دلالت های تحریم های جدید آمریکا علیه ایران

مقاله با موضوع : دلالت های تحریم های جدید آمریکا علیه ایران و آثار آن بر صنایع نفت و گاز و پتروشیمی

با پسوند PDF جهت استفاده شما بازدیدکننده گرامی آماده شده است که میتوانید با لینک مستقیم دانلود کنید

جهت دانلود مقاله کلیک کنید

انرژی نفت- مزایا و معایب

انرژی نفت- مزایا و معایب

مزایا:

نیروگاه‌های نفتی می‌توانند در زمان بسیار کوتاهی شروع به کار کنند. به عبارت دیگر زمان راه اندازی آن‌ها کوتاه است. همچنین زمان ساخت آن‌ها کم است. توان تولیدی آن‌ها نیز بسیار زیاد است.

بازده این نوع نیروگاه‌ها شبیه نیروگاه‌های زغال سنگی است.

معایب و مضرات نفت:

نفت سوختی تجدیدناپذیر است، همچنین قیمت نفت در حال افزایش بوده و نیروگاه‌هایی که با نفت کار می‌کنند بسیار گران و پرهزینه هستند. نفت همانند سایر سوخت‌های فسیلی محیط زیست را آلوده می‌کند. در نهایت می‌توان گفت که تولید برق توسط نفت بسیار گران بوده و تا زمانی که منابع دیگر تولید انرژی برق وجود دارد استفاده از آن نادرست است.

نفت و محیط زیست:

نفت محیط زیست را آلوده می‌کند و مصرف آن اثرات منفی بر محیط زیست برجا میگذارد. گازهای حاصل از سوختن نفت (مثل دی اکسید سولفور) باعث باران اسیدی می‌شوند. در ضمن دی اکسید کربن حاصل از آن باعث افزایش اثر گلخانه‌ای می‌شود. گاهی مواقع حمل و نقل نفت باعث آلودگی محیط زیست می‌شود (مثل غرق شدن کشتی‌‌های نفتکش در دریا یا واژگون شدن تانکرهای نفتی).

جوش هسته‌ای

جوش هسته‌ای

مقدمه:

انرژی یکی از مهترین ارکان پیشرفت جامعه بشری است. و کشف آتش به عنوان نقطه ی عطف و شروع تمدن بشری عنوان شده است. در طول سالیان بسیار، انرژی جزیی جدانشدنی در زندگی انسان بود تا اختراع موتور بخار و شروع انقلاب صنعتی،انرژی و توانایی تصرف و کنترل آن به عاملی اساسی در پیشرفت جوامع بشری تبدیل شد به گونه ای که زغال سنگ در قرن ۱۹ و نفت گاز در قرن بیستم نقشی اساسی در تامین انرژی ایفا کرده است. سوال اساسی اینجاست که در قرن بیست و یکم کدام گونه از انرژی نقشی اساسی در تامین نیاز بشر را ایفا خواهد کرد.

استفاده بی رویه از زغال سنگ، نفت و گاز در دوقرن اخیر سبب افزایش چشمگیر میزان دی اکسید موجود در جو و به طبع آن افزایش میانگین دمای جهانی،آب شدن یخ های قطبی،افزایش سطح آب اقیانوس ها،و افزایش طوفان ها گردیده است.

تمام موارد بالا و همچنین روبه اتمام بودن سوخت های فسیلی سبب شده تا بشر به دنبال منابعی جایگزین برای آن ها باشد.

بی پایان بودن ،عدم آلودگی محیط زیست و اشتغال زایی از مزیت های انرژی های تجدید پذیر نسبت به سوخت های فسیلی می باشد.

 

جوش هسته ای

یافتن انرژی های نوین جایگزین برای نفت و گاز بسیار دشوار است زیرا علاوه برمناسب بودن باید به صرفه نیز باشد انرژی هسته ای مناسب به نظر می رسد زیرا انرژی زیاد و قابل اعتماد تولید کرده و دی اکسید کربن منتشر نمی کند در کل دو نوع واکنش هسته ای وجود دارد: ۱-جوش هسته ای ۲-شکافت هسته ای

در شکافت هسته ای یک اتم بزرگ به دو اتم شکافته میشود این همان کاری است که راکتورهای هسته ای انجام می دهند ولی در جوش هسته ای دو اتم کوچک ترکیب گردیده و یک اتم هلیم ایجاد می شود که انرژی زیادی تولید می کند.

راه حل طبیعت برای تولید انرژی،روش جوش هسته ای است به طوری که تمام ستارگان از این شیوه برای تولید انرژی استفاده بهره می برند یک راکتور جوش هسته ای بسیار ایمن و مقرون به صرفه است و ضایعات آن تا مدت کوتاهی خاصیت رادیواکتیوی دارد. سوخت این گونه راکتورها به راحتی ازاقیانوس قابل استحصال بوده و هزینه آن ۱سنت به ازای یک کیلووات ساعت است. منبع این سوخت اقیانوس بوده و برای میلیاردها سال توانایی تامین انرژی کره زمین را داراست.

از دلایل عدم گسترش این گونه انرژی دشواربودن فرآیند هم جوشی است زیرا دواتم هیدروژن بار مثبت داشته و تمایلی برای هم جوشی ندارند و برای انجام هم جوشی باید دوذره با سرعت بسیار زیاد با یکدیگر پرتاب شده و بر دافعه الکترواستاتیکی غلبه کرده و با یکدیگر بخورد نمایند.

سرعت ذرات بیان کننده دمای ماده است ،دمای لازم برای گداخت هسته ای ۱۵۰ میلیارد درجه سانتی گراد است که برای رسیدن به این دما انرژی جنبشی بسیار زیادی نیاز است که دلیل دشواری هم جوشی همین امر می باشد.

یکی دیگراز مشکلات روش گداخت لیزری و مغناطیسی بزرگ و پیچیده بودن آن هاست وقتی فرآیند جوش هسته ای صورت گیرد عمده انرژی آن به صورت نوترون با انرژی بالا آزاد میشود که با برخورد به دیواره راکتور به آن خسارت وارد می کند درهر صورت باید از انرژی نوترون ها استفاده نمود و برای گرمایش آب ،ایجاد بخار و به حرکت درآورد توربین و درنهایت تولید انرژی استفاده کرد.

آزمایشگاه های بزرگ ثابت کردند که جوش هسته ای قابل انجام است و درحال حاضر شرکت های کوچک تکنولوژی در امریکا مشغول سرمایه گذاری روی آن هستند.

 

انواع روش های هم جوشی:

۱-روشtokamak :

 طرح توکامک در دهه پنجاه میلادی توسط روسها پیشنهاد شد.کلمه توکامک از کلمات “toroidalnaya”, “kamera”, and “magnitnaya” به معنی ” اتاقک مغناطیسی چنبره ای” گرفته شده است.
این راکتور به شکل دونات است که با سیم پیچ مغناطیسی احاطه شده است و جنس سیم آن ابررسانا است که میدان مغناطیسی را حول چنین حلقه ای و عمود برآن ایجاد می کند. در داخل این راکتور گازی داغ که پلاسما نامیده می شود و باردار بوده  وجود دارد که در اثر میدان مغناطیسی سیم پیچ، به ذرات باردار نیروی الکترواستاتیکی وارد شده  و درنهایت این ذرات شروع به چرخش با سرعت زیاد در حلقه می کنند. که این ذرات پرانرژی بایکدیگر برخورد نموده و واکنش جوش هسته ای صورت می گیرد.

۲-لیزر:

در این روش پرتوهای لیزر در یک ناحیه بسیار کوچک متمرکز شده در اثر گرمای زیاد دواتم هیدروژن با هم تشکیل هلیم می دهند

MTF(magnetized  target fusion)-3:

یک محفظه با لیتیم مایع پرشده و به گردش در می آید تا جریان گردابی به وجود آید این جریان به وسیله پیستون هایی فشرده گردیده که سبب فشرده شدن پلاسمای موجود در مرکز مایع می گردد که سبب افزایش ناگهانی دما درفرآیند همجوشی می گردد این روش سبب جذب نوترون ها به وسیله لیتیم مایع شده و مانع از آسیب رسیدن به دیواره  راکتور می شود همچنین لیتیم مایع با نوترون واکنش داده و تریتیم که همان سوخت اولیه برای راکتور است را تولید می نماید.                                                         .

لیتیم مایع گرم گردیده که آن را به یک مبدل حرارتی پمپ می کنیم و بخار تولید گردیده که درنهایت سبب چرخش توربین و تولید برق می شود.

همچنین انرژی لازم برای ادامه فرآیند گداخت از پیستون های بخار تامین می شود که نسبت به لیزر و یا تولید میدان مغناطیسی راه حل بسیار ارزان تر و کم مصرف تری است. نمونه اولیه این ژنراتور با سرمایه۵۰  میلیون دلار و همکاری ۶۵ نفر با قطر ۳متر ساخته شد که لیتیم مایع درآن به چرخش درآمده و گردابه بزرگی تولید می کند که پیستون ها با ضربه زدن آن را فشرده می کند که سبب همجوشی شده و نوترون های آزاد شده جذب فلز مایع شده و آن را گرم می کند و فلز وارد مبدل حرارتی گردیده و بخار تولید می کند. پیستون ها در هرثانیه یک ضربه وارد می کنند و ۱۰۰ مگاوات الکتریسیته تولید می کند.

یکی از مشکلات اصلی هم جوشی هسته ای،تامین پلاسما است. برای تولید آن به یک انژکتور که در دمای ۳میلیون درجه کار می کند نیاز است همچنین پلاسما در اثر فشار ،منحرف می گردد که برای حل این مشکل زمان بندی پیستون ها بسیار دقیق باشد و نیاز به یک ابزار کنترلی بسیار کارآمد است تا مانع انحراف پلاسما گردد که این امر بادانش الکترونیک بسیار آسان گردیده است.

 

نیروگاه های معروف به شرح زیر است:

JET(joint European tours)  این راکتور هم جوشی ۱۶MW انرژی با مصرف ۱۷MW انرژی تولید  می کند که در سال ۱۹۹۷ به بهره برداری رسید و به عنوان نقطه عطفی در تولید انرژی به روش هم جوشی محسوب می شود.

NIF(national ignition facility): که یک راکتور به روش لیزر در امریکا ا است که موفق شده تا انرژی بیشتری نسبت به انرژی مصرفی تولید کند.

ITER: یکی از بزرگترین ژنراتورهای احداث شده تا زمان حاضر است این پروژه با همکاری چندین کشور در جنوب فرانسه احداث شده است و ۵۰۰MW انرژی با مصرف تنها۵۰MW انرژی تولید خواهد کرد.

 

سخن آخر:

در چندین دهه اخیر فناوری تولید انرژی به روش جوش هسته ای در دسترس بشر بوده است ولی متاسفانه تحقیقات و سرمایه گذاری چندانی روی آن صورت گرفته که از دلایل اصلی آن سیاست های دولت ها در این زمینه است برای نمونه ITER می توانست در سال ۲۰۰۰ یا ۲۰۰۵ ساخته شود ولی وجود مسائل سیاسی و دشواری همکاری بین المللی سبب این تاخیر شده است برای نمونه ۳سال طول کشید تا مکان ساخت این نیروگاه انتخاب شود.

این پیشرفت ها با هزینه ۱ میلیارد دلاری در سال محقق شده است که می توان با هزینه صورت گرفته با صنعت تلفن های همراه مقایسه کرد.مجموع هزینه صورت گرفته در این صنعت ۱۰۰۰ میلیارد دلار بوده است!که در مقایسه با صنعت جوش هسته ای بسیار زیاد است .

مطابق نمودار تولید انرژی به وسیله جوش هسته ای با قانون مور منطبق است:

نکته قابل توجه این است که این فناوری از قانون مور پیروی می کند در حالی که هزینه های صورت گرفته در این صنعت با صنعت نیمه رسانا قابل مقایسه نیست چنانچه این سرمایه گذاری به جای صنعت موبایل در جوش هسته ای صورت می گرفت ،جهان از سوخت بی نهایت،پاک و ارزان بهره می برد.

همچنین  هزینه یارانه در گردش صنعت نفت ،گاز و انرژی های تجدید پذیر ۶۵۰ میلیارد دلار در سال است که سهم گداخت هسته ای ۰٫۵درصد است.

 

ژنراتور های CHP

ژنراتور های CHP

۱-مقدمه:

تولید همزمان برق و حرارت یکی از روش های صرفه جویی درمصرف انرژی است که در آن برق و حرارت بطور همزمان تولید می‌شوند. حرارت حاصل از تولید همزمان می‌تواند بمنظور گرمایش ناحیه‌ای        (District heating) یا در صنایع فرآیندی مورد استفاده قرار گیرد.

این فرآیند می‌تواند بر اساس استفاده از توربینهای گاز، توربینهای بخار یا ژنراتورهای احتراقی بنا نهاده شود و منبع تولید انرژی اولیه نیز شامل دامنه وسیعی است که می‌تواند سوختهای فسیلی، زیست توده، زمین گرمایی یا انرژی خورشیدی باشد.

گرمایش ناحیه‌ای شامل سیستمی است که در آن حرارت بصورت متمرکز تولید و به تعدادی مشتری فروخته میشود. این کار با استفاده از یک شبکه توزیع که از آب داغ یا بخار بعنوان حامل انرژی حرارتی بهره می‌برد، انجام می‌پذیرد. شکل (۱) شمای یک سیستم بازیافت و انتقال حرارت را نشان می دهد.

 

 

 شکل ۱- تجهیزات بازیافت و انتقال حرارت

۲-سابقه تاریخی:

در سال ۱۸۸۸ اولین تولید کننده همزمان برق و حرارت در آلمان شروع بکار نمود. در این سال در شهر هامبورگ از حرارت حاصل از تولید برق بمنظور تأمین حرارت تالار شهر (City Hall) استفاده شد. هم اکنون در بسیاری از نقاط جهان از سیستم‌های تولید همزمان استفاده میشود. جدول (۱) لیست ۱۰ کشور جهان و درصد تأمین حرارت بوسیله سیستم‌های تولید همزمان به نسبت کل حرارت مصرفی در این کشورها را نشان می‌دهد.

 

جدول ۱- اطلاعات مربوط به ۱۰ کشور استفاده کننده عمده سیستمهای تولید همزمان

نام کشور درصد حرارت تأمین شده به روش متمرکز به کل تقاضای حرارت سهم CHP طول خطوط انتقال آب گرم (km)
ایسلند ۸۵%
روسیه ۷۰%
لهستان ۵۲% ۱۶۳۹۲
فنلاند ۵۰% ۳۶% ۲۳۹۰۰
دانمارک ۵۰% ۶۲% ۲۳۹۰۰
سوئد ۴۲% ۶% ۱۱۱۸۰
جمهوری چک ۲۲% ۲۵۰۱
اطریش ۱۴% ۲۵% ۲۶۴۶
آلمان ۱۲% ۸% ۱۷۴۹۶۹
کره ۴% ۲۵% ۲۶۴۶

 

۳-مزایای استفاده از این روش به شرح زیر می باشد:

۱-۳-ارتقاء بهره وری انرژی:

در واحدهای تولید همزمان برق و حرارت، تلفات به حداقل می‌رسد. بازده کلی این واحدها بین ۸۰ تا ۹۰ درصد خواهد بود، این در حالی است که در یک نیروگاه متداول بازده حرارتی بین ۴۰ تا ۵۰ درصد است. شکل (۲) مقایسه یک نمونه نیروگاه حرارتی معمول و یک واحد CHP و تلفات آنها را نشان می‌دهد.

 

شکل ۲- مقایسه بازده انرژی در نیروگاههای معمول و نیروگاههای تولید همزمان

 

۲ ۳- تأمین حرارت مطمئن و انعطاف پذیری

اکثر نیروگاههای موجود از نوع سیکل بخار هستند که اصولا این نیروگاهها برای پیک مصرف مناسب نبوده و باید همیشه در شبکه سراسری مازاد تولیدوجود داشته باشد تا شبکه دچار افت جریان نشود. این موضوع باعث هدر رفتن انرژی زیادی می شود و همچنین در شب ها قابلیت خاموش شدن نداشته که همین امر هم انرژی زیادی را هدر می دهد در حالی که ژنراتورهای  CHPبه وسیله ی یک ترموستات ساده قابلیت خاموش شدن به صورت لحظه ای را خواهند داشت که راندمان انرژی را بسیار افزایش خواهد داد. همچنین میزان تولید برق و حرارت، با توجه به تقاضای آنها قابل تغییر است.

 

۳-۳– محیط زیست

راندمان بالای واحدهای تولید همزمان، این واحدها را بعنوان راه حلی قابل قبول برای تبدیل انرژی مطرح نموده است. همچنین بازدهی بالای این واحدها، باعث میشود تولید دی اکسید کربن و سایر آلاینده‌ها نظیر ترکیبات گوگردی و اکسیدهای نیتروژن کاهش یابد. از سوی دیگر در کشورهایی که قوانین سخت گیرانه زیست محیطی در آنها اعمال میشود با کاهش تعداد واحدهای تبدیل سوخت به حرارت مفید، کنترل واحدهای تولید آلاینده راحت‌تر انجام خواهد پذیرفت. همچنین متاسفانه اکثر نیروگاههای تولید برق از نوع خوراک مازوت بوده که به شدت آلاینده هستند و جایگزینی این سوخت با فرآوردهایی پاک تر از قبیل گاز طبیعی ضروری است.

 

۴– ۳– هزینه‌های کمتر

در توجیه پذیری واحدهای CHP‌ باید محدودیتهای مالی را بدقت لحاظ نمود. لازمست در هر ناحیه انرژی های رقیب با واحدهای تولید همزمان مقایسه و تصمیم گیری بدقت انجام پذیرد. معمولاً واحدهای تولید همزمان به سرمایه گذاری بیشتری نسبت به سیستم‌های معمول تبدیل انرژی نیاز دارند. ولی باید دقت داشت که میزان مصرف انرژی در آنها بسیار پایین‌تر است: بعبارت دیگر، هزینه‌های متوسط تبدیل یک واحد انرژی در واحدهای CHP پایین‌تر از سایر روشهاست.

 

۵۳- استفاده هرچه بیشتر از فضای ساختمانها

با استفاده از واحدهای تولید همزمان، تجهیزات نصب شده در تأسیسات گرمایشی ساختمانها کاهش می‌یابد، به همین دلیل فضای بیشتری در ساختمانها قابل استفاده خواهد بود.

 

۶- ۳- هزینه‌های پایین‌تر تعمیرات و نگهداری

با توجه به اینکه برای استفاده از حرارت تولیدی در یک واحد تولید همزمان، تجهیزات کمتری در هرواحد مصرفی مورد نیاز است، هزینه‌های تعمیرات و نگهداری تجهیزات نیز کمتر خواهد شد.

 

۷-۳-انعطاف پذیری در مصرف سوخت:

با توجه به منابع عظیم گاز در کشور و مشکلاتی از قبیل عدم امکان  ذخیره سازی گاز در میادین غیر مشترک ، مزیت نسبی حال و حاضر کشور در مصرف  گاز می باشد که می توان با استفاده از این روش برای تولید انرژی،از مصرف دیگر فرآورده های نفتی به میزان قابل توجهی کاست.

بازیابی انرژی

بازیابی انرژی

افزایش دمای کره زمین و تغییرات اقلیم، نگرانی های بسیاری را در سراسر جهان برانگیخته و سبب تجدید نظر در  رویکرد تصمیم سازان و تصمیم گیران در بسیاری از دولت ها گردیده است.

یکی از آخرین اقدامات جهت جلوگیری از افزایش دمای کره ی زمین اجلاس جهانی پاریس است که طبق آن برای هریک از کشورها محدودیت هایی الزام آور در جهت کاهش انتشار این گاز ها قائل گردیده است.

یکی از مهم ترین منابع انتشار کربن دی اکسید، بخش صنعت می باشد به گونه ای که مصرف انرژی در بخش صنعت در امریکا یک سوم کل انرژی مصرفی یا به عبارت دیگر   *۱۰^۱۵    BTU 32 است و کربن دی اکسید تولیدی ۱۶۸۰میلیون تن در سال است.

متاسفانه بین ۲۰ تا ۵۰ درصد از این انرژی مصرف شده در فرآیندهای صنعتی به صورت حرارت تلف می گردد.  در این راستا کاهش تلفات حرارتی در جهت کاهش انتشار کربن دی اکسید و کاهش هزینه های تولید یکی از چالش های پیش روی صنعت است.

یکی از اصلی ترین منابع اتلاف حرارت، گازهای خروجی از کوره می باشد. که بیش از ۵۰ درصد از اتلاف گرمایی در صنایع از این منبع ناشی می شود به همین منظور صرفه جویی در این زمینه می تواند به صرفه جویی قابل توجه در مصرف انرژی منجر گردد.

 

دو جزء اصلی در فرآیندهای بازیابی انرژی گرمایی عبارت اند از:

۱-منبع گرمایی قابل دسترس

۲- استفاده تکنولوژی بازیابی

این تحقیق برروی جریان های زائد خروجی از فرآیندهای احتراق در دمای بالا  صورت گرفته است که یکی از بهترین منابع گرمایی می باشد.

 

۱-منبع گرمایی قابل دسترس

 

۱-۱-دمای گازهای خروجی:

کلیدی ترین فاکتور برای بررسی امکان سنجی یک روش دماست .

برای انتقال دما، دمای چشمه گرم باید از دمای چاه سرد بیشتر باشد و میزان اختلاف آن ها مشخص کننده گرمای انتقال یافته بر واحد متر مربع در مبدل حرارتی است و عامل تاثیری گذاری در حجم تجهیزات بازیابی است.

نمودار زیر نشان دهنده تاثیر اختلاف دما بر ابعاد مبدل حرارتی است همان طور که مشاهده می گردد با افزایش اختلاف دما میان سیال داغ و سیال سرد داخل مبدل ، ابعاد مبدل به صورت نمایی کاهش خواهد داشت که این امر تایر چشمگیری در کاهش هزینه تمام شده مبدل خواهد داشت.

 

۱-۲-ترکیب شیمیایی گازهای خروجی

ترکیب شیمیایی گازهای خروجی به صورت مستقیم در کمیت و کیفیت گرمای در دسترس تاثیری ندارد اما روی پروسه بازیابی و انتخاب آلیاژ مناسب تاثیرگذار است.

ترکیب شیمیایی گازهای خروجی مشخص کننده فاکتورهایی از قبیل: رسانایی گرمایی و ظرفیت گرمایی است که روی بازده مبدل گرمایی تاثیر گذار است. مثلا مواد با دانسیته بالاتر میزان انتقال حرارت بالاتری دارد.

عامل تاثیر گذار دیگر کشش سطحی میان مواد در مبدل و سیال است وقتی در مبدل رسوب ایجاد شود بازده آن به صورت موثری کم میشود

راه های مختلفی برای مقابله با رسوب در مبدل ها وجود دارد:

۱-دسترسی آسان برای تمیز کردن آن

۲-انتخاب آلیاژ مناسب

۳-افزایش سطح مبدل حرارتی

 

۱-۳-حداقل دمای مجاز:

حداقل دمای مجاز، با خوردگی در مبدل ارتباط مستقیمی دارد  چون گازهای ناشی از احتراق حاوی ترکیبات مختلفی از قبیل   NOX  و SOX و…. است و اگر دمای جریان پایین تر از نقطه شبنم این ترکیبات باشد میعان صورت گرفته و باعث خوردگی در مبدل می گردد.  معمولا مبدل از مواد ارزان قیمتی ساخته می شود که مقاومت پایین در مقابل خوردگی دارند. مبدل ها به صورت کلی برای گازهایی بالاتر از نقطه شبنم طراحی شده اند.

مثلا دمای مجاز برای گازهای ناشی از احتراق گاز طبیعی ۱۲۰درجه سانتی گراد است.

دمای مجاز برای گازهای ناشی از احتراق زغال سنگ  ۱۵۰تا ۱۷۵ درجه سانتی گراد است.

دمای مجاز برای گازهای ناشی از ذوب شیشه ۲۷۰ درجه سانتی گراد است.

در بعضی مواقع از آلیاژهای پیشرفته برای ساخت مبدل استفاده می کنند تا بتوانند در دمایی پایین تری از نقطه شبنم عملیاتی شوند ولی هزینه ساخت آن بالاست.

 

 ۲-تکنولوژی بازیابی

 

۲-۱-تکنولوژی بازیابی مستقیم:

چرخه های سنتی تولید انرژی شامل استفاده از حرارت برای تولید انرژی مکانیکی و در نهایت تولید برق است.

در حالی که در فناوری های جدید برق به صورت مستقیم از گرما حاصل میگردد. . هنوز شواهدی مبنی بر استفاده از این فناوری ها جهت بازیابی انرژی در بخش صنعت وجود ندارد. ولی چند پیش نمونه برای آزمایش مورد استفاده قرار گرفته اند بازیابی انرژی از گرمای موتور خودرو یکی از موارد کاربرد این تکنولوژی است. چند نوع از این تکنولوژی به شرح زیر است:

 

۲-۱-۱-ترموالکتریک:

این سیستم شامل ترکیباتی نیمه هادی است که در اثر اختلاف دمای ایجاد شده الکتریسیته تولید می کنند. این اتفاق در اثر پدیده Seebeck رخ می هد.

زمانی که دونیمه رسانای متفاوت با چشمه گرم و چاه سرد در ارتباط باشند، اختلاف پتانسیل میان این دو نیمه هادی شکل خواهد گرفت. این اثر برای اولین بار در سال ۱۸۲۱ مشاهده گردید و تکنولوژی آن از مدت ها قبل موجود بوده است. ولی به دلیل بازده پایین(۲تا۵ درصد) و هزینه اولیه بالا،  تنها در شاتل های فضایی و سیستم های کنترل از راه دور کاربرد دارد. البته استفاده از مواد پیشرفته جدید سبب افزایش بازدهی آن تا ۱۵ درصد گردیده است ولی هنوز هم هزینه و بازدهی این روش برای استفاده در بخش صنعت ناکافی است.

مطالعات جدید صورت گرفته توسط PNNL  و BCS فرصت ها، تجهیزات و تحقیق و توسعه مورد نیاز را مشخص کرده است.

این مطالعات نشان داده که استفاده از از پکیج TE برای دماهای متوسط تا بالا و دبی های بالای گاز خروجی مناسب است. برای نمونه در کوره های ذوب فلز و شیشه  امکان استفاده از آن وجود دارد.

 

۲-۱-۲-پیزوالکتریک

یک روش برای تولید برق از دمای ۱۰۰ تا ۱۵۰ سانتی گراد می باشد. این فناوری لرزش های محیطی را به الکتریسیته تبدیل می نماید.

برای نمونه این روش می تواند نوسان های ناشی از انبساط گاز در خروجی دودکش را به برق تبدیل کند.

از چالش های این روش می توان به موارد زیر اشاره نمود:

۱-بازدهی این روش در منبسط کننده گاز تنها ۱درصد است زیرا فرکانس مناسب این روش۱۰۰۰HZ است در حالی که فرکانس منبسط کننده گاز تنها ۱۰۰HZ است البته می توان این سیستم را در مواردی به کار برد تا بازدهی به بالای ۱۰ درصد برسد.

۲-مقاومت داخلی بالا

۳-نیاز به ماندگاری و دوام بالا و هزینه اولیه بسیار سنگین(در حدود ۱۰۰۰۰ دلار به ازای هر وات توان تولیدی)

 

۲-۱-۳- ترمویونیک

در این روش از پنل هایی شبیه به پنل خورشیدی برای تولید الکتریسیته استفاده میشود. در این فناوری تابش های گسیل شده از منبع گرم از فیلترهایی گذشته تا به طول موج مناسب برای پنل ها برسد و درنهایت الکتریسیته تولید شود چندین نمونه اولیه از این فناوری احداث شده است برای نمونه در توربین های گازی هلیکوپتر یکی از موارد استفاده از ان است.

۲-۲-تکنولوژی بازیابی غیر مستقیم:

این روش بر بازیابی انرژی به استفاده از مبدل های حرارتی برای استفاده هایی از قبیل: پیش گرم کردن هوا، پیش گرم کردن خوراک، تولید الکتریسیته و… استوار است انواع مبدل های حرارتی مورد استفاده در صنعت به شرح زیر است:

۲-۲-۱-تجهیزات بازیابی حرارت:

 

Economizer۲-۲-۱-۱-

اکونومایزر (Economizer) یک مبدل حرارتی است که آب  از میان آن عبور داده شده و از حرارت گازهای داغ خروجی برای گرم کردن این آب استفاده می شود. بدین ترتیب، آب  با دمای بالاتری به درون بویلر فرستاده شده و انرژی کمتری را برای تبخیر نیاز است.. لذا در این حالت، با یک مقدار انرژی مشخص، می توان آبگرم و یا بخار بیشتری را تولید کرد. نتیجه ی این امر افزایش در راندمان بویلر است. به طور کلی، یک افزایش ۱۰ درجه ی سلسیوسی در دمای آب تغذیه، باعث افزایش ۲ درصدی راندمان می شود.

 

Recuperator۲-۲-۱-۲-

برای بازگردانی گازهای احتراق در  دمای بالا یا متوسط از این تجهیز استفاده می گردد.

مثل کوره های ذوب، afterburners، کوره های زباله سوز و….. و معمولا از  مواد فلزی در دماهای پایین تر از  ۱۰۹۳درجه استفاده می شود و در دماهای بالاتر از این میزان مواد سرامیکی به کار میرود . در این مبدل ها بازه عملکردی در ناحیه گرم تا حداکثر ۱۵۳۸ سانتی گراد و در ناحیه سرد تا حداقل ۹۸۲ درجه است.

 

Regenerator۲-۲-۱-۳-

ابن مبدل از دو اتاقک آجری تشکیل شده است که  هوای سرد و گرم در آن به صورت متناوب جریان دارد

گازهای احتراق از یک اتاقک گذشته و سبب گرم شدن آجرهای دیوار می شود و سپس هوا وارد اتاقک گردیده و گرم میشود و جهت احتراق به کوره تزریق میشود.

دلیل استفاده از دو اتاقک این است که وقتی یک اتاقک در حال گرم شدن به وسیله گازهای احتراق است، اتاقک دیگر مشغول گرم کردن هوای ورودی کوره باشد تا این فرآیند مداوما ادامه داشته و هر ۲۰ دقیقه جای اتاقک ها تعویض شود.

این تجهیز برای فرآیندهای دما بالا با جریان کثیف بسیار مناسب است. از معایب آن به ابعاد بزرگ این سیستم و سرمایه اولیه موردنیاز بالا اشاره کرد. که از هزینه ریکامپریتور بسیار بیشتر است.

 

۲-۲-۲-کاربردهای بازیابی انرژی:

 

۲-۲-۲-۱-تولید الکتریسیته:

رایج ترین روش بازیابی انرژی شامل استفاده از گرما برای تولید بخار، و به حرکت درآوردن توربین است. این سیکل برای بازیابی انرژی از  گازها در دمای ۳۴۰ تا ۳۷۰ درجه روشی ایده آل است. و در دماهای پایین تر بازده اقتصادی این روش کاهش می یابد. زیرا گازهای دما پایین توانایی تولید بخار سوپرهیت را ندارند. دلیل استفاده از بخار سوپرهیت جلوگیری از کندانس شدن بخار و ایجاد خوردگی در پره های توربین است.

 

۲-۲-۲-۲-پیش گرم کردن خوراک:

این روش بیشتر برای خوراک های مایع که قابلیت پیش گرم شدن را دارا هستند مورد استفاده قرار میگیرد. از مزیت های این روش نسبت به تولید الکتریسیته، بازدهی بسیار بالاتر و تجهیزات کمتر مورد نیاز است.

 

۲-۲-۲-۳-پیش گرم کردن هوای ورودی به کوره:

این روش بیشتر در کوره های شیشه و فولاد کاربرد داشته و بازدهی فرآیند تا ۵۰ درصد افزایش خواهد یافت.

 

۲-۲-۲-۴-تولید بخار

این روش در فرآیندهایی که نیازمند بخار است مورد استفاده قرارمی گیرد که می توان به صنایع پتروشیمی اشاره کرد

فناوری رآکتور هسته‌ای

فناوری رآکتور هسته‌ای

Nuclear power stations.png

تمامی نیروگاه‌های گرمایی متداول از نوعی سوخت برای تولید گرما استفاده می‌کنند برای مثال گاز طبیعی، زغال سنگ یا نفت. در یک نیروگاه هسته‌ای این گرما از شکافت هسته‌ای که در داخل رآکتور صورت می‌گیرد تأمین می‌شود. هنگامی که یک هسته نسبتاً بزرگ قابل شکافت مورد برخورد نوترون قرار می‌گیرد به دو یا چند قسمت کوچک‌تر تقسیم می‌شود و در این فرایند که به آن شکافت هسته‌ای می‌گویند تعدادی نوترون و مقدار نسبتاً زیادی انرژی آزاد می‌شود.

نوترون‌های آزاد شده از یک شکافت هسته‌ای در مرحله بعد خود با برخورد به دیگر هسته‌ها موجب شکافت‌های دیگری می‌شوند و به این ترتیب یک فرایند زنجیره‌ای به وجود می‌آید.

زمانی که این فرایند زنجیره‌ای کنترل شود می‌توان از انرژی آزاد شده در هر شکافت (که بیشتر آن به صورت گرماست) برای تبخیر آب و چرخاندن توربین‌های بخار و در نهایت تولید انرژی الکتریکی استفاده کرد.

در صورتی که در یک رآکتور از سوختی یکنواخت اورانیوم-۲۳۵ یا پلوتونیوم-۲۳۹ استفاده شود بر اثر افزایش غیرقابل کنترل تعداد شکافت‌های هسته‌ای بر اثر فرایند زنجیره‌ای، انفجار هسته‌ای ایجاد می‌شود.

اما فرایند زنجیره‌ای موجب ایجاد انفجار هسته‌ای در یک رآکتور نخواهد شد چرا که تعداد شکافت‌های رآکتور به اندازه‌ای زیاد نخواهد بود که موجب انفجار شوند و این به دلیل درجه غنی‌سازی پایین سوخت رآکتورهای هسته‌ای است. اورانیوم طبیعی دارای درصد اندکی (کمتر از ۱٪) از اورانیوم-۲۳۵ است و بقیه آن اورانیوم-۲۳۸ است (زیرا اورانیوم-۲۳۸ توانایی شکافت‌پذیری ندارد).

اکثر رآکتورها نیروگاه‌های هسته‌ای از اورانیوم با درصد غنی‌سازی بین ۳٪ تا ۴٪ استفاده می‌کنند اما برخی از آن‌ها طوری طراحی شده‌اند که با اورانیوم طبیعی کار کنند و برخی از آن‌ها نیز به سوخت‌های با درصد غنی‌سازی بالاتر نیاز دارند.

رآکتورهای موجود در زیردریایی‌های هسته‌ای و کشتی‌های بزرگ مانند ناوهای هواپیمابر معمولاً از اورانیوم با درصد غنی‌سازی بالا استفاده می‌کنند.

با اینکه قیمت اورانیوم با غنی‌سازی بالاتر بیشتر است اما استفاده از این نوع سوخت‌ها دفعات سوختگیری را کاهش می‌دهد و این قابلیت برای کشتی‌های نظامی بسیار پراهمیت است.

راکتورهای CANDU قابلیت دارند تا از اورانیوم غنی‌نشده استفاده کنند و دلیل این قابلیت استفاده آب سنگین به جای آب سبک برای تعدیل‌سازی و خنک‌کنندگی است چراکه آب سنگین مانند آب سبک نوترون‌ها را جذب نمی‌کند.

کنترل فرایند شکافت زنجیره‌ای با استفاده از موادی که می‌توانند نوترون‌ها را جذب کنند (در اکثر موارد کادمیوم) ممکن می‌شود. سرعت نوترون‌ها در رآکتور باید کاهش یابد چراکه احتمال اینکه یک نوترون با سرعت کمتر در لحظه تصادم با هسته اورانیوم-۲۳۵ موجب شکافت هسته‌ای گردد بیشتر است.

در رآکتورهای آب سبک از آب معمولی برای کم کردن سرعت نوترون‌ها و همچنین خنک کردن رآکتور استفاده می‌شود. ‍ اما زمانی که دمای آب افزایش می‌یابد چگالی آب کاهش می‌یابد و سرعت تعداد کمتری نوترون به اندازه کافی کم می‌شود و به این ترتیب تعداد شکافت‌های کاهش می‌یابند بنابراین یک بازخور منفی همیشه ثبات سیستم را تثبیت می‌کند.

در این حالت برای آنکه بتوان دوباره تعداد شکافت‌های صورت گرفته را افزایش داد باید دمای آب را کاهش داد که به این کار ایجاد چرخه شکافت می‌گویند.

چرخه سوخت هسته‌ای

چرخه سوخت هسته‌ای

نمودار چرخه سوخت هسته‌ای

(۱)این چرخه با استخراج سوخت از معادن آغاز می‌شود(۲)سوخت به نیروگاه‌های هسته‌ای فرستاده می‌شود، پس از پایان عمر سوخت، سوخت به تأسیسات بازفراوری فرستاده می‌شود(۳)یا آنکه برای انبار شدن به انبار ضایعات اتمی فرستاده می‌شود(۴)در فرایند باز فراوری تا ۹۵٪ از سوخت مصرف شده دوباره به چرخه بازمی‌گردد.

شکافت هسته‌ای صورت گرفته در یک رآکتور فقط بخشی از یک چرخه هسته‌ای است. این چرخه از معادن شروع می‌شود. اورانیوم استخراج شده از معدن معمولاً فرمی پایدار و فشرده مانند کیک زرد دارد. این اورانیوم معدنی به تأسیسات فرآوری فرستاده می‌شود و در آنجا کیک زرد به هگزافلوراید اورانیوم (که پس از غنی‌سازی به عنوان سوخت رآکتورها مورد استفاده قرار می‌گیرد) تبدیل می‌گردد.

در این مرحله درجه غنی‌سازی اورانیوم یعنی درصد اورانیوم-۲۳۵ در حدود ۰٫۷٪ است. در صورت نیاز بسته به نوع سوخت نیروگاه (درصد غنی‌سازی لازم برای سوخت نیروگاه) اورانیوم غنی‌سازی شده و سپس از آن برای تولید میل‌های سوختی مورد استفاده در نیروگاه (شکل میله‌ها در نیروگاه‌های مختلف متفاوت است) استفاده می‌کنند.

عمر هر میل تقریباً سه سال است به‌طوری‌که حدود ۳٪ از اورانیوم موجود در آن مورد مصرف قرار گیرد. پس از گذشت عمر اورانیوم، آن را به حوضچه سوخت مصرف شده می‌برند.

اورانیوم باید حداقل ۵ سال در این حوضچه‌ها باقی بماند تا ایزوتوپهای به وجود آمده در اثر شکافت هسته‌ای از آن جدا شوند. پس از گذشت این زمان اورانیوم را در بشکه‌های خشک انبار می‌کنند یا اینکه دوباره آن را به چرخه سوخت بازمی‌گردانند.

منابع سوخت

تخمین مقدار اورانیوم     ذخایر زیرزمینی    منابعی که اکنون اقتصادی هستند    تخمین مقداری که هنوز کشف نشده است    مجموع همه در سال ۲۰۰۴    منابع غیرقراردادی

میزان اورانیوم موجود در پوسته زمین نسبتاً زیاد است به‌طوری‌که با منابع فلزاتی همچون قلع و ژرمانیوم برابری می‌کند و تقریباً ۳۵ برابر میزان نقره موجود در پوسته زمین است.

اورانیوم ماده تشکیل دهنده بسیاری از اجسام اطراف ما مانند سنگ‌ها و خاک است. طبق آمارگیری جهانی معادن شناخته شده جهان در حال حاضر برای تأمین بیش از ۷۰ سال انرژی الکتریکی جهان کافی هستند.

 

بهای متوسط اورانیوم در سال ۲۰۰۷، ۱۳۰ دلار آمریکا به ازای هر کیلوگرم بود. به این ترتیب ثبات تأمین سوخت هسته‌ای از بسیاری از دیگر مواد معدنی بیشتر است. به تناسب دیگر مواد معدنی با افزایش دو برابری هزینه تأمین سوخت، می‌توان به ده برابر منابع کنونی اورانیوم دست یافت.

باید توجه داشت که قیمت تأمین سوخت در یک نیروگاه هسته‌ای نسبت به دیگر تجهیزات موجود نسبتاً اندک است و بنابراین چند برابر شدن قیمت اورانیوم تأثیر چندانی بر روی قیمت انرژی الکتریکی تولیدی نخواهد داشت.

برای مثال افزایش دو برابری در قیمت سوخت مصرفی یک نیروگاه هسته‌ای آب سبک هزینه رآکتورها را در حدود ۲۶٪ و هزینه برق تولیدی را در حدود ۷٪ افزایش می‌دهد در حالی که افزایش دوبرابری قیمت سوخت در یک نیروگاه گازی قیمت برق تولیدی را تا ۷۰٪ افزایش می‌دهد.

نیروگاه‌های آب سنگین موجود در استفاده از سوخت هسته‌ای بهره‌وری پایینی دارند چراکه تنها قابلیت ایجاد شکافت هسته‌ای در ایزوتوپ‌های اورانیوم-۲۳۵ (حدود ۰٫۷٪ از اورانیوم معدنی) را دارند.

در مقابل رآکتورهای متداول آب سبک برخی رآکتورهای هسته‌ای می‌توانند از اورانیوم-۲۳۸ استفاده نیز استفاده کنند که حدود ۹۹٫۳٪ از اورانیوم معدنی را تشکیل می‌دهد. قبل از استفاده از اورانیوم-۲۳۸ در طی فرایندی از آن برای تولید پلوتونیم-۲۳۸ استفاده می‌کنند و سپس از پلوتونیم در رآکتورهای هسته‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد.

طبق برآورد انجام شده با مصرف کنونی نیروگاه‌های جهان اورانیوم-۲۳۸ می‌تواند برای ۵ میلیون سال انرژی مورد نیاز این نیروگاه‌ها را تأمین کند.

این تکنولوژی در بسیاری از رآکتورهای هسته‌ای مورد استفاده قرار گرفته‌است، اما هزینه بالای فرآوری سوخت این نیروگاه‌ها (۲۰۰ دلار به ازای هر کیلوگرم) استفاده از آن‌ها را با مشکل مواجه کرده. تا سال ۲۰۰۵ تنها در رآکتور نیروگاه BN-۶۰۰ در «بلویارسک» روسیه از این تکنولوژی برای تولید برق استفاده شده بود، که البته روسیه برنامه‌ریزی‌های مربوط به ساخت نیروگاه دیگری از این نوع با نام BN-۸۰۰ را انجام داده‌است.

ژاپن نیز قصد دارد تا پروژه رآکتور Monju را مجدداً شروع کند (این پروژه از سال ۱۹۹۵ تعطیل شده‌است) و همچنین چین و هند نیز قصد دارند تا از این تکنولوژی برای سوخت‌رسانی به رآکتورها استفاده کنند.

راه حل دیگری که در این زمینه وجود دارد استفاده از اورانیوم-۲۳۳ است که از توریوم به دست می‌آید. توریم حدوداً ۳٫۵ برابر بیشتر از اورانیوم در پوسته زمین وجود دارد و پراکندگی جغرافیایی متفاوتی نسبت به اورانیوم دارد. استفاده از این ماده می‌تواند میزان منابع سوخت‌های شکافت یافتنی را تا ۴۵۰٪ افزایش دهد.

برعکس اورانیوم-۲۳۸ که برای مصرف آن را باید به صورت پلوتونیم-۲۳۸ درآورد، اورانیوم-۲۳۳ نیازی به تبدیل ندارد. در حال حاضر کشور هند علاقه زیادی برای استفاده از این روش دارد چراکه این کشور دارای معادن بسیار زیاد توریم است درحالی که معادن اورانیوم این کشور اندک هستند.