بخشی از مقاله
چکیده
در مقاله حاضر نمونهاي جدید از پمپهاي تولید توان از انرژي موج، در بسترهاي آبی با قابلیت تنظیم ارتفاع معرفی شده است. این دستگاه در کف بسترهاي آبی نصب میگردد و داراي ویژگی منحصر به فرد تنظیم ارتفاع در جزر و مد است. این ویژگی با استفاده از یک سیستم ترمزي و ستون تنظیم ارتفاع حاصل میشود. در ادامه این مقاله سیستم روابط حاکم بر حرکت این دستگاه در شرایط مختلف حرکتی استخراج شده است و با استفاده از روابط مذکور و دادههاي اولیه مفروض، یک طراحی فرضی انجام شده است. معادلات به دست آمده یک دسته معادله دیفرانسیل از درجه 2 است. در حل معادلات به دست آمده از نرمافزار محاسباتی EES1 استفاده شده است.
مقدمهاي بر انرژيهاي دریایی
انرژي دریایی یا اقیانوسی ، یکی از انواع انرژيهاي تجدیدپذیر است که در کنار منابع دیگري نظیر انرژي خورشیدي و باد، مورد توجه قرار گرفته است . انرژي امواج و انرژي جزر و مد را میتوان مهمترین زیر مجموعه هاي انرژيهاي دریایی به شمار آورد. نیروگاههاي جزر و مدي به دلیل مشابهت با نیروگاههاي آبی و استفاده از فناوري آماده آنها، به پیشرفت هاي سریعی نایل آمده است .[1]
امواج در اثر انتقال انرژي از باد به دریا به وجود میآیند. نرخ این انتقال انرژي بستگی به سرعت باد و نیز به مسافتی دارد که در طول آن باد با سطح آب در فعل و انفعال بوده است. موجها به خاطر جرم آبی که نسبت به سطح متوسط دریا جابه جا شده است، انرژي پتانسیل و به خاطر سرعت ذرات آب، انرژي جنبشی را با خود حمل می کنند.
انرژي ذخیره شده از طریق اصطکاك و اغتشاش و با شدتی که بستگی به ویژگی امواج و عمق آب دارد، تلف میشود. موجهاي بزرگ در آبهاي عمیق انرژي خود را با کندي بسیار از دست میدهند؛ در نتیجه سیستمهاي امواج بسیار پیچیده هستند و اغلب هم از بادهاي محلی و هم از توفانهایی که روزها قبل در دور دست اتفاق افتادهاند، سرچشمه میگیرند.
امواج توسط ارتفاع، طول موج و دوره تناوبشان مشخص می شوند. قدرت امواج معمولاً بر حسب کیلووات بر متر بیان می شود 3]،[2که نمایانگر شدت انتقال یا عبور انرژي از یک خط فرضی به طول یک متر و موازي با جبهه موج است. امروزه فناوري تولید انرژي از موج اقیانوس ها وجود دارد، به طراحی و تحلیل پمپ تولید توان از انرژي موج با قابلیت تنظیم ارتفاع طوري که بیش از 400 اختراع در این زمینه به ثبت رسیده است که از آنها به سه روش اصلی استفاده از کانالی به شکل مخروط ناقص، استفاده از حرکت عمومی امواج اقیانوس توسط مکانیزمهاي گوناگون و استفاده از یک ستون نوسانی آب 5]،[4 میتوان اشاره کرد.
نیروگاههاي موجی از تنوع زیادي برخوردار هستند. برخی بر روي آب شناورند و برخی دیگر در ساحل نصب می شوند. همچنین نحوه درگیري آنها با امواج و در نتیجه نوع حرکتی که جذب میکنند با هم تفاوت بسیار دارد. علاوه بر کارهاي مطالعاتی، نمونههاي کوچکی نیز از برخی سیستمهاي موجی در نقاط مختلف جهان ساخته شده و مورد آزمایش قرار گرفته است.
به عنوان مثال نیروگاهی که در جولاي 2008 در کشور پرتغال به روش Pelamis آغاز به کار کرد اما پس از دو ماه به علت مشکلات فنی بسته شد 8]،7،.[6 بیشترین الکتریسیته تولید شده در داخل کشور - بیش از 90 درصد - ، از سوختن سوختهاي هیدروکربنی مانند نفت و گاز تولید میشود .[9] در نتیجهي احتراق این سوختها انتشارات1 زیانآوري تولید میشود که جمعآوري و حذف این انتشارات از گاز خروجی مشکل و پرهزینه است.
همچنین انتقال این سوختها از مبدا تا محلی که پالایش گردند و از آنجا تا محل تولید توان نه تنها انرژي زیادي میطلبد، بلکه ناکارآمد، پرهزینه و خطرناك است و همچنین آلودگیهاي زیستمحیطی زیادي به همراه دارد. نیروگاههاي هستهاي جایگزینی براي سوختهاي هیدروکربنی میباشند. اما ساختن این نیروگاهها گران است و مشکلات امنیتی در پی دارد.
همچنین دفع زباله- هاي این نیروگاهها گران و پرخطر میباشد. پنلهاي خورشیدي2 جایگزین دیگري براي سوختهاي هیدروکربنی هستند. اما قیمت بالاي این پنلها، بازدهی بسیار پایین و غیرقابل استفاده بودن در شب و هواي ابري و طوفانی، استفاده از آنها را محدود کرده است. انرژي باد3 هم در صورت موجود بودن به شدت به آب و هوا وابسته است و تا حدي قیمت بالایی دارد.
برخلاف خورشید و باد، امواج بسیار منظم هستند و به طور پیوسته در هر بیست و چهار ساعت شبانهروز رخ میدهند. هر چند که ارتفاع امواج بر اساس فاکتورهایی چون جغرافیاي ساحل، زمان، اندازه و جهت باد تغییر میکند، اما امواج معمولاً همیشگی و پیوسته هستند. در نتیجه به عنوان منبع ارزان و قابل اعتمادي براي تولید توان در نظر گرفته میشوند.
در این مقاله نمونه جدیدي از یک پمپ تولید توان از انرژي امواج معرفی شده است. استفادهي اصلی این نوع پمپها براي پمپ آب دریا و سایر بسترهاي آبی به مخزنی در ارتفاع بالاتر و استفاده از این مخزن براي به حرکت درآوردن یک توربین آبی و تولید انرژي الکتریکی میباشد - شکل . - 1 شکل - 1 - طرح سیستماتیک تولید و انتقال انرژي قابلیت مهم این دستگاه جدید، قابلیت تنظیم ارتفاع آن با تغییر ارتفاع سطح آب در جزر و مد است. این امر با استفاده از یک ستون تنظیم ارتفاع و سیستم ترمزي ممکن شده است. در ادامه این مقاله روابط حاکم بر حرکت این دستگاه بیان شده و با استفاده از روابط مذکور و دادههاي اولیه مفروض، یک طراحی فرضی انجام شده است.
توصیف کلی سیستم
شماي کلی سیستم پمپ به همراه سیستم تنظیم ارتفاع در شکل 2 نشان داده شده است.
