معرفی رشته مهندسی انرژی

به عنوان یک تعریف کلی مهندسی انرژی مجموعه ای است شامل دروس نظری و عملی برای تربیت کارشناسان نخبه برای طراحی، توسعه، مدیریت و بهره برداری از سیستم های استخراج، فراورش، تبدیل، انتقال، توزیع و مصرف انرژی.

همچون اکثر رشته های مهندسی، این رشته نیز بر پایه ی دروس ریاضی و فیزیک استوار است که با مقایسه­ی واحد های ارائه شده در این رشته می توان فهمید که بیشرین مطابقت را با رشته های مهندسی مکانیک و مهندسی شیمی دارد.

رشته ی مهندسی انرژی از دهه 1970 میلادی در دانشگاه ها و مراکز تحقیقاتی آمریکا و کشورهای بزرگ عضو اتحادیه اروپا و برخی کشور های شرق آسیا آغاز شد. در ایران نیز دانشگاه علوم تحقیقات تهران و بعد از آن دانشگاه صنعتی شریف در دهه 1370 خورشیدی اقدام به پذیرش دانشجو در مقطع کارشناسی ارشد کردند که رشته مهندسی انرژی به عنوان یکی از گرایش های رشته مهندسی مکانیک مطرح شد.

مهندسی انرژی حدود 140 واحد درسی دارد که شامل دروس عمومی (22 واحد)، پایه (35 واحد)، اصلی (63 واحد)، اختیاری (16 واحد) و کاراموزی و پروژه (4 واحد) می باشد.

بهینه سازی روش‌های مصرف انرژی، طراحی شیوه‌های تولید و ذخیره انرژی‌های نوین و سازگاری با محیط زیست از عوامل مهمی هستند که در شغل مهندسی انرژی به آن‌ها پرداخته می‌شود. در واقع مهندسان انرژی، از طریق تحقیق، طراحی، مستندسازی و ساخت و ساز، راه‌حل‌هایی را پیاده سازی می‌کنند و اثرات زیست محیطی و هزینه تولید انرژی را کاهش می‌دهند.

مهندسی انرژی دارای 3 گرایش می باشد که به صورت زیر است :

سیستم های انرژی :

در این گرایش به کمک قوانین علوم مکانیک و ترمودینامیک و برق قدرت، جهت گیری فناوری های فعلی به سوی بهینه سازی و حداقل کردن مصرف انرژی می رود. همچنین در این زمینه با فراگیری تکنیک­های شبیه سازی سیستم های ترکیبی، مانند سیستم ترکیبی تولید حرارت و قدرت یا تولید هم زمان، با هدف ارزیابی جایگاه حامل های انرژی فعالیت های زیادی از دیدگاه مهندسی انرژی انجام می شود .

تکنولوژی انرژی :

در این گرایش دانشجویان با روش های طراحی سیستم های تبدیل انرژی پیشرفته و یا سیستم های تولید هم زمان برق و حرارت و برودت آشنا شده و همچنین قابلیت انواع سیستم های انرژی های تجدید پذیر با کمک ابزار های تحلیلی متفاوت نظیر مدل های برنامه­ی ریاضی و … و انجام آزمایش­های تجربی مورد بررسی قرار می­دهند. همچنین دانش آموختگان این رشته می­توانند علاوه بر توسعه­ی دانش فنی در این زمینه، تدوین برنامه های استفاده از فناوری های نوین در کشور را نیز بر عهده بگیرند .

انرژی و محیط زیست :

در این گرایش مطالب مربوط به بکارگیری روش ها و تجهیزات جهت بهره برداری از انرژی های تجدیدپذیر جهت تولید انرژی مورد بررسی و سنجش قرار می گیرد. انرژی خورشیدی، بادی، زمین‌گرمایی، زیست‌توده، هیدروژن و پیل سوختی، اقیانوسی و آبی ازجمله انرژی‌های تجدید پذیر هستند. دانشجویان می توانند با مطالعه و فراگیری مطالب مربوط به تبدیل انرژی های تجدیدپذیر به برق، در کاهش آلودگی محیط زیست و افزایش تولید انرژی و کاهش استفاده از انرژی های فسیلی کمک کنند.

نرم افزارهای تخصصی شغل مهندسی انرژی

آشنایی با نرم‌افزارهای گوناگون عمومی و تخصصی در حوزه مهندسی انرژی، یک ضرورت است. چند مورد از مهم‌ترین نرم‌افزارهای تخصصی این رشته عبارت‌اند از:

• نرم‌افزار ترنسیس (TRANSYS)

نرم‌افزار ترنسیس، یکی از مهم‌ترین ابزارهای شبیه‌سازی انواع سیستم‌های انرژی در دنیا است که در ایران و سایر کشورهای پیشگام در زمینه بهینه سازی مصرف انرژی، مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نرم‌افزار دارای بانک اطلاعات بسیار قوی و شامل طیف گسترده‌ای از سیستم‌ها و تکنولوژی‌ها، از قبیل انواع کلکتورهای خورشیدی (Solar Collector)، سیستم‌های فتوولتائیک (Photovoltaics System)، ساختمان‌ها و بارهای گرمایشی-سرمایشی، انواع سیستم‌های HVAC، انرژی بادی و ژئوترمال (Geothermal) و سیستم‌های CHP است.

• نرم‌افزار انرژی پلاس (EnergyPlus)

این نرم‌افزار به عنوان یکی از مهم‌ترین ابزارهای شبیه سازی انرژی در جهان شناخته می‌شود و کاربرد گسترده‌ای دارد. به واسطه استفاده از این نرم افزار می‌توان سیستم‌های گرمایشی، سرمایشی، روشنایی، تهویه و دیگر جریان‌های انرژی را بررسی کرد.

• نرم‌افزار اپن استودیو (OpenStudio)

اوپن استودیو (OpenStudio) یکی از قدرتمندترین نرم‌افزارهای شبیه‌سازی حرارتی ساختمان است که به عنوان مکمل برای EnergyPlus به کار می‌رود. این نرم‌افزار قابلیت مدل‌سازی و تحلیل بسیاری از خصوصیات ساختمان را دارد.

شایان ذکر است موارد زیر با استفاده از OpenStudio  قابل بررسی هستند:

• محاسبه بار حرارتی ساختمان
• محاسبات سیستم‌های HVAC
• محاسبات روشنایی
• قابلیت آنالیز پارامتریک
• مدل‌سازی انواع سیستم‌های تأسیساتی
• نرم‌افزار بی ای اپت (BEopt)

نرم‌افزار BEopt در زمینه بهینه سازی مصرف انرژی در ساختمان‌ها بسیار مفید است. در واقع فرآیند بهینه سازی ساختمان به شناسایی طرح‌هایی کمک می‌کند که هزینه کل مالکیت را به حداقل و در عین حال صرفه جویی در انرژی را به حداکثر می‌رساند. از طرفی هنگامی که بهینه سازی ساختمان با استفاده از شبیه سازی قبل از شروع ساخت و ساز یا مقاوم سازی انجام می‌شود، اجزا می‌توانند به طور هم‌زمان طراحی شوند که منجر به یک رویکرد یکپارچه در کل ساختمان می‌شود. ساختمان‌های با طراحی کارآمد، باعث کاهش مصرف انرژی و هزینه‌ها می‌شود و در عین حال راحتی و کیفیت را برای ساکنان ساختمان افزایش می‌دهد.

• نرم‌افزار دیزاین بیلدر (Design Builder)

نرم‌افزار Design Builder برای مدل‌سازی ساختمان از جنبه‌های مختلف، مثل مصالح ساختمانی به کار رفته، معماری ساختمان، سیستم‌های سرمایشی و گرمایشی، سیستم روشنایی و… کاربرد داشته و قابلیت مدل‌سازی همه جنبه‌های ساختمان را دارد. از طرفی این ابزار مهندسی، مسائل مربوط به حرارت و برودت، روشنایی، گرمایش سیستم آب را به صورت دینامیکی مدل سازی می‌کند. از دیگر کاربردهای دیزاین بیلدر محاسبه مصرف انرژی روشنایی و مدل سازی CFD بر اساس داده‌های اقلیمی محیط است.

• نرم‌افزار تی سول (T*SOL)

از جنبه‌های مهم شغل مهندسی انرژی، فعالیت در حوزه سیستم‌های مبتنی بر انرژی خورشید است. نرم‌افزار T*SOL برنامه شبیه سازی حرفه‌ای برای طراحی و برنامه ریزی سیستم‌های حرارتی خورشیدی می‌باشد. این ابزار مفید با ارائه‌ی پارامترها و کامپوننت‌های سیستم‌های خورشیدی و همچنین قطعات مرتبط و درگیر با این سیستم‌ها، مانند منبع آب گرم، استخر شنا، فرآیند گرمایشی و تانک‌های بافر، انجام شبیه سازی و محاسبات برای این گونه سیستم‌ها را بسیار آسان‌تر نموده است.

• نرم‌افزار هومر (HOMER)

شاید یکی از شناخته‌شده‌ترین نرم افزارهای شغل مهندسی انرژی که بیشتر در حوزه سیستم‌های انرژی کاربرد دارد، هومر (HOMER) باشد. این نرم افزار به عنوان یک شبیه سازِ سیستم‌های سیکل ترکیبی و انرژی‌های نو مشهور می‌باشد. شایان ذکر است، در حالت کلی نرم افزار HOMER برای تحلیل ریز شبکه‌های مستقل قدرت یا همان میکروگریدها کاربرد دارد. به این ترتیب که به واسطه وجود المان‌های مختلف تولید انرژی شامل توربین‌های بادی، سلول خورشیدی ، پیل سوختی ، الکترولایزر ، تانک هیدروژن و باتری در کنار منابع متداول فسیلی همچون نیروگاه‌های گازی ، دیزلی ، هیدروژنی ، CHPو… می‌توان شبیه سازی سیستم‌های انرژی و سیکل‌های ترکیبی را به خوبی انجام داد.

• نرم‌افزار پی وی سول (PV*SOL)

به کار بردن صفحات خورشیدی از روش‌های نوین تولید انرژی پاک و سازگار با محیط زیست است. از طرفی، طراحی سایت‌های تولید انرژی خورشیدی با توجه به هزینه‌های بالای استفاده از این تکنولوژی نیاز به شبیه سازی را به شدت افزایش می‌دهد. از جمله نرم‌افزارهایی که در حوزه شبیه سازی به کمک مهندسان انرژی می‌آید PV*SOL است. با این نرم افزار می‌توان سیستم‌های مدرن فتوولتاییک را طراحی و شبیه سازی کرد. هم چنین این برنامه یک شبیه سازی پویا با تصویرسازی سه بعدی و تحلیل جزئیات سایه اندازی، به منظور محاسبات سیستم‌های فتوولتاییک ترکیب شده با تجهیزات مصرف کننده انرژی، سیستم‌های ذخیره ساز (باتری) و وسایل نقلیه الکتریکی می‌باشد.

حوزه های کاری شغل مهندسی انرژی

مهندسی انرژی در حوزه تأمین انرژی و مدیریت مصرف آن فعالیت می‌کند. در واقع شاغلین این عرصه با عناوین مختلف در راستای تولید منابع انرژی، در صنایع نفت، گاز و یا مصرف انرژی جدید با جمع‌آوری نیروهای آبی، خورشیدی و بادی مشغول به کار می‌شوند. آن‌ها به طراحی و ساخت تجهیزات جدید و آزمایش آن‌ها می‌پردازند تا راه‌های بهبود بهره برداری و استخراج نفت و کاهش آسیب‌های زیست محیطی و اقتصادی که منشأ آن از استخراج منابع انرژی طبیعی است را پیدا کنند.

لیست موقعیت‌های شغلی و حوزه‌های کاری مهندسین رشته انرژی:

• وزارت نیرو
• وزارت نفت
• سازمان انرژی‌های نو ایران
• شرکت ملی نفت ایران
• شرکت بهینه سازی مصرف سوخت
• سازمان حفاظت از محیط زیست
• سازمان انرژی اتمی ایران
• سازمان بهره‌وری انرژی
• موسسه مطالعات بین‌المللی انرژی
• وزارت صنعت و معدن و تجارت
• توانیر و شرکت‌های برق منطقه‌ای
• وزارت راه و شهرسازی
• نهادهای تصمیم گیری در بخش انرژی کشور

==================================================
مشاور گروه مهندسی انرژی
دکتر مجتبی فروزش
مرتبه علمی: استادیار
مدرک تحصیلی : دکتری مهندسی شیمی
محل اخذ مدرک دکتری: دانشگاه صنعتی سهند تبریز
آدرس پست الکترونیکی: mojtaba.forouzesh90@gmail.com

================================================

چارت درسی مهندسی انرژی