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
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 (LEDها) 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 ، جهتدهی 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.
کارشنان بخش انرژی می‌گویند انرژی نوری که توسط خورشید در هر ساعت به زمین می‌تابد، بیش از کل انرژی است که ساکنان زمین در طول یک سال مصرف می‌کنند. از این رو برای بهره‌گیری از این منبع باید راهی جست تا انرژی پراکنده آن با بازده بالا و هزینه کم به انرژی قابل مصرف الکتریکی تبدیل شود.
این کارشناسان روش‌های مختلفی را برای استفاده از انرژی خورشیدی پیشنهاد می‌کنند.
* روش‌های تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی با استفاده از فناوریهای خاص، انرژی حاصل از نور خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند و این فناوری‌ها را به دو دسته میتوان تقسیم کرد: - سیستم فتوولتاییک ( ( PVکه عموما" تجهیزاتی جامد وبی حرکت هستند( جز در مورد انواع مجهزبه سیستم ردیابی خورشیدی) - سیستم‌های گرمایی خورشیدی که از نور متمرکز شده خورشید برای گرم کردن مایعی که بخار آن یک توربین را به حرکت در می‌آورد، استفاده می‌کند.
در این میان استفاده از سیستم‌های ولتاییک برای استفاده از نور خورشید به عنوان منبع انرژی بسیار رایج تر است. استفاده از پنل‌های فتوولتاییک در کشورهای پیشرفته به سرعت روبه گسترش است.
استفاده از انرژی خورشیدی که یکی از اشکال انرژی موسوم به " سبز " یا پاک است از سوی طرفداران محیط زیست پشتیبانی میشود. علت این استقبال را باید در ویژگیهای انرژی خورشیدی جست .
* ویژگیهای انرژی خورشیدی اولین ویژگی انرژی خورشیدی در این است که تمام نشدنی و پایان ناپذیر است .این نوع انرژی ، انرژی تمیزی است و هیچ آسیبی به محیط زیست و جامعه بشری نمی‌رساند.
ظرفیت آن را متناسب با نیازها میتوان طراحی کرد.
* سیستم ولتاییک چیست؟ بخش اصلی یک سیستم فتوولتاییک، پنل فتوولتاییک می‌باشد. پنل‌های فتو - ولتاییک که در معرض خورشید قرار می‌گیرند، متشکل از سلول‌های فتوولتاییک هستند. این سلول‌ها از مواد نیمه هادی سیلیکونی ساخته شده‌اند و به صورت پنل‌هایی به روی بام خانه‌ها و به طور مثال در چندین خانه نصب می‌شوند. ضمن اینکه سیستم فتوولتاییک شامل تجهیزاتی از جمله مبدل‌هایی برای تبدیل جریان مستقیم به جریان متناوب می‌باشد.
* اصول کار یک پنل فتوولتاییک پنل‌های فتوولتاییک از نیمه هادی‌ها ساخته شده‌اند. وقتی نور خورشید به یک سلول فتوولتاییک می‌تابد، به الکترون‌ها در آن انرژی بیشتری می‌بخشد. بدین ترتیب بین دو الکترود منفی ومثبت اختلاف پتانسیل بروز کرده و این امر موجب جاری شدن جریان بین آنها میشود.
* میزان تولید انرژی الکتریکی بوسیله یک سیستم فتوولتاییک میزان تولید برق بوسیله یک سیستم فتوولتاییک معمولا" از ۲تا ۵۰کیلووات می‌باشد. یک سیستم فتوولتاییک که برای نصب روی بام ساختمانها برای مثال در شهر لس‌آنجلس ساخته شده است، با ظرفیت توان ۲کیلووات، ۳۶۰۰کیلووات ساعت انرژی در سال تولید می‌کند. این میزان تولید انرژی باعث ۴/۳تن صرفه جویی در سوخت زغال سنگ برای تولید برق شده و همچنین مانع ورود گاز به جو می- شود.
* انتخاب سایت‌های خورشیدی جهت نصب پنل‌های فتوولتاییک سایت‌ها باید با معیارهای لازم فیزیکی همخوانی داشته باشند ، از جمله اینکه آنها رو به جنوب باشند . همچنین به خوبی در معرض آفتاب قرار داشته باشند (آفتاب گیر باشند ) و فضای لازم و همچنین ساختار مناسبی برای نصب پنل‌های فتوولتاییک داشته باشند.
* ویژگیهای سیستم‌های‌پی وی ((PV این سیستم به فصول بستگی ندارند ، اما در طول شبانه روز از ساعت اولیه صبح تا غروب می‌توانند سیستم‌های PVبرق تولید کنند. پیک تولید آنها در ساعات ظهر می‌باشد.
واحدهای فتوولتاییک در صورت ابری بودن هوا نیز می‌توانند برق تولید کنند، هر چند خروجی آنها کاهش می‌یابد. در یک روز بسیار ابری کم نور ، یک سیستم فتوولتاییک ممکن است پنج تا ۱۰درصد نور خورشید در روزهای عادی را دریافت دارد، بالطبع خروجی آن نیز به همان میزان کم خواهد شد.
پنل‌های خورشیدی در دمای پایین تر ، برق بیشتری تولید می‌کنند . این تجهیزات همچون سایر دستگاه‌های الکتریکی در صورتی که هوا خنک باشد، بهتر کار می‌کنند. البته سیستم‌های " " PVدر روزهای زمستانی کمتر از روزهای تابستانی انرژی تولید می‌کنند که علت آن نه برودت هوا ، بلکه کاهش ساعات روز و پایین بودن زاویه تابش خورشید است.
* آسیب پذیری دستگاه‌های PV پنل‌های خورشیدی طوری ساخته شده‌اند که در برابر همه سختی‌های محیط مانند سرمای شدید قطبی ، گرمای بیابان ، رطوبت استوایی و بادهای با سرعت بیش از ۱۲۵مایل در ساعت مقاومت می‌کنند. با این حال جنس این وسایل از شیشه بوده و در اثر ضربات سنگین ممکن بشکنند.
* بهره برداری از سیستم‌های فتوولتایی برای استفاده از انرژی خورشیدی در سطح جهان شرکت‌های متعددی در کشورهای مختلف نسبت به نصب این سیستم‌ها اقدام کرده -اند و کار بهینه‌سازی این سیستم‌ها ، همچنان ادامه دارد.
تحقیق در زمینه کاربرد عملی سیستم برق با استفاده از پنل‌های فتوولتاییک به صورت متصل در شبکه برق اکیناوا در ژاپن نیز ادامه دارد. این تحقیقات شامل بررسی ویژگیهای عملکرد سیستم و تاثیر باتری‌ها بر شبکه و همینطور بازده و تداوم برق رسانی شبکه می‌باشد.
* انرژی خورشیدی در ایران فراوان اما گران بیشترمناطق مرکزی و کویری ایران سرشار از منابع انرژی خورشیدی هستند.
در کویر از یک و نیم هکتار زمین ، در هر ساعت میتوان یک مگاوات انرژی تولید کرد. اما هزینه تبدیل انرژی خورشیدی به برق ، بسیار بالا است( ۲۵۰ تا ۴۵۰هزار تومان )که این رقم باید به ۶۰تا ۷۰هزار تومان به ازای هر کیلووات برسد.
باتوجه به اقدامات انجام شده توسط وزارت نیرو ، تا کنون این وزارتخانه ۱۰۳۳آبگرمکن خورشیدی درشهرهای بوشهر، طبس، یزد، بجنورد، زاهدان و اصفهان نصب کرده است.
در خراسان نیز جهت تامین برق مورد نیاز پاسگاه مرکزی گز یک صفحه فتو - ولتایی نصب شده است که برای تولید انرژی باید هر چند ساعت یک بار رو به خورشید چرخانده شوند.( درست مانند گل‌های آفتابگردان ).
با این وجود و با توجه به اهمیت انرژی خورشیدی جهت جلوگیری از برداشت از منابع انرژی فسیلی ، در برنامه چهارم توسعه سهم چندانی برای انرژی خورشیدی درنظر گرفته نشده است .زیرا هم اکنون توجه‌ها معطوف به باد است و چون فناوریهای استفاده از باد بسیار مقرون به صرفه‌تر است.
با توجه به امکانات موجود هر کیلووات ساعت انرژی را از این طریق میتوان با صرف ۸۵هزار تومان به برق تبدیل کرد.
* استفاده از انرژی باد در ایران وزش باد در بخش‌هایی از خراسان و گیلان وضعیت مطلوبی دارد. تا کنون ۱۵ مگاوات نیروگاه بادی در منطقه "منجیل" گیلان نصب شده که در حال افزایش به ۶۰مگاوات می‌باشد.
دراین میان یکی دیگر از راه‌هایی که هم اکنون در ایران به آن برای تولید انرژی فکر میشود ، استفاده از زباله‌ها است. هنوز ۴۰درصد ساکنان زمین برای تامین نیازهای اولیه خود به انرژی از هیزم ، فضولات حیوانی و ضایعات زراعی استفاده می‌کنند.
استفاده از گاز متان : در ایران طرح‌هایی برای استفاده از گازهای متصاعد از زباله‌های متراکم شهری شروع شده است. در صورت استفاده درست از فناوری استخراج گاز متان از زباله‌ها که به آن "آتشکاف " گفته میشود ، میتوان ۷۰تا ۸۰درصد انرژی مفید زباله‌ها را بازیافت کرد. از جمله این طرح‌ها در اطراف شهر مشهد اجرا خواهد شد.
در زمان حاضر تهران بیشترین حجم زباله شهری را در کشور تولید می‌کند.
خراسان که در مقام دوم قرار دارد . کارشناسان دفتر انرژی‌های نو در وزارت نیرو ایران امیدوار هستند با ایجاد تاسیسات جمع آوری و تمرکز گازهای ناشی از انباشت زباله‌های شهری ، از این منبع برق بدست آوردند.
کارشناسان عقیده دارند درایران هر سال با توجه به رشد تقاضا برای انرژی الکتریکی به دو تا سه هزار مگاوات برق جدید نیاز است .
اما به هر حال حرکت به سوی انواع انرژی‌های نو یا تجدیدپذیر ما را از فاجعه تمام شدن نفت و سایر منابع تجدید ناپذیرانرژی می‌رهاند . ضمن آنکه چشم انداز رشد فناوری‌ها نیز بسیار روشن است.
رشد روز‌افزون تقاضاي انرژي، افزايش استانداردهاي زندگي، گرم شدن بيش از حد كره زمين و در نهايت مشكلات زيست‌محيطي موجب شده تا هر روز شاهد پيشرفتهايي در زمينه فن‌آوري استفاده از منابع انرژي تجديدپذير باشيم يعني استفاده از منابع لايزالي كه خداوند به ما ارزاني داشته است. ماهيت پايان‌ناپذير اين گونه انرژي‌ها، روند رو به اتمام سوختهاي فسيلي و ساير مزاياي بارز اين انرژي‌ها موجب تشويق بشر در سرمايه‌گذاري در اين راه بوده است.
پيش‌بيني ميشود كه انرژي‌هاي تجديدپذير جايگاه ويژه‌اي را در تامين انرژي قرن آتي كسب كنند. البته حدود سه دهه كشورهاي پيشرفته و صاحب فن‌آوري به اين مهم پرداخته‌اند تا جايي كه در برنامه سالانه انرژي خود درصدي از انرژي‌هاي مورد نظر كشورشان را از طريق توربينهاي بادي، پيلهاي خورشيدي، انرژي زمين گرمايي و ... تامين مي‌كنند.
بررسي دقيق نشان مي‌دهد حتي در حال حاضر كه هزينه استحصال انرژي‌هاي تجديدپذير گران‌تر از نوع فسيلي به نظر مي‌آيد، در مناطق دور دست روستايي و كشاورزي به دليل مشكل انتقال ساير انرژي‌ها و بالا بودن هزينه آن، مقرون به صرفه اقتصادي است و با توجه به تلاش گسترده‌اي كه در رابطه با استحصال انرژي‌هايي از اين نوع شده روز به روز از توجيه اقتصادي بالاتري برخوردار ميشود.
باد يكي از منابع انرژي پايان‌ناپذير جهان است. انسان بيش از 3000 سال است كه از انرژي باد به منظور توليد انرژي مكانيكي براي پمپ آب يا آسياب كردن غلات استفاده كرده است.
يكي از بهترين روش‌هاي استفاده از باد، توليد انرژي الكتريكي است. به اين صورت كه با قراردادن يك توربين بادي در مسير باد و انتقال انرژي مكانيكي توربين به يك ژنراتور جريان مستقيم يا متناوب به طور مستقيم يا از طريق جعبه دنده با نسبت تبديل مناسب، انرژي الكتريكي توليد ميشود.
توليد برق از طريق نيروگاههاي بادي از نظر اقتصادي كاملاً مقرون به صرفه بوده و براي هر كيلووات ساعت برق توليدي از طريق اين نيروگاهها، حدود پنج سنت در مناطق پرباد و شش سنت يا اندكي بيشتر در مناطق كم‌باد، هزينه ميشود.
با توجه به اين كه تعداد نيروگاههاي بادي هر سال رو به افزايش بوده و استفاده از اين نيروگاهها در جهان صنعتي و كشورهاي پيشرفته رو به گسترش است، لازم بود آخرين آمار و اطلاعات در اين زمينه تهيه شود كه در ادامه به اين موضوع خواهيم پرداخت.
مقدمه
انرژي باد بيش از 3000 سال براي توليد انرژي مكانيكي به منظور پمپاژ آب و يا آسياب كردن غلات مورد استفاده بشر قرار گرفته است. با شروع توليدات صنعتي مدرن، استفاده از منابع انرژي باد، فراز و نشيب‌هايي داشته است و گاه سوختهاي فسيلي يا الكتريسيته جايگزين آن شده است. چون ماهيت باد، تصادفي است و بيشتر منابع تجديدناپذير كنوني ارزان و در دسترس است.
در حدود سال 1970ميلادي، با وارد شدن اولين بحران انرژي و بالا رفتن قيمت نفت، انرژي باد بار ديگر به عنوان منبعي جايگزين، مورد توجه قرار گرفت، در اين زمان بيشترين ميزان استفاده از انرژي باد براي تبديل انرژي مكانيكي به الكتريكي بود. اين روش با بهره‌گيري از ديگر فن‌آوريهاي انرژي، امكان بهينه‌شدن داشت تا بتواند به عنوان يك پشتيبان در شبكه برق مطرح شود.
اولين توربين باد كه براي توليد الكتريسيته بكار رفت تقريباً در اوايل قرن بيستم توسعه يافت، فن‌آوري بهره‌برداري از انرژي باد تا سال 1970 ميلادي و در اواخر سال 1990 ميلادي به صورت تدريجي توسعه پيدا كرد. انرژي باد به عنوان يكي از مهمترين منابع انژري جايگزين، معرفي شد. در اواخر قرن بيستم، ظرفيت بكارگيري انرژي باد در جهان در هر سه سال دو برابر شده و قيمت توليدي انرژي باد در حدود 6/1 قيمت آن در سال 1980 شده است به نظر مي‌رسد كه اين روند همچنان ادامه خواهد يافت.
بعضي از پيش‌بيني‌هاي تخصصي نشان مي‌دهد كه تا سال 2005 ميلادي رشد ظرفيت انرژي باد در حدود 25 درصد در سال خواهد بود و قيمت آن در طي اين سالها بين 20 تا 40 درصد پايين خواهد آمد.
فن‌آوري انرژي باد نيز به سرعت در حال پيشرفت است. در پايان سال 1989 توربينهاي بادي 300 كيلووات با قطر روتور حدود 30 متر مورد بهره‌برداري قرار مي‌گرفت. تنها در 10 سال بعد توربينهاي بادي 1500 كيلووات با قطر روتور حدود 70 متر توانايي استفاده بيشتر از باد را فراهم آوردند و استفاده از توربينهاي بادي 2 مگاوات با قطر روتور 74 متر قبل از شروع قرن جديد خود گواه پيشرفت فن‌آوري انرژي بادي است. به نظر مي‌رسد در سالهاي 2001 يا 2002 توربينهاي 4 مگاوات و 5 مگاوات مورد بهره‌برداري قرار بگيرند.
توسعه سريع بازار انرژي باد و ارتقاي فن‌آوري آن، به تحقيقات، دانش و كار تخصصي براي دستيابي به انرژي در صنعت انرژي برق اشاره دارد اين نكته حايز اهميت است كه حدود 80 درصد از ظرفيت بادي جهان تنها در پنج كشور آلمان، آمريكا، دانمارك، هند و اسپانيا مورد بهره‌برداري قرار مي‌گيرد و نيز بيشترين علوم انرژي باد بر اساس تحقيقات در اين كشور است. بهرحال استفاده از فن‌آوري انرژي باد با سرعت، در حال گسترش در ديگر نواحي كره زمين است. همان طور كه اشاره شد انرژي بادي از 3000 سال پيش مورد بهره‌برداري قرار گرفته و فن‌آوري آن روز به روز بهتر شده است.
در توسعه فن‌آوري بادي، ساير علوم از جمله آيروديناميك، مكانيك و مهندسي الكترونيك نقش داشته‌اند. در ادامه به طور فشرده به توانايي مناطق مختلف جهان در بكارگيري انرژي بادي اشاره ميشود.
سابقه تاريخي انرژي باد
تاريخچه تكامل فن‌آوري توربينهاي بادي در نشريات مختلف با مدارك گوناگوني وجود دارد. در اين قسمت به طور مختصر به پيشرفت و توسعه فن‌آوري بادي اشاره مي‌كنيم. در جدول (1) توسعه توربينهاي بادي بين سالها 1985 و 2000 نشان داده شده است.
توليد انرژي مكانيكي
مدارك ثبت شده حاكي از آن است كه آسيابهاي بادي اوليه، آسياب‌هايي با محور عمودي بوده‌اند. اين آسيابها مي‌توانند شبيه به يك وسيله مقاوم ساده توصيف شوند كه در ارتفاعات افغانستان براي آسياب كردن غلات از قرن هفتم قبل از ميلاد، بكار مي‌رفته‌اند.
در مدارك تاريخي، اولين نمونه آسيابهاي بادي با محور افقي، در ايران بوده، استفاده از انرژي باد در ايران در حدود 2600 سال قبل صورت گرفته است. بقاياي آسيابهاي بادي قديمي كه در سراسر دنيا به نام آسياب بادي ايراني شناخته مي‌شوند هنوز در منطقه خواف وجود دارد و تعدادي از اين آسيابها نيز در حال بهره‌برداري هستند.
تبت و چين در حدود هزار سال قبل، از فن‌آوري آسيابهاي بادي بهره مي‌برده‌اند.
آسيابهاي بادي با محور افقي داراي يك شفت افقي همراه با پره‌هايي است كه در يك مسير عمودي مي‌چرخند. از ايران و خاورميانه، آسيابهاي بادي با محور افقي به كشورهاي مديترانه و اروپاي مركزي برده شد.
اولين آسيابهاي بادي با محور افقي كه مورد استفاده قرار گرفته است در كشورهاي انگلستان در سال 1150 ميلادي، فرانسه در 1180 ميلادي، فنلاند در سال 1190 ميلادي، آلمان در سال 1222 ميلادي و دانمارك در سال 1259 ميلادي است.
در اروپا آسيابهاي بادي بين قرون دوازدهم تا نوزدهم دايماً در حال پيشرفت بودند. در پايان قرن نوزدهم يك نمونه آسياب بادي كه قطر روتور آن 25 متر و ارتفاع آن بيش از 30 متر مي‌رسد، استفاده مي‌شد.
آسيابهاي بادي نه تنها براي آرد كردن غلات استفاده مي‌شد بلكه به منظور پمپاژ آب براي مصارف آشاميدن و مزارع مورد استفاده قرار مي‌گرفت.
در اين زمان تنها در فرانسه در حدود 18 تا 20 هزار آسياب‌بادي مدرن اروپايي وجود داشت و در كشور هلند 90 درصد انرژي استفاده شده در صنعت از انرژي باد تامين مي‌شد.
بعد از صنعتي شدن و كاهش استفاده از آسيابهاي بادي نيز در سال 1904 ميلادي همچنان 11 درصد از انرژي صنعتي هلندي‌ها از انرژي باد تامين مي‌شد و آلمانها بيش از 18 هزار واحد در حال كار داشتند.
در هنگامي كه نقش آسيابهاي بادي اروپايي به تدريج شروع به كم‌رنگ شدن مي‌كرد، آسيابهاي بادي در آمريكاي شمالي در حال توسعه بودند.
در آمريكاي شمالي آسيابهاي بادي كوچك به منظور پمپاژ آب براي مصرف دام‌هاي گسترده‌اي مورد استفاده قرار گرفت و اين آسيابهاي بادي به نام آسيابهاي بادي آمريكايي شناخته شدند. اين آسيابها مداوم كار مي‌كردند و نياز به رسيدگي كردن و ملازم نداشتند.
آسيابهاي بادي در هنگام وزش بادهاي با سرعت بالا از مكانيزم «خودنگهدار» استفاده مي‌كردند روش اروپايي‌ها اغلب خاموش شدن آسياب و بستن پره‌ها بود (شبيه به كشتي‌هاي بادباني) تا خسارتي به توربين بادي وارد نشود.
در آمريكا بيشترين استفاده از آسيابهاي بادي مربوط به سالهاي 1920 تا 1930 ميلادي است كه در حدود 600 هزار واحد در حال كار بود.
انواع مختلف آسياب بادي آمريكايي هنوز هم در نقاط مختلف جهان استفاده ميشود.
توليد انرژي الكتريكي:
در سال 1891 ميلادي، دان‌پول لاكور اولين كسي بود كه توانست براي توليد الكتريسيته توربين بادي بسازد. طي جنگ‌هاي جهاني اولي و دوم، مهندسان دانماركي اين فن‌آوري را براي برطرف كردن كمبودهاي انرژي، توسعه و پيشرفت دادند.
توربني‌هاي بادي ساخته‌شده توسط كمپاني هلندي اسميتس در سال 1940 تا 1942 ميلادي توانست رقيب خوبي براي توربينهاي بادي مدرن خارجي باشد.
توربينهاي اسميت همزمان با پيشرفت علم ايروديناميك توسعه و پيشرفت خوبي داشت. در همين زمان، پالمر پوتنام يك توربين بادي بزرگ با قطر 53 متر را براي كمپاني آمريكايي مورگان اسميت ساخت. نه تنها سايز توربين منحصر به فرد و متفاوت بود بلكه طراحي علمي بسيار بالايي داشت.
طراحي هلندي‌ها بر اساس روتور رو به باد با تثبيت‌كننده استال بود كه در سرعتهاي پايين، عمل مي‌كرد طراحي پاتنم بر اساس روتور پشت به باد با تثبيت‌كننده پيچ كنترل بود.
به هر حال توربينهاي پاتنم زياد موفق نبودند. در سال 1942 ميلادي اين توربين به مراحل اجرا گذاشته شد.
بعد از جنگ جهاني دوم، يوهانس جول طراحي دانماركي‌ها را در دانمارك گسترش و توسعه داد.
توربين او در دانمارك نصب شد و در سالهاي 1956 تا 1967 در حدود 2/2 ميليون كيلووات ساعت توليد داشت.
در هميم زمان- هيوتر آلماني يك نظريه جديد را توسعه داد. توربينهاي بادي او شامل دو پره فايبرگلاس و برج پشت به باد و هاب كه پره‌ها به آن متصل مي شد بود. توربينهاي هارتر با دانش بالايي كه در آن بكار رفت داراي كارايي بالايي بود.
با وجود موفقيت‌هاي توربينهاي بادي جولز و هارتر، بعد از جنگ جهاني دوم علاقمندي به توربينهاي بادي بزرگ كاهش يافت. تنها تا حدودي توربينهاي بادي كوچك براي سيستم‌هاي دور از شبكه يا براي شارژ باطري‌ها مورد توجه قرار گرفت. بعد از بحران نفتي در سال 1970 ميلادي دوباره علاقه به بكارگيري انرژي بادي از سر گرفته شد. منجمله پشتيباني‌هاي مالي براي تحقيقات و توسعه انرژي بادي آغاز شد.
كشورهايي همچون آلمان، آمريكا و سوئد جهت توسعه توربينهاي بادي بزرگ براي توليد انرژي در محدوده مگاوات (MW) مبالغ هنگفتي را هزينه كردند. بهرحال بيشتر اين طرح‌ها چندان موفقيت‌آميز نبود تا اينكه مسائل تكنيكي را با مكانيزم پيچ كنترل مرتفع كردند. در جدول (1-3) اطلاعات توربينهاي بادي بزرگ به نمايش درآمده است.
بعضي از سازمانهاي دولتي (از قبيل دانمارك) از تحقيقات در كشورشان پشتيباني كردند و اين ميدان را توسعه داده و باعث پيشرفت انرژي بادي در مكانهاي مختلف دنيا شدند.
در همين راستا كنفرانس PURPA در نوامبر 1978 در آمريكا برگزار شد و رئيس جمهور وقت آمريكا اهداف كنفرانس را در كاهش مصرف انرژي و توسعه از جهت بي‌نيازي به نفت خارجي‌ها برشمرد و اين كنفرانس در توسعه سيستم‌هاي انرژي بادي نقش قابل توجهي داشت و در كوه‌هاي شرق سانفرانسيسكو و شمال لس‌آنجلس اولين مزارع بادي راه‌اندازي شد.
اولين مزارع بادي شامل توربينهاي بادي 50 مگاوات بود و بعد از چند سال، در اواخر سال 1980 ميلادي توربينهاي بادي 200 مگاوات مورد استفاده قرار گرفت. مراحل توسعه توربينهاي بادي در آمريكا نشان داده شده است.
بيشتر توربينهاي صادراتي دانمارك، توسط شركت‌هاي پول‌ليكر و جوهاتز جول طراحي شده و از نوع رو به باد و تنظيم گراستال بودند. در پايان سال 1980 ميلادي در حدود 15000 توربين بادي با ظرفيتي در حدود 1500 مگاوات در كاليفرنيا نصب شد، در اين زمان در آمريكا پشتيباني‌هاي مالي از انرژي باد كاهش يافت، اما دراروپا اين پشتيباني در اوج بود و بعداً‌در هندوستان نيز از اين تكنولوژي حمايت شد.
در سال 1990 ميلادي اروپايي‌ها بر اساس تعرفه‌هاي توليد انرژي‌هاي تجديدپذير از انرژي باد پشتيباني زيادي بعمل آوردند.
به نظر مي‌رسد كه يكي از عوامل افزاينده رشد سريع بكارگيري توربينهاي بادي در بعضي از كشورهاي اروپايي، بخصوص در آلمان و همينطور درهندوستان پشتيباني‌هاي مذكور باشد.
به موازات توسعه بازار فروش، تكنولوژي نيز همچنان در حال پيشرفت بود. تا پايان قرن بيستم بعد از اينكه در بيست سال گذشته موفق به تست توربينهاي مگاواتي نشده بودند، توربين بادي 5/1 مگاوات يك تكنولوژي هنري بحساب مي‌آمد.
وضعيت فعلي:
در ادامه اين بخش نظري اجمالي به وضعيت كنوني انرژي در پايان قرن بيستم در جهان خواهيم داشت در حال حاضر انژي بادي درصد بزرگي از نيازمندي‌هاي جهاني انرژي را مرتفع مي‌كند. درادامه شبكه‌هاي متصل و نيز نيروگاههاي مستقل از شبكه و ظرفيت توليدي آنها را بررسي مي‌كنيم.
اگر مطالعات كنوني را بسط دهيم در‌مي‌يابيم كه 10 درصد از انرژي مورد نياز جهان را در سال 2020 نيروي باد فراهم مي‌آورد كه رقمي جالب توجه است.
بررسي شبكه‌هاي بزرگ توليد انرژي بادي:
از سال 1990 ميلادي به بعد بعلت بهره‌گيري از منابع تكنولوژي‌هاي مدرن، انرژي بادي رشد سريعي داشته است. بهرحال اين رشد در همه جهان يكسان نبوده است به جدول (1-4) نگاه كنيد. در پايان سال 1999 ميلادي در حدود 69 درصد ظرفيت انرژي جهان، در اروپا استفاده شده است حدود 19 درصد در آمريكا شمالي و 10 درصد در آسيا و اقيانوسيه.
اروپا:
بين سالهاي پاياني 1995 تا 1999 در حدود 75 درصد توربينهاي بادي نصب شده درجهان، در اروپا مورد استفاده قرار گرفته‌اند. يكي از روش‌هاي اصلي توسعه، ادامه تعرفه مالياتي ثابت، براي انرژي باد بود كه در آلمان و اسپانيا بيشتر به چشم مي‌خورد.
در جدول (1-5) ظرفيت استحصال نيروي بادي در اروپا را نشان مي‌دهد.
براي به تصوير كشيدن متوسط توربينهاي بادي نصب شده در اروپا اطلاعات دقيقي در دسترس نيست. جدول (1-6) توسعه متوسط بهره‌برداري از توربينهاي بادي در آلمان را در طي سالهاي 1988 تا 1999 ميلادي نمايش مي‌دهد.
همانطور كه از جدول مشخص است متوسط توربينهاي بادي مورد بهره‌برداري در آلمان از 4/143 كيلووات در سال 1989 به 5/935 كيلووات در سال 1999 افزايش يافته است. در نيمه اول 1999 در حدود 57 درصد توربينهاي جديد نصب شده در آلمان از توربينهاي بزرگ (روتور با قطر بزرگتر از 1/48 متر) استفاده كرده‌اند. در جون 1999، توربين (603) مگاواتي (با ظرفيت بزرگتر يا مساوي 1 مگاوات) در آلمان مورد بهره‌برداري قرار گرفت.
اولين پروژههاي ساحلي در دانمارك و هلند و سوئد به اجرا درآمد. به جدول شماره
(1-7) توجه كنيد.
در پروژههاي انرژي بادي ساحلي در دانمارك (DK)، سوئد (SE)، آلمان (DE)، هلند (NL) و انگلستان (UK) مطمئناً اين ارقام در‌آينده نزديك با توسعه انرژي بادي در ساير جاها منجمله در اسپانيا، تركيه و يونان افزايش خواهند يافت.
آمريكاي شمالي
بعد از رشد خيلي سريعي كه در كاليفرنيا در اواسط 1980 ميلادي اتفاق افتاد اين توسعه به طور چشمگيري در آمريكاي شمالي در اواسط 1990 ميلادي كاهش يافت و گاهي توربينهاي جديد جايگزين توربينهاي فرسوده و قديمي مي‌شدند كه ظرفيت توليدي را تا اندازه‌اي بالا ببرند.
در سال 1998 ميلادي دومين رشد سريع در آمريكا شروع شد. در اين زمان پروژههاي بادي توسعه پيدا كرد و با پيشنهادات دولت به منظور اعتبار مالياتي توليدات (PTC) اعتبار 017/0 - 016/0 كيلووات ساعت دلار به پروژههاي نيروي باد براي اولين ده سال استفاده از توربينهاي بادي پرداخت شد بين اواسط 1998 تا 30 جوئن 1999 (پايان اعتبار PTC) بيشتر از 800 مگاوات ژنراتور بادي جديد در آمريكا كه شامل مزارع بادي كاليفرنيا بين 120 و 150 مگاوات مي‌شد، مورد بهره‌برداري قرار گرفت.
اولين پروژه توربين بادي نيز در كانادا اجرا شد. به جدول (1-8) نگاه كنيد.
اندازه انواع توربينهاي بادي نصب شده در شمال آمريكا در پايان سال 1990 ميلادي بين 500 مگاوات و 750 مگاوات بوده است. اولين توربين مگاواتي در سال 1999 نصب شد. همانند اروپا
بهرحال پروژههاي مزارع بادي اغلب بزرگ هستند. پروژههاي نوعي در شمال آمريكا بزرگتر از 50 مگاوات است و بعضي از پروژه‌ها نيز بالاي 120 مگاوات هستند و در اروپا پروژه‌ها اغلب بين 20 و 50 مگاوات هستند اين به دليل شرايط خاص آب و هوايي و زمين در اروپا است. توسعه سريع انرژي بادي، در چندين ايالت در آمريكا موفقيت چشمگيري داشته است. در جدول (1-9) اين اطلاعات را تا پايان 1999 در اختيار قرار مي‌دهد. در آمريكا از استاندارد RPS استفاده ميشود.
استاندارد RPS از اول جولاي 2000 به مرحله اجرا گذاشته شده است، انرژي‌هاي بدست آمده از خورشيد، باد، بيوماس، گازهاي زيرزميني با پيلهاي سوختي، سطح پيشرفت 1درصد خواهد داشت تا جولاي 2002 ميلادي و سپس به 3 درصد افزايش تا جولاي 2006 و 6 درصد تا جولاي 2009 خواهد رسيد. به اين برنامه‌ها رشد سبز گفته ميشود (برنامه بازار جهت تامين انرژي از منابع تجديد‌شونده را رشد سبز گويند) بعضي از شركت‌ها حاضر به پرداخت تعرفه‌هاي بالايي جهت الكتريسيته سبز و بدست آوردن آن از منابع انرژي سبز از قبيل باد هستند.
آمريكاي جنوبي و مركزي
عليرغم منابع عظيم انرژي بادي در بيشتر نواحي آمريكاي جنوبي و مركزي توسعه انرژي بادي در اين مناطق بسيار آهسته بوده است. اين مي‌تواند به دليل قيمت پايين ديگر منابع انرژي نسبت به نرخ انرژي بادي باشد. بيشتر پروژههاي بادي در آمريكاي جنوبي به وسيله برنامه‌هاي بينالمللي پشتيباني مي‌شوند.
به هر حال آرژانتين ظرفيت‌هاي توليد انرژي بادي را در سال 1998 ايجاد كرد كه بيانگر علاقه‌مندي اين كشور جهت توليد انرژي الكتريكي از باد است.
در برزيل بعضي از مراكز دولتي شروع به اجراي چندين طرح بادي كرده‌اند اندازه نوعي اين توربين‌ها در حدود 300 كيلووات است. توربينهاي بزرگتر مشكل نصب دارند و شرايط خاص محيطي اجازه استفاده از توربينهاي بزرگ را نمي‌دهد. به عنوان مثال توربينهاي بادي ساحلي مورد استفاده قرار نگرفته‌اند اما پروژه‌هايي با توربينهاي متوسط و كوچك (كوچكتر يا مساوي 30 كيلووات) توسعه پيدا كرده‌اند، درمناطق دور از ساحل در جدول 1-10 آمار و ارقامي در اين مورد ارايه شده است.
آسيا و اقيانوسيه
هندوستان توربينهاي بادي زيادي را از اواسط سال 1990 ميلادي نصب كرده است.
در سال 1992 تا 1993 كه توسعه سريع هند ناميده ميشود دولت هند پشتيباني‌هاي زيادي را از انرژي‌هاي نو بعمل آورد. بعنوان مثال: كمترين نرخ مالياتي را به اندازه 100 درصد تخفيف اولين سال اين پروژه‌ها وضع كرد.
و نيز يك سيستم بانكي به نام بانك نيرو راه‌اندازي شد كه در راستاي توليدات الكتريكي مي توانست از بانك براي مدت بالاي يكسال وام بدهد. اين عوامل باعث شد كه انرژي‌هاي تجديدپذير در بين سالهاي 1993 تا 1997 رشد و توسعه زيادي داشته باشد، پس از اين دوره كاهش رشدي را در اين كشور شاهد هستيم. در جدول (1-11) ظرفيت بادي اين كشورها داده شده است.
انرژي بادي در چين پيرو برنامه‌هاي بينالمللي شروع به رشد و توسعه كرده و از آنجايي كه بعضي از دولتمردان چيني سفارش به استفاده از انرژي بادي داشتند رشد آن نسبتاً خوب بوده است. به عنوان مثال برنامه‌اي كه در ايالت پلينينگ تحت عنوان (Ride-the-wind) نام گرفت.
در بين سالهاي 1994 تا 2004 بانك جهاني از پنج پروژه بادي با مجموع ظرفيت نصب 190 مگاوات در چين پشتيباني مي‌كند.
در ژاپن، پروژههاي مختلف و توربينهاي بادي متفاوت مورد تست و آزمايش قرار گرفت و باعث پيشرفت اين تكنولوژي شد. در پايان سال 1990 ميلادي پروژههاي تجاري انرژي باد در جزيره هوكايدو و اوكيناوا شروع شد.
در همان سال، پروژههاي انرژي باد همچنين در نيوزيلند و استراليا به مرحله اجرا درآمد.
مهمترين عامل در گسترش و توسعه انرژي بادي دراستراليا در برنامه‌هاي رشد سبز اجرا ميشود.
در چين و هندوستان، توربينهاي بادي بيشتر در حدود 300 كيلووات نصب شدند، بهرحال بعضي از توربينهاي بادي
600-500 كيلووات نيز در اين كشورها نصب شد. در استراليا، ژاپن و نيوزيلند محدوده 600-500 كيلووات مورد استفاده قرار گرفت.
خاورميانه و آفريقا
تكنولوژي انرژي بادي در آفريقا به كندي پيشرفت كرده است. بيشتر پروژه‌ها توسط سازمانهاي بينالمللي و دولتي پشتيباني مي‌شوند و تعداد محدودي از آنها توسط بخش خصوصي دنبال مي‌شوند.
دولت مصر تمايل به استفاده از انرژي‌هاي تجديد پذير داشته ونزديك شهر زفرانا توربين‌هايي براي توليد 600 مگاوات نصب كرده است و پروژههاي بعدي در موركو با ظرفيت 250 مگاوات است.
همچنين در اردن نيروگاه 25 مگاوات نصب شده است و نوع توربينهاي بادي استفاده شده در اين منطقه در حدود 300 كيلووات است و اما پروژههاي آينده در حدود استفاده از 600-500 كيلووات است. جدول (1-12) ظرفيت توليدي كشورهاي خاورميانه و آفريقا را نشان مي‌دهد.
امروزه وزارت جهاد سازندگي مشغول مطالعه و تحقيق و اجراء بعضي از پروژههاي مستقل از شبكه در مناطق مختلف ايران منجمله دشت ديزباد خراسان است.
ظرفيت انرژي بادي
اغلب، انرژي بادي در زمينه‌هاي پتانسيل تئوري قابل دستيابي از آن مورد بحث و ارزيابي قرار مي‌گيرد. مطالعات پتانسيل انرژي بادي نشان مي‌دهد كه منابع بادي در دنيا فراوان هستند. مثلاً دريافته‌اند كه پتانسيل ساحلي مفيد در سيستم‌هاي آبي اروپا به تنهايي در حدود Twh/year2500 (تريليون وات ساعت بر سال) است. اين در حدود 85 درصد مصرف اروپا در سال 1997 است.
نتيجه مي‌گيريم منابع انرژي بادي مورد مطالعه بستگي دارند به كيفيت داده‌هاي انرژي باد همانطور با اتخاذ تكنولوژي بهتر و فضاي مورد نياز، بهر حال اين خيلي مهم است كه بدانيم پتانسيل بادي زمين مي‌تواند نقش موثر و مهمي را در تمامي نقاط زمين ايفا كند.
ظرفيت دقيق نصب شده توربينهاي بادي اندازه كوچك يا سيستم‌هاي مستقل از شبكه اطلاعات جامعي در دست نيست. اطلاعات منطقه‌اي اغلب محدود است.
به عنوان مثال، چين مدعي است كه بيش از 110000 توربين بادي كوچك
(w200-50) نصب كرده است، اين توربين‌ها جهت تامين نيروي مورد نياز عشاير دامدار و يا كشاورزان مورد استفاده قرار مي‌گيرند.
كارشناسان پيش‌بيني مي‌كنند كه بكارگيري سيستم‌هاي مستقل از شبكه، در آينده نزديك رشد سريعي خواهد داشت. با برنامه‌ريزي جهت تامين الكتريسيته روستايي در قسمت‌هاي مختلف جهان اين رشد عملي خواهد بود، در برزيل، مكزيك، اندونزي، فيليپين و آفريقاي جنوبي برنامه‌هاي مشابهي دارند كه از توليد انرژي محلي پشتيباني مي‌كند.
در ايران با توجه به سوابق تاريخي آن پتانسيل استفاده از انرژي بادي و نيروگاههاي مستقل از شبكه بسيار بالا است.
در سال 1348 سازمان جنگلها و مراتع كشور اقدام به خريد يك تلمبه بادي از كمپاني سويترن كراس استراليا كرد كه در سال 1349 در منطقه زرند ساوه نصب شد، اين سازمان در سال 1350 سه دستگاه ديگر از اين تلمبه را در استان فارس نصب كرد و تاكنون بيش از 200 دستگاه در نقاط مختلف كشور نصب شده‌اند و بعد از انقلاب به همت دفتر فني مرتع، تلمبه‌هاي با قطر دايره گردش پره‌هاي 4/2 متري در ايران ساخته شده و مورد بهره‌برداري قرار گرفته است.
سازمان حفاظت محيط‌زيست بر سر بعضي از چاههاي پارك ملي (اين پارك در غرب كوير مركزي و در شرق درياچه نمك به فاصله 50 كيلومتري جنوب شرقي تهران) قرار دارد براي استفاده وحوش و حيوانات وحشي تعدادي تلمبه بادي نصب كرده، چهار تلمبه 8/1 متري هم در مباركه چاه قرقره، دوراهي سنگ فروشي و جنوب چخماقه در حال كار هستند.
ايران همچنانكه اشاره شد مبتكر استفاده از توربينهاي بادي بوده است در شمال ايران جمعاً 10 توربين بادي بزرگ نصب شده است كه عبارتند از دو توربين 500 كيلوواتي، يكي در منجيل و ديگري در رودبار و 8 توربين 300 كيلوواتي در رودبار كه همگي ساخت كمپاني نوردتنك دانمارك است و توسط سازمان انرژي اتمي ايران خريداري و نصب شده‌اند. طرح‌هاي در دست اجراي سازمان انرژي‌هاي نو ايران (سانا) در مورد پروژههاي بادي:
- پروژه 250 مگاواتي تحت نظر
- پروژه 60 مگاواتي، انتقال تكنولوژي از كشور ژاپن
- انتخاب محل مناسب ساخت مزرعه توربينهاي بادي به ظرفيت 60 مگاوات
- جهت آمار لحظه‌اي باد در منطقه رودبار و منجيل
بررسي نيروگاههاي بادي مستقل از شبكه
نيروگاههاي بادي مستقل از شبكه اغلب جهت مناطق دوردست يا كاربردهاي تكنيكي دور از شبكه استفاده مي‌شوند، بعنوان مثال براي سايت‌هاي راداري و ايستگاههاي مخابراتي استفاده مي‌شوند.
توربينهاي بادي مورد استفاده جهت اينگونه مصارف بين چند وات تا 50 كيلووات مي‌توانند باشند.
براي روستاها يا سيستم‌هاي الكتريكي زراعتي، توربينهاي بادي بالاي 300 كيلووات به همراه تركيبي از ديزل ژنراتور يا بعضي مواقع سيستم‌هاي ذخيره باطري مورد استفاده قرار مي‌گيرند.
نيروگاههاي بادي مستقل از شبكه همچنين اغلب در نقاط مختلف جهان براي توليد نيروي مكانيكي لازم جهت پمپاژ آب مصرفي و آب كشاورزي يا براي پمپاژ نفت مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
