رد پای منابع انرژی تجدیدپذیر در صنعت برودت
انرژی های تجدیدپذیر، انرژیهایی هستند که به صورت طبیعی تولید میشوند و از بین نمیروند. به عنوان مثال انرژی خورشیدی، انرژی باد و انرژی هیدروالکتریک، نمونههایی از انرژی تجدیدپذیر هستند. مزایای انرژی های تجدیدپذیر بسیار زیاد است و تاثیر مثبتی بر اقتصاد، محیط زیست، امنیت ملی و سلامت مردم دارد. در سالهای اخیر، انرژی تجدیدپذیر حتی به صنعت برودت نیز راه پیدا کرده است و در سیستمهای سرمایش تراکمی و جذبی سردخانههای دارو، مواد غذایی، میوه، پروتئین و… به کار گرفته شده است. در ادامه به چگونگی کاربرد منابع انرژی تجدیدپذیر در صنعت سرمایش میپردازیم.
۱.انرژی خورشیدی در سیستمهای سرمایشی
برای کاهش اثرات محیط زیستی در صنعت تبرید میتوان از منابع انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی استفاده کرد. تولید سرمایش با استفاده از انرژی خورشیدی به ویژه در کشورهای توسعهیافته، بسیار مورد توجه است. چرا که نگهداری و ذخیره مواد غذایی به اندازه تولید آن اهمیت دارد. استفاده از سیستم سرمایش خورشیدی نسبت به سیستم سرمایش آب-خنک، بهینهتر است و باعث ذخیره ۲۵ تا ۴۰ درصدی انرژی الکتریکی میشود. استفاده از سیستم سرمایش خورشیدی، در بهینهسازی مصرف برق -به ویژه در فصل تابستان- بسیار موثر است. از انرژی خورشیدی میتوان در انواع مختلف سیستمهای سرمایشی استفاده کرد.
۱.۱.سیستم سرمایش جذبی خورشیدی
برخی مزایای سیستم سرمایش جذبی باعث میشود تا این سیستم در میان انواع سیستمهای سرمایش، بیشترین کاربرد را در سرمایش خورشیدی داشته باشد. این مزایا شامل موارد زیر هستند:
- عملکرد بیصدا؛
- قابلیت اطمینان بالا؛
- عمر طولانی؛
- بهکارگیری موثر و اقتصادی منابع انرژی با درجه پایین؛
- اجرا و کنترل ظرفیت آسان؛
- عدم هدر رفت انرژی هنگام خاموش و روشن شدن سیستم؛
- فراهم نمودن مقادیر مختلف انرژی به صورت آسان و موثر.
سیستم سرمایش جذبی خورشیدی، به دلیل سوددهی کم نتوانسته است کاربرد تجاری گستردهای داشته باشد. علت سوددهی کم این سیستم، ضریب عملکرد پایین آن است. با بهکارگیری مبردهای جایگزین و کلکتورهای خورشیدی ارزان قیمت، میتوان صرفه اقتصادی این سیستمها را توجیه کرد.
نمایش چرخه سیستم سرمایش جذبی خورشیدی
در تصویر بالا، دیاگرام سیستم سرمایش جذبی خورشیدی نمایش داده شده است. در این سیستم، کندانسور، شیر انبساط و اواپراتور مشابه با سیستم سرمایش تراکمی به کار گرفته میشود. اما به جای کمپرسور، از ژنراتور، مبدل حرارتی و سیستم جاذب استفاده میشود.
۲.۱.سیستم سرمایش تراکمی خورشیدی
در این سیستم از برق خورشیدی که توسط صفحات خورشیدی تولید میشود، برای عملکرد سیستم سرمایش تراکمی استفاده میشود. دیاگرام این سیستم در تصویر زیر نمایش داده شده است.
سیستم سرمایش تراکمی خورشیدی
پنلهای فتوولتائیک، برق DC تولید میکنند. از این برق میتوان برای تامین انرژی مورد نیاز کمپرسور سیستم سرمایش تراکمی استفاده کرد. همچنین با استفاده از اینورتر میتوان برق DC را به برق AC مورد نیاز کمپرسور تبدیل کرد. نکته مهم این است که برآیند تبدیل انرژی صفحات خورشیدی تجاری ۱۰ تا ۱۵ درصد است، بنابراین سطح مورد نیاز برای قرارگیری صفحات باید در نظر گرفته شود.
یکی از دیگر از کاربردهای انرژی خورشیدی در صنعت تبرید، یخچال و فریزر خورشیدی است. در این دستگاهها، با استفاده از پنلهای خورشیدی برق تولید میشود و از برق برای تامین انرژی کمپرسور یخچال یا فریزر استفاده میشود.
یخچال خورشیدی
۲.انرژی باد در سیستمهای برودتی
انرژی باد، یک انرژی تجدیدپذیر، پاک و بدون آلایندگی هوا و منبعی برای تولید برق است. در مقایسه با دیگر نیروگاههای تولید برق، نیروگاههای بادی هیچ گونه مواد آلاینده یا گاز گلخانهای تولید نمیکنند. در نیروگاهها، با استفاده از باد، انرژی مکانیکی تولید میشود و سپس این انرژی مکانیکی توسط ژنراتور به برق تبدیل میشود. گستره ظرفیت توربینهای بادی، ۵۰۰ کیلووات تا ۴ مگاوات است. توربینهای کوچک با ظرفیت کمتر از ۳۰ کیلووات برای سیستمهای سرمایشی مناسب است. برق تولید شده میتواند به صورت مستقیم در سیستمهای سرمایش تراکمی به کار گفته شود. برای جبران نوسانات باد میتوان برق اضافی تولید شده را توسط باتری ذخیره کرد. یکی از پارامترهای مهم برای راهاندازی سیستم سرمایش تراکمی بادی، در دسترس بودن باد در طول سال است.
نصب توربین بادی کوچک زمانی توجیه اقتصادی دارد که میانگین سرعت باد سالانه ۴ تا ۴٫۵ متر بر ثانیه باشد.
۳.انرژی برقآبی در سیستمهای برودتی
نیروگاههای برقآبی از انرژی پتانسیل حاصل از جریان آب یا ریختن آن از ارتفاع بالاتر از سطح زمین برای تولید برق استفاده میکنند. انرژی هیدروالکتریک یک منبع انرژی مطمئن، پاک بومی است که به صورت طبیعی تکرار میشود. گستره ظرفیت نیروگاه های هیدروالکتریک از نیروگاههای بسیار کوچک برای یک خانه یا روستای کوچک تا نیروگاههای بزرگ برای تامین برق کارخانههای بزرگ است. انرژی برق-آبی یک منبع انرژی بدون آلایندگی است و هیچگونه حرارت یا ماده گازی به طبیعت وارد نمیکند.
مقدار برق هیدروالکتریک تولید شده به عمق سقوط و نرخ جریان آب بستگی دارد. بعضی از رودخانهها، شیب یا نرخ جریان آب مناسب برای تولید برق را دارند. این نوع نیروگاهها به عنوان سدهای رودخانهای شناخته میشوند. اما برخی از نیروگاه های برق آبی علاوه بر سد به حوضچه های مصنوعی برای نگهداری مقدار زیاد آب نیاز دارند. برق هیدروالکتریک تولید شده میتواند برای سیستمهای سرمایشی به کار گرفته شود. انرژی مکانیکی حاصل از توربین های بادی در ژنراتور به برق تولید میشود. سپس به ترانسفورماتور منتقل میشود یا برای مصرف نهایی به کار گرفته میشود. هزینه برق هیدروالکتریک نسبت به برق حاصل از دیگر انواع نیروگاه ارزانتر است. البته این موضوع وابسته به دسترسپذیری به منبع انرژی برق آبی است.
بازده نیروگاه های برق-آبی زیاد و در حدود ۸۰ تا ۹۵ درصد است.
۴.انرژی زمین گرمایی در صنعت تبرید
انرژی زمین گرمایی یک منبع انرژی مناسب برای کاربردهای حرارتی یا سیستمهای تولید برق با بهرهبرداری مستقیم یا غیرمستقیم است که درآینده میتوان زمینه بهرهوری بیشتر از آن را فراهم کرد. برای کاربردهای غیرمستقیم به ویژه در سیستمهای تولید برق، به یک روش جداسازی برای مخلوط سیال زمین گرمایی نیاز است. در فرآیند جداسازی، انرژی گرمایی یا درجه پایین که به صورت مایع است، از بین میرود و گرمای نهایی وابسته به مقدار باقی مانده انرژی، برای کاربردهای مستقیم یا غیرمستقیم مانند فرآیندهای سرمایش یا گرمایش یا دیگر سیستمهای حرارتی به کار گرفته میشود.
نیروگاه های زمین گرمایی یک منبع تولید برق تجدیدپذیر و بدون آلایندگی هستند. بیشتر منابع زمین گرمایی فعال در امتداد مرزهای صفحات اصلی زمین که محل تمرکز زمین لرزه و آتش فشان هستند، قرار دارند. نیروگاههای زمین گرمایی میتوانند با چرخههای سرمایشی تراکمی ترکیب شوند، به این صورت که از برق تولیدی برای کارکرد کمپرسور استفاده شود. این نیروگاهها به دلیل نامتناوب بودن، قابلیت تولید سرمایش به صورت پیوسته را دارند.
همچنین منابع انرژی زمین گرمایی میتوانند سیستمهای سرمایشی که به حرارت نیاز دارند، به کار گرفته شوند. در این نوع کاربری، انرژی تولید شده توسط مبدلهای حرارتی بازیابی میشود و در نهایت برای ژنراتور سیستم سرمایشی جذبی به کار گرفته میشود. از آنجایی که دمای ایجاد شده بر اثر حرارت تولیدی زمین گرمایی نسبت به سیستمهای حرارتی خورشیدی بیشتر است، بازده عملکرد سیستم های جذبی بر پایه انرژی گرمایی بالاتر است. دمای تولید شده بر اثر انرژی زمین گرمایی در بیشتر نقاط جهان، بین ۱۰۰ تا ۲۰۰ درجه سلسیوس است.
یکی از مزایای انرژی زمین گرمایی نسبت به دیگر منابع انرژی تجدیدپذیر، وابسته نبودن آن به تغییرات سالیانه و روزانه است.
۵.انرژی حرارتی اقیانوس در صنعت سرمایش
انرژی حرارتی اقیانوس در واقع یک منبع انرژی وابسته به انرژی خورشید است و در آن از اختلاف دمای بین آب سطح و عمق اقیانوس برای تولید انرژی استفاده میشود. در نزدیکی خط استوا، انرژی خورشید باعث گرم شدن آب اقیانوس در عمق ۵۰ تا ۱۰۰ متری تا دمای ۲۷ تا ۳۰ درجه سلسیوس میشود. در حالیکه دمای آب اقیانوس در عمق ۱۰۰۰ متری، ۵ درجه سلسیوس است. برای تولید انرژی، یک سیکل بخار ساخته میشود. این سیکل بخار از دو مخزن آب سرد و گرم اقیانوس استفاده میکند. آب گرم از یک مبدل حرارتی عبور میکند و باعث به جوش آمدن مایعی مانند آمونیاک، پروپان یا فلوروکربنها که نقطه جوش پایینی دارند، میشود. سپس این مایع از یک توربین عبور میکند و باعث چرخش یک ژنراتور برق میشود. پس از عبور مایع از توربین، این مایع در مبدل حرارتی توسط آب سرد عمق اقیانوس، سرد میشود. مایع سرد شده به سمت مبدل حرارتی اول پمپ میشود.
نیروگاه های اقیانوس گرمایی پتانسیل بالایی برای بهکارگیری در صنعت سرمایش -در هر دو شکل برق و حرارت- دارند.
راندمان نیروگاههایی که از حرارت اقیانوس برای تولید برق استفاده میکنند، در حدود ۲ تا ۴ درصد است اما همچنان این نیروگاهها دوستدار محیط زیست و بدون آلایندگی محسوب شوند. از مهمترین مزایای انرژی اقیانوس گرمایی میتوان به قابلیت دسترسی پیوسته در تمام طول سال اشاره کرد. از معایب این انرژی، انتقال برق تولیدی به محل مصرف نهایی است. البته میتوان از طریق ذخیره برق به صورت شیمیایی، این مشکل را برطرف کرد. برق تولیدی از نیروگاههای اقیانوس گرمایی میتواند برای راهاندازی کمپرسور در سیستم های برودتی تراکمی بهکار گفته شود. در این روش، برق تولیدی به محل مصرف منتقل میشود و در آنجا توسط کمپرسور استفاده میشود. هدررفت برق بر اثر انتقال، وابسته به طول مسیر است. از کاربردهای این انرژی میتوان به استفاده از آن برای سیستم سرمایش قایقهای حفاری و استخراج نفت اشاره کرد.
۶.سیستم های سرمایش با انرژی زیست توده
زیست توده یا همان بایومس، یکی از قدیمیترین منابع انرژی است که از مواد زیستی بدست میآید. زیست-توده، انرژی مطمئن و بدون تولید کربن را تولید میکند و یکی از منابع انرژی تجدیدپذیر است که سرعت رشد بالایی دارد. زیستتوده به صورت مستقیم (از طریق احتراق) یا غیر مستقیم (پس از تبدیل شدن به سوخت های زیستی) مورد استفاده قرار میگیرد. برای تبدیل زیست توده به سوخت زیستی میتوان روشهای حرارتی، شیمیایی یا بیوشیمیایی را بهکار بست.
زیست توده مورد استفاده برای تولید برق با توجه به ناحیه جغرافیایی، متفاوت خواهد بود. از انواع مختلف زیست توده مانند چیپس چوب، ذرت و برخی زبالهها برای تولید زیست توده استفاده میشود. برخی از انواع زیست توده میتوانند به سوختهای مایع که سوخت زیستی نامیده میشوند، تبدیل و برای راهاندازی انواع خودروها و ماشینها استفاده شوند. باقیمانده مواد غذایی مانند روغنهای گیاهی و چربیهای حیوانی برای تولید بیودیزل استفاده میشوند. همچنین با تخمیر زیستتوده هایی مانند ذرت، نیشکر و دیگر گیاهان، اتانول تولید میشود.
کیفیت زیست توده باید به گونهای باشد که برای تبدیل انرژی و استفاده نهایی، بهینه و مناسب باشد. استفاده از انرژی زیست توده منجر به کاهش تولید گازهای گلخانهای میشود. سوزاندن زیستتوده میتواند باعث ایجاد دمای بالا در حدود ۱۰۰۰ درجه سلسیوس میشود. بنابراین انرژی تولیدی، کیفیت بالایی دارد و میتواند برای تولید برق -بهکارگیری در سیستم سرمایش تراکمی- و سرمایش جذبی استفاده شود. در تصویر زیر، یک سیستم سرمایشی جذبی که با حرارت تولیدی توسط زیست توده کار میکند، نمایش داده شده است. البته قسمت کمی از گرما برای سیستم جذبی استفاده میشود و بقیه انرژی برای یک نیروگاه برق یا دیگر فرآیندهای نیازمند به حرارت، به کار گرفته میشود.
سیستم سرمایش جذبی با استفاده از انرژی زیست توده
امروزه مهندسان و محققان حوزه انرژی، تلاش گستردهای در زمینه بهکارگیری انرژیهای تجدیدپذیر در صنایع مختلف انجام میدهند. یکی از این صنایع صنعت تبرید است. در صنعت سرمایش، از حرارت تولید شده با استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی اقیانوس حرارتی، انرژی زیست توده و… برای تولید برق مورد نیاز کمپرسور چرخه تبرید تراکمی یا تامین حرارت مورد نیاز چرخه تبرید جذبی استفاده میشود.
دیـــدگـاه خـود را بـه اشــتراک گــذاریــد