشده.


در مورد این پست و تغییر نام نظر دهید.
با تشکر

کاربرد صفحات خورشیدی

شرکت Dell بخشی از پارکینگ این شرکت را به پنل های ذخيره کننده نور خورشید مجهز کرده است. در اين طرح با نصب اين پنل ها علاوه بر ایجاد سايه جهت پارک خودرو، استفاده بهینه در مصرف انرژی صورت می گیرد.


این پنل ها از طريق ذخیره انرژی نور خورشيد، تا 130 کيلو وات انرژيی الکتریکی توليد می کنند. در این ايستگاه ها دو ترمینال برق نیز جهت شارژ خودرو هایی که با انرژی الکتریکی شارژ می شوند، در نظر گرفته خواهد شد. هر ايستگاه قادر به شارژ دو خودرو برقی به صورت همزمان خواهد بود.

احتمال دارد این طرح به دليل فاکتورهای مثبت کيفی، در بسیاری از پارکینگ ها اجرایی شود.
From: khodro.wordpress.com

نقش نانوتكنولوژی در بهینه سازی مصرف انرژی در ساختمان (فناوری نانو در صنعت ساختمان)


جهان امروز بر خلاف دنياي ديروز که تمام توجه اش به صنايعي چون نفت و انرژي بود ، به سمت فن آوري اطلاعات، مواد جديد، بيوتکنولوژي، نانوتکنولوژي و الکترونيک گرايش پيدا کرده است. با توجه به اينکه عمر صنايعي چون نفت روزي به پايان مي رسد سرمايه گذاري در بخش علم و فناوري توجيه قانع کننده اي پيدا مي کند.
امروزه نانوتكنولوژي و درك قابليت هاي عظيم اين فناوري متحول كننده، موجب سازماندهي و تدوين برنامه هاي ملي فراواني در بسياري از كشورهاي جهان شده است . تدوين اين برنامه ها عمدتاٌ به منظور بهره گيري هر چه بيشتر از قابليت هاي نانوتكنولوژي و عقب نماندن كشورها از مسير تحولات سريع و دستاوردهاي رو به رشد اين فناوري صورت پذيرفته است.
نانوتكنولوژي  نويد بخش پيشرفت هاي چشمگيري در زمينه هاي مختلف علمي شده است. اين علم با كنترل مواد در مقياس مولكولي، گشايش اسرار طبيعت در تمام عرصه ها از مهندسي تا پزشكي را نويد مي دهد . نانو تکنولوژي در جهاني بسيار کوچک کنترل مي شود و هدف آن ساخت اشياء اتم به اتم ، مولکول به مولکول و با يک  رويکرد از پايين به بالاست ، راهي که طبيعت ميليونها سال است انجام مي دهد .  بسياري از خواص يك ماده از قبيل رنگ ، استحكام و شكنندگي قابل كنترل مي گردد . امكان تهيه مصالح مناسب و با ويژگيهاي مورد نظر در بخشهاي مختلف ساختمان و تاسيسات و تجهيزات سرمايي و گرمايي وابسته به آن با توجه به نيازها و خواسته هاي ما در جلوگيری از هدر رفتن انرژی و كاهش مصرف انرژي (بصورت مستقيم و غير مستقيم) نقش بسزائي خواهد داشت.
در بخش مواد و مصالح ساختماني و تاسيسات ساختماني مي توان به عمر زياد، ضربه پذيري زياد،  ، شكنندگي كم، تغيير شكل هاي ناچيز، اشاره نمود. بطور مثال مي توان نمونه هايي از كاربردهاي فناوري نانو را اشاره نمود : ساخت مصالح بسيار مقاوم در برابر نشت که مي تواند در ساخت تاسيسات مورد نياز ساختماني بكار گرفته شود ،  بهبود عملکرد لوله هاي انتقال آب ،  بالا بردن راندمان الكتريكي و مكانيكي تاسيسات ساختمانها ، مقاوم سازي مصالح ، عدم نياز به عايقکاري جداگانه در اينگونه مصالح و پاسخگويي به شرايط مختلف اقليمي کشور ، شيشه هاي خود تميز شونده ( که حتي مشکل تميز كاري پنجره ها بخصوص در ساختمانهاي بلند را از ميان بر مي دارد) با كمك فناوري نانو حاصل شده است و براي ساختمانها مي تواند علاوه برجلوگيري از اتلاف انرژي در بخشهاي مختلف و استفاده بهينه  انرژي در ساختمان  ، به حفظ و نگهداري ساختمان براي مدت طولاني و مقاوم سازي آن حتي براي حوادث غير مترقبه (با صرفه اقتصادي) دست يافت .

آشنائي با فناوري نانوتکنولوژي
نانوتكنولوژي مطالعه ذرات مواد در مقياس اتمي براي كنترل آنهاست. هدف اصلي اكثر تحقيقات نانوتكنولوژي شكل‌دهي تركيبات جديد يا ايجاد تغييراتي در مواد موجود است. نانوتكنولوژي در الكترونيك، زيست‌شناسي، ژنتيك، هوانوردي و حتي در مطالعات انرژي بكار برده ميشود.
nanoكلمه‌اي يوناني به معني كوچك است و براي تعيين مقدار يك ميليارديم يا 9- 10 يك كميت استفاده مي‌شود. چون يك اتم تقريباً10 نانومتر است، اين اصلاح براي مطالعه عمومي روي ذرات اتمي و مولكولي بكاربرده ميشود 
 
   علم و فناوری نانو ( نانو علم و نانو تکنولوژی) توانائی بدست گرفتن کنترل ماده در ابعاد نانومتری (ملکولی) و بهره برداری از خواص و پدیده های این بعد در مواد، ابزارها و سیستم های نوین است. این تعریف ساده خود دربرگیرنده معانی زیادی است. به عنوان مثال فناوری نانو با طبیعت فرا رشته ای خود، در آینده در برگیرنده همه ی فناوریهای امروزین خواهد بود و به جای رقابت با فن آوری های موجود، مسیر رشد آنها را در دست گرفته و آنها را به صورت « یک حرف از علم» یکپارچه خواهد کرد.
   میلیونها سال است که در طبیعت ساختارهای بسیار پیچیده با ظرافت نانومتری ( ملکولی ) – مثل یک درخت یا یک میکروب – ساخته می شود. علم بشری لینک در آستانه چنگ اندازی به این عرصه است، تا ساختارهائی بی نظیر بسازد که در طبیعت نیز یافت نمی شوند. فناوری نانو کاربردهای را به منصه ظهور می رساند که بشر از انجام آن به کلی عاجز بوده است و پیامدهائی را در جامعه برجا می گذارد که بشر تصور آنها را هم نکرده است. به عنوان مثال:
· ساخت مواد بسیار سبک و محکم برای مصارف مرسوم یا نو
· ورشکستگی صنایع قدیمی همچون فولاد با ورود تجاری مواد نو
· کاهش یافتن شدید تقاضا برای سوخت های فسیلی
· همه گیر شدن ابر کامپیوترهای بسیار قوی، کوچک و کم مصرف
· سلاحهای سبک تر، کوچکتر، هوشمند تر، دوربردتر، ارزانتر و نامرئی تر برای رادار
· شناسائی فوری کلیه خصوصیات ژنتیکی و اخلاقی و استعدادهای ابتلا به بیماری
· ارسال دقیق دارو به آدرس های مورد نظر در بدن و افزایش طول عمر
· از بین بردن کامل عوامل خطرناک جنگ شیمیائی و میکروبی
· از بین بردن کامل ناچیز ترین آلاینده های شهری و صنعتی
· سطوح و لباسهای همیشه تمیز و هوشمند
· تولید انبوه مواد و ابزارهائی که تا قبل از این عملی و اقتصادی  نبوده اند ،
· و بسیاری از موارد غیر قابل پیش بینی دیگر

نانوتکنولوژی و انرژی
نانوتكنولوژی ، منجر به تغییراتی شگرف در استفاده از منابع طبیعی، انرژی و آب خواهد شد و پساب و آلودگی را كاهش خواهدداد. همچنین فنّاوری‌های جدید، امكان بازیافت و استفادة مجدد از مواد، انرژی و آب را فراهم خواهند كرد.
در زمینه انرژی، نانوتكنولوژی می‌تواند به‌طور قابل ملاحظه‌ا‌ی كارآیی، ذخیره‌سازی و تولید انرژی را تحت تأثیر قرار داده و مصرف انرژی را پایین بیاورد. به عنوان مثال، شركتهای تولید کننده مواد شیمیایی، مواد پلیمری تقویت‌شده با نانوذرات را ساخته‌اند كه می‌تواند جایگزین اجزای فلزی بدنة اتومبیلها شود. استفاده گسترده از این مواد می‌تواند سالیانه 5/1 میلیارد لیتر صرفه‌جویی مصرف بنزین به ‌همراه داشته‌باشد.
هدایت حرارتی موادی که با فناوری نانو حاصل شده ، كاربردهای دیگری نیز ارائه می دهد. ازآنجائیكه دانسیته مناسب از این مواد می توانند قادر به هدایت سریع حرارت از سطح تماس به حفره های حرارتی (Heat sinks) باشند، امكان تحقق این مواد  اصلاح شده از نظر مقاومت حرارتی مطرح می گردد همچنین بعدها ممكن است توسعه مواد عایق كننده و لوله های حرارتی، بهره مندی از اختلاف هدایت حرارتی در طول و عرض لوله ها را تحقق بخشد. یكی ازاین كاربردها می تواند گرم كردن ساختمان ها باشد كه جایگزین سیستم های برمبنای مایع موجود، برای گرما دهی طبقات خواهد شد.
مواد ، حدود 70% از رشد ناخالص جوامع صنعتی را در یك یا چند زمینه تشكیل می دهند و از این رو برای اقتصاد حیاتی هستند. نانوتكنولوژی تقریباٌ مسیر تولید انواع نامحدودی از مواد جدید را به شیوه‌های گوناگون فراهم می‌آورد. نانو مواد را می‌توان به صورت مواد جدیدی كه  اندازه ساختار بنیادی آنها در مقیاس نانومتری طراحی شده تعریف كرد. اصولاٌ مواد نانومتری با كاهش اندازه، در هر مقیاس رفتار جدیدی را بروز می‌دهند.نانوتكنولوژی اجازه ایجاد مواد و وسایلی با خصوصیات عملكردی و كارایی های جدید را می‌دهد.
یكی دیگر از بازارهای این تكنولوژی در تجهیزات الکتریکی می باشد . از طرحهای صنعتی چنین برآورد می‌شود كه پیشرفت های ایجاد شده در نانو تجهیزات نوری مبتنی برLED   ، طی 10 تا 15 سال آینده قابلیت كاهش 10 درصدی مصرف جهانی انرژی را دارد. این امر باعث ذخیره سالانه 100  میلیارد دلار و كاهش انتشار 200 میلیون تن از گازهای کربن در سال می‌شود و انتظار می‌رود تغییرات عمده‌ا‌ی در فنّاوری روشنایی در 10 سال آینده رخ دهد. می‌توان نیمه‌هادی‌های مورد استفاده در دیودهای نورانی (LED ها) را  به مقدار زیاد در ابعاد نانو تولید كرد. در امریکا، تقریبا" 20% كل برق تولیدی، صرف روشنایی (چه لامپهای التهابی معمولی و چه فلوئورسنت) می‌شود.
همچنین نانوتكنولوژی نوید بخش پیشرفت‌های چشمگیری در زمینه تبدیل و ذخیره انرژی خورشیدی، مبدل‌های ترموالكتریك، باتری‌ها، پیل‌های سوختی بسیار كارآمد و همچنین خطوط كارآمد انتقال نیروی الكتریكی است .

نانوتکنولوژی و محیط زیست
از دیر باز آلودگی های مختلف ، تهدیدی جدی برای محیط زیست جهانی و زندگی انسان بوده است. در قرن بیست و یكم توسعه فناوری‌های جدیدی كه اقتصاد صنعتی را بدون آسیب رساندن به سلامت انسان و محیط زیست شكوفا نماید، از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. توسعه فناوری های جدید ساخت و انتقال و سایر فعالیت‌های كاهش یا حذف محصولات زیان آور در حین تولید ، تصفیه و اصلاح مواد سمی موجود در محیط زیست، مهمترین چالش كنونی جوامع ما است.
علم و مهندسی مقیاس نانو می‌تواند به طرز چشم‌گیری شناخت ما را از فرآیندهای مولكولی كه در محیط زیست رخ می‌دهد بهبود بخشد. توسعه فناوری‌های «سبز» كه استفاده، تولید و انتقال محصولات زاید، خصوصاٌ مواد سمی را به حداقل می‌رسانند به كاهش آلودگی كمك كند. پاك سازی محیط زیست به وسیله زدودن آلودگی از هوا و آب تا رساندن آنها به سطحی كه در حال حاضر غیرقابل حصول است، با اندازه‌گیری پیوسته و به موقع آلودگیها میسر خواهد  شد. از این رو افزایش شناخت اثرات نانو تكنولوژی برروی محیط زیست، اجتماع و سلامتی انسان یك امر حیاتی است.
   نانوتکنولوژی دوام‌پذیری منابع طبیعی را تضمین می کند . این فناوری  منجر به تغییراتی شگرف در استفاده از منابع طبیعی، انرژی و آب خواهد شد و پساب و آلودگی را كاهش خواهدداد. همچنین فناوری‌های جدید، امكان بازیافت و استفادة مجدد از مواد، انرژی و آب را فراهم خواهند كرد.
   در زمینه محیط زیست، علوم و مهندسی نانو، می‌تواند تأثیر قابل ملاحظه‌ا‌ی در: درك مولكولی فرآیندهای مقیاس نانو كه در طبیعت رخ می‌دهد؛ در درمان مسائل زیست‌محیطی از طریق كنترل انتشار آلاینده‌ها داشته‌باشد. لازم به ذكراست، نانوتكنولوژی توان حذف آلودگی‌های كوچك از منابع آبی (كمتر از 200 نانومتر) و هوا (زیر 20 نانومتر) و اندازه‌گیری و کاهش مداوم آلودگی در مناطق بزرگتر را دارد.

تجربیات جهانی
نانوتكنولوژی و درك قابلیت های عظیم این فناوری متحول كننده، موجب سازماندهی و تدوین برنامه های ملی فراوانی در بسیاری از كشورهای جهان شده است . تدوین این برنامه ها عمدتاً به منظور بهره گیری هرچه بیشتر از قابلیت های نانوتكنولوژی و عقب ماندن كشورها از مسیر تحولات سریع و دستاوردهای روبه رشد این فناوری صورت پذیرفته است .
میزان توجه كشورها به نانوتكنولوژی به حدی بالا بوده است كه رقم سرمایه گذاری جهانی در این عرصه از 800 میلیون دلار در سال 2000 به بیش از 3 میلیارد دلار در سال 2003 رسیده است .
میزان سرمایه گذارى مستقیم دولتها در زمینه نانو تكنولوژى نشان از اهمیت بالای این فناوری دارد : در سال 1997، سرمایه گذارى دولتها در این زمینه 430 میلیون دلار بوده و در سال 2002 این رقم به دو میلیارد و 200 میلیون دلار افزایش یافته است و از این عدد كشور امریكا  604 میلیون دلار را به خود اختصاص داده است و 450 میلیون دلار به كل اروپا و 650 میلیون دلار به ژاپن و مبلغ  باقیمانده به مجموعه كشورهاى دیگر اختصاص دارد.
در سال 2003، چهار میلیارد دلار سرمایه گذارى در زمینه نانو تكنولوژى انجام شده است كه          3 میلیارد آن را بخش  دولتى و یك میلیارد را بخش خصوصى تامین كرده است.
از سال 1990 به بعد نظریه هاى نانو تكنولوژى مطرح شدند و روند رو به رشد ملایمى داشته اند و از سال 1994 نانو تكنولوژى بیشتر در بعد تولید دانش فعال شد و در سالهاى اخیر بحث  محصولات به شكل جدى مطرح شده است.
در سال 2002 در آمریكا برنامه پیشگامى ملى نانو تكنولوژى تدوین شد و ساماندهى برنامه تحقیقاتى، تخصیص متمركز اعتبارات براى فعالیتهاى نانو تكنولوژى  و راه اندازى چندین آزمایشگاه ملى در این زمینه صورت گرفته است.
در ایران نیز رویكرد تازه اى در ارتباط با نانو تكنولوژى مطرح شده است، اما با توجه به محدودیتهایى موجود (دلایلى نظیر ركود اقتصادى و عدم تطبیق ما با استانداردهاى جهانی) این روند به كندى طى میشود.
   تشكیل كمیته هاى راهبردى نانو در وزارتخانه هاى مختلف، تشكیل نهادهاى خود جوش دانشجویى، تدوین برنامه هاى آموزشى در زمینه نانو و اطلاع رسانى عمومى و فراگیر در این رابطه از جمله اقداماتى است كه تاكنون در زمینه نانو تكنولوژى در كشور انجام شده است .
   همچنین اختصاص بودجه ویژه جهت نانو تكنولوژى و راه اندازى آزمایشگاههاى ملى در دستور كار قرار دارد.
   از فناوری نانو به عنوان "رنسانس فناوری" و" روان کننده جریان سرمایه گذاری " یاد می شود.ورود محصولات متکی بر این فناوری جهشی بس عظیم در رفاه و کیفیت زندگی و توانائی های دفاعی و زیست محیطی به همراه خواهد داشت و موجب بروز جابجائی های بزرگ اقتصادی خواهد شد . هم اکنون بخش های دولتی و خصوصی کشورهای مختلف جهان شامل ژاپن ، آمریکا، اتحادیه اروپا، چین، هند، تایوان، کره جنوبی، استرالیا، اسرائیل و روسیه در رقابتی تنگاتنگ بر سر کسب پیشتازی جهانی در لااقل یک حوزه از این فناوری به سر میبرند . هم اکنون روی هم رفته حدود 30 کشور دنیا در زمینه فناوری نانو دارای "برنامه ملی" یا درحال تدوین آن هستند، وطی پنچ سال گذشته بودجه تحقیق و توسعه در امر فناوری نانو را به 5/3 برابر افزایش داده اند. کشورهای ژاپن و آمریکا نیز فناوری نانو را اولین اولویت کشور خود در زمینه فناوری اعلام کرده اند .
انرژی در ساختمان های آینده
در دنیای پیشرفته امروز صنعت ساختمان ، سرمایه گذاری كلان و درازمدتی بوده و می بایست این صنعت را با كمك تكنولوژی و فناوری های روز جهان از کهنگی دورنگه داشت . از آنجا كه ساختمان ها سرمایه های عظیم و بلند مدتی را به خود اختصاص می دهند باید به موازات رشد  تجارت و سرمایه گذاری نو شوند. درعین حال، هزینه یك ساختمان تنها هزینه طراحی و ساخت نبوده بلكه هزینه نگهداری و استفاده از آن را  نیز شامل می شود. امروزه بسیاری از ساختمانها با كاربردهای مختلف برای اهداف عملكردی خود كاركرد درستی  ندارند تا بتوانند بیشترین بازدهی ممكن را برای استفاده كنندگان آن فراهم سازند. این ساختمانها فاقد امكانات  لازم برای  مدیریت انرژی می باشند و نمی توانند پاسخگوی تحولات محیط، و نیازهای جدید باشند
امروزه از فناوری های مختلف به منظور ایجاد آسایش و امنیت بیشتر و صرفه جویی در هزینه ها بخصوص در مصرف منابع انرژی بهره می برند. به طور مثال در فناوری اطلاعات با توسعه سیستم هایی كه بتواند تغییرات و شرایط محیطی داخل ساختمان را اندازه گیری كرده و تخمین بزند و سپس در مقابل آن بتواند واكنش نشان دهد توانسته اند تا مصارف انرژی را تحت کنترل قرار دهند .

نانوتکنولوژی در ساختمان
ساختمان های آینده باید بتوانند با بكارگیری فناوری های نوین و ایجاد محیطی سالمتر، میزان بازدهی را بالاتر برده، امنیت را افزایش داده و از هدر رفتن انرژی جلوگیری نمایند.
با وجود مشکلات موجود در حوزه شهرسازی و معماری ( افزایش هزینه های ساخت و ساز ، آلوده شده شهرها و . . . ) و تاثیر گذاری مستقیم آن در ساختمانها ، لزوم توجه هرچه بیشتر به فناوریهای جدید و نقش آنها در بهینه سازی مصرف انرژی در ساختمان الزامیست.
نانوتكنولوژی نوید بخش پیشرفت های چشمگیری در زمینه تبدیل و ذخیره انرژی خورشیدی، مبدل های ترموالكتریك، با تری ها، پیل های سوختی بسیار كارامد می باشد. كنترل نانو ساختارها و تركیب و ساخت مواد جدید برای دستیابی به شیوه های مدرن مورد استفاه در ساختمان، امیدهای بسیاری را برای مدیریت انرژی در ساختمان بخصوص برای ساختمانها و شهرهای آینده نوید می دهد. فعالیت های نانو تكنولوژی در سطح دنیا به شدت در حال گسترش است و نانو تكنولوژی دارای جنبه های بسیار مهم فرا رشته ای شده است كه هماهنگی آنها بدون وجود یك برنامه استراتژیك تحقیق و توسعه دشوار است .
امکان تهیه مصالح ساختمانی مناسب به منظور کنترل انرژی در ساختمان توسط این فناوری امکان پذیر شده است .
با توجه به خصوصیاتی که این فناوری در اختیار قرار داده می توان با ساخت مصالح جدید انتظارات زیر را برآورده ساخت :
- محدود کردن انتقال حرارت در حد مقادیر مجاز .
- آب بندی و نم بندی های مورد نیاز
- ایجاد دوام بیشتر در برابر اثر عوامل محیطی و اقلیمی
- پایداری کافی در برابر آتش (عایق کاری حرارتی و گرمابندی قسمت های مختلف پوسته   
   خارجی)به همراه ایستائی و مقاومت در برابر تنش های وارده
- در صورت عایق کاری حرارتی (گرمابندی) عناصر ساختمان ، تامین و حفظ شرایط آسایش
   حرارتی فضاهای کنترل شده براحتی و همراه با صرفه جوئی در مصرف انرژی انجام گردد.
- کاهش ضخامت لایه هایی که مقاومت حرارتی یک پوسته را تشکیل می دهند.
اینها بخشی از عواملی هستند که در کاهش مصرف انرژی در ساختمان بطور مستقیم و غیر مستقیم نقش دارند.(راهنمای مبحث 19 – مقررات ملی ساختمان)
  دیگر پتانسیل های كاربردی این مواد بطورعام و خاص نیز در مواد و مصالح ساختمانی توسط انستیتو شورای تحقیقات ملی برای تحقیق در مورد برخی مصالح ساختمانی(از جمله سیمان و شیشه) مورد بررسی قرار گرفته است :
-          دوام و استحكام فوق العاده
-          سختی بسیار بالا
-          شیشه تقویت شده (تقویت استحكام بدون مزاحمت در انتقال نور)
-          استحكام بیشتر در ساخت پل های معلق.
-          امكان طراحی طاقها و پلهای با دهنه های بزرگتر.
ولی با توجه به رشد سریع تحقیقات علمی (نظری) و عملی علوم و فنون نانو در كلیه زمینه ها ، توجه بسیار كمی به كاربردهای این پدیده در صنعت ساختمان و به طور عام در ساخت و ساز شده است.

پیشنهادات
 یکی از مباحث مهم در زمینه پیشرفت های علمی همگام بودن با علم روز دنیاست. دنیا بسیار سریع تر از آنچه قابل تصور است در زمینه علم و فناوری در حال پیشرفت است. هر روز شاهد اخبار جدیدی در زمینه پیشرفت های علمی در سراسر دنیا هستیم. ایجاد ارتباط و تبادل نظر با اندیشمندان دیگر کشورها بسیار مهم و ضروری به نظر می رسد. ایجاد فاصله با دنیای علم، سبب ایجاد فواصل و شکاف های عمیقی در آینده خواهد شد. پژوهشگران بتوانند با آزادی عمل بیشتری با دنیای علمی پیشرفته ارتباط داشته باشند
برای عملی شدن طرح استفاده از فناوری نانو در صنعت ساختمان  فراهم سازی شرایط و امکانات مورد نیاز (ساخت آزمایشگاه و تجهیزات مورد نیاز آن) ، ترغیب دانشگاهها برای حمایت از این زمینه ها ، انجام تحقیقات کاربردی در حوزه های مختلف توسط مراکز تحقیقاتی ، آموزش های لازم در سطوح مختلف ، استفاده از تجربیات جهانی الزامیست . فرهنگ سازى ، كمك به توسعه كمى و كیفى نیروهاى متخصص و تشویق محققان و صنعتگران به كنكاش در مورد نانو تكنولوژى از مهمترین فعالیت های اولیه می تواند محسوب گردد.
تمركز و ضرور ت ایجاد هماهنگى در كلیه بخش ها در زمینه نانو تكنولوژى و ترغیب بخش خصوصى جهت وارد شدن به تكنولوژى نانو را از جمله دیدگاههاى مشترك كشورها در این مسیر می باشد.
هزینه بالای آزمایشها برای این تكنولوژی نا آشنا و گستردگی دامنه فعالیت آن ، سرمایه‌ گذاری در این زمینه را برای بسیاری از شركت‌ها حتی شركت های بزرگ مشكل می‌سازد. آنها توجه سطحی به تحقیقات علمی و تمركز توسعه‌های اكتشافی و تجربی خود را ترجیح می‌دهند. لیكن، بسیاری از شركت‌ها به تدریج از پتانسیل عظیم نانوتكنولوژی در صنایع و محصولات آینده خود آگاه می‌شوند.
نانو علم و نانوتكنولوژی به علوم شیمی، فیزیك، علوم زیستی و بسیاری از رشته‌های مهندسی دیگر وابسته می‌باشند.  بنابراین «نانو»  مرزهای بسیاری از دانشكده‌های  مختلف دانشگاههای صنعتی و مؤسسه‌های تحقیقاتی و نیز زمینه‌های فعالیت اكثر هیئت‌های تحقیقاتی را در بر می‌گیرد. تشخیص این مورد و توجه به دلایل امر بر عهده راهبردتكنولوژی در كشور می باشد.

نتیجه گیری
امـروزه پیشــرفت فناوریـهای نو از جمله فنــاوری نانو در جهان به عنوان نمادی از پیشرفت علمی و صنعتی هر كشور است ، و هر كشوری كه بتواند در این زمینه فعالیت بیشتری انجام دهد امكان بهره برداری بهتری دارد. از این روست كه مطالعات و تحقیقات اصولی تر بر روی فناوری نانو ضروری به نظر می رسد. وجود زمینه های فراوان و بستر سازی جهت نهادینه كردن پژوهش - های انجام گرفته در حیطه فناوری نانو، ضـرورت توجه بیشتر و یافتن کاربردهای آن در زمینه های مختلف بخصوص در امر ساختمان سازی محسوس می باشد.
    نانوتكنولوژی موجب تغییر ماهیت بیشتر صنایع می‌شود، نانو تكنولوژی روش‌های جدیدی ساختن اشیاء می‌باشد و كمابیش ساخت وسایل كوچكتر، ارزانتر، سبك‌تر، سریعتر، با عمل پذیری  بیشتر و صرف مواد خام و از همه مهمتر انرژی كمتر را متعهد می‌شود. هر صنعتی كه در امر سرمایه‌گذاری در نانو تكنولوژی كوتاهی كند ، خود را در معرض خطر قرار خواهد داد.
به گفته آقای پرفسور هاشم رفیعی تبار عضو هیئت علمی مرکز تحقیقات فیزیک نظری و پرچمدار نانوتكنولوژی در ایران ، یکی از مسائلی که دیر یا زود تمامی شئون زندگی ما را تحت تاثیر قرار خواهد داد، بحث نانوتکنولوژی می باشد پس لازم است که حتما بر روی این مسئله خوب فکر کنیم و از هم­اکنون آماده باشیم تا این انقلاب را در همه ابعادش درک کنیم. همچنین میتوان با اشاره به بی توجهی كشورهای خاورمیانه به علوم و فناوری نانو و استفاده از توانمندی متخصصان ایرانی در پیشتازی منطقه ایی در این عرصه اقدام نمود
البته این ادعا که ایران می­تواند پرچمدار نانوتکنولوژی منطقه خاورمیانه باشد منوط به این است که متخصصان و دانشمندان ایرانی، در جهت اولویت­های اصلی تعیین شده گام بردارند و باعث شکوفایی هر چه بیشتر صنایع مادر و اصلی کشور شوند، چرا که سرمایه­گذاری جهت تحقیق و توسعه در صنایع درگیر، امری ضروری به نظر می­رسد.
وجود برنامه­ریزی­های انجام شده در کشور در زمینة نانو ، درک احساس نیاز برای برخی از صنایع اصلی کشور ، زمینه را برای توسعه و استفاده از کاربردهای مورد نیاز جامعه فراهم می سازد ، البته نیاز به تامین امکانات سخت­افزاری و تجهیزات لازم برای تحقیقات در این فناوری ، تربیت نیروی انسانی متخصص ، جهت­ دهی مراکز تحقیقاتی و پژوهشی کشور در جهت اولویت تعیین شده کشور و همچنین انجام یکسری از کارهای بنیادی سبب می­شود که ایران بتواند نقش محوری خود را در منطقه ایفا کند.


نوشته شده توسط:منصور نجفی مطیعی و زهره درودی