راهکارهای استفاده شهرها از انرژی‌های هدررفته
شهرها و سیستم‌های مترو با بهره‌گیری از روش‌های متنوعی همچون استفاده از گرمای هدررفته برای گرمایش و سرمایش، تبدیل زباله به انرژی، توسعه شبکه‌های هوشمند و سیستم‌های ترمز احیاکننده در متروها، انرژی هدررفته در بخش‌های مختلف را بازیابی می‌کنند.
Admin1
رشد سریع جمعیت شهری و افزایش تقاضا برای انرژی، شهرها را با چالش‌های جدی در زمینه تأمین انرژی پایدار و کاهش اثرات زیست‌محیطی روبه‌رو کرده است.
بخش قابل‌توجهی از انرژی مصرفی در شهرها به‌صورت تلفات از بین می‌رود که این موضوع علاوه‌بر افزایش هزینه‌ها، به تشدید آلودگی هوا و تغییرات اقلیمی نیز دامن می‌زند، به همین دلیل، تمرکز بر بازیابی و استفاده مجدد از این انرژی‌های هدررفته به‌عنوان یک راهکار مؤثر و ضروری در دستور کار بسیاری از شهرهای پیشرفته و در حال توسعه قرار گرفته است.
شهرها به‌عنوان مصرف‌کنندگان عمده انرژی، در حال نوآوری برای بازیابی و استفاده مجدد از انرژی هدررفته هستند تا ناکارآمدی‌ها را به منابع ارزشمند تبدیل کنند. گرمایش و سرمایش منطقه‌ای با استفاده از گرمای تلف‌شده، ذخیره‌سازی انرژی در شبکه‌های هوشمند، استفاده از انرژی هدررفته ترمزها، راهکارهای نوآورانه سرمایش و نیروگاه‌های تبدیل زباله به انرژی از جمله روش‌های اصلی هستند که شهرها برای بهینه‌سازی مصرف انرژی و کاهش آلاینده‌ها به کار می‌گیرند.
این رویکرد نه‌تنها به کاهش مصرف انرژی و هزینه‌ها کمک می‌کند، بلکه نقش مهمی در تحقق اهداف توسعه پایدار و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای دارد.
گرمایش و سرمایش با استفاده از گرمای تلف‌شده
یکی از روش‌های مهم شهرها برای بازیابی از انرژی هدررفته، استفاده از گرمای تلف‌شده برای گرمایش منطقه‌ای است.
بسیاری از شهرها از گرمای تلف‌شده در فرایندهای صنعتی، نیروگاه‌ها و حتی مراکز داده برای تأمین سیستم‌های گرمایش و سرمایش مرکزی بهره می‌برند.
این روش موجب افزایش بهره‌وری انرژی و کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی می‌شود. برای مثال، پروژه سلسیوس در اروپا به شهرهایی همچون گوتنبرگ، لندن و روتردام کمک کرده است تا سیستم‌هایی را راه‌اندازی کنند که گرمای تلف‌شده را جمع‌آوری و دوباره توزیع می‌کنند و به این ترتیب صرفه‌جویی قابل‌توجهی در مصرف انرژی و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای حاصل شده است.
بعضی از این سیستم‌ها چندین منبع گرمای تلف‌شده را به هم متصل می‌کنند تا استفاده بهینه‌تری از منابع در سطح شهر داشته باشند و حتی بتوانند لوازم خانگی را نیز از طریق شبکه‌های منطقه‌ای تغذیه کنند. این سیستم‌ها حرارت اضافی تولیدشده در صنایع مختلف، نیروگاه‌ها، ساختمان‌ها و مراکز داده را جمع‌آوری می‌کنند و آن را به یک شبکه مرکزی منتقل می‌کنند. این شبکه‌ها می‌توانند گرمای جمع‌آوری شده را به‌صورت متمرکز مدیریت و توزیع کنند تا نیازهای مختلف حرارتی در مناطق شهری تأمین شود.
استفاده پلکانی از گرمای تلف‌شده نیز یکی دیگر از روش‌های نوظهور در شهرهاست.
مفهوم استفاده پلکانی از حرارت به معنای بهره‌برداری مرحله‌به‌مرحله و بهینه از گرمای تلف‌شده در صنایع مختلف است تا این انرژی به‌صورت کارآمدتری به مصرف برسد. این روش در بعضی مناطق همچون شهر می‌لی در چین به کار گرفته شده است به‌گونه‌ای که گرمای تلف‌شده و اضافی تولیدشده در صنایع سنگین که به‌صورت مستقیم به محیط تخلیه می‌شود، ابتدا جمع‌آوری و سپس برای تأمین نیازهای حرارتی صنایع سبک‌تر مورد استفاده قرار می‌گیرد. در مرحله بعد، حرارت باقی‌مانده و کاهش‌یافته از این صنایع سبک‌تر، برای گرمایش ساختمان‌ها و منازل مسکونی به کار گرفته می‌شود.
این رویکرد پلکانی موجب می‌شود که انرژی گرمایی به جای هدررفت کامل، در چندین مرحله و در بخش‌های مختلف با نیازهای حرارتی متفاوت به کار گرفته شود و به این ترتیب بازده کلی مصرف انرژی به‌طور چشمگیری افزایش یابد. حرارت تولیدشده در یک فرایند صنعتی که ممکن است دمای بسیار بالایی داشته باشد و پس از استفاده در همان صنعت یا صنایع مشابه، به‌تدریج به بخش‌هایی با نیازهای حرارتی پایین‌تر منتقل می‌شود تا در نهایت برای مصارف خانگی و گرمایش ساختمان‌ها استفاده شود.
سیستم گرمایشی پلکانی شهر می‌لی به‌صورت گسترده و متمرکز اجرا می‌شود؛ به‌طوری که ساختمان‌ها و منازل فاقد سیستم‌های گرمایشی خصوصی همچون بخاری گازی یا پکیج هستند و همه از طریق شبکه‌های مرکزی و محله‌ای گرمایش دریافت می‌کنند که از این حرارت بازیابی شده تغذیه می‌شوند. این روش نه‌تنها موجب کاهش چشمگیر مصرف انرژی و کاهش آلودگی می‌شود، بلکه هزینه‌های گرمایش را برای خانوارها نیز به‌طور قابل‌توجهی کاهش می‌دهد.
نیروگاه‌های تبدیل زباله به انرژی
نیروگاه‌های تبدیل زباله به انرژی زباله‌های غیرقابل بازیافت را می‌سوزانند تا گرما، بخار، برق و سوخت تولید و سپس به خانه‌ها و کسب‌وکارها توزیع کنند.
این روش نه‌تنها از دفن زباله‌ها جلوگیری می‌کند بلکه منبع پایدار و قابل اعتمادی از انرژی فراهم می‌آورد. به‌عنوان مثال نیروگاه کپن‌هیل در کپنهاگ، ده‌ها هزار خانه را با گرما و برق تأمین می‌کند و در عین حال به‌عنوان یک فضای تفریحی برای جامعه نیز عمل می‌کند. گرمای تولیدشده در این نیروگاه برای گرمایش منطقه‌ای استفاده می‌شود که موجب افزایش بهره‌وری انرژی و حمایت از اقتصاد چرخشی می‌شود، زیرا مواد قابل بازیافت بازیابی می‌شوند و نیاز به استخراج منابع اولیه کاهش می‌یابد.
ذخیره‌سازی و شبکه‌های هوشمند انرژی
شهرها در زمینه ذخیره‌سازی انرژی و توسعه شبکه‌های هوشمند انرژی پیشرفت‌های قابل‌توجهی داشته‌اند که نمونه بارز آن در شهر آمستردام مشاهده می‌شود. در این شهر، باتری‌های استفاده‌شده خودروهای برقی به‌عنوان سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی به کار گرفته می‌شوند تا انرژی خورشیدی مازاد تولیدشده در طول روز را ذخیره کنند.
این باتری‌ها که پیش‌تر در خودروهای برقی استفاده شده‌اند، پس از پایان عمر مفید خود در خودروها، به‌صورت دومرحله‌ای بازیافت شده و به‌عنوان مخازن انرژی در شبکه‌های شهری مورد استفاده قرار می‌گیرند. این کار علاوه‌بر کاهش ضایعات باتری، هزینه‌های ذخیره‌سازی انرژی را نیز به‌طور چشمگیری کاهش می‌دهد.
سیستم‌های مدیریت هوشمند انرژی در این شبکه‌ها، به‌صورت خودکار میزان انرژی ذخیره شده را کنترل و تنظیم می‌کنند و در زمان‌هایی که تقاضای برق افزایش یا تولید انرژی خورشیدی کاهش می‌یابد، این انرژی ذخیره شده را به شبکه بازمی‌گردانند تا نیاز مصرف‌کنندگان را تأمین کنند، این فرایند به کاهش فشار روی شبکه برق شهری کمک می‌کند و از بروز قطعی‌های ناگهانی جلوگیری می‌کند. با این روش، امکان استفاده بهینه‌تر از انرژی‌های تجدیدپذیر فراهم می‌شود و وابستگی به منابع انرژی فسیلی کاهش می‌یابد.
آمستردام علاوه‌بر ذخیره‌سازی با توسعه مراکز حرکتی ویژه خودروهای برقی، زیرساخت‌های شارژ سریع و اشتراک‌گذاری وسایل نقلیه برقی را گسترش داده است. این مراکز که به جایگاه‌های سوخت پاک آینده معروف هستند که از برق سبز و انرژی تولیدشده محلی بهره می‌برند و با استفاده از سیستم‌های هوشمند مدیریت انرژی، به بهینه‌سازی مصرف انرژی در سطح شهر کمک می‌کنند.
شبکه‌های هوشمند انرژی با بهره‌گیری از فناوری‌های پیشرفته ارتباطات و هوش مصنوعی، امکان مدیریت بهینه و هوشمند جریان انرژی در سطح شهری را فراهم می‌کنند. این شبکه‌ها به منابع انرژی غیرمتمرکز همچون پنل‌های خورشیدی خانگی، توربین‌های بادی کوچک، باتری‌های ذخیره‌سازی پراکنده و خودروهای برقی اجازه می‌دهند که برق اضافی تولیدشده را به شبکه برق شهری تزریق کنند. این فرایند به کمک کنتورهای هوشمند و سامانه‌های کنترل پیشرفته انجام می‌شود که در زمان واقعی داده‌های مصرف و تولید انرژی را دریافت و تحلیل می‌کنند.
شبکه هوشمند می‌تواند با استفاده از الگوریتم‌های هوش مصنوعی و یادگیری ماشین، پیش‌بینی‌های دقیقی از الگوهای مصرف و تولید انرژی انجام دهد و بر اساس آن، تعادل عرضه و تقاضا را به‌صورت پویا و خودکار حفظ کند. به این ترتیب، زمان‌هایی که تولید انرژی تجدیدپذیر همچون خورشید یا باد افزایش می‌یابد و مازاد برق وجود دارد، این انرژی اضافی به شبکه تزریق، ذخیره یا به مصرف‌کنندگان دیگر منتقل می‌شود. این سیستم‌ها قابلیت مدیریت بار نیز دارند و می‌توانند مصرف بعضی دستگاه‌ها همچون دستگاه‌های خانگی هوشمند را به‌گونه‌ای زمان‌بندی کنند که در ساعات اوج مصرف، فشار کمتری به شبکه وارد شود. این هماهنگی هوشمندانه مصرف و تولید انرژی موجب کاهش هزینه‌ها، افزایش بهره‌وری و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای می‌شود.
افزون بر این، شبکه‌های هوشمند با ایجاد «بزرگراه‌های برقی» امکان انتقال برق از منابع تولید پراکنده در مناطق دورافتاده به مناطق شهری پرجمعیت را فراهم می‌کنند. این قابلیت، انعطاف‌پذیری شبکه را افزایش و نگرانی‌ها درباره نوسانات تولید انرژی‌های تجدیدپذیر را کاهش می‌دهد.
راهکارهای نوآورانه سرمایش
بعضی شهرها با بهره‌گیری از منابع طبیعی، راهکارهای نوآورانه‌ای برای خنک‌سازی کارآمد محیط شهری ارائه داده‌اند که نمونه برجسته آن، سیستم سرمایش با آب عمیق دریاچه تورنتو است که از آب سرد دریاچه انتاریو برای خنک کردن ساختمان‌های مرکز شهر بهره می‌برد.
این سیستم با استفاده از آب سرد و پایدار لایه‌های عمیق دریاچه انتاریو، سرمای مورد نیاز بیش از ۱۸۰ ساختمان از جمله برج‌های تجاری و مراکز مهم شهر را تأمین می‌کند. آب سرد از عمق حدود ۸۳ متری دریاچه، جایی که دمای آن تقریباً ثابت و حدود چهار درجه سانتی‌گراد است، از طریق لوله‌های عظیم به ایستگاه مرکزی منتقل می‌شود. در این ایستگاه، با استفاده از مبدل‌های حرارتی، سرمای آب دریاچه به یک حلقه بسته آبی منتقل می‌شود که در سراسر شهر گردش دارد و هوای داخل ساختمان‌ها را خنک می‌کند.
استفاده از این فناوری مصرف برق مورد نیاز برای خنک‌سازی را تا ۹۰ درصد نسبت به روش‌های متداول تهویه مطبوع کاهش می‌دهد و سالانه حدود ۹۰ هزار مگاوات‌ساعت برق صرفه‌جویی ایجاد می‌کند که معادل حذف ۱۵ هزار خودروی سواری از سطح شهر است، همچنین این سیستم کمک می‌کند تا اثر جزیره گرمایی شهری کاهش پیدا کند و دمای محیط در ماه‌های گرم تابستان متعادل‌تر شود.
استفاده از انرژی هدررفته ترمزها
سیستم‌های مترو به‌طور معمول از فناوری ترمز احیاکننده برای بازیابی انرژی استفاده می‌کنند که در حالت عادی هنگام ترمزگیری به‌صورت حرارت از بین می‌رود، در این فرایند، موتورهای الکتریکی قطار هنگام ترمزگیری به ژنراتور تبدیل می‌شوند و انرژی جنبشی قطار را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند.
این انرژی الکتریکی تولیدشده به‌صورت مستقیم به سیستم تغذیه مترو بازگردانده می‌شود و می‌تواند بلافاصله توسط قطارهای دیگر که در حال شتاب‌گیری هستند یا همان قطار هنگام حرکت مجدد مصرف شود. انرژی ترمز در بعضی سیستم‌ها، برای تأمین نیازهای الکتریکی ایستگاه‌ها همچون روشنایی، پله‌برقی و تهویه به کار گرفته می‌شود و می‌تواند تا ۹۰ درصد از نیاز انرژی ایستگاه را تأمین کند. متروهای پیشرفته‌تر همچون متروی ملبورن از سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی استفاده می‌کنند تا انرژی بازیابی‌شده را به‌صورت موقت ذخیره کنند و در صورت نیاز به شبکه بازگردانند. علاوه‌بر این، انرژی بازیابی‌شده در بعضی موارد برای سیستم‌های داخلی قطار همچون روشنایی، تهویه مطبوع و سایر تجهیزات کمکی نیز استفاده می‌شود.
ترمز احیاکننده می‌تواند حدود ۱۵ تا ۳۰ درصد از کل انرژی مصرفی قطار مترو را بازیابی و دوباره استفاده کند که این امر منجر به کاهش چشمگیر مصرف برق و انتشار گازهای گلخانه‌ای می‌شود.
به‌طور مثال، متروی چنای گزارش داده است که ترمز احیاکننده حدود ۳۰ درصد از نیاز انرژی کل آن را تأمین می‌کند و وابستگی به سوخت‌های فسیلی و انتشار گازهای گلخانه‌ای را کاهش می‌دهد. متروی دهلی نیز توانسته است با استفاده از این فناوری در چند سال گذشته حدود ۹۰ هزار تن کاهش انتشار دی‌اکسید کربن داشته باشد.
