چکیده :
با توجه به افزایش جمعیت در کره ی زمین و نیاز روز افزون بشر به انرژی مخصوصاً انرژی الکتریکی پیش بینی می شود . برق اتمی و برق حاصله از انرژی های نو سهم بیشتری در تأمین انرژی الکتریکی مورد نیاز بشر در سال های آینده را داشته باشند از میان منابع انرژی تجدید شونده ، انرژی دریاها و اقیانوس ها منبعی است بسیار عظیم که علاوه بر تأمین نیازهای انرژی قادر است بخش قابل توجهی از احتیاجات غذایی بشر را در دهه های آینده تأمین کند . منابع باستانی همچون نفت ، گاز و زغال سنگ علاوه بر اینکه تجدید پذیر نیستند باعث آلودگی محیط نیز می شوند .
1-انرژی جزر و مد
به طور کلی برای استفاده از انرژی جزر و مدی از سد جزر و مدی استفاده می کنند که در عرض یک خلیج یا مدخل یک رودخانه جایی که تغییرات گسترده ی جزر و مدی مناسب و کافی است ، ساخته می شوند . این سدها معمولاً از یک سری صندوق های پیش ساخته از جنس بتون یا فولاد ساخته شده اند که در مکان مناسب در مدخل رودخانه یا خلیج به همراه توربین ها قرار می گیرند قسمت هایی از سد برای عبور قایق های کوچک و یا کشتی ها به صورت متحرک ساخته شده است برای یک سد جزر و مدی سه روش عملکردی وجود دارد.
الف) ساده ترین روش در دوره ی عقب نشینی یا پایین آمدگی آب دریا می باشد. تولید الکتریسیته هنگامی که آب از میان توربین ها از حوضچه به دریا جریان می یابد، ممکن می شود . در واقع سد دارای دریچه هایی است که اجازه می دهد هنگام مد آب عبور کرده و حوضچه پر شود. سپس به هنگام توقف جزر و مد دریچه ها بسته شده و آب جمع شده در حوضچه ایجاد یک ارتفاع هیدروستاتیک می کند به هنگام پایین آمدن آب دریا دریچه ها باز شده و آب از حوضچه به سمت توربین ها جریان می یابد و تولید الکتریسیته می کند تا جایی که تراز آب حوضچه کاهش یابد . دوباره دریچه ها بسته شده تا جزر و مد بعدی اتفاق افتد و این چرخه تکرار شود .
ب)دوره ی سیلان یا بالا آمدگی آب دریا که شامل یک چرخه ی معکوس است در این روش تراز آب حوضچه به پایین تراز تراز متوسط دریا کاهش می یابد که به طور جدی می تواند نتایجی برای شناور سدها و اثرات اکولوژیکی داشته باشد .
ج) دوره ی دوگانه سیلان و عقب نشینی نیز عملی است . این روش معمولاً انرژی بیشتری تولید نمی کند و پیچیدگی های بیشتری دارد و از توربین های برگشت پذیر استفاده می شود.
که در آن A مساحت قطعه بر حسب متر مربع ، P چگالی آب بر حسب کیلوگرم بر متر مکعب و cd ضریب تخلیه می باشد ضریب تخلیه برای محدود کردن اثر عبور جریان از میان سد می باشد. این معادله اختلاف بین بین تراز های آب دریا و حوضچه را هنگام محاسبه انرژی تولیدی نشان می دهد.
2- انرژی امواج:
انرژی امواج نتیجه ی تأثیر باد روی اقیانوس ها و دریاهاست . در واقع باد که در اثر اختلاف دمای زمین تولید شده با وزش روی محیط های آبی قسمتی از انرژی اش تبدیل به انرژی موج می گردد. میزان انرژی منتقل شده به موج بستگی به سرعت باد ، مدّت زمان برای هر وزش باد و فاصله ای که باد روی آب می وزد ( طول بادگیر) دارد.
انرژی امواج سطحی به دو صورت پتانسیل و جنبشی می باشد. کل انرژی بر واحد عرض تابع موج به شکل رابطه ی 1 می باشدکه در آن H ارتفاع موج ، L طول موج و لا وزن مخصوص آب دریاست.
توان قابل دسترس در دریاهای واقعی در آب های عمیق به صورت توان بر واحد طول در عرض تابع موج بیان شده است که P بر حسب کیلو وات بر متر، بر حسب متر و ثانیه می باشند.
در آب های عمیق که طول موج کوچک تر از نصف عمق آب است امواج انرژی شان را به آهستگی از دست می دهند . پس می توان با کمترین استهلاک انرژی در فواصل دور به صورت امواج مرده به پیش روند. بنابراین سواحلی با طول بادگیرهای بزرگ و بیشترین جهت باد غالب برای داشتن بیشترین شرایط تحصیل انرژی امواج اساساً بین عرض جغرافیایی 40 تا 60 در نیمکره ی شمالی و جنوبی مانند سواحل غربی آمریکا، اروپا به خصوص انگلستان، استرالیا و نیوزیلند مناسب می باشند . توان نیروگاه های موجی در جهان 1-10TW تضمین زده شده است و در مناطق معتدل بین 30 تا 60 درجه توان متوسط سالیانه بین 20 تا 70 کیلو وات بر متر پیدا شده است البته این تخمین با توجه به پدیده های موجی مختلف محاسبه شده است .
الف) دستگاه نوسان کننده ستون آب OWC
OWC شامل یک بدنه ی محکم فولادی است که در بستر دریا نصب می شود . داخل آن بالای سطح آزاد آب هوا به دام افتاده است . با حرکت نوسانی آب توسط امواج ، هوا از میان یک توربین عبور کرده و ژنراتور را به حرکت در می آورد .
ب) دستگاه لوله دار چرخان:
این دستگاه از صفحات شناور استوانه ای شکل که با لوله به هم متصل شده اند تشکیل شده و حرکت امواج را دنبال می کند. حرکت امواج در لوله ها ، پیستون های هیدرولیک ، در نتیجه ژنراتورها را برای تولید انرژی حرکت می دهد .
معمولاً برای تولید 750 کیلو وات توان یک دستگاه 5 قطعه ای با 150 متر طول، 5/3 متر عرض ساخته می شود و توسط کابل ها در دریا مهار می گردد .
ج) دستگاه شناور مهار شده در آب
نمونه ای از این دستگاه به نام rocking duck از چرخش مولکولی آب به دنبال عبور امواج از آن استفاده می کند این اردک های شناور به شکل استوانه ای به قطر 10 متر و درازای 16 متر طوری ساخته شده اند که وقتی امواج شکسته می شوند پایداری شان حفظ می گردد. این اردک ها به کابلی به بلندی 1km متصل شده اند و در عمقی کمتر از 80 متر روی آب آزادانه شناورند . در هر اردک 48 پمپ هیدرولیک برای تبدیل انرژی امواج به الکتریسیته وجود دارد . این اردک ها توانایی بهره برداری 85 % انرژی امواج را دارند .
3-انرژی جریانات دریایی:
استفاده از انرژی جریانات اقیانوسی با استفاده از تکنیک های شبیه به استخراج انرژی از باد ابتدا در اروپا به طور تئوری مطرح شد. توان کلی جزئیات اقیانوسی حدود 5Tw تخمین زده شده که همان مقدار مصرف الکتریسیته جهانی است. البته بهره برداری از انرژی جریانات فقط در محیط هایی که جریانات متمرکز شده اند مانند تنگه ها و آبراهه های باریک بین جزایر و خشکی ها عملی است. بنابراین فقط یک قسمت کوچک از این انرژی می تواند به الکتریسیته با شکل های دیگر انرژی تبدیل گردد.
به طور کلی جریانات اقیانوسی دو دسته اند : 1- جریانات جزر و مدی 2- جریانات غیر جزر و مدی
جریانات جزر و مدی جریان سریع توده های آب در اثر حرکت جزر و مد هستند که معمولاً در مناطق کم عمق دریا اتفاق افتاده و سرعت جریان آب را بالا می برد. فناوری مورد استفاده شبیه به انرژی باد است با این تفاوت که چون آب 800 بار چگال تر از هواست و آهنگ جریان کندتری دارد توربین، نیرو و گشتاور بزرگتری را تحمل می کند بنابراین توربین هم باید قادر به تولید انرژی و هم مقاوم در مقابل فشار باشد . جریانات غیر جزر و مدی توسط یک عملکرد پیچیده جذب سطحی تابش خورشیدی در اقیانوس و اتمسفر اتفاق می افتد با توجه به چرخش زمین تمرکز این جریانات در مرزهای غربی اقیانوس هاست . جریان گلف استریم در اقیانوس اطلس ، جریان کوروشیو در ژاپن و جریان سومالی در سواحل شرقی آفریقا از مهم ترین جریانات می باشد . توان یک جریان با رابطه ی 2 محاسبه می شود که در آن A سطح مقطع پره توربین ، چگالی آب و V سرعت جریان است.
برای جریانات جزر و مدی نزدیک ساحل در مدخل رودها و کانال ها بین جزایر خشکی ها ، سرعت به صورت سینوسی تغییر می کند . در جاهایی که سرعت بیشینه در جریان بالغ بر 1/5m/s و با 1<1/5 می باشد بهره برداری از انرژی جریانات جزر و مدی کار آمدتر است . برای جریانات جزر و مدی در بیشتر مکان ها بازده 50-40% و برای جریانات غیر جزر و مدی بازده 80% پیشنهاد شده است . هر چند هنوز اطلاعات در مورد جریانات دریایی کامل نشده اما ارزیابی ها به طور جامع و وسیع ادامه دارد . تکنیکی که برای بهره برداری انرژی جریانات اقیانوسی در نظر گرفته شده استفاده از یک توربین چرخان مانند آسیاب بادی است که در بستر دریا یا معلق در آب متصل به یک صفحه شناور قرار می گیرد.
کاربرد دستگاه owc در خلیج فارس:
سیستم از داده های جذب انرژی امواج دریا در خلیج فارس مورد بررسی قرار گرفته و با توجه به مشخصات امواج با استفاده از داده های باد برای 7 منطقه، سیستم owc با بیشترین توان خروجی در بین سیستم های انتخاب شده است . 7 منطقه ی مورد نظر کیش ، ماهشهر ، بندر عباس ، بندر بوشهر ، بندر لنگه ، جزیره ی ابو موسی ، جزیره ی سری می باشد بیشترین توان در واحد عرضی موج مربوط به جزیره کیش و بندر ماه شهر و کمترین توان مربوط به جزیره ابو موسی و سیری می باشد . همچنین میزان انرژی در منطقه چاه بهار به طور جداگانه مورد بررسی قرار گرفت و نتیجه شد که این منطقه نیز از میزان انرژی پایینی برخوردار است و به طور کلی دریای عمان به دلیل داشتن طول حوزه بادگیر مناسب و همچنین وزش مستمر باد در برخی از فصول سال نسبت به خلیج فارس دارای متوسط انرژی ماهیانه به مراتب بیشتری برخوردار می باشد .
توان در واحد عرض موج در 7 منطقه از خلیج فارس
| جزیره کیش | بندر ماه شهر | بندر عباس | بندر بوشهر | بندر لنگه | جزیره ابو موسی | جزیره سیری |
| 481/6 | 844/4 | 156/4 | 700/3 | 576/3 | 59/30 | 826/2 |
با توجه به ارزیابی های انجام شده ظرفیت تولیدی نیروگاه امواج 195/3mw می باشد که نسبت به نیاز کشور به نسبت 1% کم است و استفاده از انرژی امواج به طور کلی با ژنراتورهای معمول در منطقه خلیج فارس و دریای عمان مقرون به صرفه نیست .
نتیجه گیری:
با توجه به تجارب و مطالعات انجام شده ، بهره برداری از انرژی امواج در سطح گسترده با استفاده از ژنراتورهای خاص امکان پذیر می باشد لازم است این امر در راستای استحصال انرژی عظیم امواج در وسعت سواحل شمال و جنوب ایران نیز مورد توجه واقع گردد . استفاده از ژنراتورهای مناسب بویژه ژنراتور القایی در توربین برق امواج و عملکرد ژنراتورهای القایی متصل به شبکه در نیروگاه های برق امواج و مسائل مربوط به این گونه نیروگاهها شناسایی شده و برنامه توسعه ی بهره برداری انرژی امواج در مجموعه انرژی های تجدید پذیر را در اولویت بالاتری قرار داد همچنین در مناطق تجاری و توریستی به خصوص سواحل جنوبی خزر استفاده از سیستم تهویه مطبوع وابسته به آب دریا بسیار مهم است و امید می رود در آینده این سیستم ها در سواحل شمالی کشور کاربرد داشته باشند .
از:physics.ard.googlepages.com
هیچ نظری موجود نیست:
ارسال یک نظر