تولید انرژی الکتریکی با چراغ آسمان/ نیروگاه دودکش خورشیدی چیست؟

به گزارش خبرنگار گروه علم و فناوری خبرگزاری آنا، مریم اویسی- نیاز بشر به انرژی الکتریکی هر روز بیشتر از روز قبل می‌شود با این حال محدودیت‌ها و مخاطرات زیادی در مسیر تولید توان الکتریکی از فناوری‌های سنتی وجود دارد. اغلب روش‌های تولید توان الکتریکی به استفاده از سوخت‌های فسیلی می‌انجامد، این نوع سوخت نه‌تنها آلاینده‌های سمی تولید می‌کنند بلکه روند گرمایش زمین را سرعت می‌دهند. بنابراین بسیاری از کشورها برای تولید توان الکتریکی به سراغ انرژی‌های تجدیدپذیر رفته‌اند و در این میان استفاده از انرژی خورشیدی و بادی بسیار بیشتر بوده است.

فناوری‌ای به نام دودکش خورشیدی

نیروگاه‌های فتوولتاییک در جهان شناخته شده هستند و نیروگاه‌های سهموی خطی در مکان‌های خاصی در جهان استفاده می‌شوند. با این حال فناوری دودکش خورشیدی شهرت چندانی ندارد. دودکش خورشیدی نوعی فناوری نیروگاهی مبتنی بر توان گرمایی خورشید است. نیروگاه‌های مبتنی بر توان خورشیدی یا دودکش خورشیدی از توان حرارتی خورشید برای تولید توان برقی استفاده می‌کنند. به گفته امیر عارفیان مجری طرح «مدل‌سازی تحلیلی و تجربی رفتار دینامیکی نیروگاه دودکش خورشیدی با سامانه انباره گرمایی» و دانش‌آموخته دکترای مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی امیرکبیر «در این فناوری گرمای خورشید در یک کالکتر یا جمع‌کننده خورشیدی استحصال می‌شود. این گرما هوای محیط را گرم می‌کند، از سوی دیگر افزایش دمای هوا باعث کاهش چگالی آن می‌شود و بدین ترتیب جریان هوای گرمی در دودکش ایجاد می‌شود.»

بیشتر بخوانید:

نسل جدید سلول‌های خورشیدی در راه است/ محققان ایرانی حوزه انرژی را متحول می‌کنند

وی می‌گوید؛ «دودکش خورشیدی درواقع از انرژی خورشیدی برای ایجاد جریان باد مصنوعی استفاده می‌کند. این جریان هوای گرم در طول دودکش بالا رفته و از مجموعه‌ای از توربین‌های بادی عبور می‌کند و بدین ترتیب الکتریسیته تولید می‌شود. کاربرد اصلی این فناوری در حوزه نیروگاهی و تولید برق است و توجیه‌پذیری آن در مقیاس ۱۰۰ مگاوات به بالا دیده می‌شود. اولین نیروگاه خورشیدی در دهه ۱۹۸۰ میلادی در کشور اسپانیا و به صورت نیمه‌صنعتی طراحی و ساخته شد. این مجموعه نیروگاهی به دست آلمانی‌ها و به دلیل شرایط اقلیمی اسپانیا در این کشور احداث شد. به مدت هشت سال از این نیروگاه ۵۰ کیلوواتی بهره‌برداری شد. نیروگاه دودکش خورشیدی در حال حاضر در آمریکا، چین، آفریقای جنوبی و استرالیا طرح‌هایی در مقیاس بزرگ در حال طراحی و سرمایه‌گذاری هستند. یک نیروگاه ۲۰۰ کیلوواتی نیز در یکی از استان‌ها چین طراحی و اجرا شده و در کنار یک نیروگاه فتوولتاییک در حال تولید توان است.»

مزیت‌های دودکش خورشیدی چیست؟

عارفیان بیان می‌کند؛ «بیشترین میزان مصرف برق در تابستان است و از آنجایی که انرژی ورودی نیروگاه دودکش خورشیدی از خورشید است، می‌تواند بیشترین میزان تولید را در زمان بیشترین میزان مصرف داشته باشد. این نیروگاه در مناطق بیابانی و نیمه‌بیابانی قابل‌اجرا و ساخت است و حتی می‌توان از آن به شکل نیمه‌صنعتی و برای تهویه مطبوع خانگی نیز استفاده کرد. این سیستم در کاربرد تهویه مطبوع بدون نیاز به صرف انرژی و تنها با استفاده از انرژی خورشیدی می‌تواند جریان تهویه را فراهم کند. کاربرد نیمه‌صنعتی این سیستم نیز در حوزه خشک‌کن‌هاست، بدون صرف انرژی و تنها با استفاده از انرژی خورشیدی، فرایند خشک کردن را انجام می‌دهد.»

به گفته این دانش‌آموخته دانشگاه صنعتی امیرکبیر «یکی از مزایای سیستم‌های تجدیدپذیر در مقایسه با نیروگاه‌های فسیلی کاهش یا حذف آلاینده‌هاست. نیروگاه خورشیدی در طول عمر خود هیچ‌گونه آلاینده‌ای مانند کربن دی‌اکسید یا ناکس تولید نمی‌کند و برخلاف دیگر نیروگاه‌های تجدیدپذیر مصرف‌کننده آب هم نیست. در چرخه این نیروگاه هیچ‌گونه آبی برای خنک‌کنندگی استفاده نمی‌شود و تنها به هوا نیاز دارد. مواد مصرفی در این نیروگاه همان موادی است که در ساخت و احداث آن استفاده شده و پس از اتمام دوره عملکرد نیروگاه قابل‌تجزیه و استفاده مجدد است. برای مثال از شیشه در جمع‌کننده و از بتن در ساخت دودکش استفاده می‌شود، بدین ترتیب در صورتی که نیروگاه از رده خارج شود، این مواد را می‌توان به چرخه بازگرداند تا دوباره مورد استفاده قرار گیرند. این سیستم در مقیاس بزرگ می‌تواند آلاینده‌ها را به طور قابل‌توجهی کاهش دهد.»

سامانه انباره گرمایی چیست؟

این محقق ایرانی می‌گوید؛ «انرژی ورودی به نیروگاه‌های خورشیدی انرژی خورشیدی است. با این حال خورشید در ساعات مختلف روز و در فصل‌های مختلف سال زاویه تابش متفاوتی دارد. بنابراین وقتی دودکش خورشیدی به صورت عادی به کار گرفته می‌شود، توان تولیدی نوسان پیدا می‌کند. در این پژوهش استفاده از انباره‌ گرمایی یا ذخیره‌سازهای انرژی حرارتی بررسی شد که می‌تواند نوسانات تولید توان را در دودکش خورشیدی تعدیل کند یا به طور کامل از بین ببرد. روش کار بدین صورت است که این انبار انرژی مازاد نیروگاه در طول روز، زمانی که تابش خورشیدی به شدت بالاست، را ذخیره کرده و در طول ساعات شب و روزهای ابری، که مصرف شبکه بالاست اما توان تولید کم است، در سامانه آزاد می‌کند.»

بیشتر بخوانید:

توسعه اقتصاد کشور با گسترش انرژی‌های تجدیدپذیر

به گفته وی «با استفاده از انباره گرمایی می‌توان به صورت پیوسته در دودکش خورشیدی تولید توان داشت. در این مطالعه استفاده از این انباره‌های گرمایی از نظر اقتصادی و فنی علاوه‌ بر شبیه‌سازی و مدل‌سازی بررسی شده است. بر اساس نتایج به دست آمده اقتصاد سامانه توجیه‌پذیر است و با توجه به اقلیم خشک کشور می‌توان گفت که به‌کارگیری این فناوری برای تولید توان صرفه اقتصادی بالایی دارد. زمانی بحث نیروگاه‌های فتوولتاییک به طور گسترده در کشور مطرح شد اما به دلیل نوسانات ارزی، اجرای آن محقق نشد. اجرا و احداث فناوری دودکش خورشیدی کمترین میزان وابستگی را به کشورهای خارجی دارد و مطابق سیاست کلی کشور در خصوص ترویج و توسعه نیروگاه‌های تجدیدپذیر است.»

در این مطالعه نیروگاه دودکش خورشیدی با سامانه انباره گرمایی از نظر فناوری، علمی، پتانسیل‌سنجی، اجرا، محل‌یابی و بهره‌برداری بررسی شده و خبر از توجیه‌پذیری بالای آن می‌دهد. این پژوهش در ادامه مطالعه‌ای صورت گرفت که ۱۰ سال قبل انجام شده بود. رایزنی‌هایی با پارک‌های علم و فناوری مختلف کشور و سایر نهادهای تاثیرگذار در این حوزه انجام شده است چراکه احداث نیروگاه دودکش خورشیدی به سرمایه‌گذاری کلانی نیاز دارد، بنابراین این امر با حمایت دولتی تحقق می‌گیرد.

انتهای پیام/۴۰۲۱/پ