7- منابع انرژی تجدید پذیر برای تولید برق: قدرت جزر و مد

[pejuhesh232]

.

[najm143]

قدرت جزر و مد

انرژی کشندی یا انرژی جزر و مد شکلی از انرژی آبی است که از تبدیل نیروی جزر و مد ، تولید الکتریکی بدست می آید. انرژی جزر و مد یک منبع تجدید پذیر است. گرچه هنوز استفاده از انرژی جزر و مد فراگیر نشده اما می‌تواند یکی از منابع تولید برق آینده باشد. وقوع جزر و مد بهتر از انرژی باد و انرژی خورشیدی قابل پیش بینی است. در میان انرژی های تجدید پذیر استفاده از انرژی کشندی همیشه با مشکل هزینهٔ بالا و محدودیت در مکان‌های با کشند شدید یا سرعت بالای جریان آب روبرو بوده‌است.
با این وجود، بسیاری از پیشرفت‌های اخیر در طراحی (مانند نیروگاه کشند دینامیکی، تالاب‌های کشندی) و هم در تکنولوژی توربین (مانند توربین‌های جدید محوری و کراس فلو) نشان می‌دهد که کل برق کشندی موجود ممکن است از آنچه تا پیش از این فرض می‌شد بسیار بیشتر باشد و ممکن است هزینه‌های اقتصادی و زیست‌محیطی آن هم به سطح قابل رقابتی کاهش یابد.

روش های تولید

- ژنراتور جریان جزر و مدی
- سد جزر و مدی
- نیروی جزر و مدی دینامیکی
- تالاب جزر و مد

[najm143]

استفاده از انرژی جنبشی آب دریا (انرژی جریان جزر و مد) برای تولید برق

https://mediabaas.com/5731DC21626582247 ... 0.mp4?id=0

در ویدیوی فوق استفاده از انرژی جنبشی آب دریا (انرژی جریان جزر و مد) جهت تولید برق را مشاهده نمایید.

انرژی امواج دریا از نوع تجدیدپذیر می ‏باشند. چنین منابعی نیازی به میلیون ها سال زمان برای به وجود آمدن ندارند و بی‏ پایان می ‏باشند. انرژی کشندی (Tidal power) یا انرژی جزر و مد شکلی از انرژی آبی است که از تبدیل انرژی جزر و مد به اشکال مفید انرژی – عمدتاً نیروی برق – به دست می‌آید.

مکانیزم تولید برق از امواج دریا انرژی موجی یک انرژی پاک پایان ناپذیر است. این ویژگی‌های برجسته انرژی موجی را در آینده‌ای نزدیک به منبعی مهم و در عین حال جهانی جهت تولید انرژی تبدیل خواهد نمود. برای دستیابی به این هدف صنعت تولید انرژی موجی جزر و مدی باید در جهت بازدهی بالاتر و هزینه‌های کمتر و اجماع جهانی برای گسترش آن گام بردارد.

[najm143]

دستگاه جذب نقطه ای(Point Absorbers)

قاط جذب کننده، سازه های شناور هستند که دارای ابعاد افقی اندکی نسبت به ابعاد عمودی خود هستند. بیشتر طرح هایی که برای جذب نقطه ای ساخته شده مشابه یک شناور معمولی است از نمای بالا. فناوری جذب نقطه ای(Point absorber) اغلب توسط توسعه‌دهندگان انرژی موج دنبال می‌شود. زمانی که شناور توسط موج‌ها تحریک می‌شود (جذب نقطه)، جریان نسبت به نقطه مرجع ثابتی حرکت دارد. برخی شرکت‌ها از سازه‌های شناور در مرحله مفهومی از سیلندرهای هیدرولیکی استفاده می‌کنند در حالی‌که سایر طراحان از ژنراتورهای خطی استفاده می‌کنند.

یک نمونه از چنین نیروگاه نقطه جذب (طراحیِ آلمان) در کرت یونان (اوت ۲۰۱۶) قرار دارد. در این مبدل انرژی موج، با حرکت جسم شناور به یک ساختار ثابت با استفاده از ژنراتورهای خطی، برق تولید می‌کند.



با توجه به شش درجه آزادی بالا، این دستگاه از حرکت در محور heave استفاده می کند. نقطه جذب یکی از رایج ترین انواع طراحی در صنعت امروز است.

[najm143]

ستوننوسانگرآب (Oscillating Water Column (OWC

در این دستگاه برای اولین بار از یک محفظه هوا در بالای سطح آب استفاده می کند. هنگامی که یک موج در سراسر دستگاه عبور می کند، سطح آب به طور طبیعی بالا و پایین خواهد شد.



در بالای این محفظه یک توربین و یک کانال برای ورود و خروج هوا تعبیه شده است. وقتی سطح آب پایین آمد فشار در محفظه نسبت به به بیرون کمتر شدهدر نتیجه یک فضای خلا ایجاد می شود و هوا از بیرون محفظه دستگاه به سمت داخل می آید. و همین طور بالعکس مورد بالا که با بالا آمدن سطح آب هوای اضافی به اجبار از توربین باید خارج می شود. این ورود و خروج آب باعث به حرکت در آمدن توربین و تولید توان مصرفی می شود. در تصویر زیر یک دستگاه تبدیل OWC با توان یک مگاوات در دست ساخت است.

[najm143]

تضعیف کننده ها (Attenuators)

Attenuators ها مبدل های انرژی موج هستند که به صورت موازی با جهت حرکت موج حرکت می کنند.



آنها معمولا به صورت قطعه های کوچک طراحی و ساخته و بعد مونتاژ می شوند که معمولا دو قطعه بلند هستندکه به هم متصل می شوند. تضعیف کننده ها به انعطاف پذیری مفاصل برای تولید قدرت متکی هستند. با توجه به نمودار شش درجه آزادی، این دستگاه ها سعی می کنند از جندین جهت مختلف استفاده کنند؛
به عنوان مثال: surge,sway و heave.

محبوب ترین نمونه از این نوع تضعیف کننده ها WEC Pelamis است که توسط Pelamis Wave Power ساخته شده است. پلامیس یک مفصل است که از بخشهای استوانه ای متصل به مفاصل لولایی تشکیل شده است.

[najm143]

مبدل موج‌شکن نوسانگر (Oscillating Wave Surge Converters (OWSC

OWSC ها از حرکت امواج اقیانوس استفاده می کنند. به این صورت که از یک بازو یا فلاپ طراحی و ساخته شده اند و حرکت موج باعث تحریک این لازو و حرکت آن می شود. فلاپ هم که به یک ژنراتور متصل است مانند یک بازوی اهرم بزرگ عمل کرده و ژنراتور را می چرخاند که همین حرکت باعث تبدیل انرژی موج به الکتریسیته می شود. این دستگاه ها معمولا در آبهای کم عمق دریایی قرار دارند.



BioWave که یکی از مدل دستگاه های OWSC می باشدکه مزایای متعددی نسبت به دیگر مبدل های انرژی موج می باشد که چند مورد را در زیر بررسی می کنیم که برگرفته از سایت BPS می باشد.

۱.برای سهولت نصب و نگهداری کم هزینه طراحی شده است.
۲.انرژی بیشتری نسبت به سیستم های دیگر جذب می کند و تولید برق را در هر دو جهت جلو و عقب انجام می دهد.
۳.حالت اتوماتیک “خاموش کردن” طراحی شده برای محافظت از تجهیزات در حوادث شدید موج و طوفان.

[najm143]

اختلاف فشار زیر آب (Submerged Pressure Differential)

این نوع مبدل انرژی موج در دو مدل تعریف می شود. یک مدل که در نزدیکی ساحل وکف دریا قرار داده می شود و متکی به نوسانات فشار است. مدل دیگر مانند جذب نقطه ای (Overtopping) است اما غوطه ور در آب. که شناور با حرکت موج به عقب و جلو رفته و یک ژنراتور خطی را برای تبدیل انرژی به حرکت در می آورد.



مدل دیگر مانند جذب نقطه ای (Overtopping) است اما غوطه ور در آب که در تصویر زیر مشاهده می کنید. این نوع،شناور، با عبور از امواج حرکت می کند و این حرکت مجدد با استفاده از ژنراتور خطی به انرژی تبدیل می شود.

[najm143]

مبدل انرژی دوار (Rotating Mass)

مبدل های انرژی دوار معمولا در روی آب شناور هستند و از وزن داخلی خود برای چرخش به دور یک محور ثابت استفادی می کنند. حرکت موج باعث چرخیدن وزنه ی داخلی شده و از آنجا که امواج دایم هستند این چرخش ادامه داشته و تبدیل انرژی انجام می شود.

[najm143]

مبدل نیروگاه موج (Overtopping or Terminator Devices)

این مدل مبدل ها گاهی اوقات به عنوان پایدار کننده ها نام برده میشوند که از انرژی بالقوه ای که در موج وجود دارد برای تولید انرژی استفاده می کنند. این دستگاه ها همان حرکت موجی که در ساحل شما میبینید را دوباره شبیه سازی می کنند. پروژه اژدهای موج (Wave Dragon) نمونه‌ای از طرح مفهومی نیروگاه هیدرولیک سرریز است. در این سیستم امواج با دو مانع شیب‌دار (بصورت V شکل) به سمت مرکز متمرکز می‌کند، در نتیجه امواج تقویت می‌شوند. از آنجا آب سرریز شده و توربین (توربین کم‌فشار) را به حرکت درمی‌آورد. پس از آن، آب به‌طور موقت در یک مخزن ذخیره می‌شود و دوباره به دریا بر می‌گردد.



کل سیستم به عنوان یک نیروگاه دریایی شناور طراحی شده و به ساحل متصل نیست. نمونه اولیه در سال‌های ۲۰۰۳ تا ۲۰۰۷ در یک آبدره در شمال دانمارک آزمایش شد.

این نوع مبدل ها معمولا در بریدگی سواحل بیشتر یافت می شوند. این دستگاه ها برای اینکه بیشترین کارایی را داشته باشند باید ارتفاع سطح خود را با ارتفاع موج های در حال وقوع تنظیم کنند که این کار از طریق یک سیستم هوای تحت قشار استفاده می کنند.

[najm143]

توربین غول پیکر برای مهار جزر و مدهای قدرتمند در خلیج فاندی کانادا



توربین فوق 1000 تن می باشد. این توربین می تواند برق 1000 خانه را تامین نماید.

نیروگاه های جزر و مدی ، انرژی نولید شده از جزر و مد را به توربین های ژنراتور انتقال داده ، و با گردش ژنراتور ، برق تولید می گردد.



مزایای اقتصادی-اجتماعی

• انرژی حاصل از انرژی اقیانوس با استفاده از منبع تجدید پذیر انرژی و عدم انتشار گازهای گلخانه ای ، برق سبز خواهد بود.

• این امر نیاز به سوخت های فسیلی برای تولید برق را کاهش می دهد و در مبارزه با اثرات تغییرات آب و هوایی کمک می کند.

• انرژی اقیانوس سبز کانادا تقاضا برای صادرات انرژی خواهد داشت.

• برق تولید شده توسط اقیانوس روشی برای کاهش ریسک ناشی از نوسانات قیمت منابع سوخت معمولی و ایجاد امنیت قیمت انرژی است.

• استفاده از تعدادی منابع مختلف انرژی در امنیت انرژی كمك می كند ، اتكا به یك منبع انرژی، كاهش اعتماد به انرژی.

• پروژه انرژی اقیانوس و توسعه دستگاه باعث ایجاد مشاغل مستقیم و همچنین اشتغال برای صنایع مرتبط مانند تولید دریایی

[najm143]

تولید انرژی الکتریسیته از جزر و مد به کمک کایت زیر دریایی



جزر و مد دریاها بعنوان یکی از منبع انرژی های تجدیدپذیر شناخته می شود. دانشمندان اروپایی در دریاچه استرانگفورد در ایرلند شمالی، که از نظر جزر و مد مساعد است، پیش نمونه ابزاری را آزمایش می کنند که برای تولید انرژی الکتریسیته از جزر و مد دریا طراحی شده است. این فناوری قادر خواهد بود هر سال ۱.۶ گیگاوات ساعت برق تولید کنند.* در دریاچه استرانگفورد در ایرلند شمالی تغییرات جزر و مد تا حدود چهار متر هم می رسد و سرعت آن بطور متوسط 1.4 متر در ثانیه است.

https://youtu.be/csl8mSOPNAc?t=29

[najm143]

تولید برق در زیر آب دریا



می توانیم از موجهای آرام اقیانوس و رودخانه در حال حرکت آهسته برای یک منبع انرژی جایگزین جدید استفاده نمود. این دستگاه با نام VIVACE (ارتعاشات ناشی از Vortex برای انرژی پاک آبزی) نامگذاری شده است . این اولین وسیله شناخته شده ای است که می تواند انرژی را از بیشتر جریان های آب جلب کند .

مایکل برنیتاس ، استاد گروه معماری دریایی و مهندسی دریایی می گوید: هیچ راه حلی برای نیازهای انرژی جهان وجود نخواهد داشت. اما اگر بتوانیم 0.1٪ از انرژی اقیانوس ها را مهار کنیم ، می توانیم نیاز انرژی 15 میلیارد نفر را تأمین کنیم.

VIVACE می تواند در جریان آب کندتر از 2 گره یا حدود 2 مایل در ساعت حرکت کند. در اینجا لازم به ذکر است که بیشتر جریانهای آب از 3 گره آهسته تر هستند ، در حالی که توربین های تولید برق به طور متوسط 5 یا 6 گره نیاز دارند تا کارآمد باشند

این یک سیستم انرژی به "ارتعاشات ناشی از گرداب" متکی است. مایکل برنیزاس از دانشگاه میشیگان ، فهمید که همین گردابها را می توان برای گردش یک ژنراتور استفاده کرد. وی و همکارانش VIVACE اختراع کرده اند که استوانه های آن در آبهای متحرک از بالا و پایین حرکت می کنند. این دستگاه به طور طبیعی در محیط دریایی کار می کند.

تیم Bernitsas یک نمونه اولیه کار را در آزمایشگاه خود ایجاد کرده است. سیلندر پشتیبانی شده از فنر در یک مخزن آب در حال حرکت به بالا و پایین حرکت می کند. هنگامی که آب به داخل سیلندر می وزد ، این عمل باعث تلاطم می شود که به گرداب تبدیل می شود. گرداب در نهایت از پشت عقب می چرخد و به سیلندر کمی فشار می یابد. گرداب بعدی که شکل می گیرد به صورت معکوس می چرخد و در جهت مخالف فشار می آورد. این نیروهای مخالف باعث می شوند که سیلندر از بالا و پایین لرزش داشته باشد. چگالی بالای آب باعث می شود لرزش ها در حدود 800 برابر بیشتر از آنچه در هوا با همان سرعت انجام می شوند پر انرژی تر باشند. به همین دلیل ، سیستم VIVACE می تواند سه برابر 10 برابر بیشتر از حجم مشخصی از آب در حال حرکت نسبت به توربین های جزر و مدی تولید کند.

https://youtu.be/jcyM3c5ylSU?t=212