استفاده از پساب برای تولید برق

استفاده از پساب برای تولید برق

گردآورنده: مریم مصطفی نظری

دی ماه 95

مقدمه

پیاده سازی و مشاهده تاسیسات تولید انرژی از منابع تجدیدپذیری همچون انرژی خورشیدی و بادی شاید امروزه دیگر تصویری بیگانه برای جوامع بشری نیست، همچنین تولید برق از زباله را می توان در زمره راه کارهای نوین برای تولید برق دانست. اما به تازگی در شهر آرهوس واقع در کشور دانمارک اقدامات جدیدی برای تولید برق صورت گرفته است که پیرو آن دانمارک در آستانه تبدیل شدن به اولین شهر در جهان در زمینه استفاده از انرژی ایجاد شده از پساب و فاضلاب خانگی برای تولید برق مصرفی تاسیسات تصفیه آب در تصفیه خانه های این شهر است. این واحد تصفیه آب در آرهوس در نظر دارد از فاضلاب نیز برای تولید برق مصرفی خانه ها استفاده کند. بر طبق نظریه انرژی جهانی آژانس بین المللی انرژی در سال 2016، میزان انرژی مصرفی در بخش آب تا 25 سال آینده دو برابر خواهد شد. هم زمان با افزایش جمعیت در جهان، سرعت توسعه خدمات آبی کمتر شده و خصوصاً در کشورهای در حال توسعه نیازمند انرژی بیشتری برای دوام یافتن است. لذا باید به دنبال راهی برای تلفیق سیستم های سنتی با نوین و چه بسا حذف راه کارهای قدیمی و جایگزین شدن آنها با راه حل هایی کارآمد تر بود.

واحد تصفیه آب مارسلیزبورگ (Marselisborg)

هدف اصلی تصفیه خانه آب مارسلیزبورگ از به کارگیری فناوری تولید برق از پساب این است که بیش از 192 درصد از انرژی مورد نیاز برای تاسیسات تصفیه خانه را از این راه تولید کرده و برای حدود 200 هزار شهروند ساکن در آن منطقه آب آشامیدنی سالم فراهم کند. هم اکنون این واحد قادر به تامین بیش از 150 درصد از برق مورد نیاز خود بوده و استفاده از تاسیسات پیشرفته در این زمینه راهی را برای خودکفایی واحد تصفیه برای تولید برق فراهم کرده است. برق مازاد تولید شده برای راه اندازی پمپ های آب و به منظور توزیع آب آشامیدنی مورد استفاده قرار خواهد گرفت و در نهایت مابقی برق تولید شده از طریق تاسیسات برقی شبکه قدرت به واحد شبکه برق سراسری تزریق می شود.

البته لازم به ذکر است که این فناوری یک دانش جدید محسوب نمی شود و موفقیت و اجرای آن در آرهوس مدیون مقررات زیست محیطی سخت گیرانه در خصوص تخلیه فاضلاب و دستورالعمل های مبنی بر کاهش آلاینده های نیتراتی و فسفاتی است. همچنین این فناوری با کنترل فشار روزانه و فصلی بر لوله ها توانسته است هزینه های تعمیر و نگهداری را تا چندین برابر کاهش دهد.

روند اجرایی در این فناوری را می توان به طور خلاصه اینگونه ترسیم کرد که در ابتدا پساب و فاضلاب در گوارنده هایی(digesters) مملو از باکتری پردازش می شوند تا مواد آلی آنان تجزیه شده و فاضلاب در دمای ثابت 100.4 درجه فارنهایت (38 درجه سانتیگراد) بیوگاز (اکثراً متان به همراه گازهای دیگر) تولید می کند که با سوزاندن آن علاوه بر تولید حرارت می تواند تولید کننده برق نیز باشد. از این رویه در بسیاری از کارخانه های تصفیه آب برای جلوگیری از انتشار گازهای گلخانه ای زیان آور استفاده می شود ولی تا کنون هیچ کدام از این کارخانه ها تلاشی برای مهار برق تولید شده از این فرایند و استفاده مجدد از آن را نکرده اند.

هزینه های اولیه برای توسعه تاسیسات مجرای فاضلاب واحد تصفیه آب مارسلیزبورگ در کشور دانمارک حدود 3 میلیون یورو محاسبه شده است. ولی مدیران اجرایی پروژه و مسئولان آب آرهوس بر این باورند که این سیستم جدید به لطف هزینه های پایین تعمیر و نگهداری و مزیت مازاد آن در خصوص فروش برق اضافی به شبکه برق و علاوه بر این با تامین ملزومات گرمایشی منطقه می تواند ظرف مدت کوتاهی حدودا تا 5 سال هزینه مصرفی خود را جبران کند.

نکته حائز اهمیت و خوشایند این نگرش، فرهنگ سازی صورت گرفته در دیگر شهرهای جهان است که منجر به پیش قدم شدن آنها برای بهره گیری از این تاسیسات شده است. از جمله شهرهای دیگر دانمارک مانند کپنهاگن و دیگر شهرهای جهان مانند شیکاگو و سن فرانسیکو نیز به دنبال راهی برای همانند سازی سیستم آرهوس هستند تا بتوانند مزیت های انرژی بازیافتی فاضلاب را به دست آورند.

تحلیگر انرژی آژانس بین المللی انرژی، مولی والتون معتقد است همانند سازی تجربه و عملکرد کشور دانمارک کار ساده ای نیست. طبق اظهارات او مصرف انرژی در بخش آب را می توان تقریباً به آسانی اندازه گیری کرد اما میزان بهره وری انرژی هنوز کاملاً مشخص نشده است، خصوصاً اینکه یک سرمایه اولیه مورد نیاز است که می تواند به طور چشمگیری هزینه آب را افزایش دهد. علاوه بر این، کارخانه تصفیه آب باید به اندازه کافی بزرگ باشد تا بتواند بیوگازهای کافی تولید کند. بعلاوه اگر فاضلاب با طوفان یا آب های زیرزمینی رقیق شده باشد، فرآیند بازیابی انرژی دشوارتر خواهد شد.

منبع:

https://www.newscientist.com/

دستگاه ذخیره انرژی برای خانه ها بزودی از مرسدس بنز

دستگاه ذخیره انرژی؛ محصول جدید مرسدس بنز

مرسدس بنز اعلام کرد تا سال آینده محصولی برای ذخیره انرژی واحدهای مسکونی در شمال آمریکا ارائه خواهد کرد.

به گزارش ایسنا و به نقل از سایت انرژی، این شرکت قصد دارد ماژول‌های باتری 2.5 کیلو وات ساعتی را با 20 کیلووات ساعت ترکیب کند تا به عنوان یک واحد مستقل و یا واحد ترکیبی با انرژی خورشیدی مورد استفاده منازل قرار گیرد.

این شرکت شعبه جدید خود در ایالات متحده را با نام واحد انرژی مرسدس- بنز آمریکا برای تولید محصولات جدید بازگشایی کرده است.

بوریس فون بورمان مدیرعامل این شعبه اظهار کرد که محصولات منحصربه‌فرد و روشی برای ذخیره انرژی در آب و برق و تجارت ارائه خواهند کرد که موجب صرفه‌جویی در هزینه‌ها خواهد شد.

از دیگر مزایای این روش استفاده از وسایل نقلیه الکتریکی و ترکیبی است.

وی در ادامه افزود: در آینده نزدیک سیستم‌های عظیمی در مصارف صنعتی و تجاری  توسط این شرکت عرضه خواهد شد.

منبع: ایسنا

معرفی آئروژل‌ها؛ خواص و کاربرد

معرفی آئروژل‌ها؛ خواص و کاربرد

(قسمت اول)

---

آئروژل ها (Aerogel) نانو موادی هستند که پتانسیل زیادی برای کاربردهای مختلف دارند و به خاطر پیشرفت فناورانه و رقابت پذیری بازار مقوله ای چالش برانگیز می باشند.

---

از لحاظ فنی و فناورانه آئروژل ها در حوزه های مختلف می توانند کاربرد داشته باشند که عبارتند از: میکروالکترونیک، مهندسی برق، در کشاورزی و داروسازی، در صنعت نفت و گاز یا در مهندسی معماری و ... . در این مطلب قصد داریم به معرفی، خواص و کاربردهای آئروژل ها بپردازیم.

آئروژل ها از مواد خاص به شمار می روند که خواص خیره کننده ای در مقابل حرارت نشان می دهند. آئروژل ها را می توان به عنوان موادی با پایین ترین چگالی نسبت به هر ماده شناخته شده دیگر تعریف نمود. این مواد بسیار سبک با ساختار نانو می باشند. در واقع آئروژل ها مواد جامد متخلخلی هستندکه از طریق یک فرایند سل-ژل (Sol-Gel) همراه با یک مرحله خشک کردن ویژه بدست می آیند. در اثر یکپارچگی، مواد متخلخل از نظر ریخت شناسی ، مشابه با رشته های مرواریدی هستند. این مواد نسبت جرم به سطح کوچک در محدوده 300-1000گرم برمترمربع دارند و هدایت حرارتی پایین دارند.

معرفی آئروژل ها

واژه ی آئروژل از دو کلمه هوا Air و ژل Gel تشکیل شده است، ژل شامل دوجزء است: 1-چارچوب ژل 2-ماتریس پرکننده آن. درمورد آئروژل پرکننده آن هواست.

آئروژل ها مواد جامد با تخلخل بالا (منافذ باز زیاد) ، مساحت سطح داخلی بالا و هدایت گرمایی پایین هستند، به همین دلیل دارای خصوصیات استثنایی و منحصر به فردی هستند. این مواد سرعت صوت پایین (عایق صوتی) و گذردهی اپتیکی یا نوری بالا دارند و به دلیل داشتن چگالی پایین به عنوان سبک ترین مواد جامد شناخته می شوند. آئروژل ها شامل نانوذراتی هستند که در یک شبکه سه بعدی با درجه تخلخل بالا قرار دارند.

این حفره ها قطرهای متفاوتی دارند و از چند نانومتر تا چند میکرومتر متغیر است. اندازه قطر حفره های مذکور معمولا در حد 10 نانومتر است. تقریبا 95 درصد حجم آئروژل ها را تخلخل یا حفره ها تشکیل می دهند.

آئروژل ها با نام بخار یخ زده، بخار جامد یا بخار آبی نیز نامیده می شوند. علت نامگذاری آئروژل ها به بخار آبی این است که آئروژل ها خاصیت عبور دهی نوری و پخش نور را دارا هستند. آئروژل ها بسیار متنوع هستند. آئرو ژل های ساخته شده از کوارتز، سیلیکا آئروژل نامیده می شوند. سیلیکا آئروژل حاوی ذراتی به قطر 2-5 نانومتر هستند. این ترکیبات دارای نسبت سطح به حجم بسیار بالا و مساحت سطح ویژه بالا هستند. تولید سیلیکا آئروژل ها کاربرد های فراوانی دارد مانند حامل های دارو. آئروژل های کربنی و آئروژل های کامپوزیتی با اجزایی شامل فلزات و پلیمر ها نیز مورد توجه هستند.

 یکی از مشخصات بارز آئروژل ها، سبکی و شکندگی آنهاست. در عین‌حال این مواد به اندازه کافی محکم هستند که بتوان آنها را با دست حمل کرد. قدرت فشردگی، قدرت کششی و الاستیسیته (Elasticity) آنها بسیار پایین است

خواص آئروژل ها

خواص عایق بودن آئروژل ها: آئروژل ها بهترین مواد عایق حرارتی شناخته شده هستند. آئروژل ها کمترین میزان هدایت گرمایی را نسبت به دیگر عایق ها دارند. آئروژل‌ها اگر چه بسیار ترد هستند، می توانند بسیار شفاف ساخته شوند. هدایت پایین آئروژل ها از بافت متخلخل آنها سرچشمه می گیرد.

سیلیکا آئروژل ها در پنجره های عایق کاربرد دارند که مانع از ورود و خروج گرما می شوند.

از جمله مزایای دیگر آئروژل ها آتشگیر نبودن آن هاست. این عایق ها در سیستم های گرمایش و سرمایش، باتری های با کاربرد دمای بالا، عایق لوله ها، مخازن تحت گرما و سرما، لوله اگزوز ماشین، به عنوان پوشش جاذب انرژی خورشید در سلول های خورشیدی جهت ذخیره سازی انرژی و... می توانند به کار برده شوند.

خواص نوری : خواص نوری آئروژل ها به شرایط تولید آنها بستگی دارد. این مواد در روشنایی به رنگ زرد و در تاریکی به رنگ آبی دیده می شوند. روش های مختلف حذف حلال، حذف آب یا رطوبت از ساختار آئروژل و شرایط واکنش از جمله پارامترهای مهم و موثر در خاصیت نوری آئروژل ها مطرح هستند.

خواص اکوستیک (صوتی) : ساختار شبکه ای ویژه آئروژل ها در کارایی آکوستیک آن ها بسیار موثر است و تا حدودی به خواص الاستیکی آن ها نیز بستگی دارد. سرعت سیلیکا آئروژل در حدود 100-300 m/s است که کمترین مقدار در میان مواد جامد معدنی است. این مقدار در شیشه کوارتز 500m/s است.

هدایت گرمایی : هدایت گرمایی آئروژل ها تابعی از پارامترهای زیر است: 1-انتقال گرما بوسیله فازجامد 2-انتقال گرما بوسیله فازگازی 3-انتقال گرما بوسیله بازتابش. هدایت گرمایی فاز جامد با افزایش چگالی ،افزایش می یابد در حالی که هدایت گرمایی فاز گازی با افزایش چگالی کاهش می یابد و انتقال گرما از طریق تشعشع مستقل از چگالی آئروژل است. کمترین مقدار هدایت گرمایی آئروژل ها در چگالی 0.15 میلی‌گرم بر سانتی متر مکعب است. با توجه به مقدار کم ماده جامد و ساختار غیرمستقیم آئروژل هدایت جامد و گاز به شکل بارزی محدود می شود. در دماهای بالا عبور تابش قابلیت عایق حرارتی آئروژل را کاهش می دهد.

شیمی یکپارچگی آئروژل ها

خواص شیمیایی آئروژل ها به طبیعت گروه های سطحی بستگی دارد که تعیین کننده طبیعت آب دوست/آب گریز بودن آن هاست. از نظر شیمی تقویت خواص فیزیکی سیلیکا آئروژل ها بدون از بین رفتن دیگر خواص آنها لازم و ضروری است، بویژه وقتی که از اینها در ابر عایق ها حرارتی و ... استفاده می شود. شفافیت سیلیکا آئروژل ها مزیت مهم آنها در کاربردهای مختلف است.

برای این منظور دو فرایند قبل از خشکاندن آئروژل صورت می گیرد:

1- شستن ژل مرطوب با محلول اتانول و آب

2- مرحله پیرسازی (Aging) یعنی قرار دان ژل شسته شده در تماس با محلول اتانولی که شامل پیش ماده سیلیکونی مثلا تترامتیل ارتوسیلیکات است. با این فرایندها بدون اینکه خواص تراوایی آئروژل ها از بین برود، سختی آنها افزایش می یابد.

شیمی آبگریزی آئروژل ها

سیلیکا آئروژل ها خواص آبگریزی (Hydrophobicity) زیادی از خود نشان می دهند. ساختارهای آبگریز آئروژلی بوسیله Schwertfeger از متیل تری متوکسی سیلان و تترامتوکسی سیلان در شرایط بازی سنتز شدند و در متانول فوق بحرانی خشک شدند. در این روش خشکاندن با حرارت بالا منجر به آب گریز شدن سطح آئروژل ها می شود. آئروژل هایی که از 20 درصد متیل تری متوکسی سیلان تشکیل شده اند روی آب شناور می مانند وبنابراین آبگریز هستند. آبگریز کردن سیلیکا آئروژل بوسیله متیل تری-متوکسی سیلان در شکل 1 نشان داده شده است.

خواص مکانیکی آئروژل ها: یکی از مشخصات بارز آئروژل ها، سبکی و شکندگی آنهاست. در عین‌حال این مواد به اندازه کافی محکم هستند که بتوان آنها را با دست حمل کرد. قدرت فشردگی، قدرت کششی و الاستیسیته (Elasticity) آنها بسیار پایین است و بزرگی این خواص وابسته به بهم پیوستگی شبکه آئروژل و دانسیته پایین آن است. شکنندگی،انعطاف پذیری وپایداری ابعادی ازجمله پارامترهای مهم درخواص مکانیکی آئروژل هستند.

طی فرایند پیرسازی (Aging)، ژل های در محلول های الکوکسید قرار می گیرند و شبکه محکم تری می یابند. این فرایند، ژل ها را در مقابل فشار موئینگی مقاومتر می سازد و خواص مکانیکی آنها را بهبود می بخشد.

    ادامه دارد...

مریم نایب زاده

بخش دانش و زندگی تبیان

انعقاد اولین قرارداد خرید تضمینی برق از بازیافت تلفات حرارتی در ایران

انعقاد اولین قرارداد خرید تضمینی برق از بازیافت تلفات حرارتی به ظرفیت ۱,۵ مگاوات

قرارداد خرید تضمینی برق پاک از بازیافت تلفات حرارتی به ظرفیت ۱,۵مگاوات فی مابین یک کارخانه واقع در خراسان شمالی و سازمان انرژی های نو ایران به مدت ۲۰ سال منعقد گردید.

به گزارش برق نیوز، قرارداد خرید تضمینی برق پاک از بازیافت تلفات حرارتی به ظرفیت ۱,۵مگاوات فی مابین یک کارخانه واقع در خراسان شمالی و سازمان انرژی های نو ایران به مدت ۲۰ سال منعقد گردید و بر اساس برنامه زمان بندی اعلام شده برق نیروگاه تا پایان سال جاری به شبکه سراسری برق کشور تزریق خواهد شد.

حرارت ایجاد شده در فرایندهای صنعتی اغلب بسیار زیاد بوده و این حرارت تنها در بخشی از فرایند تولید که مورد نیاز می باشد مورد مصرف قرار گرفته و پس از آن به محیط آزاد هدایت می گردد. در این قبیل نیروگاه ها با هدایت گازهای خروجی از کوره ها و یا فرایندهای صنعتی به یک توربین بخار اقدام به تولید برق می نمایند.

حرارت بازیافت تلفات حرارتی (WHR) در صنایع باعث افزایش راندمان شده و بدون نیاز به مصرف سوخت اضافی، برق و یا حرارت قابل استفاده نیز در کنار فرآیند صنعتی تولید می گردد.

وزارت نیرو از سال ۱۳۹۴ اقدام به خرید تضمینی برق این نوع نیروگاه ها نموده است. متقاضیان پس از اعلام آمادگی و تکمیل فرم های اولیه موجود در وب سایت سازمان انرژی های نو ایران، نسبت به دریافت پروانه احداث اقدام نموده و پس از دریافت مجوزهای محیط زیست و همچنین مجوز اتصال به شبکه جهت انعقاد قرارداد با سازمان انرژی های نو ایران اقدام می نمایند.

منبع: سانا