فصل ۹: منابع انرژی

بیش از ۸۰ درصد انرژی مصرفی جهان امروز از منابعی می‌آید که میلیون‌ها سال برای تشکیلشان زمان صرف شده است. پس از مصرف، جایگزینی این منابع تقریباً غیرممکن است و به همین دلیل آن‌ها را منابع انرژی تجدیدناپذیر می‌نامند. سوخت‌های فسیلی (نفت، گاز و زغال سنگ) و سوخت‌های هسته‌ای از جمله این منابع به شمار می‌روند.

مقایسهٔ دو گروه منابع انرژی بر پایهٔ متن صفحات ۷۸ و ۸۰ کتاب.

انتقال پایدار و ایمن مقادیر بسیار زیاد نفت خام به پالایشگاه‌ها و انتقال فرآورده‌های نفتی از پالایشگاه به نقاط دیگر، یکی از نشانه‌های مهم توسعهٔ هر کشور شناخته می‌شود. در ایران روزانه بیش از ۳۳۰ میلیون لیتر مواد نفتی (شامل نفت خام و فرآورده‌های آن) از طریق ۱۴۰۰۰ کیلومتر خط‌های لولهٔ زیرزمینی به قطر ۱۵ تا ۹۰ سانتی‌متر به نقاط متفاوت انتقال می‌یابد. سوخت مایع مورد نیاز نیروگاه‌ها، صنایع و جایگاه‌های سوخت (بنزین، نفت، گاز، نفت سفید، سوخت هواپیماها و...) نیز از طریق خط‌های لوله انتقال می‌یابد.

همان‌طور که در بازی پله‌ای دیدی، مسیر انرژی در نیروگاه سوخت فسیلی از سوختِ درون دیگ بخار آغاز می‌شود. گرمای سوخت، آب را به بخار داغ و پرفشار تبدیل می‌کند و بخار، توربین را می‌چرخاند تا توربین مولد (ژنراتور) برق را به کار اندازد. سرانجام انرژی الکتریکی از طریق خط‌های انتقال به شهرها می‌رسد و گرمای گرفته‌شده از بخار نیز در چرخهٔ آب، با تلمبه (پمپ) دوباره به دیگ بخار برمی‌گردد.

همان‌طور که دیدید، بیشتر انرژی مورد نیاز بشر از طریق سوخت‌های فسیلی تأمین می‌شود؛ اما سوخت‌های فسیلی با گذشت زمان به سادگی جایگزین نمی‌شوند و باعث آلودگی زمین، اقیانوس‌ها و هوا نیز می‌شوند. برای برآوردن نیاز رو به افزایش بشر به انرژی و داشتن محیطی سالم و پاک، باید در جست‌وجوی منابع دیگری از انرژی باشیم. این منابع منابع انرژی تجدیدپذیر نام دارند.

در ادامهٔ فصل هر یک از این منابع را یکی‌یکی بررسی می‌کنیم؛ از خورشید و باد گرفته تا موج دریا، گرمای زمین و سوخت‌های زیستی. پیش از شروع، فعالیت نمودار سرمایه‌گذاری جهان را انجام بده. سپس بازی تطبیق را حل کن تا جای‌های مهم تولید این انرژی‌ها در ایران و جهان را به یاد بسپاری.

داده‌های نمودار صفحهٔ ۸۱ کتاب؛ حدود ۲۰ درصد کاهش سال ۱۳۹۹ به دلیل همه‌گیری بیماری کووید-۱۹.

بشر از هزاران سال پیش انرژی باد را به کار گرفته است. ایرانیان دوران باستان آسیاهای بادی را اختراع کرده بودند که برای آرد کردن گندم و بالا کشیدن آب از چاه به کار می‌رفت (شکل ۵). با گذشت زمان، آسیاهای بادی به گونه‌ای تغییر کردند تا انرژی بیشتری فراهم کنند؛ امروزه به این آسیاها «توربین‌های بادی» می‌گویند که برای تولید انرژی الکتریکی از انرژی باد به کار می‌روند.

باد همان هوای در حرکت است که در اثر گرم شدن نابرابر سطح زمین به وجود می‌آید. توربین‌های بادی انرژی جنبشی باد را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند (شکل ۶). توسعه و بهره‌برداری از نیروگاه‌های بادی برای تولید برق به سرعت در حال افزایش است؛ تا پایان سال ۱۴۰۴ کل توان الکتریکی تولیدشده در نیروگاه‌های بادی سطح جهان به بیش از ۱٬۰۰۰٬۰۰۰ مگاوات رسیده است.

کل توان نیروگاه‌های تولید برق نصب‌شده در ایران تا پایان سال ۱۴۰۰ حدود ۸۵ هزار مگاوات است. بزرگ‌ترین نیروگاه بادی ایران نزدیک شهر منجیل با توان تولیدی ۱۰۰ مگاوات نصب شده است؛ این نیروگاه پس از دو دهه تلاش و با نصب ۱۷۱ توربین بادی به طور کامل مورد بهره‌برداری قرار گرفته است.

وزش باد در سطح آب دریا سبب ایجاد موج می‌شود (شکل ۷). هرچه انرژی جنبشی باد بیشتر باشد، موج‌های بزرگ‌تر و پرانرژی‌تری به وجود می‌آیند. برای استفاده از انرژی موج‌های دریا به توربین‌های ویژه‌ای نیاز داریم؛ شکل ۸ کتاب یکی از توربین‌های تولید انرژی از طریق موج‌های دریا را نشان می‌دهد که در ساحل کشور پرتغال به کار گرفته شده است.

آب ذخیره‌شده پشت یک سد بلند، انرژی پتانسیل گرانشی زیادی دارد. بهره‌برداری از این انرژی و تبدیل آن به انرژی الکتریکی، یکی از پاک‌ترین روش‌های تولید برق است که به آن «انرژی برق آبی (انرژی پاک)» گفته می‌شود (شکل‌های ۱۲ و ۱۳). برای همین است که سدها علاوه بر ذخیرهٔ آب، نیروگاه‌های پاک تولید برق هم به شمار می‌آیند.

طبق شکل ۱۳ کتاب، انرژی پتانسیل گرانشی آب به انرژی جنبشی توربین تبدیل می‌شود. سپس انرژی جنبشی توربین در ژنراتور (مولد) به انرژی الکتریکی یا همان برق تبدیل می‌شود. در این شکل، چرخهٔ تبخیر آب نیز دیده می‌شود؛ چرخه‌ای طبیعی که آب پشت سدها را پیوسته بازمی‌گرداند و این منبع انرژی را همیشگی می‌کند.