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 مهم ترین زیر مجموعه های انرژی های دریایی به شمار آورد. به دلیل تفاوت های موجود در ویژگی ها و روش های فنی جذب آن ها، توسعه این دو منبع راه متفاوت و مستقلی را طی کرده است.

نیروگاه های جزر و مدی به دلیل مشابهت با نیروگاه های آبی و استفاده از فناوری آماده آن ها، به پیشرفت های سریعی نایل آمده است. اما بروز مشکلات زیست محیطی باعث شده است که تحول و ایجاد تغییرات اساسی در روش کار ضروری شود. توسعه آن ها به روش قبل به رغم پیشرفت های ذکر شده، در عمل محدود شده است.

نیروگاه های موجی از تنوع زیادی برخوردار هستند. برخی روی آب شناورند و برخی دیگر در ساحل نصب می شوند. همچنین نحوه درگیری آن ها با امواج و در نتیجه نوع حرکتی که جذب می کنند با هم تفاوت بسیار دارد. علاوه بر کارهای مطالعاتی، نمونه های کوچکی نیز از برخی سیستم های موجی در نقاط مختلف جهان ساخته شده و مورد آزمایش قرار گرفته است.

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.

امواج توسط ارتفاع، طول موج و دوره تناوبشان مشخص می شوند. قدرت امواج معمولاً بر حسب کیلووات بر متر بیان می شود که نمایانگر شدت انتقال یا عبور انرژی از یک خط فرضی به طول یک متر و موازی با جبهه موج است.

جزر و مد دریا در اثر جاذبه ماه و خورشید به هنگام گردش زمین به وجود می آید. نیروی جاذبه ماه باعث ایجاد برآمدگی در آب ها شده و به علت گردش وضعی زمین این برآمدگی به سمت غرب جریان پیدا می کند. اثر نیروی جاذبه خورشید نیز مشابه ولی ضغیف تر است و هر 12 ساعت یک مرتبه ظاهر می شود. به این ترتیب جزر و مد به صورت منظم در قالب امواج در قالب امواج قمری رخ می دهد. بیشترین دامنه جزر و مد زمانی به وجود می آید که ماه و خورشید در یک راستا قرار گرفته باشند (اقران) و برعکس هنگامی که آن ها در بربیع باشند این دامنه حداقل است. هنگامی که امواج جزر و مدی به سواحل و فلات قاره می رسند، دامنه آن ها می تواند در اثر هجوم آب، قیفی شدن آبراه و ایجاد رزنانس به طور قابل ملاحظه ای افزایش یابد. 

به رغم پیچیدگی خاصی که در مورد جزر و مد وجود دارد پیش بینی و محاسبه دقیق آن در هر محل ممکن است. به دست آوردن انرژی از جزر و مد در نقاطی عملی است که انرژی زیادی به صورت جزر و مدهای بزرگ در آن ها متمرکز شده باشد و به علاوه جغرافیای محل نیز برای احداث نیرگاه جزر و مدی سایت مناسبی فراهم کرده باشد. چنین مکان هایی در همه جا یافت نمی شوند. اما تا به حال تعداد نسبتاً زیادی شناسایی شده اند. در حال حاضر تعداد کمی نیروگاه جزر و مدی در جهان احداث شده است.

نخستین و بزرگ ترین آن ها که از نوع تک حوضچه ای و دو اثری بوده، با ظرفیت 240 مگاوات در لارانس فرانسه تأسیس شده است که جنبه تجاری دارد.

علاوه بر انرژی جزر و مد و امواج، انرژی حرارتی اقیانوس ها یا دریاها که از اختلاف دمای آب های سطحی و آب های عمق 1000 متری دریاهای بزرگ استفاده کرده و یک سیکل کم راندمان و دما پایین ترمودینامیکی را بین این دو منبع حرارتی سرد و گرم برقرار می کند نیز مورد توجه و بهره برداری آزمایشی قرار گرفته است.

 انرژی موج دریا

هر وقت به كنار دریا می روید چه چیز نظر شما را جلب می كند؟ آیا دریای بی موج و تلاطم دیده اید؟ موج دریا چه نوع انرژی دارد؟ آیا می توان از این انرژی بهره جست؟

دیدگاه تاریخی:

بحران نفت به خصوص پس از جنگ اعراب و اسراییل در ١٩٧٣ و بحران انرژی در اواخر قرن بیستم باعث افزایش قیمت نفت شد. بر این اساس استفاده از انرژی های تجدیدپذیر در اولویت قرار گرفت و كشورهایی كه مرز آبی گسترده دارند به این فكر افتادند كه از انرژی موج دریا برای تولید انرژی استفاده نمایند.

 برخی نیروگاه های آبی به صورت شناور روی آب هستند، برخی نیز در كنار ساحل انرژی آب را به برق تبدیل می كنند.

استفاده از انرژی موج

باد باعث به وجود آمدن موج می‏ گردد. توان انرژی موج در طول ١ كیلومتر ساحل حدود ٨٠ كیلووات می‏ باشد. مولدهای برق در طول ساحل می ‏توانند این انرژی را به انرژی الكتریكی تبدیل كنند. بازده چنین ژنراتورهایی حدود ٥٠% است، بنابراین یك نیروگاه موجی به طول ٢٥ كیلومتر، توانایی تولید ١٠٠٠ MW برق دارد.

چنین نیروگاه هایی به صورت شناور ساخته می‏شوند تا بتوانند به راحتی با موج بالا و پایین بروند. این مولدها با هر بار نوسان می‏ توانند مقداری انرژی الكتریكی تولید نمایند.

    به فیلم زیر توجه كنید. در این فیلم نمونه ای از مولدهای موجی نشان داده شده است.

آیا بر اساس شكل زیر می توانید طرز كار مولد موجی را توضیح دهید؟

مزایا:

انرژی موج دریا از نوع 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 كنند و خوشبختانه در چنین زمان هایی به انرژی بیشتری نیازمند هستیم.

 مولدهای كوچك موجی می ‏توانند در نواحی دور دست كه انتقال برق مقرون به صرفه نیست به كار روند.

مضرات:

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. كابلی كه به وسیله آن مولدهای موجی به هم متصل می شوند برای قایق‏ها و كشتی ها مشكل آفرین می‏باشد. در ضمن انتقال برق از طریق كابل نیز خطرناك است زیرا ممكن است كابل لخت شده و جریان برق وارد آب شود و موجودات دریایی را به خطر اندازد. در ضمن این نیروگاه ها باید طوری ساخته شوند كه در شرایط بد و طوفانی صدمه نبیند.