وبلاگ

جدول ۱-۲: سهم هر یک از بخش های مصرف کننده انرژی در انتشار گازهای آلاینده و گلخانه ای در سال ۱۳۹۰ (درصد)
نمودار ۱- ۲: میزان انتشار co₂ در بخش های مختلف انرژی در سال ۱۳۹۰
ابتدا باید بدانیم که هزینه های اجتماعی ؛ هزینه هایی می باشند که اثرات تخریب کننده یا سوء یک آلاینده یا فعالیت را بر محصولات کشاورزی، اکوسیستم ها، مواد و سلامت انسان برآورد میکنند و اغلب هزینه هایی است که در قیمت تمام شده در نظر گرفته نمیشوند . از جمله معایب انرژی های فسیلی هزینه های اجتماعی بالا می باشد که جهت محاسبه هزینه های اجتماعی نیاز به کمی کردن اثر آلاینده ها و فعالیت ها در محیط های اثر پذیر میباشد. هزینه‌های اجتماعی تخریب محیط زیست در اثر مصرف حامل های انرژی فسیلی در کشور آمده است. این هزینه بر اساس مطالعات بانک جهانی و سازمان حفاظت محیط زیست ایران محاسبه شده است. همانطور که ملاحظه می شود مجموع هزینه های اجتماعی در سال ۱۳۹۰ حدود ۹۹ هزار میلیارد ریال (بر اساس قیمت ثابت سال ۱۳۸۱) می باشد. در جدول ۱-۴ سهم هر یک از بخش ها در هزینه های اجتماعی محاسبه شده است.
جدول ۱-۳: هزینه های اجتماعی انتشار گازهای آلاینده و گاخانه ای بر اساس قیمت های ثابت سال ۱۳۸۱
جدول ۱-۴: هزینه های اجتماعی بخش های مصرف کننده انرژی در سال ۱۳۹۰ بر اساس قیمت های ثابت سال ۱۳۸۱
مصرف بیش از حد سوخت های فسیلی باعث پی آمدهای زنجیره ای زیست محیطی و مالی در ایران شده است. یکی از راه حل های جالب توجه برای حل این مشکل بهره برداری اصولی و سیستماتیک از منابع انرژی های تجدید پذیر موجود، همانند انرژی خورشیدی به منظور کاهش و صرفه جویی انرژی، کنترل عرضه و تقاضای انرژی، کاهش هزینه های اجتماعی و همچنین کاهش گازهای آلاینده در بخشهای مختلف مصرف کننده انرژی میباشد.

در این میان در ایران بخش خانگی با مصرف ۴/۴۳۲ میلیون بشکه معادل نفت خام و سهمی بیش از ۳۶ درصد از کل مصرف نهایی انرژی در سال ۱۳۹۰ بزرگترین مصرف کننده انرژی در کشور می باشد. از کل مصرف انرژی بخش خانگی ۱/۳۱۸ میلیون بشکه معادل نفت خام سهم گاز طبیعی، ۵/۵۵ میلیون بشکه معادل نفت خام سهم فرآورده های نفتی ، ۹/۵۲ میلیون بشکه معادل نفت خام سهم برق ، ۹/۵ میلیون بشکه معادل نفت خام سهم منابع تجدید پذیر قابل احتراق و ۱/۰ میلیون بشکه معادل نفت خام سهم زغال سنگ است. بنابراین توجه ویژه به این بخش در امر بهینه سازی و استفاده از انرژی های تجدید پذیر میتواند اثرات مطلوبی نیز در صرفه جویی انرژی، کاهش آلاینده های زیست محیطی و هزینه های اجتماعی به همراه داشته باشد.
لذا هدف از این تحقیق ، مطالعه امکان پذیری و تحلیل فنی استفاده ازسیستمهای آبگرمکن خورشیدی در تمام استان ها با توجه به اقلیم‌های متفاوت آب و هوایی و همچنین بررسی مزایای زیست محیطی و اقتصادی حاصل از استفاده از سیستم‌های آبگرمکن خورشیدی در ایران می باشد.
۱-۱- اهمیت و ضرورت انجام تحقیق
ما روی سیاره ای گام می زنیم که هسته مرکزی اش درعمق ۶۳۷۰ کیلومتری و حدود ۳۷۰۰ تا ۴۳۰۰ درجه سانتیگراد دما دارد و خورشیدی بر ما می تابد که اگر تنها یک درصد از صحراهای جهان به نیروگاههای خورشیدی تبدیل گردد برق سالانه کره زمین را تأمین خواهدکرد.
شکل ۱-۱: فاصله قسنت های مختلف هسته تا پوسته زمبن
امروزه معماری بومی اقصی نقاط دنیا که با توجه به طبیعت و محیط پیرامون خود شکل می گرفته است و همساز با اقلیم به وجود می آمده، به دست فراموشی سپرده شده است. کناره گیری از معماری سنتی و افزایش مصرف سوخت های فسیلی علاوه بر اتلاف منابع انرژی، موجب آلودگی روزافزون محیط زیست نیز شده است. بر این اساس استفاده بهینه از انرژی های تجدیدپذی امری ضروری شمرده می شود، که مهم ترین آن، انرژی خورشیدی می باشد. انسان ها هزاران سال است از انرژی خورشیدی به صورتهای مختلف استفاده می کنند، اما آنچه مطرح است، تبدیل این انرژی به سایر انرژی های متداول و مورد نیاز بشر است. یکی از الگوهای پایداری در معماری استفاده از انرژی های طبیعی و مصرف حداقل انرژی فسیلی و هم زیستی با شرایط طبیعی و اقلیمی است، که طراحی خورشیدی ساختمان گامی در جهت رسیدن به آن می باشد.
با توجه به پایان پذیر بودن منابع غیر طبیعی لازم است بسیار جدی تر و بیشتر از گذشته به استفاده علمی ازانرژی های طبیعی تجدید پذیر توجه کرده و بدنبال طرحهای نوینی بخصوص در ساختمان سازی باشیم. هرچه بیشتر از مقدار انرژی های مصرفی در ساختمان بکاهیم و به این وسیله به سمت توسعه پایدار پیش می رویم که با نیازهای نسل امروز منطبق بوده و تأمین نیازهای نسل فردا را به خطر نمی اندازد. با توجه به اینکه تامین نیازهای گرمایشی و سرمایشی توسط انرژی های تجدید پذیر یکی از اهداف معماری پایدار است با حرکت به سمت طراحی ساختمانهای خورشیدی گامی مهم در جهت توسعه پایدار برمی داریم و از وابستگی به سوختهای فسیلی فاصله می گیریم.
در همین راستا ، ایران بر روی کمربند خورشیدی کره ی زمین واقع شده است و یکی از کشورها با تابش بالا می باشد. میزان روزهای آفتابی در ایران در حدود ۲۴۰-۲۵۰ روز در سال می باشد بنابراین گستره کاربرد انرژی خورشیدی در ایران بسیار وسیع میباشد بدین منظور تخمین درست پتانسیل سیستم‌های آبگرمکن خورشیدی و محاسبه میزان صرفه جویی برای برنامه ریزی و توسعه این تکنولوژی ضروری می باشد .
۱-۲- نوآوری در تحقیق
تامین بهینه آبگرم مصرفی با تلفیق کلکتور خورشیدی و سیستم کمکی (برقی) جهت حداکثر استفاده از انرژی تجدید پذیر خورشید و کاهش چشمگیر انرژی های فسیلی و محاسبه میزان کاهش گاز Co₂ در ایران.
محاسبه میزان سهم حاصل از تابش خورشید و صرفه جویی خورشیدی در ایران.
تهیه نقشه‌ با نرم افزار GIS جهت برآورد تابش خورشید در تمام نقاط ایران.
تحلیل اقتصادی استفاده از سیستم‌های آبگرمکن خورشیدی در ۳۱ استان ایران با اقلیم های متفاوت آب و هوایی.
تحلیل مزایای زیست محیطی و بررسی هزینه‌های اجتماعی و بازگشت سرمایه جهت استفاده از آبگرمکن‌های خورشیدی در ایران.
۱-۳- اهداف تحقیق
تامین بهینه آبگرم مصرفی جهت گرمایش.
تحلیل اقتصادی به منظور بازگشت هزینه و صرفه اقتصادی.
تحلیل فنی انرژی خورشیدی به منظور کاهش اثرات زیست محیطی.
کاهش چشمگیر در استفاده از انرژی های فسیلی در تامین شرایط آسایش.
رسیدن به ظرفیت های گرمایی بالا و در عین حال کاهش مصرف انرژی.
۱-۴- سوال تحقیق
انتخاب نمونه آبگرمکن خورشیدی و محاسبه توزیع دما در کلکتورهای مسطح و محاسبه ضریب تلفات گرمای کلی کلکتور.
تعیین عملکرد کلکتور مسطح در اقلیم های مختلف ایران با در اختیار داشتن داده های هواشناسی و جغرافیایی و با توجه به تابش متوسط روزانه خورشید در ماه های مختلف سال.
محاسبه ی میزان جذب انرژی خورشیدی توسط نرم افزار شبیه ساز Polysun جهت بکارگیری در کلکتور مورد استفاده در سیستم آبگرمکن خورشیدی.
تحلیل اقتصادی سیستم آبگرمکن خورشیدی با شبیه سازی نرم افزار Polysun جهت تخمین هزینه راه اندازی ، هزینه نگهداری و درصد تورم و مدت زمان مورد نیاز جهت بازگشت هزینه به منظور صرفه اقتصادی و کاهش مصرف سوخت فسیلی در تامین شرایط آسایش.
۱-۵- فرضیه ‏های تحقیق
مفروض بودن تامین کامل آبگرم مصرفی توسط سیستم ترکیبی آبگرمکن خورشیدی و سیستم کمکی (المنت برقی).
باید توجه شود که میزان بازگشت سرمایه یک سیستم آبگرمکن خورشیدی به نوع سیستم، نوع اقلیم و هزینه حامل‌های انرژی وابسته بوده و در شرایط مختلف ، متغییر می‌باشد.
فرض بر صحیح بودن و در دسترس بودن اطلاعات هواشناسی میباشد.
محاسبات انجام شده در طول تحقیق با فرض مشخص بودن تابش خورشید بر روی سطح افق و شیب دار صورت گرفته شده است.
۱-۶- روش تحقیق
جمع آوری اطلاعات تابشی روی سطح افق و محاسبه تابش روی سطح شیب دار در اقلیم های مختلف آب و هوایی ایران.
تحلیل فنی تامین بهینه آبگرم مصرفی با تلفیق کلکتور خورشیدی و سیستم کمکی (المنت برقی) و استخراج اطلاعات فنی سیستم در مناطق مختلف ایران.
تحلیل اقتصادی سیستم آبگرمکن خورشیدی با شبیه سازی نرم افزار Polysun جهت مدت زمان مورد نیاز برای بازگشت هزینه به منظور صرفه اقتصادی و زمان بازگشت سرمایه در مناطق مختلف ایران.
تهیه نقشه با نرم افزار GIS
فصل دوم
مروری بر ادبیات تحقیق و پیشینه تحقیق
مقدمه
استفاده از انرژی خورشیدی در جهان به طور روز افزون کاربرد چشمگیری داشته و کشور هایی که دارای پتانسیل بسیار مناسب انرژی خورشیدی هستند ، مستعد بکارگیری این گونه انرژی می باشند. انرژی های تجدید پذیر علاوه بر پایان ناپذیری ، جزو انرژیهای پاک بوده و محیط زیست را آلوده نمی کنند.در میان انرژیهای تجدیدپذیر، انرژی خورشیدی بعلت میزان و گستردگی کاربردآن ازاهمیت ویژه ای بر خوردار است.
متداول ترین روش استفاده از انرژی خورشیدی از طریق آب داغ توسط آب گرم کن های خورشیدی بوده و آب داغ برای مصارف محلی و صنعتی مانند خانه ها، هتل ها، بیمارستان ها، و صنایع خدماتی و تولید انبوه ضرورت دارد.
با توجه به اطلاعات قابل دسترس ؛ کل مساحت کلکتور خورشیدی که در سرتاسر جهان نصب شده اند بالغ بر ۵۸ کیلومتر مربع براورد شده است؛ برای مثال در لبنان، ۷۰% خانه های مسکونی از الکتریسیته برای گرم کردن آب استفاده کرده در حالی که ۲۵% از دیزل، و ۵% از گاز، چوب، انرژی خورشیدی و دیگر منابع انرژی بهره می برند. سهم آب گرم کن های خورشیدی در سال ۲۰۰۲ برابر با ۱٫۷% کل نیاز انرژی اُردن بود و همچنین انتظار می رفت که تا سال ۲۰۱۰ حدود ۱۰۰ کیلومتر مربع کلکتور خورشیدی در اروپا نصب شود. این حقیقت که آب گرم کن های خورشیدی قیمت مناسبی داشته و جایگزین ارزانی برای سوخت فسیلی تجاری و غیرتجاری به شمار می روند آنها را بسیار محبوب می سازد.
کشور ترکیه میزان بالای تابش خورشید را در تمام سال دریافت می دارد که شدت انرژی خورشیدی آن روزانه به طور متوسط ۱۲٫۹۶ MJ m^-2 d^-1 و مدت تابش خورشید حدود ۷٫۲ ساعت می باشد. پتانسیل خورشیدی محدود نشده توسط مقتضیات فنی، اقتصادی یا زیست محیطی ترکیه معادل سالانه حدود ۸۸ میلیون تن نفت (toe) است که ۴۰% آن از نظر اقتصادی قابل استفاده به شمار می رود. سه چهارم (سالانه ۲۴٫۴ میلیون toe) از این پتانسیل قابل استفاده از نظر اقتصادی برای استفاده گرمایی و بقیه (۸٫۸٫ میلیون toe) برای تولید برق مناسب در نظر گرفته می شوند. مصرف انرژی خانوار ترکیه شامل الکتریسیته، زغال سنگ، گاز طبیعی، نفت و منابع انرژی تجدیدپذیر هستند. بیشترین سهم از چوب تأمین شده و سهم انرژی خورشیدی در سال ۲۰۰۲ تنها حدود ۱٫۱% بود. سهم بخش خانوار در مصرف در سال ۲۰۰۲ برابر با ۳۱% و در قیاس با ۴۰% کشورهای پیشرفته کمتر بود. افزایش این نسبت می تواند مجموع انتشار دی اکسید کربن ناشی از سوخت های فسیلی برابر با ۶۱٫۷ مگاتن کربن و نرخ سرانه گسیل ۰٫۸۷ تن کربن را به میزان قابل ملاحظه ای کاهش دهد. گزارش ها نشان می دهند که در بیروت، کلکتور صفحه ای۲٫۵ متر مربعی با ظرفیت ذخیره سازی ۱۱۴ لیتر که در شیب ۳۳٫۸ درجه قرار گرفته بود توانست کاهش ۱٫۴۲ تنی انتشار دی اکسید کربن به عنوان گاز گلخانه ای را به دنبال داشته باشد.
متداول ترین دستگاه آب گرم کن خورشیدی برای نیازهای خانگی از طریق نوع گردش طبیعی است که شامل کلکتور خورشیدی صفحه ای تخت متصل به مخزن ذخیره سازی عایق بندی شده می‌باشد. اشعه های خورشید از میان شیشه عبور کرده و در فضای بین روکش و صفحه گرفتار و توسط صفحه جاذب جذب می‌شوند. آب در حال جریان از میان شبکه آبرسان واقع در زیر صفحه جاذب حرارت داده شده و بعد به مخزن ذخیره سازی انتقال می یابد. کلکتورهای صفحه تخت زمانی مناسب می‌باشند که دمای زیر ۱۰۰ درجه سانتی گراد مورد نیاز باشد. این کلکتورها از نظر مونتاژ ساده بوده و امتیازات دیگر آنها عبارتند از هزینه کم، سهولت در طراحی و ساخت؛ با دوام، عدم نیاز به ردیابی خورشید، امکان استفاده در روزهای ابری و ایجاب کمترین میزان نگهداری. متوسط عمر دستگاه آب گرم کن خورشیدی به طور معمول تقریباً ۲۰ سال فرض می شود.
استفاده از انرژی تجدیدپذیر برای گرم کردن آب می تواند ذخایر الکتریکی را افزایش داده، فاکتور بار دستگاه را ارتقاء داده و ضمن بهبود بخشیدن به امکانات بعدی بار نیاز به گسترش ظرفیت را کاهش دهد. علاوه بر آن، استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر فرصت های آشکاری برای کاهش دی اکسید کربن، مونوکسید کربن، نیتروژن اکسید، سولفور اکسید، ترکیبات آلی فرّار و ذرات بسیار ریز در حین تولید برق را فراهم می کند. وقتی فناوری های چهارگانه آب گرم کن به صورت آلترناتیو (گرم کردن الکتریکی و استاندارد آب، گرم کردن آب با بهره گرفتن از پمپ حرارتی، دستگاه آب داغ خورشیدی و سوپرگرم کن های خنثی ساز پمپ حرارتی) با هم مقایسه شدند نتایج حاکی از آن بودند که دستگاه های آب داغ خورشیدی مؤثرترین بوده و بیشترین کاهش را در تقاضای پیک الکتریکی دارا می باشند.
در این تحقیق، ارزیابی فنی- اقتصادی متداول ترین دستگاه های آب گرم کن خورشیدی در ایران با کمیت سنجی میزان انرژی خورشیدی به دست آمده، مورد نیاز و استفاده شده و دوره بازگشت سرمایه مورد بررسی قرار می گیرد و نکته بسیار مهم که باید به آن توجه داشت ، این است که عملکرد دستگاه آب گرم کن های خورشیدی به جهت گیری آن، خواص اُپتیکی و هندسی آن، شرایط جوی خرد و کلان، موقعیت جغرافیایی، پارامترهای عملیاتی و مدت استفاده بسیار بستگی دارد.