انرژی امواج

[M!Zare 48037]

تاکنون تلاش هاي بشر براي دستيابي به انرژي هاي تجديد پذير، حول محور توربين هاي بادي و صفحات خورشيدي متمرکز شده است. اما چرا قدرت عظيم نهفته در امواج دريا مورد بي اعتنايي و کم توجهي دانشمندان قرار گرفته است؟

تحقيقات نظري در اين باره حکايت از آن دارد که با فعال سازي بخش ناچيزي از قدرت نهفته در اقيانوس ها و درياها، مي توان تمام نياز جهان به انرژي الکتريسيته را تأمين کرد. با اين همه، پياده کردن ايده توليد انرژي از امواج دريا با پيچيدگي ها و دشواري هاي زيادي در عرصه عمل همراه خواهد بود.

[M!Zare 48037]

عينيت بخشيدن به رؤياي توليد انرژي از محل کنترل امواج دريا از اکتبر سال 2007 آغاز شد. در اين تاريخ، نخستين مرکز تجاري انرژي امواج در سواحل پرتغال تأسيس شد. در اين مرکز، سه تيوب مار مانند در جهت امواج سهمگين اقيانوسي که بر سواحل پرتقال فرود مي آيند، نصب شده است که قادر به جذب قدرت کوبنده امواج و تبديل آن به انرژي الکتريکي هستند.

 

در ماه دسامبر سال 2007، شرکت آمريکايي Pacific Gas an Electric، موافقت نامه خريد الکتريسيته را با مرکز توليد انرژي کاليفرنيا که از سال 2012 فعاليت عملياتي اش را

آغاز خواهد کرد، امضا کرد.علاوه بر اين، چند برنامه ملي و بين المللي براي ايجاد مراکز توليد انرژي امواج در ساير نقاط جهان در دست بررسي و اجراست.

 

مروری بر گذشته

 

ايده توليد انرژي از امواح دريا، از قرن هيجدهم به ذهن بشر رسيد؛ اما تا سال هاي مياني دهه 1970 اقدامات عملي خاص براي توليد انرژي از طريق مهار امواج دريا صورت نگرفت. پس از بروز بحران نفتي در اين سال ها بود که دولتمردان و دانشمندان به لزوم استفاده از منابع جايگزين انرژي پي بردند و در اين راستا دست به اقدامات گسترده اي زدند. مهم ترين گام در اين عرصه را "استفن سالتر"، از مهندسان مبتکر در دانشگاه ادينبورگ اسکاتلند، برداشت.

 

او يک ژنراتور مخصوص امواج دريا موسوم به "سالترداک" اختراع کرد که شامل چند مخزن شناور و انعطاف پذير بود که هرکدام به اندازه يک خانه کوچک بودند و به صورت متصل به هم بر روي سطح دريا رها مي شدند. بابرخورد امواج به اين مخازن، هرکدام از آن ها به مانند گهواره تکان خورده و انرژي مکانيکي قابل توجهي توليد مي کردند که به وسيله بازوهاي هيدروليکي تعبيه شده در درون اين مخازن، اين انرژي به حرکت چرخشي تبديل و سبب چرخاندن ژنراتور مي شد. بر اساس ادعاي طراحان اين سيستم، هرکدام از اين مخازن قادر به توليد 6 مگاوات الکتريسيته بودند که برق 4 هزار خانه را تأمين مي کرد.

[M!Zare 48037]

برآوردهاي اوليه در مورد هزينه توليد برق از اين طريق، نزديک به يک دلار براي توليد هر کيلووات ساعت بود که بسيار بيشتر از هزينه برق هسته اي (گران قيمت ترين منبع توليد برق) در آن زمان بود. با اين همه، دکتر سالتر و گروه تحقيقاتي اش توانستند با بهبود و تقويت طرح خود، تا حد قابل ملاحظه اي از هزينه توليد برق با استفاده از روش ابداعي خود بکاهند و هزينه آن را هم تراز با برق هسته اي کنند. اما اين پيشرفت ها مانع از آن نشد که اين برنامه در سال 1982 توسط دولت انگلستان متوقف نشود. هرچند دليل اصلي و رسمي تعطيلي اين پروژه هيچ گاه به صورت علني اعلام نشد، اما بسياري از کارشناسان و آگاهان امر بر اين اعتقادند که مخالفان اصلي ادامه يافتن اين طرح، دست اندرکاران و سهامداران ذي نفع در بخش هسته اي در نهادهاي حکومتي و قانون گذاري انگلستان بودند که گسترش برنامه انرژي امواج را به زيان خود مي ديدند.

 

متأسفانه مخازن طراحي شده توسط سالتر هيچ گاه به درياها و اقيانوس ها فرستاده نشد؛ اما عاملي شد براي شکل گرفتن ايده هايي نو در زمينه استفاده بهينه از قدرت امواج دريا. به عنوان نمونه، يکي از دانشجويان قديمي دکتر سالتر توانسته است راه استادش را ادامه دهد و با اختراع يک ابزار جالب و پرکاربرد، رؤياي استادش را به واقعيت نزديک تر کند.

[M!Zare 48037]

او در حال نصب تأسيساتي در نواحي اسکاتلند، انگلستان و پرتغال است که هرکدام مشتمل بر سه مخزن مخصوص توليد برق با کمک امواج به ظرفيت 750 مگاوات هستند. اين سه مخزن که طول هرکدام نزذيک به 140 متر است، از جهات مختلف به هم متصل هستند و با وارد آمدن امواج بر هر کدام از آنها، هرسه مخزن به طور هم زمان و به شدت به هم برخورد مي کنند که حاصل اين برخوردها، توليد نيرويي است که به وسيله اهرم هاي هيدروليک براي به چرخش درآوردن ژنراتورها و توربين هاي نصب شده در ميان اين مخازن مورد استفاده قرار مي گيرد.

 

نکته جالب و درعين حال تعجب برانگيز در مورد اين تأسيسات اين است که توليد برق با بهره گيري از امواج کوچک تر و ضعيف تر دريا (به ويژه در مناطق نزديک به ساحل) به مراتب آسان تر و مقرون به صرفه تر است و طراحان اين تأسيسات از قرار دادن آن در قسمت هاي توفان خيز و پرتلاطم درياها و اقيانوس ها پرهيز مي کنند. زيرا از در هم شکستن و نابودي مخازن در نتيجه وارد آمدن امواح سهمگين، مي هراسند.

[M!Zare 48037]

شرکت انرژي هاي تجديدپذير "ونکوور"، از ديگر پيشگامان عرصه توليد انرژي از امواج دريا به شمار مي آيد. اين شرکت، مجموعه اي را طراحي کرده و ساخته است که با روشي متفاوت با روش دکتر سالتر کار مي کند و اخيرا در سواحل کاليفرنيا مورد آزمايش قرار گرفته است. اين مجموعه شامل چندين لوله 25 متري است که به صورت عمودي بين کف و سطح دريا قرار مي گيرند و با وارد آمدن هر موج به بالا و پايين حرکت مي کنند؛ که اين حرکت موجب چرخش توربين ها و ژنراتورهاي برق نصب شده در مجموعه مي شود.

 

 

در نقطه ديگري از جهان، در سواحل اسکاتلند، شرکت "آکوامارين پاور" از ساختاري متفاوت براي توليد برق از امواج دريا استفاده کرده است. تأسيسات توليد انرژي موجي "اويستر" شامل يک سري استوانه هاي چرخنده به ارتفاع 12 متر و پهناي 18 متر است که در مناطق کم عمق نزديک به ساحل نصب مي شوند و با برخورد امواج به آن ها، به عقب و جلو حرکت مي کنند و با حرکت خود، پيستون هايي را که وظيفه چرخاندن ژنراتورهاي هيدروليک رابر عهده دارند، به حرکت در مي آورند. اين ژنراتورها که بر روي خشکي مستقر هستند، قابل اتصال به چندين استوانه به طور همزمان بوده و بيش از 600 کيلووات برق توليد مي کنند. نمونه اوليه اين تأسيسات در تابستان سال 2008 در سواحل اورکني مورد آزمايش قرار گرفت.

[M!Zare 48037]

در بخش ديگري از سواحل اسکاتلند، شرکت "ويوگن" با همکاري شرکت آلماني "ووس سيمنس هايدرو" يک مجموعه تأسيسات ساحلي طراحي کرده و ساخته است که با روشي بديع و مبتکرانه، انرژي ناشي از فرود آمدن امواج دريا بر ساحل را به انرژي الکتريکي تبديل مي کند. اين تأسيسات که ليمپت نام دارد، از يک سري اتاقک هايي تشکيل شده است که لب ساحل ساخته مي شود. اين اتاقک ها فاقد کف هستند و آب دريا مي تواند وارد آنها شود. در زماني که موج هاي بزرگ از دريا به سمت ساحل حرکت مي کنند، آب با فشار وارد اين اتقک ها شده و هواي درون آن ها را به سمت بالا هل مي دهد. اين اتقال هوا از پايين به بالا، موجب چرخيدن توربين هاي حساسي مي شود که در سقف اتاقک ها تعبيه شده اند. پس از عقب نشيني آب از درون اتاقک ها و تخليه آب، هوايي که به سمت بالا رانده شده بود مجددا به سمت پايين حرکت کرده و دوباره توربين ها را به چرخش در مي آورد؛ و اين روند با وارد آمدن هر موج به ساحل، تکرار مي شود.

 

مزيت اصلي اين روش نسبت به روش هاي ديگري که پيش از اين بدان ها اشاره کرديم، در استقرار تمامي تأسيسات بر روي خشکي و بالا بودن ضريب امنيتي تأسيسات در برابر توفان هاست. هم اکنون شرکت ليمپت سه اتاقک در ساحل ايسلي اسکاتلند مستقر کرده است که هرکدام قادر به توليد 300 کيلووات برق هستند.

 

برگرفته از مجله علمی پزشکی سیب

[M!Zare 48037]

در تصویر بالا، با آمدن امواج، هوا از دریچه بالا رفته و باعث چرخش توربین میشه و از سمت دیگر خارج می شود. از جهت دیگر با پایین آمدن ارتفاع آب ،هوا از طریق دریچه هایی که در مرحله قبلی بسته است به پایین کشیده میشود و باز باعث چرخش توربین می شود.

[M!Zare 48037]

 

در این تصویر، از طریق جزر و مد هوای داخل محفظه متراکم می شود و باعث چرخش توربین می شود.

[M!Zare 48037]

 

این تصویر ستون آب متناوب را نمایش می دهد.آب ورودی به ستون باعث بالا رفتن هوای متراکم شده و چرخش توربین می شود.با بازگشت آب و کاهش فشار هوا، توربین همچنان در همان جهت می چرخد و الکتریسیته تولید می شود.

 

تصویر بعدی یک نمونه ساخته شده در اسکاتلند را نمایش میدهد.LIMPET که در سال 2000 نصب شده است.این سیستم ماکزیمم 500 کیلووات (دو توربین 250 کیلووات) می تواند تولید کند و برای نواحی ساحلی و موج شکن مناسب است.

[M!Zare 48037]

 

TAPCHAN:در این سیستم که برای نواحی صخره ای یا ارتفاعاتی با حداقل ارتفاع 1 متر مناسب است، آب از طریق مجرایی که کم کم تنگ می شود وارد مخزن می شود و در آنجا مانند روش هیدروالکتریک با چرخش یک توربین کاپلان الکتریسیته تولید می کند. این روش هزینه کمی دارد و قابلیت واقعی سازی را دارد.

[M!Zare 48037]

WaveRoller: صفحه ای است که به کف دریا توسط قسمت نازک ترش متصل می شود و با حرکت امواج، لولای نصب شده در پایین صفحه باعث عقب و جلو رفتن آن می شود. انرژی مکانیکی صفحه به پمپ پیستونی که به آن متصل منتقل می شود. و از طریق ژنراتو و یا توربین/ژنراتور الکتریسیته تولید می کند.

 

یک نمونه در اسکاتلند در سال 2005 مورد استفاده قرار گرفت و برای هر صفحه آن 13 کیلو وات تخمین زده شد. و هزینه تولید آن 2100 یورو برای هر کیلوات، تصویر ان در پایین نمایش داده شده است.

 

[M!Zare 48037]

Pelamis:یک ساختار مفصلی نیمه غوطه ور است که توسط لولا به هم متصل شده اند و حرکت این مفصل ها باعث پمپ کردن روغن فشار بالا در مفصل ها می شود. موتور یک ژنراتور را برای تولید الکتریسیته به حرکت در می آورد.

از یک نمونه آزمایشگاهی با طول 120 متر و قطر 3.5 متر که سه بخش تبدیل توان داشت 750 کیلووات توان(هر بخش 250کیلو وات) گرفته شد.

[M!Zare 48037]

Salter Duck: یک روش دیگر برای تولید انرژی استفاده از این ابزار شناور است. که از طریق حرکت هماهنگ بخش شناور ابزار (بر خلاف سیستم های ثابت که از یک توربین که توسط حرکت امواج انرژی میگیرد، استفاده می کنند) الکتریسیته تولید می کند.

در این شیوه با حرکت موج ابزار بالا می رود و به پایین می افتد و از طریق این حرکت الکتریسیته تولید می شود. با چرخش Duck سیال هیدرولیکی پمپ می شود و یک موتور هیدرولیکی را به حرکت در میاره که در چرخش خود باعث حرکت ژنراتور الکتریسیته می شود.

[M!Zare 48037]

 

 

Wave Dragon:در این شیوه امواج اقیانوس به مخزنی بالاتر از سطح دریا بالا برده می شود و آب خروجی از تعدادی توربین می گذرد و الکتریسیته تولید می شود.این ساختار بسیار ساده است و تنها بخش متحرک آن توربین است.عملکرد آن در داخل دریا و تحت نیروهای زیاد و رسوب مناسب است.

 

 

 

[M!Zare 48037]

Archimedes Wave Swing : این سیستم شامل دو استوانه است. یکی در بستر دریا ثابت شده است و دیگری بر روی امواج بالا و پایین می رود. حرکت شناور متعادل می شود و الکتریسیته تولید می شود.

ورودی AWS توسط هوا پر می شود و هنگامی که پایین می رود تحت فشار قرار می گیرد و در نتیجه نیروی متقابلی شکل میگیرد که باعث می شود سیلندر بالا رود.

[M!Zare 48037]

PowerBuoy: در این سیستم انرژی امواج به یک انرژی مکانیکی کنترل شده که یک ژنراتور الکتریکی را به حرکت در می آورد تبدیل می شود.

توان AC تولیدی به توان DC ولتاژ بالا تبدیل می شود و توسط کابل هایی به ساحل منتقل می شود. این سیستم سنسورهایی دارد که عملکرد و محیط اطراف اقیانوس را نمایش می دهد.

[M!Zare 48037]

مقاله ای جامع در مورد انرژی امواج

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

[M!Zare 48037]

این مقاله نیز در مورد انرژی امواج است توسط دوستان ایرانی در مورد دریای عمان نوشته شده و در ژورنال isi چاپ شده است.

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

[M!Zare 48037]

مطالب زیر بر گرفته از سایت ایران پژوهش در مورد انرژی جزر و مد است.

 

نیروهای گرانشی مابین ماه و خورشید و زمین سبب بالا و پایین رفتن منظم آب اقیانوس ها در سراسر جهان گردیده که نتیجه آن امواج جزر و مدی می باشد. ماه نیرویی بیش از دو برابر نیرویی که خورشید بر امواج جزر و مد ﺗﺄثیر می گذارد اعمال می کند. در نتیجه جزر و مد به وضوح تابعی است از گردش ماه به دور زمین . ایجاد موج در روز و سیکل جزر در سطح هر جزئی از اقیانوس وجود دارد. دامنه ارتفاع موج جزر و مد در اقیانوسهای آزاد در جایی که چندین سانتی متر آشفتگی در مرکز موج بالغ بر صدها کیلومتر آشفتگی می شود بسیار کم است.

[M!Zare 48037]

به هر حال موج می تواند مطابق دستورالعمل خاصی زمانی که به نواحی اقلیمی می رسد افزایش پیدا کند و حجم عظیمی از آب را به فواصل کوچک رودخانه ها و دهانه ی رودها در دیوار ساحلی سرازیر نماید.

 

برای نمونه جزرومد در دهانه رودخانه فاندی در کانادا با دامنه ای در حدود ۱۶و ۱۷ متر از کرانه دریا در دنیا ازسایر نواحی بیشتر است.

جزر و مدهای عظیم از این نوع را در سایر نواحی در سراسر جهان می توان مشاهده نمود. نظیر کانال بریستول در انگلستان. ساحل کیمبرلی در استرالیا و دریای اخوستسک در روسیه. جدول 1 شامل گستره ی دامنه ی جزر و مد در مناطق با موج بلند است.