نیروگاه موج: اصل کار

2024 نویسنده: Howard Calhoun | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 10:25

آب‌های اقیانوس‌ها ثروت‌های بی‌شماری را پنهان می‌کنند که شاید اصلی‌ترین آنها منابع انرژی نامحدود به شکل امواج دریا باشد. برای اولین بار، استفاده از انرژی جنبشی شفت‌هایی که به ساحل می‌غلتند در قرن 18 در پاریس مورد توجه قرار گرفت، جایی که اولین حق ثبت اختراع برای آسیاب موج ارائه شد. در حال حاضر فناوری قدم های زیادی به جلو گذاشته است و اولین نیروگاه تجاری موج با تلاش مشترک دانشمندان ایجاد شد که در سال 2008 شروع به کار کرد.

چرا مفید است؟

بر کسی پوشیده نیست که منابع طبیعی در آستانه نابودی هستند. ذخایر زغال سنگ، نفت و گاز - منابع اصلی انرژی - رو به پایان است. طبق خوش بینانه ترین پیش بینی های دانشمندان، ذخایر برای 150-300 سال زندگی کافی خواهد بود. انرژی هسته ای نیز نتوانست انتظارات را برآورده کند. توان و بهره وری بالا هزینه های ساخت و ساز، بهره برداری را جبران می کند، اما مشکلات دفع زباله و آسیب های زیست محیطی به زودی آنها را مجبور به رها شدن خواهد کرد. به این دلایل، دانشمندان به دنبال منابع جدید انرژی جایگزین هستند. در حال حاضر در حال حاضرنیروگاه های بادی و خورشیدی کار می کنند. اما با وجود تمام مزایای آنها، آنها یک اشکال قابل توجه دارند - راندمان پایین. برآوردن نیازهای کل جمعیت ممکن نخواهد بود. بنابراین، راه حل های جدیدی مورد نیاز است.

برای تولید الکتریسیته، نیروگاه موجی از انرژی جنبشی امواج استفاده می کند. بر اساس محافظه کارانه ترین تخمین ها، این پتانسیل 2 میلیون مگاوات برآورد شده است که با 1000 نیروگاه هسته ای که با ظرفیت کامل کار می کنند و حدود 75 کیلووات بر متر مکعب در هر متر جبهه موج قابل مقایسه است. مطلقاً هیچ اثر مضری برای محیط زیست وجود ندارد.

طرح کلی کار

نیروگاه های موج سازه های شناوری هستند که قادرند انرژی مکانیکی حرکت موج را به انرژی الکتریکی تبدیل کرده و به مصرف کننده منتقل کنند. در عین حال، آنها سعی می کنند از دو منبع استفاده کنند:

1. ذخایر جنبشی. شفت های دریایی از یک لوله با قطر بزرگ عبور می کنند و تیغه ها را می چرخانند که نیرو را به ژنراتور الکتریکی منتقل می کند. اصل پنوماتیک نیز اعمال می شود - آب، با نفوذ به یک محفظه خاص، اکسیژن را از آنجا جابجا می کند، که از طریق سیستمی از کانال ها هدایت می شود و پره های توربین را می چرخاند.
2. انرژی نورد. در این حالت نیروگاه موج به عنوان شناور عمل می کند. حرکت در فضا همراه با نیمرخ موج، باعث می شود توربین از طریق سیستم پیچیده ای از اهرم ها بچرخد.

کشورهای مختلف از فناوری خود برای تبدیل حرکت مکانیکی امواج به الکتریسیته استفاده می کنند، اما به طور کلیآنها طرح عمل مشابهی دارند.

معایب نیروگاه های موج

مهمترین مانع برای معرفی گسترده نیروگاههای موجی هزینه آنهاست. با توجه به طراحی پیچیده و نصب پیچیده بر روی سطح آب های دریا، هزینه های راه اندازی این گونه تاسیسات بیشتر از ساخت نیروگاه هسته ای یا نیروگاه حرارتی است.

علاوه بر این، یکسری کاستی های دیگر نیز وجود دارد که عمدتاً با بروز مشکلات اجتماعی-اقتصادی مرتبط است. موضوع این است که ایستگاه های شناور بزرگ خطر ایجاد می کنند و در ناوبری و ماهیگیری تداخل دارند - یک نیروگاه موج شناور می تواند به سادگی فرد را از مناطق ماهیگیری خارج کند. همچنین پیامدهای زیست محیطی احتمالی وجود دارد. استفاده از تاسیسات به طور قابل توجهی امواج دریا را خاموش می کند، آنها را کوچکتر می کند و از شکستن آنها در ساحل جلوگیری می کند. در این میان امواج نقش مهمی در فرآیند تبادل گاز در اقیانوس دارند و سطح آن را پاکسازی می کنند. همه اینها می تواند منجر به تغییر در تعادل زیست محیطی شود.

جنبه های مثبت نیروگاه های موج

همراه با معایب، یک نیروگاه موجی دارای تعدادی مزیت است که تأثیر مثبتی بر فعالیت های انسانی دارد:

• تاسیسات به دلیل اینکه انرژی امواج را خاموش می کنند، می توانند سازه های ساحلی (اسکله ها، بنادر) را از تخریب توسط نیروی اقیانوس محافظت کنند؛
• برق با حداقل هزینه تولید می شود؛
• قدرت موج بالا مزارع بادی را از نظر اقتصادی مقرون به صرفه تر از نیروگاه های بادی یا خورشیدی می کند.

ذخایر انرژی نیز در اختیار آبهای خشکی، عمدتاً رودخانه ها است. ساخت ایستگاه ها بر روی پل ها، گذرگاه ها، اسکله ها چشم اندازی برای توسعه این منطقه از تولید برق است.

مشکلات قابل حل

وظیفه اصلی جامعه علمی در حال حاضر بهبود طراحی است که هزینه برق تولید شده توسط نیروگاه های موجی را کاهش می دهد. اصل کار باید ثابت بماند، اما از فناوری‌ها و مواد جدید برای ایجاد تاسیسات استفاده می‌شود.

قدرت متوسط موج 75-85 کیلووات بر متر است - این محدوده ای است که اکثر ایستگاه ها روی آن تنظیم می شوند. اما در هنگام طوفان، قدرت امواج دریا چندین برابر افزایش می یابد و خطر تخریب تاسیسات وجود دارد. در حال حاضر بیش از یک تیغه پس از طوفان مچاله یا خم شده بود. برای حل این مشکل، دانشمندان به طور مصنوعی قدرت ویژه امواج را کاهش می دهند. یکی از مشکلات این است که استفاده گسترده از ایستگاه های موج منجر به تغییرات آب و هوایی می شود. تولید انرژی الکتریکی به دلیل چرخش زمین انجام می شود (اینگونه امواج تشکیل می شوند). استفاده گسترده از ایستگاه ها باعث می شود که سیاره کندتر بچرخد. فرد تفاوت را احساس نخواهد کرد، اما این امر تعدادی از جریان‌ها را که نقش مهمی در تبادل حرارت زمین دارند، از بین می‌برد.

اولین WPP آزمایشی جهان

نخستین نیروگاه موج در سال 1985 در نروژ ظاهر شد. قدرت آن 500 کیلو وات بود و خودشنمونه اولیه بود اصل عملکرد آن بر اساس فشرده سازی چرخه ای و انبساط محیط است:

• یک استوانه با کف باز در آب غوطه ور می شود به طوری که لبه آن زیر توخالی موج - پایین ترین نقطه آن است؛
• آب جاری به طور دوره ای هوا را در حفره داخلی فشرده می کند؛
• وقتی به فشار معینی رسید، دریچه ای باز می شود که به اکسیژن فشرده اجازه می دهد به توربین منتقل شود.

این نیروگاه 500 کیلووات انرژی تولید کرد که برای تایید کارایی تاسیسات کافی بود که به توسعه آنها کمک کرد.

اولین نیروگاه صنعتی جهان

اولین تاسیسات در مقیاس صنعتی جهان Oceanlinx بندر کمبل در استرالیا است. در سال 2005 به بهره برداری رسید، اما سپس برای بازسازی فرستاده شد و در سال 2009 دوباره شروع به کار کرد، به همین دلیل هم اکنون نیروگاه های جزر و مدی و موجی در منطقه مورد استفاده قرار می گیرند. اصل عملکرد آن به شرح زیر است:

1. امواج به طور دوره‌ای وارد محفظه‌های خاصی می‌شوند و باعث فشرده شدن هوا می‌شوند.
2. وقتی به فشار بحرانی رسید، هوای فشرده ژنراتور الکتریکی را از طریق شبکه ای از کانال ها می چرخاند.
3. برای ثبت حرکت و نیروی امواج، پره های توربین زاویه تمایل خود را تغییر می دهند.

ظرفیت نصب حدود 450 کیلو وات بود، اگرچه هر بخش از ایستگاه قادر به تحویل از 100 کیلووات ساعت تا 1.5 مگاوات ساعت انرژی الکتریکی است.

اولین مزرعه بادی تجاری جهان

نخستین نیروگاه موج تجاریانتصاب در سال 2008 در آگوسادور، پرتغال به دست آمد. علاوه بر این، این اولین نصب در جهان است که به طور مستقیم از انرژی مکانیکی موج استفاده می کند. این پروژه توسط شرکت انگلیسی Pelamis Wave Power تهیه شده است.

ساختار شامل چندین بخش است که همراه با نیمرخ موج آزاد شده و بالا می رود. بخش ها به سیستم هیدرولیک متصل می شوند و آن را در حین حرکت فعال می کنند. مکانیسم هیدرولیک باعث چرخش روتور ژنراتور می شود که در نتیجه برق تولید می شود. نیروگاه‌های موجی که در پرتغال استفاده می‌شوند، نکات مثبت و منفی دارند. مزیت نصب، قدرت بالای آن - حدود 2.25 مگاوات و همچنین امکان نصب بخش های اضافی است. تنها یک اشکال در نصب سیستم وجود دارد - مشکلاتی در انتقال انرژی الکتریکی از طریق سیم به مصرف کننده وجود دارد.

اولین نیروگاه موج در روسیه

در روسیه، اولین مزرعه بادی در سال 2014 در منطقه پریمورسکی ظاهر شد. این توسعه توسط تیمی از دانشمندان دانشگاه فدرال اورال و موسسه اقیانوس شناسی اقیانوس آرام شعبه خاور دور آکادمی علوم روسیه انجام شد. نصب آزمایشی است. ویژگی آن این است که از انرژی نه تنها امواج، بلکه جزر و مد نیز استفاده می کند.

در مسکو برنامه ریزی شده است که یک آزمایشگاه تحقیقاتی ساخته شود که اولین ایستگاه شناور داخلی را توسعه و ایجاد کند. شاید پس از آن نیروگاه های موجی در روسیه نیز هدف صنعتی یا تجاری داشته باشند.