درسنامه کامل علوم تجربی هفتم فصل 9 منابع انرژی

انواع منابع انرژی:

تقریباً منبع همه ی انرژی هایی که از آن ها استفاده می کنیم، خورشید است. حدود ۸۵ درصد از انرژی های کل جهان توسط سوخت های فسیلی تامین می شود. با توجه به اینکه سوخت های فسیلی رو به اتمام هستند و همچنین نیاز به انرژی با توجه به ازدیاد جمعیت رو به افزایش است، باید استفاده از انرژی های مثل انرژی خورشیدی، باد و ... افزایش یابد. منابع انرژی به دو دسته زیر تقسیم بندی می شوند:

۱- منابع تجدید ناپذیر:

منابع انرژی تجدید ناپذیر به منابعی از انرژی اطلاق می شود که جایگزینی آن ها پس از مصرف به سادگی امکان پذیر نیست و برای تشکیل آن ها میلیون ها سال زمان نیاز است. سوخت های فسیلی اعم از نفت، گاز طبیعی و ذغال سنگ و همچنین سوخت هسته ای از جمله منابع انرژی تجدید ناپذیر هستند. بیش از ۹۰ درصد انرژی مصرفی کل جهان از منابع انرژی تجدید ناپذیر هستند.

۲- منابع تجدید پذیر:

این دسته از منابع انرژی به طور مدام جایگزین می شوند و هیچ وقت تمام نمی گردند. انرژی خورشیدی، انرژی باد، انرژی برق آبی ( هیدرولیک )، انرژی موج های دریا، انرژی جزر و مدی، انرژی زمین گرمایی و انرژی ناشی از سوخت های گیاهی.

سوخت های فسیلی:

بقایای برخی از گیاهان و جانداران (ذره بینی) که روی زمین و به ویژه در دریاها زندگی می کردند، با لایه هایی از گل و لای پوشیده شده اند. با گذشت زمان طولانی این لایه ها بیشتر و بیشتر متراکم شدند و در اثر فشار های زیاد و دمای مناسب، این بقایا به سوخت های فسیلی تبدیل شدند. منابع اولیه برای تشکیل نفت و گاز موجودات ذره بینی خصوصا پلانکتون ها و منابع اولیه برای تشکیل ذغال سنگ، گیاهان و درختان می باشند.  دانشمندان سوخت های فسیلی را عامل افزایش دمای میانگین کره زمین یا همان گرمایش جهانی می دانند. سوخت های فسیلی پس از مصرف، کربن دی اکسید و گازهای مضر دیگری در جو زمین آزاد می کنند. انباشت این گازها در گذر زمان سبب افزایش دمای زمین و گرمایش جهانی می شود.

تولید انرژی الکتریکی از سوخت فسیلی:

در برخی از نیروگاه های تولید برق ابتدا با سوزاندن سوخت های فسیلی باعث گرم شدن آب داخل دیگ بخار و تبدیل آن به بخار می گردند. بخار به وجود آمده باعث گردش توربین ها می شود. با چرخش توربین ها، مولدی مثل ژنراتور انرژی حرکتی توربین را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. همچنین پس از سرد شدن بخار و تبدیل مجدد آن به آب، این آب به دیگ بخار باز می گردد و چرخه ادامه می یابد.

انرژی هسته ای:

به انرژی نهفته در هسته اتم ها، انرژی هسته ای (اتمی) گویند که به دو روش  به چه روش شکافت و همجوشی قابل آزاد شدن است.

در روش تولید انرژی هسته ای از طریق شکافت، اتم های سنگین تر در راکتور های اتمی به اتم های سبک تر و مقدار قابل توجهی انرژی گرمایی تبدیل می شوند؛ مثل تبدیل انرژی هسته اورانیوم به هسته های کوچکتر که باعث آزاد شدن انرژی هسته ای می گردد. در نیروگاه های هسته ای بسیاری از کشورهای توسعه یافته از این فرایند برای تولید برق (انرژی الکتریکی) استفاده می شود .

در روش تولید انرژی هسته ای از طریق همجوشی، هسته های سبک تر در اثر فشار و حرارت به اصطلاح با هم جوش می خورند و به هسته های سنگین تر تبدیل می شوند. در خورشید و ستارگان با ترکیب شدن اتم های هیدروژن اتم های سنگین تر هلیم و مقدار زیادی انرژی به صورت نور و گرما حاصل می شوند.

تولید انرژی هسته ای از طریق فرایند همجوشی موضوع پژوهش دانشمندان بسیاری از کشور ها و همینطور کشور ماست. پژوهشگران امیدوارند طی سال های آینده به راه حل هایی دست یابند تا بتوان از طریق همجوشی هسته ای به تامین نیازهای ما به انرژی الکتریکی کمک کنند. مهم ترین مزیت استفاده از سوخت های هسته ای این است که مقدار کمی از آن ها انرژی بسیار زیادی تولید می کند به طوری که حدود یک کیلوگرم از این سوخت انرژی معادل سوختن ۳۰۰۰ کیلوگرم سوختن ذغال سنگ آزاد می کند. همچنین استفاده از این نوع سوخت گازهای آلاینده ای را وارد هوا نمی کند. از معایب استفاده از سوخت هسته ای می توان موارد زیر را بیان نمود:

بر اثر واکنش های هسته ای پسماندهای خطرناکی تولید می شوند که به شدت پرتو زا هستند و برای سلامتی انسان ها خطرناک هستند. این پرتوها تا صدها سال خاصیت خود را حفظ می کنند و از این جهت باید در نگهداری آن ها توجه کافی صورت بگیرد.

دلایل رو آوردن بشر به منابع انرژی تجدید پذیر:

برای برآوردن نیاز رو به افزایش بشر به انرژی و داشتن محیطی سالم و پاک، باید در جست و جوی انرژی های جایگزین باشیم. این انرژی هایی که به منابع انرژی تجدید پذیر موسوم اند، زمین را آلوده نمی کنند و همچنین باعث گرمایش جهانی نمی شوند. استفاده از سوخت های فسیلی یکی از عوامل اصلی آلودگی زمین، اقیانوس ها و هوا است.

انرژی خورشیدی:

در مرکز خورشید به طور مداوم واکنش هایی رخ می دهد. این واکنش ها مقدار بسیار عظیمی انرژی آزاد می کنند . این انرژی به سطح خورشید می آید و به شکل گرما و نور به زمین می رسد. انرژی خورشید در بخش مرکزی آن تولید می شود. دمای مرکز خورشید چندین میلیون و دمای سطح آن ۵۵۰۰ درجه سانتی گراد است. برای تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی تابشی، انرژی حاصل از نور خورشید از صفحه های خورشیدی برای تولید انرژی الکتریکی استفاده می شود.  صفحه های خورشیدی را می توان در وسایل مختلفی مانند ماشین حساب، ماهواره، چراغ ها و تابلوهای راهنمایی رانندگی و همچنین بام و نمای ساختمان ها به کار برد. در بیشتر صفحه های خورشیدی تنها یک پنجم یا ۲۰ درصد انرژی نورانی خورشید به انرژی الکتریکی تبدیل می شود.

طرز کار آبگرمکن های خورشیدی:

در آبگرمکن های خورشیدی، سطح لوله های تیره رنگ انرژی گرمایی حاصل از پرتو های نور خورشید را جذب می کنند. گرما به آبی که در لوله ها در گردش است داده می شود .

باد:

باد همان هوای در حال حرکت است که در اثر گرم شدن نابرابر سطح زمین به وجود می آید.

توربین های بادی:

 ایرانیان دوران باستان آسیاب های بادی را اختراع کرده بودند که برای آرد کردن گندم و بالا کشیدن آب از چاه به کار می رفت. امروزه آسیاب های بادی را توربین های بادی می نامند که برای تولید انرژی الکتریکی از انرژی جنبشی باد به کار می روند.

طرز کار توربین های بادی:

زمانی که باد با سرعت مشخص به توربین برخورد می کند، پره های آن به حرکت در می آیند. این پره ها در زمان حرکت دارای انرژی حرکتی هستند. با انتقال این انرژی حرکتی به ژنراتور توربین، انرژی الکتریکی تولید می شود. توربین های بادی معمولا از سه پره به طول تا ۳۰ متر ساخته می شوند. هر توربین بادی با این ویژگی در شرایطی که وزش باد مناسب باشد می تواند در هر ثانیه حدود ۲ میلیون ژول انرژی الکتریکی تولید کند ( یعنی توان الکتریکی آن ۲ مگاوات است).

بزرگترین نیروگاه بادی ایران در پیرامون شهر منجیل (واقع در استان گیلان ) با توان تولیدی ۱۰۰ مگاوات (تولید صد میلیون ژول انرژی الکتریکی در هر ثانیه) نصب شده است.

انرژی حاصل از امواج دریا:

وزش باد در سطح آب دریا، سبب می شود تا انرژی جنبشی باد به شکل انرژی پتانسیل گرانشی در آب دریا ذخیره شود و پس از مدت کوتاهی به شکل انرژی جنبشی ( موج ) آن را پس می دهد. هر چه انرژی جنبشی باد بیشتر باشد، موج های بزرگتری به وجود می آید.

با استفاده از توربین های ویژه ای می توان از انرژی ذخیره شده در موج های دریا بهره برد. در این توربین با برخورد موج های دریا با آن ها انرژی موج ها باعث به حرکت در آوردن قسمت های داخلی توربین می شود و توسط یک مبدل به انرژی الکتریکی تبدیل می گردد.

انرژی برق آبی (هیدرولیک):

آب ذخیره شده در پشت سد های بلند انرژی پتانسیل گرانشی زیادی دارد. بهره برداری از این انرژی و تبدیل آن به انرژی الکتریکی، انرژی برق آبی نامیده می شود. استفاده از انرژی برق آبی یکی از پاک ترین روش های تولید برق است . ۲۲. روش استفاده از آن به صورت زیر است:

مقداری از آب ذخیره شده در پشت سد با گذر از مجرای عبور آب و رسیدن به توربین ها باعث چرخش آن ها می شود. در نتیجه انرژی پتانسیل گرانشی آب به انرژی جنبشی توربین تبدیل می شود. سپس انرژی جنبشی توربین در ژنراتور به انرژی الکتریکی تبدیل می شود.

انرژی زمین گرمایی:

انرژی گرمایی ذخیره شده در زیر سطح زمین را انرژی زمین گرمایی می گویند. این انرژی حاصل از گرمای سنگ های داغ اعماق زمین است که در نواحی آتشفشانی وجود دارد.

انرژی زمین گرمایی از معدود انرژی های می باشد که منبع اصلی تشکیل دهنده ی آن ها خورشید نیست. مهم ترین نشانه ی وجود انرژی زمین گرمایی، وجود چشمه های آب گرم و آب های داغ در حال فوران (آب فشان) در برخی از نقاط کره زمین است.

برای بهره برداری از انرژی زمین گرمایی معمولا چاهی به عمق ۴ تا ۶ کیلومتر حفر می کنند. سپس آب با فشار زیاد به داخل چاه پمپ می شود و با ترکاندن سنگ های اطراف حفره ای با مساحت زیاد به وجود می آید. برای دسترسی به این حفره، چاه دیگری ایجاد می شود . آب تزریق شده پس از رسیدن تا دمای ۲۰۰ درجه سانتیگراد یا کمی بیشتر، به شکل آب یا بخار داغ پر فشار از چاه دوم بالا می آید و با به کار انداختن توربین، انرژی الکتریکی تولید می کند، سپس دوباره از طریق چاه اول وارد حفره می شود و چرخه ای بسته به وجود می آورد. انرژی زمین گرمایی افزون بر تولید انرژی الکتریکی، کاربرد های دیگری از قبیل گرمایش ساختمان ها، فعالیت های صنعتی و ایجاد مراکز گردشگری برای بهره مندی از خواص درمانی آب گرم درون زمین دارد.

با توجه به قرار گرفتن بخش نسبتا بزرگی از ایران در یک کمربند آتشفشانی امکان بهره برداری از این انرژی در برخی از نواحی ایران توان استفاده از انرژی زمین گرمایی وجود دارد. مطالعه و اجرای نخستین نیروگاه زمین گرمایی ایران در استان اردبیل و در دامنه ی کوه سبلان به اواسط دهه هفتاد بر می گردد.

سوخت های زیستی:

سوخت های زیستی اصطلاحی در زمینه انرژی است که برای توصیف محصولاتی که از فتوسنتز (غذاسازی) گیاهان به دست می آیند اطلاق می شوند. منبع اصلی سوخت های زیستی، انرژی خورشید که از طریق فتوسنتز در گیاهان ذخیره می شود. هر ساله از طریق فتوسنتز، معادل چندین برابر مصرف سالیانه جهان ، انرژی خورشیدی در برگ ها، تنه و شاخه های درختان ذخیره می شود.

زيست گاز:

به گازی که از باقیمانده یا پسماند محصولات کشاورزی (کامپوست) در شرایط بی هوازی (نبود هوا) متصاعد می شود، زیست گاز می گویند. از زیست گاز می توان برای مصارف خانگی و صنعتی استفاده کرد. زیست گاز منبع انرژی مناسبی برای مناطق روستایی است؛ زیرا در این مناطق به سبب تولید بیشتر محصولات کشاورزی پسماند بیشتری ایجاد می کنند و در نتیجه زيست گاز بیشتری تولید می گردد.