انرژی خورشیدی

کره زمین انرژی خورشیدی را بصورت تابش دریافت می کند و مقدار این تابش بمراتب بیش از نیاز بشریت است. این منبع از تغییرات روزانه شناخته شده ای علاوه بر تغییرات فصلی برخوردار است و بطور قابل ملاحظه ای متاثر از وضعیت هوا است. شدت تابش خورشیدی نسبتاً کم و پیک (فراز) آن در حدود KW/m²1 در سطح دریا است. تمام کشورها به این منبع به مقادیر مختلف دسترسی دارند. کاربرد انرژی خورشیدی کاملاً متنوع است و شامل گونه حرارتی مستقیم (سیستم های عامل و غیرعامل)، تولید نیروی برق از طریق سیکل های ترمودینامیکی و تبدیل مستقیم به الکتریسیته با کمک سیستم های فتوولتائی (PV) می شود. انبار کردن انرژی خورشیدی در سیستم های حرارتی نسبتاً ارزان می باشد و بدین ترتیب منبع انرژی از زمان استفاده از انرژی بوسیله مصرف کننده جدا می گردد.

مقدار زیادی کارهای تحقیقاتی در ۲۰ سال گذشته در این زمینه انجام شده است و حجم قابل توجهی اطلاعات در مورد تکنولوژی و کاربردهای انرژی های خورشید بدست آمده است و پیشرفت های حیرت آوری در زمینه توجیه اقتصادی و مقرون بصرفه بودن این انرژی انجام گرفته است. اکنون برخی از این کاربردها کاملاً جنبه تجاری پیدا کرده است ولی کاهش بیشتر هزینه ها که از طریق تولید انبوه و توسعه تکنیکی میسر می باشد موردنیاز است تا کاربردها گسترده تر شوند. در حال حاضر میلیون ها گردآورنده حرارتی دمای پائین نصب شده اند و بیش از MWe350 توان حرارتی در حال کار است و ظرفیت ساخت مدول های PV به MWe50 (پیک) در سال رسیده است.

انرژی خورشیدی از نظر محیط زیست بی خطر است اگرچه استفاده متمرکز در ابعاد وسیع می تواند منجر به اثات زیست محیطی محلی شود. همچنینی انرژی خورشیدی با شرایط فرهنگی متفاوت به خوبی پیوند می بندد. شماری محدودیت های اقتصادی و اساسی وجود دارند که برای استفاده وسیع از این انرژی می بایستی رفع شوند، اما با پشتیبانی کافی سهم این منبع انرژی در طول دهه های آتی ابعاد قابل توجهی خواهد یافت.

انرژی باد

باد در اثر گرم شدن حرارتی زمین بوسیله خورشید بوجود می آید و دارای یک الگوی جهانی نیمه پیوسته است. تغییرات باد ساعتی، روزانه و فصلی هستند و بطور قابل ملاحظه ای متاثر از هوا و توپوگرافی سطح زمین است.

بیشتر منابع انرژی باد در نواحی ساحلی و کوهستانی واقع شده است، اما منابع قابل توجهی نیز در دشت ها وجود دارند. با فرض اینکه میانگین انرژی باد در روی زمین (نه در روی دریاها) MWe/Km²33/0 و با سرعت متوسط بیش از m/sec5 باشد آنگاه تخمین جهانی این انرژی بصورتیکه قابل دستیابی و بهره برداری باشد، نشان می دهد که حداکثر استعداد فنی قابل برداشت از انرژی بادی درحدود دو برابر تولید فعلی برق در دنیا است.

انرژی باد را می توان با استفاده از توربین های بادی افقی یا عمودی به انرژی مکانیکی تبدیل و از آن برای پمپاژ آب یا تولید برق یا از طریق اصطکاک برای تولید انرژی حرارتی استفاده کرد. تکنولوژی توربین بادی در ۲۰ سال گذشته از توسعه و پیشرفت قابل توجهی برخوردار بوده و هم اکنون درحدود MWe2000 ظرفیت نصب شده دارد، که بیشتر در آمریکا و اروپا هستند. اندازه توربین های بادی در حال افزایش است و سیستم های آزمایش شده موفق در اندازه های KWe500-250 هم اکنون در دسترس هستند. هزینه سیستم های نصب شده در دهه گذشته بطور چشمگیری کاهش یافته و انرژی باد در بسیاری از نواحی مستعد با منابع انرژی سنتی رقابت می کند. از پمپ های بادی می توان در اکثر نواحی روستائی که آب زیرزمینی نزدیک به سطح دارند استفاده نمود. توسعه سیستم های انرژی بادی شامل افزایش قابلیت اطمینان، کاهش هزینه های نگهداری و کارایی بهتر در شرایط مختلف وزش باد می شود. چند محدودیت در کاربرد گسترده انرژی باد وجود دارد که عبارتند از عدم وجود اطلاعات دقیق از منابع باد در منطقه و اثرات آن بر محیط مانند تداخل در چشم انداز و زیبایی، صدا، تلفات پرندگان و پارازیت در سیستم های مخابراتی و منابع سرمایه گذاری در دسترس.

انرژی زمین گرمایی

انرژی زمین گرمایی به حرارتی که در زیر سطح کره زمین انبار شده است اتلاق می گردد. مقدار این انرژی بمراتب بیش از مصرف قعلی انرژی در جهان است، لیکن شدت آن بجز در محل تلاقی صفحات تکنوکیت و دو نواحی ای که بعنوان محل آتشفشان یا زلزله شناخته می شوند بسیار کم است این انرژی در صورتی تجدیدپذیر محسوب می شود که انرژی برداشت شده بیش از انرژی ای که از طریق مرکز زمین جایگزین می شود نباشد و آبی که برای حمل انرژی به سطح زمین مورد استفاده قرار می گیرد دوباره تزریق شود. منابع کم دما (کمتر از ۱۰۰ درجه سانتیگراد) از زمان قدیم برای حمام ها و گرمایش اماکن زیستی مورد استفاده بوده اند و اخیراً از این منابع برای گلخانه ها و گرمای موردنیاز برخی فرایند ها نیز استفاده می شود. بخار خشک (درحدود ۲۴۰ درجه سانتیگراد) و آب خیلی گرم (۹۰ تا ۳۵۰ درجه سانتیگراد) برای تولید نیروی برق اقتصادی است. در طول دهه گذشته پیشرفت های قابل ملاحظه ای در زمینه استفاده از آب گرم متوسط (با دمایی پایین تر از ۱۰۰ درجه سانتیگراد) از طریق سیکلهای دوگانه جهت تولید انرژی انجام گرفته است. استفاده تجاری از انرژی زمین گرمایی در حداقل ۲۰ کشور انجام گرفته و ظرفیت تولید برق در سال ۱۹۹۱ با استفاده از این نوع انرژی حدوداً بیشتر از MWe5900 بوده و استفاده مستقیم از آن معادل با Mtoe6/5 می باشد.

ذخائر انرژی زمین گرمایی اگرچه در برخی نواحی متمرکز هستند ولی مقادیر قابل توجهی از این نوع انرژی در تمام نواحی جهان وجود دارند. برای بهره برداری از این منابع لازم است که به اکتشاف، استخراج و تکنولوژی های تبدیل ادامه داده شود و به نکات زیست محیطی مانند مقادیر اندکی از گاز های محلول که شامل H₂S و CO₂ می شود و به مصرف یا تزریق مجدد آب نمک غلیظ توجه شود. در دراز مدت، با توسعه ابزار و روش های موثر برای استخراج انرژی از سنگ های خشک گرم (که عمده ترین بخش این انرژی است) و منابع تحت فشار زمین و گدازه ها؛ سهم بالقوه انرژی زمین گرمایی به مقدار زیادی افزایش خواهند یافت.

انرژی زیست توده(بیوماس)

زیست توده شامل محصولاتی می شود که از فتوسنتز بدست می آیند و اصولاً ذخیره شیمیایی انرژی خورشیدی است، در ضمن نمایشگر انبار تجدیدپذیری از کربن در محیط زیست می باشد. این انرژی در سرتاسر جهان توزیع شده است و در هر کشوری در کره زمین بصورتی در دسترس است. اگرچه که ظرفیت آن در هر هکتار بطور قابل توجهی متغیر می باشد. زیست توده یک منبع انرژی گرمایی است که اغلب بوسیله افرادی خارج از بازارهای انرژی جمع آوری شود (زیست توده سنتی) و برای نمونه بیش از ۹۰% کل انرژی مصرفی در نپال و مالاوی بدین طریق تامین می شود. بیوماس را همچنین می توان به سوختهای کربنی متفاوت مانند محصولات مشتق از نفت تبدیل نمود (زیست توده نوین). در سال ۱۹۹۰ سهم زیست توده (بیشتر از نوع سنتی) در کل انرژی جهانی ۱۲% بوده است که مصرف عمده آن در کشورهایی مانند هندوستان، چین و برزیل صورت گرفته است. پتانسیل بیوماس بطور قابل توجهی بیشتر از مصرف جهانی انرژی است.

انواع گوناگون منابع زیست توده شامل سوخت، محصولات کشاورزی ای که بطور مشخص برای سوخت تولید می شوند، پسماندهای کشاورزی و جنگل داری، پسماندهای فراوری صنایع غذایی و چوبی، فضولات جامد شهری، فاضلاب و گیاهان آبی می شود. هریک از انواع بیوماس دارای تکنولوژی مخصوص به خود هستند.

استفاده تجاری در ابعاد وسیع اثرات قابل توجهی بر سایر بازارها مانند بازار مواد غذایی و کاغذ خواهد داشت. هزینه ها و سرمایه گذاری ای که در زمینه انرژی، تحویل، آب و کود بعمل می آید می بایستی بررسی شود همانگونه که می بایست اثرات کلی بر استفاده از زمین و الگوهای جمعیتی مورد بررسی قرار گیرند. از طرف دیگر تولید انرژی از زائدات به عنوان منبع زیست توده راه حل خوبی را برای مسئله مصرف زائدات مطرح می کند. بیوماس اغلب برای کاربردهای منفرد بسیار مناسب است یعنی در مواردی که تراکم جمعیت اندک بوده و تاسیسات برای استخراج این گونه انرژی کوچک هستند. این تنها منبع تجدیدپذیری است که احتمالاً بطور قابل توجهی بر بخش انرژی مربوط به سوخت وسایل حمل و نقل تا سال ۲۰۲۰ بدون توجه به خودروی برقی تاثیر خواهد داشت. به هرحال برای استفاده از انرژی زیست توده در ابعاد وسیع می بایستی که از کاهش گونه های زیستی جلوگیری کرده و نواحی ای را که از زیبایی طبیعی استثنائی بهره می برند از صدمات زیست محیطی حفظ نمائیم و انتشار و پخش فاضلاب ها را کنترل کنیم.