بخشی از مقاله
چکیده
انرژی امواج دریایی یکی از انواع گسترده انرژیهای تجدیدپذیر در دنیا میباشد که میتوان از آن بمنظور تولید توان برای مصرف بویژه کسانی که در نزدیکی خط ساحلی زندگی میکنند استفاده نمود. این نوع تبدیل انرژی با توجه به عدم استفاده از سوختهای فسیلی هیچ گونه آلودگی زیست محیطی بدنبال نخواهد داشت. مورد مطالعه در این تحقیق بندر نوشهر واقع در سواحل جنوبی دریای خزر میباشد که بعنوان یکی از بنادر مهم کشتیرانی این منطقه در شمال کشور ایران شناخته میشود. بمنظور ایجاد یک سایت نیروگاهی تولید توان از امواج در ناحیه بندرگاه شهر نوشهر در ابتدا میبایست مطالعات امکانسنجی توان تولیدی را برای اثبات توجیه پذیری طرح در این ناحیه به انجام رساند، برای این منظور در این مقاله ناحیه مربوط به بندرگاه نوشهر بوسیله مدل SW در نرم افزار MIKE 21 شبیه سازی شد و با استفاده از داده های ISWM مربوط به سال 2013، مشخصات رفتاری امواج در این ناحیه بدست آمد.
در مرحله بعد با استفاده از این مشخصات که شامل جهت، ارتفاع و طول - دوره - موج میباشد و همچنین کدنویسی در نرم افزار matlab2013 میزان توان میانگین تولیدی ناشی از امواج شبیهسازی شده با استفاده از فرمولبندیهای مربوط به تئوری های امواج در حدود 2/3 کیلووات بر متر محاسبه گردید. همچنین میزان هزینه میانگین ناشی از این توان تولید شده در حدود 58 سنت بر هر کیلووات محاسبه گردید تا توجیهپذیری اقتصادی ایجاد سایت نیروگاهی در این ناحیه نیز مورد توجه واقع گردد. در ادامه امر با توجه به اینکه نیروگاه آزمایشی در نزدیکی خط ساحلی امکانسنجی شده است مکانیزمی جهت تولید توان ارائه شده است که حداکثر راندمان تولید توان را با توجه به رفتار امواج در این ناحیه داشته باشد.
واژههای کلیدی:انرژی نو، امواج، دریای خزر، نوشهر
-1 مقدمه
رشد و توسعه جوامع انسانی همواره موازی با تولید و مصرف انرژی بوده است. طبق آمارهای به ثبت رسیده طی30 سال گذشته احتیاجات انرژی جهان به مقدار قابل ملاحظهای افزایش یافته است. در سال 1960 مصرف انرژی جهان معادل 3/3 گیگا تن بود در سال 1990 این رقم به 8/8 گیگاتن بالغ گردید، که دارای رشد متوسط سالانه 3/3 درصد میباشد و مجموع 166 درصد افزایش نشان میدهد. در حال حاضر مصرف انرژی جهان10 گیگاتن در سال بوده و پیش بینی میشود که این ارقام در سال 2020 به 14گیگاتن در سال افزایش یابد. - - iea,2012این مقدار انرژی برابر است با میزان تولیدات 15000 نیروگاه که هر کدام در حدود 100 مگاوات تولید انرژی داشته باشند و همچنین برابر با تولید 59 میلیون بشکه نفت در روز میباشد.
برآورد بانک جهانی نشان میدهد که فقط کشورهای در حال توسعه در30 سال آینده برای نصب و راهاندازی نیروگاهها نیازمند سرمایه ای در حدود 100 میلیارد دلار در سال میباشند. به این آمار و ارقام باید مصرف مقادیر عظیمی از انرژیهای فسیلی و همچنین آزاد شدن 2/2 میلیارد تن گاز منواکسید کربن در جو زمین را نیز اضافه کرد. - - iea,2012انرژی امواج بهعنوان یکی از منابع مطمئن معرفی شده که هم در دسترس - شب و روز - میباشد و هم اینکه کاملاً میتوان با انرژیهای حاصل از باد و خورشید مقایسه کرد. در سال 2006 دانشمندان اعلام کردند که اگر بتوان کمتر از %0/1 از انرژیهای تجدیدپذیر موجود در اقیانوسها را به انرژی الکتریکی تبدیل نمود میتوان 5برابر انرژیهای موجود حال حاضر در جهان را تأمین نمود - . - CRES, 2006
بر این اساس در مناطق مختلف دنیا در زمینه استفاده از این منبع بیکران انرژی تحقیقات وسیعی به عمل آمده است و در برخی کشورها به نتایج جالب توجهی نیز رسیده اند از جمله در کانادا، آمریکا، هند، پرتغال، اسکاتلند واخیراً نتایج چشمگیری در انگلستان حاصل شده است.متاسفانه در کشور ما بهعلت در دسترس بودن و همچنین ارزان نگه داشتن مواد نفتی و سوختهای فسیلی، تحقیقات در این زمینه - به خصوص در ارتباط با انرژی امواج دریاها و نیروگاه های دریایی - گسترش چندانی نیافته است و اکثر تحقیقات موجود در ایران مربوط به سالهای 75 تا 78 میباشد که در آن زمان با توجه به جدید بودن این نوع انرژی بسیاری علاقمند به استفاده و بهکارگیری آن شدند که متاسفانه بنا به دلایلی از جمله عدم اختصاص بودجه و پشتیبانی دولت و عوامل ذکر شده در بالا، تلاش محققان و دانشجویان به نتایج چشمگیر و کاربردی نرسید.
مطالعات هیدرودینامیک و مدلسازی عددی یکی از مهمترین بخشهای مطالعات امکان سنجی سایت نیروگاههای تولید برق از امواج در مناطق ساحلی و فراساحلی می باشند و هدف اصلی آنها تعیین مشخصههای هیدرودینامیکی منطقه طرح از قبیل مشخصات امواج طراحی و سرعتهای جریانهای ساحلی در محدوده مورد مطالعه میباشد. یکی از روشهای دقیق پیشبینی امواج که در اینجا نیز به کار رفته است، شبیهسازی عددی فرآیندهای حاکم بر تولید و انتقال موج میباشد - آیین نامه سازه دریایی ایران،. - 1385 در این تحقیق امکان استخراج انرژی الکتریکی با استفاده از انرژی امواج دریا به عنوان یکی از منابع تجدیدپذیر انرژی در منطقه نوشهر واقع در سواحل جنوبی دریای خزر میباشد.
این بندر یکی از بنادر مهم و استراتژیک کشور در حوضه حمل و نقل کالا و انرژی بوده که میتواند بعنوان الگویی برای سایر بنادر کشور در حوضه استفاده از منابع تجدیدپذیر مطرح گردد. مدل ریاضی مورد استفاده در این پروژه جهت پیشبینی مشخصه های امواج، مدل طیفی موج SW میباشد. مبنای این مدل برای پیشبینی موج، حل معادله انتقال انرژی همراه با ترم های چشمه و چاه میباشد. به منظور لحاظ کردن طبیعت تصادفی امواج دریا، معادله انتقال انرژی در شکل طیفی آن در نظر گرفته میشود، بر اساس این مدل که از مجموعه مایک - Mike 21 - 21 انتخاب شده است، انرژی میانگین گرفته شده با استفاده از پارامترهای دوره تناوب و ارتفاع مؤثر موج در جهت غالب امواج به دست آمده است و توان امواج در منطقه برای سال 2013 محاسبه شده است.
-2 تئوری امواج
برای بررسی تئوریکی موج دو روش وجود دارد -1 تئوری خطی -2 تئوریهای غیر خطی که در ادامه این تئوری ها مورد بررسی قرار میگیرند. - آشتیانی و بهشتی، . - 1386
1-2 تئوری موج خطی
برای نسبت ارتفاع به طول موج،مساوی یا کوچکتر از، میتوان با دقت بسیار عالی از تئوری خطی درپیشگویی خواص سینماتیکی امواج استفاده نمود. در این تئوری خواص موج به صورت خلاصه در معادلات زیرتعریف میشوند - آشتیانی و بهشتی ، : - 1386همچنین میتوان نشان داد که متوسط توان موج - میزان انتقال انرژی - بر واحد عرض در یک زمان تناوب موج بهصورت زیر یدست میآید - آشتیانی و بهشتی ، : - 1386که برای آبهای کم عمق و عمیق بهصورت زیر در میآید:
