بررسی انرژیهای دریا و جزر و مد و نگاهی بر توسعه كاربرد انرژی‌های نو و مشكلات توسعه انرژی‌های  تجدیدپذیر در ایران



فرمت فایل:   ورد – Word و قابل ویرایش

تعداد صفحات: 196   




فصل اول:

انرژیهای قابل حصول از دریا



1-1- معرفی انرژی های قابل حصول از دریاها:

در این فصل انرژی های قابل حصول از آب دریاها و تكنولوژی استحصال از آنها به اختصار بیان می شود.

1- انرژی جزر و مد دریا

2- انرژی امواج دریا

3- انرژی حرارتی دریا

4- انرژی اختلاف غلظت نمك آب دریا


1-2- انرژی جزر ومد  دریا

در این فصل به اختصار به انرژی جزر و مد دریاها پرداخته شده است و در فصل‌های بعد جامع تر بیان خواهد شد.

جزر و مد و جریانات جزر و مدی نتیجه اثر نیروهای جاذبه اجسام آسمانی است. این نیروها سبب افزایش ارتفاع سطح آب شده كه این افزایش نیز سبب ایجاد جریانات افقی جزر و مدی می شود.

انرژی این جریانات افقی را می توان از طریق ساختن سدهایی در كنار دریاها مهار نمود. از نظر مقایسه انرژی حاصل از جزر و مد بسیار مشابه واحدهای برق- آبی است. مقدار انرژی بدست آمده از جریانات جزر و مدی بسیار قابل ملاحظه است.



1-3- انرژی امواج دریا

ویژگی های منبع

انرژی امواج دریا عبارت است از انرژی مكانیكی منتقل شده از باد كه امواجی با پریود كوتاه، آنرا بصورت انرژی پتانسیل و جنبشی در خود ذخیره می كنند.

در میان منابع متعدد انرژیهای اقیانوسی، انرژی حمل شده توسط امواج دارای بیشترین درصد انباشتگی است. بعنوان نمونه، انرژی موثر موج در حالت های عمومی، نسبت به انرژی حاصل از تابش مستقیم خورشید در شدیدترین تابش ها، از تراكم بسیار بالاتری برخوردار است. بنابراین ابزاری كه بعنوان مبدلهای انرژی امواج مورد استفاده قرار می گیرند، انرژی خود را با چگالی به مراتب بالاتر نسبت به تجهیزات انرژی خورشیدی تولید و عرضه می نمایند.

موج ها بخاطر جرم آبی كه نسبت به سطح متوسط دریا جابجا شده، انرژی پتانسیل و بخاطر سرعت ذرات آب، انرژی جنبشی با خود حمل می كنند. انرژی ذخیره شده از طریق اصطكاك و اغتشاش، و با شدتی كه بستگی به ویژگی امواج و عمق آب دارد، تلف می شود. موجهای بزرگ در آبهای عمیق انرژی خود را با كندی بسیار از دست می‌دهند، در نتیجه سیستمهای امواج بسیار پیچیده هستند و اغلب هم از بادهای محلی و هم از طوفانهایی كه روزهای قبل در دوردست اتفاق افتاده اند سرچشمه می گیرند.

امواج توسط ارتفاع، طول موج (فاصله بین قله‌های متوالی) و دوره تناوبشان (زمان بین قله های متوالی) مشخص می شوند. قدرت امواج معمولاً برحسب كیلووات بر متر بیان می شود كه نمایانگر نرخ انتقال انرژی از عرض یك خط فرضی بطول یك متر و موازی با جبهه موج می باشد.

شكل موج دریا را می‌توان با یك تابع سینوسی بصورت زیر نشان داد:

Y=a.sin (mx-nθ)

m=2/

n=2/

=C.

Y: ارتفاع موج از سطح آب

θ: زمان به ثانیه

: طول موج

: پریود موج

C: سرعت انتشار موج

با توجه به شكل 1-1 ملاحظه‌می‌شود كه مشخصه موج در زمان θ مشابه به آن در زمان O است. با این تفاوت كه به اندازه فاصله x= θ/y= θ(n/m) نسبت به زمان O جابجا شده است. این موج دارای حركت پیوسته‌ای در جهت x با سرعت   است. بنابراین امواج دریا دارای هر دو نوع انرژی پتانسیل و جنبشی خواهد بود.

كل انرژی یك موج برابر مجموع انرژی های پتانسیل و جنبشی آن می باشد كه در نهایت چگالی توان (در واحد سطح) برابر است با:


P: پریونیت توان                                       g: شتاب جاذبه

A: واحد سطح                                         gc: ضریب تبدیل

ρ: چگالی آب                                          f: فركانس موج



همانطور كه ملاحظه می شود چگالی توان با مجذور دامنه (a2) مرتبط است.



شدیدترین بادهای بین عرض های جغرافیایی 40 تا 60 درجه در هر دونیمكره شمالی و جنوبی می وزند. همچنین بادهایی با سرعت كمتر در مناطق بادهای تجاری (بین عرض های جغرافیایی 30 درجه از خط استوا) بعلت نظم نسبی شان، وضعیت موجی بالقوه جذابی را ایجاد می كنند.

سواحلی كه در معرض بادهای غالب و میدان وزش طولانی هستند، احتمالاً دارای بزرگترین دانسیته انرژی موجی می باشند.

بعنوان مثال، انگلستان، سواحل غربی ایالات متحده و سواحل جنوبی نیوزیلند بطور عالی در معرض عوامل فوق بوده و از وضعیت موجی بسیار خوبی برخوردارند.


1-3-1- مبدل های انرژی امواج

فكر استخراج انرژی از امواج دریا در طی قرن اخیر، گاه و بیگاه نظر بعضی ها را بخود جلب كرده است. ولی كوشش جدی برای بنیانگذاری یك تكنولوژی موثر، از اواسط دهه 1970 میلادی شروع شده از آن زمان تابحال تحقیقاتی در 13 كشور جهان انجام شد و دستگاهها و ماشین آلات زیادی ساخته شده اند.

دستگاهها را براساس نوع حركت می توان دسته بندی كرد. این حركت‌ها به دسته‌های زیر تقسیم می شوند:

1- بالا و پایین رفتن

2- بالا و پائین رفتن و غلتیدن

3- غلتیدن، نوسان كردن ستون آب

4- پس زنی

در ادامه به اختصار روش كار سه نوع از مبدل های امواج ارائه شده است:

1- طرح ستون نوسانگر آب (OWC)

2- طرح ماشین شناور موج- نیرو

3- طرح ژنراتور نوع دلفین


1- طرح ستون نوسانگر آب  (OWC)

بعنوان یكی از رضایت بخش ترین روشهای استحصال انرژی اقیانوسی، گزینه‌ای است كه در سالهای اخیر فعالیت های دامنه داری در جهت اجرا و بهینه سازی آن صورت پذیرفته است. در این روش، از تولید جریان هوای فشرده توسط حركت رفت و بازگشتی سطح موثر موج، بعنوان عامل محرك یك توربین هوای متصل به ژنراتور استفاده می شود.

هندسه عمومی در طرحهای مختلف واحدهای نیروگاهی با ستون نوسانگر آب عبارت است از محفظه ای با دو انتهای باز كه بصورت قائم در معرض امواج قرار می گیرد. سطح آزاد آب، حجم داخل استوانه را به دو ناحیه تقسیم می كند، بگونه ای كه هردو ناحیه در یك انتهای خود، دارای بازشدگی با ابعاد مشخص می باشند. وضعیت نصب سازه به شكلی است كه جهت بازشدگی تحتانی به سمت امواج قرار داشته و در نتیجه، در هنگام كار نیروگاه سطح آب داخل محفظه متأثر از تلاطم خارجی امواج، بصورت واداشته به نوسان در می آید. در اثر حركت رفت و بازگشتی سطح آب داخل محفظه، حجم ناحیه فوقانی متناوباً تغییر نموده و متأثر از آن، فشار نسبی هوای محصور در این قسمت - متناسب با  تابع تغییرات حجم مزبور- بصورت ضربانی حول مقدار فشار سطح آزاد نوسان می‌نماید. مجرای تعبیه شده در منتهی‌الیه ناحیه فوقانی، جریان تحت فشار هوای داخل محفظه را به سمت یك توربین هوا هدایت می سازد. حاصل این فرآیند، انتقال انرژی جنبشی جریان هوای مزبور به محور یك ژنراتور الكتریكی و در نتیجه تولید برق خواهد بود.