برای تأمین انرژی گلخانه شیوه‌های متنوعی وجود دارد. در حال حاضر و با توجه به ملاحظات اقتصادی گرایش اغلب گلخانه‌داران به استفاده از انرژی‌های نو است. هیتر‌های گلخانه‌ای ، میکروتوربین‌ها و انرژی خورشیدی در رأس همه و پس از آن انرژی بادی و انرژی زمین از جمله سیستمهای تأمین انرژی است که در گلخانه‌ها متداول هستند. بیشترین انرژی مورد نیاز در گلخانه انرژی حرارتی و برودتی است و انرژی مورد نیاز برای مصارف الکتریکی گلخانه‌ها حجم بسیار کمی است. این روزها بخشی از حرارت مورد نیاز گلخانه‌ها در روز از طریق آینه‌های تابش و تجمیع نور از سقف فراهم می‌شود.
مصرف حرارت و برق در گلخانه
بر اساس اطلاعاتی که تیم سرباغ از موسسه تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی دریافت کرده ، یک گلخانه یک هکتاری 100 کیلووات برق و 3 مگاوات حرارت (در زمستان) و 400 تا 500 تن برودت (حدود 1.7 مگاوات) (در تابستان) نیاز دارد.
میکروتوربین
میکروتوربین یکی از مناسب‌ترین سیستمهای تأمین انرژی گلخانه‌هاست. میکروتوربین در نوع تولید همزمان حرارت و برق CHP و تولید همزمان برودت ، حرارت و برق CCHP در گلخانه کاربرد دارد. از آنجایی که میکروتوربین دو برابر برق تولیدی انرژی حرارتی و برودتی تولید می‌کند برای گلخانه مناسب‌تر از سایر سیستمهاست. تنها ایراد عمده این سیستم قیمت بالای آن است که برای یافتن مدل اقتصادی نیاز به همکاری وزارتخانه‌ها و سازمانهای مختلف داریم.
در کشور ما در بازار انرژی مرسوم ممکن است سایر تکنولوژیها اقتصادی‌تر باشند اما وقتی صحبت از بازار انرژی محیط زیست مطرح می‌شود ، قطعاً میکروتوربین جایگاه ویژه‌ای خواهد داشت.
بر اساس مدل مصرف انرژی اشاره شده در بالا و تجربه اساتید مرکز تحقیقات کشاورزی کرج به نظر می‌رسد 10 دستگاه میکروتوربین با اضافه شدن چند یونیت هیتر و یک سیستم خنک کننده کمکی برای یک هکتار گلخانه کافی باشد. البته 90 درصد برق تولیدی مازاد خواهد بود (900 کیلووات) که می تواند در شبکه عرضه شود. به این ترتیب در صورت اقتصادی بودن طرح، مدل کسب و کار نیروگاه – گلخانه در کشور شکل خواهد گرفت.
تعیین تعداد میکروتوربین باید به گونه‌ای باشد که در بار حداکثر ، هرگز حرارت مازاد یا برودت مازاد در هیچ فصلی و در هیچ ساعتی در گلخانه تولید نشود. و از سوی دیگر ، کسری حرارت و برودت در ساعتهایی از روز با سیستمهای کمکی جبران شود.
با توجه به اینکه میکروتوربین می تواند با سوخت بیوگاز و حتی زباله یا مازاد هرس درختان (در مدل احتراق بیرونی – EFGT) تغذیه شود، شاید بتوان مزایای بیشتری در بکاربردن میکروتوربین در گلخانه‌ها دست پیدا کرد.
یکی دیگر از مزایای میکروتوربین برای گلخانه امکان تزریق گاز کربنیک داغ به جای آب گرم است که می‌تواند برای گلخانه مفید باشد.
میکروتوربین آنسالدو AE-T100
آنسالدو ایتالیا و کپستون آمریکا تولید کنندگان شناخته شده میکروتوربین در دنیا هستند. آنسالدو یکی از بزرگترین سازنده‌های توربین در سطح دنیاست و طی بیش از 170 سال سابقه رقابت تنگاتنگی با جنرال الکتریک آمریکا و زیمنس آلمان داشته است.
مدل تجاری میکروتوربین آنسالدو بر اساس تحقیقات صورت گرفته 100 کیلووات برق و 200 کیلووات حرارت تولید می‌کند. میکرو توربین آنسالدو در سه مدل سوخت گاز طبیعی AE-T100NG سوخت بیوگاز AE-T100B و با سیستم احتراق بیرونی EFMGT مدل AE-T100E هستند. متداول ترین مدل میکروتوربین با سوخت گاز طبیعی است. این مدل ۱۰۰ کیلووات برق و ۲۰۰ کیلووات حرارت تولید می کند. بر اساس بررسی های فنی اقتصادی بهترین راه حل برای گلخانه ای یک هکتاری استفاده از ۱۰ میکروتوربین AE-T100NG است. این ترکیب یک مگاوات برق تولید می کند که می تواند ۹۰۰ کیلووات آن را به شبکه تزریق کند و ۲ مگاوات حرارت تولید می کند یا به همین میزان می تواند برودت تولید کند. در سردترین روزهای سال فقط باید یک مگاوات یونیت هیتر به سیستم اضافه کرد و سرمای آن هم که مازاد است و می تواند از مازاد سرما ، سردخانه کوچکی را هم تأمین کرد.
در کنار دریا معمولا سوخت انتخابی هیدروژنی است که از الکترولیز آب دریا حاصل می شود. در دامداریها عمدتا از مدل بیوگاز استفاده می کنند. در گلخانه ها از هر سه مدل گاز طبیعی و بیوگاز و احتراق بیرونی استفاده می شود.
مدل احتراق خارجی می تواند زباله سوز یا چوب سوز باشد و لذا در مزارع با سوزاندن چوبهای حاصل از هرس و زباله های خود مزرعه و روستای مجاور می توان برق و حرارت و برودت تولید کرد.
ویژگیهای میکروتوربین آنسالدو
- راندمان برق – حرارت ۹۰ درصد
- بدون نیاز به خنک کننده
- بدون نیاز به روغن جهت روانکاری
- کمترین تلفات مکانیکی و قابلیت بی نظیر در بازیافت حرارتی
- قابلیت استفاده از اغلب سوخت های موجود در طبیعت
- امکان تأمین انرژی به شکل هایبرید و ترکیب با سامانه های خورشیدی ، بادی و بخار و سایر حرارتی با هدف افزایش راندمان متوسط
- خروجی حرارت بالا تقریبا دو برابر سایر تکنولوژیها با نسبت حرارت به برق ۲
- بسیار مناسب برای مدل انرژی گلخانه و صنعت کشاورزی و غذا
- قابلیت استفاده در فرآیندهای فرآوری کشاورزی و صنایع غذایی
مصرف سوخت و تولید انرژی
میکروتوربین آنسالدو تقریباً 34 مترمکعب در ساعت (معادل 333 کیلووات) گاز مصرف می‌کند و 100 کیلووات الکتریکی و 200 کیلووات حرارت تولید می‌کند.
تحلیل اقتصادی کاربرد میکروتوربین در گلخانه
با توجه به افزایش قیمت کم سابقه قیمت تجهیزات تولیدی خصوصاً در حوزه انرژی در دنیا موضوع اقتصادی بودن توربین‌های راندمان بالا کمی با چالش مواجه شده است. در حال حاضر قیمت میکروتوربین برای هر کیلووات تولیدی الکتریسیته و حرارت به 600 دلار نزدیک شده است. در کشور ما این رقم – خصوصاً با توجه به اینکه دو سوم تولید میکروتوربین حرارت است و با عنایت به قیمت ناچیز گاز در کشور – بالا به نظر می‌رسد.
برای اقتصادی شدن کاربرد این تکنولوژی مدرن و پاک در صنعت گلخانه می‌بایست همکاری صنعت نیرو برای رسیدن به راهکاری مناسب جلب شود. از سوی دیگر انتقال تکنولوژی و ساخت داخل این محصول و صادرات آن به خارج کشور کمک مؤثری به دو صنعت نیرو و کشاورزی خواهد کرد.
برنامه ساخت گلخانه در کشور
بر اساس پیش بینی برنامه هفتم توسعه ، کشور در پایان برنامه 150،000 هکتار گلخانه خواهد داشت. یعنی اگر 10 درصد این ظرفیت را مجهز به میکروتوربین کنیم (خصوصاً در نقاط سردسیر و گرمسیر) 13،500 مگاوات به ظرفیت نیروگاهی کشور با راندمان 90 درصد افزوده می‌شود. این میزان راندمان اثر بسیار چشمگیری در مصرف گاز در گلخانه‌ها و حتی در نیروگاهها خواهد داشت.
منابع :
- مؤسسه تحقیقات مهندسی کشاورزی
- سایت شرکت آنسالدو انرژیا ایتالیا
- اقتباس آزاد از طرح شهر شن باد
- ایده باغ میوه خانواده
- راهنمای جامع مدیریت مصرف انرژی در گلخانه‌ها – 1399