بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله ضمن بررسی پارامترهای مهم در استحصال انرژی از امواج دریا، به امکانسنجی روشهای مختلف استحصال درجزایر لارک و فارور پرداخته و بنا به ویژگیهای این جزایر روش CETO انتخاب گردید. اساس کار این روش بر مبنای تبدیل حرکت خطی و غیر دائم بویه ناشی از عبور امواج به حرکت رفت و برگشتی پیستونها در داخل سیلندر و ایجاد جریان سیال در یک مدار هیدرولیکی است که نتیجه آن تولید برق متناوب بدون تغییر فرکانس است.
طراحیهای مختلفی برای مشخصات امواج در این جزیره ها انجام گرفت که تاثیر ابعاد بویه و شرایط محیطی دریا بر تولید توان در جداولی ارائه شده است. اطلاعات مورد نیاز در این دو جزیره با همکاری موسسه ملی اقیانوسشناسی کشور بر اساس آمار 31 ساله مشخصات امواج گردآوری گردیده و شرایط قالب موج در منطقه مورد تحلیل قرار گرفته است. نتایج تحلیل نشان میدهد که در حالت بهینه میتوان به توانی در حدود 20 کیلووات برای هر واحد از آن دست یافت.
مقدمه
برآورد تئوری انرژی امواج در جهان 8*1018 وات بر سال میباشد که برای تولید این انرژی از سوخت های فسیلی باید 2 میلیون تن دی اکسید کربن وارد اتمسفر کرد که این نشان دهنده اهمیت استفاده از انرژی امواج برای حفظ محیط زیست است. اولین مکانیزم تولید برق بهصورت علمی از امواج دریا از سال 1945 آغاز گردیده و تا بهحال سیزده کشور تجهیزاتی که به روشهای مختلف از امواج انرژی الکتریکی تولید میکنند استفاده نمودهاند.
در حال حاضر 40 نوع مکانیزم برای استفاده از انرژی امواج وجود دارد، این مکانیزمها بر اساس محل قرارگیری و نحوه انتقال قدرت آنها دسته بندی میشوند. از انواع این مکانیزمها میتوان مکانیزمهای پلامیس، آکوبوی، ستو، پاور بویه، ستون نوسانگر آب، نوسانگر موج ارشمیدسی، اژدهای آبی، آناکوندا و سی ویو را نام برد. در زمینه تولید برق از امواج تحقیقات و پژوهشهای متعددی صورت گرفته است که در ایران این تحقیقات بیشتر در حوزه امکان سنجی و طراحی مفهومی بوده است، ذبیحیان و فونگ [1] همراه با معرفی روشهای مختلف بهرهگیری از انرژی اقیانوس، بهرهگیری از انرژی موج را در سواحل دریای عمان وجزایر دور دست آن امکانپذیر دانستهاند.
شفقت و همکارانش [2] برای دریای مازندران به این نتیجه رسیدهاند که تولید برق از انرژی امواج در مقایسه با انرژی جزر و مدی دریای مازندران کارایی بهتری خواهد داشت و در عین حال به موانع و مشکلات نصب سیستم های تولید برق از امواج در بستر این دریا اشاره نمودهاند. دشتی و خجسته پور [3] برای توان موج دو عامل مهم پریود موج و ارتفاع موج مدنظر است که در خلیج فارس پریود موج به شدت پایین است که درنتیجه نمیتوان توان خوبی را انتظار داشت و همچنین در این مقاله فنّاوری wave star را با توجه به شرایط میانگین ارتفاع موج و میانگین پریود موج در محدوده مرکزی استان پیشنهاد میکند.
بهطور کلی قدرت موج دریای خلیجفارس زیر 5 کیلووات بر متر قرار دارد و بیانگر آنست که استفاده از تجهیزاتی که تاکنون اختراع شدهاند برای این استان مقرون بصرفه نیستند. سایبانی و همکارانش [4] پس از معرفی چند روش بهرهبرداری از انرژی دریا، برای دریای خزر با توجه به عمق و ارتفاع موج بلندتر، استفاده از روشهای مکانیکی پلامیس و آکوبوی و روش ارتعاش ستون آب مقرون بهصرفه و مناسبتر دانسته و برای خلیجفارس باتوجه به عمق دریا و طول امواج و ارتفاع آنها روشهای ارتعاش ستون آب و صفحات شناوری را مطلوبتر معرفی نمودهاند. نظری[5] به طراحی یک دستگاه تولید برق از امواج در بندر عسلویه پرداخته است در این مقاله ضمن بهینه سازی شکل بویه و قرار گیری آن در حالت رزونانس امکان دست یابی به توان بالاتر از 10 کیلو وات برای هر دستگاه را امکان پذیر دانسته است.
در مقاله حاضر به امکان سنجی استحصال انرژی الکتریکی از امواج در جزیره های لارک و فارور پرداخته شده است. بدین منظور مکانیزم ستو به دلایلی چون سادگی ساختمان، استقلال مکانیزم از راستای موج، نداشتن اثر بصری، مقاومت مناسب در مقابل طوفانهای دریایی و تطبیق پذیر بودن آن با توجه به شرایط محل برای تولید انرژی الکتریکی انتخاب گردیده است. با بررسیهای صورت گرفته توسط نویسندگان این مقاله، پژوهشی که به مطالعه تخصصی استفاده از این روش در ایران پرداخته شده باشد یافت نگردید.
اطلاعات و مشخصات امواج در مناطق مورد نظر
لارک جزیرهای در خلیج فارس و جزء استان هرمزگان است که در 26,51 درجه خط عرض شمالی و در 56,21 درجه خط طول شرقی قرار دارد و عمق آب در اطراف این جزیره برابر 89 متر میباشد. جزیره فارور نیز در خلیج فارس در 26,15 درجه خط عرض شمالی و در 54,25 درجه خط طول شرقی قرار دارد و عمق آب در اطراف این جزیره برابر 100 متر میباشد. با تحلیل آماری صورت گرفته با استفاده از برنامه کامپبوتری تهیه شده بر اساس اطلاعات دریافتی از موسسه ملی اقیانوس شناسی امواج این منطقه بین سالهای 1981 تا 2011 که به صورت ساعتی ثبت شده است،
مقادیر جدول 1 نشان میدهد که در جزیره لارک و فارور امواج با دامنه موثر بین 0,2 تا 0,4 متر بیشترین درصد وقوع را داراست و اغلب امواج دارای ارتفاع زیر یک متر میباشند. همچنین مقادیر جدول 2 نشان میدهد که امواج با زمان تناوب 2,4 تا 3,6 ثانیه بیشترین درصد وقوع را دارند. به منظور دست یابی به حداکثر انرژی ممکن لازم است محتمل ترین امواج که دارای دامنه بیشینه با زمان نناوب بیشینه هستند نعیین گردیده و در طراحی دستگاه مد نظر قرار گیرد.
بدین منظور تحلیل های لازم آماری بر روی اطلاعات موجود صورت گرفته و تعداد ساعات رویداد یک موج با زمان تناوب و ارتفاع همان موج در جدول 3 و 4 برای دو جزیره نشان داده شده است. مقادیر این جداول نشان میدهد که در بازههای زمان تناوب 2,4 تا 3 و 3 تا 3,6 ثانیه به ترتیب دامنه امواج 0 تا 0,4 و 0,4 تا 0,8 متر، بیشترین تعداد رویداد را دارند لذا در این مقاله به طور متوسط زمان تناوب 3 ثانیه با دامنه موج 0,5 متر برای طراحی مکانیزم استحصال انرژی در نظر گرفته خواهد شد.
مبانی تئوری و معادلات حاکم
در این بخش به بررسی مبانی تئوری و معادلات حاکم بر تحلیل امواج پرداخته میشود. یکی از تئوریهای متداول حاکم بر امواج، تئوری امواج خطی میباشد. در این تئوری فرضهای مختلفی در نظر گرفته میشود که از مهمترین آن کوچک بودن دامنه موج نسبت به طول موج و عمق آب است که برای جزیره مورد نظر صادق میباشد. برای بررسی بیشتر این فرضها میتوان به مرجع[9] مراجعه نمود. بر اساس این تئوری سرعت افقی و عمودی امواج به ترتیب از روابط - 1 - و - 2 - محاسبه میگردد.
