موضوع:
انرژی امواج
انسان طبیعت معماری
مقدمه دریاها و اقیانوس ها با عوامل مختلف فیزیکی، انرژی را دریافت و ذخیره نموده و سپس آن را از دست می دهند. این انرژی به صورت موج، جزر و مد، اختلاف درجه حرارت آب است که می توان از هر یک از آنها بهره برداری کرد.
انرژی جزر و مد و امواج دریا
انرژی دریایی یا اقیانوسی ، یکی از انواع انرژی های تجدیدپذیر است که
در کنار منابع دیگری نظیر انرژی خورشیدی و باد ، مورد توجه قرار گرفته
است . انرژی امواج و انرژی جزر و مد را می توان مهمترین زیر مجموعه های انرژی های دریایی به شمار آورد . به دلیل تفاوت های موجود در ویژگی ها و روش های فنی جذب آنها ، توسعه این دو منبع راه متفاوت .و مستقلی را طی کرده است
پدیدهٔ کِشَند یا جزر و مد اساساً زاییده نیروی گرانش کره ماه است، آشکار است که دریاها در سنجش با خشکی های زمین نرمش پذیری بیشتری دارند و از این روی در برابر نیروی کشش ماه کمتر ایستادگی می کنند، به همین مناسبت توده های آب در زیر پای ماه انباشته می گردند و پدیده ای را به نام «برکشند» (مد) ایجاد می کنند.
هم زمان با «برکشند» رو به ماه، «برکشند» دیگری در آن سوی کره زمین ایجاد می گردد بدین سان که آبهای آن سوی کره زمین که از ماه بدورند، کمتر متاثر گردیده و به اصطلاح عقب می مانند و آب-توده کلانی را ایجاد می کنند، بنابراین روزانه هر نقطه از سطح دریا دوبار دستخوش برکشند و دو بار هم دستخوش «فروکشند» (جزر) می گردد.
کلمه جزر و مد یا کشند، اصطلاحی عمومی است که بیان گر بالا و پایین رفتن نوسانی در سطح اقیانوس، دریا و حتی دریاچه ها نسبت به سطح زمین است. این اثر به دلیل جاذبه گرانشی ماه، خورشید و حتی اجرام سماوی دیگر ایجاد می شود. جزر و مد در حد بسیار کوچک تر در دریاچه های بزرگ، اتمسفر و داخل پوسته ی جامد زمین هم اتفاق می افتد.
زمانی که ماه و خورشید در یک ردیف قرار می گیرند، نیروهای گرانشی قوی به وجود می آید که باعث جزر و مدهای خیلی بالا و خیلی پایین می شوند که به جزر و مد کامل موسوم اند. وقتی ماه و خورشید در یک راستا نباشند، نیروهای گرانشی، اثر هم دیگر را خنثی می کنند و جزر و مدهای آن چنان بالا و پایین پدیدار نمی شود؛ این جزر و مدها را خفیف ترین جزر و مد یا کهکشند می نامند.
جزر و مد کامل …. spring tides
جزر و مد خفیف یا کهکشند …. neap tides
جزر و مد کامل حضیضی …. proxigean spring tide
انرژی جزر و مد نوع دیگر انرژی اقیانوسی
نوع دیگری از انرژی اقیانوسی همان انرژی جزر و مد است. وقتی که آب در اثر مد جلو می آید، می توان آن را در سد های کوچکی ذخیره کرد و هنگامی که آب در این منابع ذخیره شد می توان از آن به عنوان یک نیروگاه هیدرولیک تولید الکتریسیته بهره برد.
انرژی جزر و مد از قرن یازدهم مورد استفاده بشر بوده است، یعنی همان هنگامی که سد های کوچک در دهانه اقیانوس و رودخانه های کوچک ساخته می شدند. آب جمع شده پشت این سدها برای چرخاندن چرخ های آب و آبیاری دانه ها مورد استفاده قرار می گرفته است.
نیروگاهی در فرانسه وجود دارد که به این روش کار می کند و مقدار 240 مگاوات انرژی را برای 240000 خانه تامین می نماید.
توربین های اخذ انرژی از جزر و مد به توربین های بادی شباهت دارند اما برخلاف توربین های بادی قابل رویت نیستند. این توربین ها در کف اقیانوس و نقاطی که جزر و مد شدت بیشتری دارند نصب شده و طوری طراحی شده که انرژی امواج و جزر و مد را مهار کرده و برق تولید می کنند.
نیروگاه های جزر و مدی به دلیل مشابهت با نیروگاه های آبی و استفاده از فناوری آماده آنها ، به پیشرفت های سریعی نائل آمده است . اما بروز مشکلات زیست محیطی باعث شده است که تحول و ایجاد تغییرات اساسی در روش کار ضروری شود. توسعه آنها به روش قبل به رغم پیشرفت های ذکر شده ، در عمل محدود شده است.
مزایا و معایب انرژی امواج
مزایای انرژیا مواج:
انرژی موج دریا از نعو تجدیدپذیر می باشد. چنین منابعی نیازی به میلیون ها سال زمان برای به وجود آمدن ندارند و بیپایان می باشند. تولید انرژی به این روش آلودگی در بر ندارد. این نیروگاه ها در طول زمستان میتوانند بیشترین میزان انرژی را تولید کنند و خوشبختانه در چنین زمان هایی به انرژی بیشتری نیازمند هستیم. مولدهای کوچک موجی می توانند در نواحی دور دست که انتقال برق مقرون به صرفه نیست. به کار روند
معایب انرژی امواج:
توان تولید شده در نیروگاه های موجی ثابت نبوده و بستگی به شرایط موج دریا دارد. هزینه ساخت ژنراتورهای موجی زیاد و ساخت آن ها دشوار است. کابلی که به وسیله آن مولدهای موجی به هم متصل می شوند برای قایقها و کشتی ها مشکل آفرین میباشد. در ضمن انتقال برق از طریق کابل نیز خطرناک است زیرا ممکن است کابل لخت شده و جریان برق وارد آب شود و موجودات دریایی را به خطر اندازد. در ضمن این نیروگاه ها باید طوری ساخته شوند که در شرایط بد و طوفانی صدمه نبیند .
ژنراتور:
ماشین هایی هستند که انرژی مکانیکی را از محرک اصلی به یک توان الکتریکی در ولتاژ و فرکانس خاصی تبدیل می نماید. کلمه سنکرون به این حقیقت اشاره دارد که فرکانس الکتریک این ماشین با سرعت گردش مکانیکی شفت قفل شده است ، ژنراتور سنکرون برای تولید بخش اعظم توان الکتریکی در سرتاسر جهان به کار می رود.
ژنراتورها بسته به آنکه نوع وسیله گرداننده رتور آنها چه نوع توربینی باشد به صورت زیر تقسیم می شوند:
۱) توربو ژنراتور ها
2) هیدرو ژنراتور ها
۳) دیزل ژنراتور ها
برای استفاده از انرژی امواج درحال حاضر از سه طرح استفاده میشود:
استفاده از استوانه های شناور:
امواج متحرک اقیانوس دارای انرژی جنبشی است. از این انرژی می توان جهت چرخش یک توربین استفاده نمود. موج درمحفظه به طرف بالا حرکت نموده و باعث خروج هوا از طرف دیگر آن می شود. سپس هوای متحرک باعث چرخش توربین شده و درنتیجه ژنراتور را به گردش در می آورد. زمانیکه موج پائین می رود ، جریان هوا از توربین عبور کرده و مجدداً از طریق درهایی ، که معمولاً بسته اند ، وارد محفظه می شود.
استفاده از بادامکهای شناور:
وقتی موج می آید بادامکها را می چرخاند و این حرکت چرخشی را به ژنراتور وصل می کنند. در واقع تعداد زیادی از این بادامکها را توسط میله ای بهم وصل می کنند و مجموعه را در نزدیکی ساحل روی امواج می گذارند، این سیستمها برای امواج سنگین کاربرد دارد.
استفاده از جزایر طبلک :
سیستم طبلکی چیزی شبیه تیوپ اتومبیل می باشد که دیواره های آن قابل ارتجاع می باشد. قسمتهای داخلی ، توربین جاگذاری کرده اند.در این سیستم را بصورت شناور روی آب و موج به آنها ضربه وارد می کند. این ضربه به بدنه تیوپ وارد می شود و موجب فرو رفتگی آن می شود. فرو رفتگی باعث فشرده شدن هوای داخل آن شده ، در نتیجه هوای فشرده از یک محفظه وارد محفظه دیگر می شود و باعث چرخش توربینها می گردد.
مهندسان انگلیسی استوانه لاستیکی را توسعه داده اند که شبیه به مار آبی است و می تواند از حرکت امواج دریایی انرژی الکتریکی ارزان تولید کند.
این دستگاه یک لوله عریض لاستیکی پر شده از آب است که هر دو انتهای آن مسدود شده اند و زیر سطح دریا کار گذاشته شده است. این لوله در زیر دریا می تواند تغییر شکل دهد و در مسیر امواج همانند پرچمی که در مسیر باد تکان می خورد حرکت کند..
با هر حرکت این توده آب، موج از تمام طول استوانه عبور می کند و به انتهای آن می رسد. هنگامی که به این نقطه رسید بر روی توربینهای متصل به دستگاه تاثیر می گذارد و آنها را می چرخاند. این حرکت می تواند به راحتی تبدیل به انرژی برق شود.
این دستگاه که "آناکوندا" (نوعی مار بزرگ آمریکای جنوبی) نامگذاری شده ،در حال حاضر تنها به صورت نمونه آزمایشی در مقیاس کوچک ساخته شده است.
در حال حاضر در ساخت این مار لاستیکی از لوله هایی به قطر یک متر و نیم برای آزمایش توانایی دستگاه در مقابل امواج استفاده شده است.
به اعتقاد این محققان، "آناکوندا" می تواند یک مگاوات برق تولید کند. این میزان برق برای تامین انرژی دو هزار خانه کافی خواهد بود.
نیروگاه های موجی
از تنوع زیادی برخوردار هستند. برخی بر روی آب شناورند و برخی دیگر در ساحل نصب می شوند. همچنین نحوه درگیری آنها با امواج و در نتیجه نوع حرکتی که جذب می کنند با هم تفاوت بسیار دارد.
امواج در اثر انتقال انرژی از باد به دریا به وجود می آیند. نرخ این انتقال انرژی بستگی به سرعت باد و نیز به مسافتی دارد که در طول آن باد با سطح آب در فعل و انفعال بوده است. موج ها به خاطر جرم آبی که نسبت به سطح متوسط دریا جابه جا شده ، انرژی پتانسیل و به خاطر سرعت ذرات آب ، انرژی جنبشی را با خود حمل می کنند. انرژی ذخیره شده از طریق اصطکاک و اغتشاش و با شدتی که بستگی به ویژگی امواج و عمق آب دارد ، تلف می شود. موج های بزرگ در آب های عمیق انرژی خود را با کندی بسیار از دست می دهند ، در نتیجه سیستم های امواج بسیار پیچیده هستند و اغلب هم از بادهای محلی و هم از توفان هایی که روزها قبل در دور دست اتفاق افتاده اند سرچشمه می گیرند.
بهره برداری انرژی الکتریکی از نیروگاههای موجی
مسئله مهمی که باید به آن توجه نمود این است که کجا و چگونه انرژی الکتریکی با استفاده از انرژی امواج تولید شود.
نیروگاههای موجی در کشورهایی که به لحاظ صنعتی پیشرفته هستند می تواند بخشی از .تولید عمومی در سیستم توزیع انرژی محسوب شوند
هرچند که انرژی تولید شده از نیروگاههای موجی باید به فواصل دورتر انتقال یابد زیرا مکانهایی که امواج با ارتفاع بلند دارند معمولاً دور از مناطق صنعتی و اماکن شهری واقع اند
یکی از انتخابهای جذاب آینده برای بهره گیری از انرژی موج تولید سوخت هیدروژنی توسط الکترولیز آب می باشد.
هیدروژنی که با روشهای دیگری به صورت مایع ذخیره می شود می تواند به هرکجا انتقال یابد و بعنوان سوخت جایگزین نفت و گازوئیل و سیستمهای سوختی گوناگون دیگر استفاده گردد.
سلولهای سوختی انرژی هیدروژن را بدون احتراق و جابجایی قطعات به الکتریسیته تبدیل می کند. برای مثال مورد مصرف آن در خودروهای الکتریکی را می توان نام برد.
انرژی امواج دریاها و اقیانوس ها در اثر انتقال انرژی مکانیکی باد به دریا امواج به وجود می آیند. میزان انتقال این انرژی بستگی به سرعت باد و مسافتی که باد در طول دریا طی کرده دارد.امواج به خاطر جرم آبی که نسبت به سطح متوسط دریا جابه جا شده، انرژی پتانسیل و به خاطر سرعت ذرات آب، انرژی جنبشی را با خود حمل می کنند. انرژی ا مواج حاصله در مناطق ساحلی در حدود 2 تا 3 میلیون مگاوات برآورد می شود. امروزه از طریق سه روش انرژی امواج از دریا استحصال می شود الف- استفاده از کانالی به شکل مخروط ناقص: آب را در مخزنی مرتفع ذخیره کرده و این آب در بازگشت به سطح دریا توربینی را به حرکت در می آورد. این سیستم ها به صورت one shore(نزدیک ساحل) یا off shore (دور از ساحل قابل اجرا هستند ب – استفاده از حرکت عمومی امواج اقیانوس توسط مکانیزم های گوناگون از قبیل پمپ های هیدرولیک، فنرها و پلیمرهای پیزوالکتریک
ج- استفاده از یک ستون نوسانی آب دستگاه در جریان نوسانات دریا،آب بالا رونده در یک استوانه با بدنه فولادی محکم(که در بستر دریا نصب شده است)، هوای فشرده را از درون یک توربین عبور می دهد و ژنراتور را به حرکت درمی آورد سپس در بازگشت، هوا را در جهت مخالف فشرده و از توربین دیگری عبور می دهد. نیروگاه های تولید کننده برق نیروگاههای جزر و مدی این نیروگاهها از انرژی نهفته شده در جزر و مد استفاده می کنند، این انرژی عبارت است از انرژی پتانسیل (انرژی نهان یا ساکن) حاصل از جابجایی عمودی توده آب ساکن و یا انرژی جنبشی وابسته به شدت جریان (انرژی جریان جزر و مدی) که هر به دلیل پدیده جزر و مد که خود ناشی از نیروهای گرانشی (جاذبه) ماه و خورشید می باشند، بوجود می آید. در بعضی از انواع این نیروگاههای از جریان آب هم در جزر و هم در مد استفاده می نمایند. نیروگاههای موجی این نیورگاهها از انرژی موجهای دریاها و اقیانوسها استفاده می کنند. این انرژی عبارت است از ، کل انرژی در یک موج که برابر با جمع انرژی پتانسیل آب جابجا شده از یک سطح بی جنبش و آرام و انرژی جنبشی ذرات آب متحرک می باشد. انرژی موج به نیروهای باد نسبت داده می شود که آن هم وابسته به انرژی خورشیدی است. این انرژی بوسیله دستگاه انرژی گیر از موج ، می تواند انرژی مکانیکی را تبدیل به انرژی الکتریکی نماید و از طریق کابل دریایی انرژی برق را به ساحل انتقال دهد. ژنراتورهای موجی دارای انواع شناور ، چرخ پره دار ، پارویی و توربین هوایی می باشند.
آسمان خراش :
جکوس روگریه (آرشیتکت فرانسوی) طرح کشتی آسمان خراشی را با نام سی اوربیتر (SeaOrbiter) برای کاوش اقیانوس ارائه داده است.
ارتفاع این آسمان خراش ۵۸ متر و وزن آن ۵۰۰ تن است که این فرصت را در اختیار ۱۸ تا ۲۲ نفر محقق قرار می دهد تا ۲۴ ساعت را در روز زیرآب بگذرانند. این وسیله دریایی مشابه فضانوردی و حالات نزدیک به قرار گرفتن در فضاست که محیط های فشرده شده را تجربه می کنند. این ایده اخیرا در ورلد اکسپو (World Expo) در سال ۲۰۱۲ در کره ارائه شده است. این وسیله از جریانات اقیانوسی، خورشیدی، باد و انرژی امواج به عنوان نیروی محرکه و حرکت استفاده می کند.
هتل آرک :
الکساندر رمیزوف، معمار برجسته روسی، طرحی را برای هتل های آینده ارائه داده است. نام این طرح، هتل آرک است. این هتل ظرفیت پذیرش ۱۰۰۰۰ نفر را داراست. این سازه از پلاستیک های فشرده ساخته شده است و قابلیت اجرا در خشکی و همچنین بر روی سطح آب را دارد. نکته قابل توجه در این سازه، استفاده از انرژی های نو می باشد. در بخش مرکزی هتل، یک ژنراتور بادی تعبیه شده است که انرژی های مورد نیاز ساختمان را تامین می کند.
در پوسته خارجی هتل از سلول های فتوولتائیک استفاده شده است. این سلول ها قادر به تبدیل انرژی خورشید به انرژی الکتریکی هستند و همچنین زمانیکه سازه بر روی دریا اجرا می شود، این سلول ها انرژی گرمایی آب را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. ساختار این سازه گنبدی شکل است و این ویژگی در جذب انرژی های مختلف و همچنین واکنش ساختمان در مقابل زلزله بسیار حائز اهمیت است. متریال به کار رفته در این هتل شکیل، بسیار سبک و مقاوم می باشد.
5/1/2025
22
با تشکر از توجه شما