شهریار تبریز/مهراب محرابی‌نیا: انقلاب صنعتی چهارم روش ارایه خدمات به شهروندان را تغییر می‌دهد. بعد از سالها ساخت و توسعه زیرساختها و رویه ها، شهرها باید نوآوریها را بکار گرفته تا از فرصتها بهره مند شده و تغییرات فراروی جمعیتها را مرتفع سازند.
برای کاهش آسیب‌ها و هزینه‌های سوخت فسیلی در تولید انرژی، استفاده از خورشید و باد برای تولید انرژی‌های تجدیدپذیر از اهمیت بالایی برخوردار است. با توجه به تاثیراتی که سوخت‌های فسیلی بر آلودگی هوا و تغییرات اقلیمی می‌گذارند و به تبع آن با تغییرات شدید اقلیمی مشکلاتی از قبیل خشکسالی، کم بارشی، بیابان‌زایی و... اتفاق می‌افتد، تولید انرژی از طریق ایجاد نیروگاه‌های خورشیدی، تولید سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر و استفاده از باد و خورشید از اهمیت بالایی برخوردار است.
فن‌آوری‌های خورشیدی، باد و باتری
باد و خورشید به طور پیوسته می‌توانند انرژی پاک و سالم ایجاد کنند. انرژی های تجدیدپذیر موضوع ساده تری به نظر می آیند. فن‌آوری‌های باد و خورشید به طور چشمگیری پیشرفت کرده‌اند و اکنون تولید آنها ارزان‌تر از انرژی‌های سنتی سوخت‌های فسیلی است.
افزایش قیمت گاز و نفت باعث می شود که این تغییر سریعتر اتفاق بیفتد، اما شبکه تامین انرژی همچنان به ظرفیت ذخیره‌سازی بیشتری برای ذخیره انرژی تولید شده توسط فن‌آوری باد و خورشید نیاز دارد. صاحبان خانه می‌توانند مقداری از انرژی خود را تولید کنند، اگرچه هزینه پنل‌های خورشیدی هنوز هم بسیار بالاست.
با افزایش کارایی پنل‌های خورشیدی و باتری‌های خانگی ارزان‌تر، صاحبان خانه‌ها می‌توانند با حذف اوج تقاضا از شبکه در ساعات بعدازظهر که ساکنان خانه هستندبه طور فزاینده‌ای به برق پاک در شبکه کمک کنند. مشوق‌های دولتی برای کمک به ساکنان برای تامین انرژی خورشیدی، و برنامه‌هایی که از فن‌آوری باتری برای ذخیره انرژی تولید شده در ساعات کم بار برای زمان‌های پر تقاضا استفاده می‌کنند به کاهش فشار کمک خواهند کرد.
سرعت پذیرش این فن آوری ها آسان‌تر از نیروگاه‌های آبی، تولید انرژی زمین‌گرمایی یا هسته‌ای است که سرمایه‌گذاری طولانی‌مدت را می‌طلبد. نقشه راه آژانس بین‌المللی انرژی (IEA) برای دستیابی به انتشار صفر خالص تا سال ۲۰۵۰ میلادی مسیری را برای افزایش سریع بهره مندی از انرژی خورشیدی ترسیم می کند.
فن‌آوری‌های مربوط به انرژی خورشیدی می‌توانند برای مصارف مختلفی همچون گرمایش، سرمایش، روشنایی طبیعی، الکتریسیته و سوخت مورد استفاده قرار گیرند. این فن‌آوری‌ها، نور خورشیدرا از طریق پنل‌های فتوولتائیک یا از طریق آینه‌هایی که تشعشعات خورشیدی را متمرکز می کنند به انرژی الکتریکی
سلولهای خورشیدی یکی از این منابع انرژی تجدیدپذیر است که به روش فتوولتاییک نور خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. در واقع فتوولتاییک ابزار تولید مستقیم انرژی از نور خورشید بدون آسیب‌رساندن به محیط زیست، ایجاد آلودگی و نگرانی از بابت تامین انرژی ساختمانها در آینده تلقی می‌گردد. طرفداران و علاقه‌مندان پنل‌های خورشیدی درصدد استفاده از تمامی راه‌ها برای تبدیل هرسطح ساختمان به منبع انرژی هستند.
فوتوولتاییکهای ترکیب‌شده با ساختمانها مصالحی هستند که بجای مواد معمولی و سنتی استفاده شده و در پوشش بخش‌هایی از ساختمان مانند پشت بام، پنجره ها، سردر و نمای سازه، به عنوان سلول خورشیدی نیز به کار می‌روند. این نوع سلولهای ترکیبی به طور فزاینده‌ای در سازه‌های جدید به کار گرفته می‌شوند چرا که به علت ماندگاری بسیار خوب می‌توانند هزینه مصرف‌شده برای مصالح ساختمانی را کاهش دهند. در این راستا، مدیران شهری سراسر جهان در صدد بهبود شهرهای خود برای رسیدن به ویژگی‌های شهرهای پایدار و کربن‌خنثی هستند.
انرژی باد تنها مربوط به مهندسی انرژی، سیستم‌های انرژی یا انرژی‌های تجدیدپذیر نیست بلکه دانش توسعه انرژی بادی را می‌توان از رشته‌های مختلف مانند هواشناسی، محیط زیست، هوافضا، مهندسی عمران، مهندسی مکانیک، برق، اقتصاد و متالوژی پیگیری کرد. با توجه به توسعه روزافزون انرژی بادی با در نظر گرفتن قیمت و هزینه تمام شده نیروگاه‌های بادی، هزینه‌های اجتماعی، زیست‌محیطی و یارانه‌هایی که به انرژی‌های فسیلی داده می‌شود، انرژی بادی از نظر اقتصادی در رقابت با سایر فناوری‌های تبدیل انرژی است. انرژی بادی به علت تبدیل مستقیم الکتریسیته، افزون بر انرژی آبی و خورشیدی دارای اهمیت است. انرژی‌های تجدیدپذیر به‌خصوص باد به‌صورت مستقیم الکتریسته تولید می‌کنند. حرکت جنبشی باد را به حرکت مکانیکی در پره‌ها تبدیل می‌کنند و حرکت مکانیکی پره‌ها در ژنراتور تبدیل به الکتریسیته می‌شود و برای مصرف نهایی به دست ما می‌رسد.
توربین‌های بادی خیابانی با هدف تولید انرژی تجدیدپذیر و افزودن جذابیت‌های بصری به خیابان‌ها و ساختمان‌های شهری به‌نحوی طراحی شده‌اند که به‌جای پره‌ها و پروانه‌های قدیمی، تیغه‌های عمودی دو متری از جنس پلاستیک تزریقی با شکل مارپیچ مجسمه‌ای داشته باشند.
به‌تازگی در آمریکا، توربین‌های منحصربه‌فردی به نام آیریوا (Airiva) طراحی شده است که برای تعبیه در خیابان‌ها و ساختمان‌های شهر مناسب‌سازی شده است.
توربین‌های آیریوا با هدف ایجاد جذابیت بصری لازم برای تناسب با محیط‌های شهری طراحی شده است، چراکه نوع طراحی نقش معناداری را در ادغام آن در معماری و زیرساخت‌های مناظر شهری و حومه‌ای ایفا می‌کند و به این ترتیب ورود و پذیرش انرژی پاک را به محل‌های زندگی و کار نزدیک‌تر می‌کند.
علاوه بر این، طرفداران زیرساخت‌های انرژی توزیع‌شده استدلال می‌کنند که وقتی انرژی به‌صورت محلی استفاده می‌شود، اتلاف کمتری وجود دارد و سیستم‌ها به کاربران خود در برابر قطعی شبکه انعطاف‌پذیری بهتری ارائه می‌دهند.
توربین بادی مدولار
توربین‌های بادی آیریوا یک سیستم انرژی بادی مدولار است. این سیستم انرژی، در حال حاضر تنها به‌عنوان یک نمونه اولیه، دارای تیغه‌های عمودی دو متری از جنس پلاستیک تزریقی با شکل مارپیچ مجسمه‌ای به‌جای پروانه‌ای است که به‌طور معمول در توربین‌های بزرگ مزارع بادی دیده می‌شود. هدف شرکت سازنده استفاده از ۸۰ درصد مواد بازیافتی پس از شروع تولید است.
تیغه‌ها حین چرخش، حرکت مهندسی‌شده‌ای ایجاد می‌کنند و همین امر به سیستم‌ها کمک می‌کند تا به‌عنوان ساختاری مطلوب برای ساختمانها، دانشگاه‌ها یا کنار جاده‌ها دیده شوند.
آیریوا تولیدکننده نوعی انرژی پراکنده است و به شیوه‌ای از تولید انرژی اشاره دارد که روی پشت‌بام‌ها، باغ‌ها یا سایر مکان‌های کوچک برای استفاده توسط مالکان یا ساکنان مناطق حاشیه‌ای اطراف اتفاق می‌افتد. این سیستم برای استفاده در مکان‌هایی مانند فرودگاه‌ها، ساختمان‌های تجاری و کنار جاده‌ها در نظر گرفته شده است.
سازگاری آیریوا با بسیاری از سناریوهای شهری مستلزم محصور شدن این سیستم ماژولار و مقیاس‌پذیر با چهار تیغه خود در دیواره‌های مربعی است که می‌توانند به یکدیگر متصل شوند تا واحدی با طول بی‌پایان بسازند.
سیستم انرژی بادی آیریوا با سایر سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر تکمیل می‌شود و هم‌زمان با آنها برنامه‌های کاربردی برای انرژی باد توزیع‌شده را گسترش می‌دهد. نسخه فعلی آیریوا حاصل دو سال مهندسی، توسعه و آزمایش است که نتیجه آن تغییر کلیدی در شکل و اندازه تیغه‌ها بود. شکل مارپیچ آنها نیز پس از ارزیابی ۱۶ تیغه مفهومی و آزمایش سه نسخه در تاسیسات تونل بادی، به‌عنوان تیغه‌هایی با عملکرد بالا ظاهر شد.
قابل‌توجه این است که توربین‌های آیریوا به‌اندازه نمونه‌های صنعتی مشابه بزرگ طراحی نشده‌اند و بر اساس آزمایش‌های اولیه، تخمین زده می‌شود که هر بخش دیواری شامل چهار توربین می‌تواند ۱۱۰۰ کیلووات ساعت در تولید انرژی سالانه (AEP) برق تولید کند؛ به این ترتیب برای برآورده کردن کل انرژی مورد نیاز برای یک خانه متوسط، سیستمی با ۱۰ بخش یا ۴۰ توربین مورد نیاز است.
با این حال، آیریوا برای جایگزینی با سایر منابع انرژی مانند برق شبکه‌ای طراحی شده است و انتظار می‌رود سیستم‌های آن به‌طور قابل‌توجهی به تامین انرژی مورد نیاز ساختمان‌های شهری کمک کنند. سازندگان همچنین بازار تجاری را هدف قرار داده‌اند و ساختمانها و پردیس‌های تجاری، تاسیسات شهری و عمومی، فرودگاه‌ها، شبکه‌های زیرساختی جاده‌ای و ریلی، بندرها و مناطق ساحلی را به‌عنوان مکان‌های بالقوه مناسب برای واحدهای خود شناسایی کرده‌اند.
نمونه اولیه واحد آیریوا در مقیاس کامل اواخر سال جاری آزمایش خواهد شد که شامل دو بخش دیواری با چهار توربین در کنار یک مرکز انتهایی برای قرار دادن کنترل‌ها، ارتباطات و مدیریت انرژی خواهد بود.
________________________
منابع:
https://www.dezeen.com/2024/04/09/joe-doucet-airiva-wind-turbines-design/
نظرات