Loading...
مشاوره، طراحی، ساخت و نظارت اتاق تمیز در کارخانجات دارویی، ملزومات دارویی، تجهیزات پزشکی و بهداشتی

انرژی های قابل حصول از دريا

انرژی های قابل حصول از دريا

انرژی پایان ناپذیر

نیروگاه های تولید الکتریسیته در اعماق آب دریاها با استفاده از قدرت جزر و مد می توانند کمکی برای مسئله انرژی جامعه بشری باشند. نخستین پروژه از این نمونه با یک سیستم نوین، در حال حاضر مشغول به کار است. پره های ۱۱ متری یک توربین زیر آبی به آرامی و بدون سر و صدا در حال گردشند. این نخستین پروژه تولید الکتریسیته از نیروی جزر و مد در عمق دریاست که به شیوه ای نوین به کار گرفته شده است. توربین های تولید انرژی، که در عمق ۲۰ متری در فاصله ۲ کیلومتری ساحل دوون واقع در جنوب غربی انگلیس کار می کنند حاصل ۴ سال تلاش مهندسان و کارشناسان دانشگاه کاسل آلمان است. این تنها نیروی جزر و مد است که پروانه های عظیم این توربین های زیرآبی، با نام جریان دریایی را به چرخش درمی آورد. این توربین ها، برخلاف توربین های بادی که وابسته به شرایط آب و هوایی هستند می توانند در اعماق دریا و به دور از تغییر و تحولات جوی به طور دائم به کار خود ادامه داده و به تولید الکتریسیته بپردازند.

در واقع، اینجا، صحبت از یک منبع انرژی پایان ناپذیر است. البته باید خاطرنشان شد که استفاده از این نیرو، ایده جدیدی نیست. در قرن یازدهم میلادی نیز آسیابان های سواحل ولز، سنگ های آسیاب خود را با کمک نیروی جزر و مد به کار می انداختند و بر همین اساس هم یک نیروگاه بهره برداری از قدرت جزر و مد در سانت متلوی فرانسه از ۳۵ سال پیش تاکنون به کار مشغول است. اما از این روش، تنها در شمار اندکی از سواحل جهان می توان استفاده کرد. یعنی در سواحلی که تفاوت ارتفاع سطح آب، در حین جزر و مد بیش از چندین متر است. توربین موسوم به جریان دریایی نیز، از این تفاوت ارتفاع استفاده می کند. اما کار این توربین، بر اصل دیگری استوار است. این چرخ آسیاب زیر دریایی، مانند نمونه هایی که قبلاً از آنها یاد کردیم از نیروهای عمودی بالا و پائین رفتن سطح آب استفاده نمی کند بلکه از جریان های افقی ای بهره می گیرد که بر اثر جزر و مد به وجود می آیند. به همین دلیل این توربین جدید می تواند در مکان های دیگر با میزان کمتر جزر و مد نیز به کار گرفته شود.

از مزیت های دیگر این توربین ها می توان به این نکته اشاره کرد که برای به حرکت درآوردن این توربین ها نیروی زیادی لازم نبوده و این توربین ها قادرند با سرعت های بسیار پائین نیز به حرکت درآیند. میزان کار مفید به دست آمده از این توربین ها ۲ برابر میزان کار مفید توربین های بادی بر روی زمین است چرا که جرم حجمی آب ۷۰۰ بار بیشتر از جرم حجمی هواست و به همین علت نیروهای انتقال یافته بزرگتر هستند. باید یادآوری کنیم که توربین جریان دریای» هنوز به صورت آزمایشی و با میزان تولید حداکثر ۳۰۰ کیلووات کار می کند اما قرار است به زودی توربین دیگری به کار گرفته شود که حداقل ۲ برابر توربین کنونی است. متخصصان امر، تنها در اروپا ۱۰۰ محل را شناسایی کرده اند که می توان در آنها با کمک نیروی جریان های دریایی، اختلاف ارتفاع سطح آب در هنگام جزر و مد و امواج، جمعاً ۱۲ هزار مگاوات الکتریسیته تولید کرد: یعنی به میزان ۱۰ نیروگاه بزرگ اتمی انرژی تولید شده ۱۵ تا ۲۰ درصد انرژی مورد نیاز کشورهای اروپایی است.

در سواحل نروژ توربین های مشابهی به کار گرفته شده اند. این توربین ها قرار است به صورت آزمایشی، ابتدا تامین کننده برق ،۵۰ سپس ۱۰۰۰ و سرانجام ۲۰ هزار خانه مسکونی باشند. در سواحل جزیره شتلند توربین دیگری به تولید الکتریسیته مشغول است. در مقابل سواحل کالیفرنیا، فلوریدا و کرانه شرقی کانادا پروژه ای مشابه به کار گرفته شده است. کارشناسان معتقدند طی ۳۰ سال آینده می توان از این توربین ها برای تولید ۴۰ درصد از انرژی مورد نیاز خانه های مسکونی بهره جست. در سواحل اسکاتلند برای تولید الکتریسیته تنها از نیروی امواج استفاده می شود. باله ها جریان امواج را به درون تونلی منتقل کرده و به این ترتیب توده هوا را به جلو می رانند و با کمک این توده هوا توربینی به گردش در می آید. اما ساده ترین سیستم بهره برداری از انرژی جزر و مد سیستمی است که دانمارکی ها به کار می گیرند. در این سیستم، امواج مستقیماً توسط یک سطح شیب دار به سوی پره های توربین رانده می شوند و آن را به حرکت درمی آورند. طبق محاسبات شورای مشورتی انرژی جهانی، حرکت های دریایی از این پتانسیل برخوردارند که تمامی نیاز جهان به انرژی را تامین سازند. البته سواحل کشور آلمان به خاطر رفت و آمد زیاد کشتی ها و سرعت اندک جریان های آبی برای این منظور مناسب نیستند. در حال حاضر تقریباً ۸۶ درصد از انرژی مورد نیاز جهانیان توسط زغال سنگ، گاز طبیعی و نفت خام تامین می گردد. این سوخت های فسیلی نه تنها اثر گلخانه ای را در اتمسفر زمین تشدید می کنند که به نوبه خود تغییرات آب و هوایی را به دنبال دارد، بلکه منابع پایان ناپذیری نبوده و سرانجام، روزی به پایان خواهند رسید. طبق ارزیابی کارشناسان امر منابع نفت خام زمین که به تنهایی ۴۰ درصد از انرژی جهان را تامین می کنند طی ۵۰ تا ۷۰ سال آینده به پایان خواهند رسید.

معرفي انرژي هاي قابل حصول از درياها

در اين فصل انرژي هاي قابل حصول از آب درياها و تكنولوژي استحصال از آنها به اختصار بيان مي شود.

1- انرژي جزر و مد دريا

2- انرژي امواج دريا

3- انرژي حرارتي دريا

4- انرژي اختلاف غلظت نمك آب دريا

انرژي جزر و مد دريا

جزر و مد و جريانات جزر و مدي نتيجه اثر نيروهاي جاذبه اجسام آسماني است. اين نيروها سبب افزايش ارتفاع سطح آب شده كه اين افزايش نيز سبب ايجاد جريانات افقي جزر و مدي مي شود. انرژي اين جريانات افقي را مي توان از طريق ساختن سدهايي در كنار درياها مهار نمود. از نظر مقايسه انرژي حاصل از جزر و مد بسيار مشابه واحدهاي برق- آبي است. مقدار انرژي بدست آمده از جريانات جزر و مدي بسيار قابل ملاحظه است.

انرژي امواج دريا

انرژي امواج دريا عبارت است از انرژي مكانيكي منتقل شده از باد كه امواجي با پريود كوتاه، آنرا بصورت انرژي پتانسيل و جنبشي در خود ذخيره مي كنند. در ميان منابع متعدد انرژيهاي اقيانوسي، انرژي حمل شده توسط امواج داراي بيشترين درصد انباشتگي است. به عنوان نمونه، انرژي موثر موج در حالت هاي عمومي، نسبت به انرژي حاصل از تابش مستقيم خورشيد در شديدترين تابش ها، از تراكم بسيار بالاتري برخوردار است. بنابراين ابزاري كه به عنوان مبدل هاي انرژي امواج مورد استفاده قرار مي گيرند، انرژي خود را با چگالي به مراتب بالاتر نسبت به تجهيزات انرژي خورشيدي توليد و عرضه مي نمايند. موج ها بخاطر جرم آبي كه نسبت به سطح متوسط دريا جابجا شده، انرژي پتانسيل و بخاطر سرعت ذرات آب، انرژي جنبشي با خود حمل مي كنند. انرژي ذخيره شده از طريق اصطكاك و اغتشاش، و با شدتي كه بستگي به ويژگي امواج و عمق آب دارد، تلف مي شود. موجهاي بزرگ در آبهاي عميق انرژي خود را با كندي بسيار از دست مي‌دهند، در نتيجه سيستمهاي امواج بسيار پيچيده هستند و اغلب هم از بادهاي محلي و هم از طوفان هايي كه روزهاي قبل در دور دست اتفاق افتاده اند سرچشمه مي گيرند. امواج توسط ارتفاع، طول موج (فاصله بين قله‌هاي متوالي) و دوره تناوبشان (زمان بين قله هاي متوالي) مشخص مي شوند. قدرت امواج معمولاً برحسب كيلووات بر متر بيان مي شود كه نمايانگر نرخ انتقال انرژي از عرض يك خط فرضي بطول يك متر و موازي با جبهه موج مي باشد.

انرژي حرارتي دريا

انرژي حرارتي دريايي يا اقيانوسي، بصورت اختلاف دما بين آبهاي گرم سطح دريا و آب هاي سرد اعماق آن وجود دارد. در اغلب نواحي حاره و نيمه حاره، اختلاف دماي موجود بين آب هاي سطح دريا و آب هاي عمق 1000 متري به 20 درجه سانتيگراد مي‌رسد كه اين اختلاف دما به عنوان حداقل اختلاف دماي مورد نياز براي تبديل عملي انرژي بشمار مي رود. بنابراين منبع انرژي حرارتي درياها وسعتي در حدود 60 ميليون متر مربع و ظرفيت توليد دائمي و بي وقفه اي به ميزان چندين تراوات را دارد. البته مقدار انرژي قابل برداشت بسيار كمتر است، زيرا بسياري از مناطق مناسب، خيلي دور افتاده اند و به علاوه پروسه استخراج انرژي به لحاظ قوانين ترموديناميكي به راندمانهاي بسيار پائين محدود مي شود. حتماً پس از به حساب آوردن تمام اين فاكتورها، بازهم مقدار انرژي قابل برداشت بسيار عظيم است. بعلاوه درياهايي كه بيشترين اختلاف دما در آنها وجود دارد. در مناطق كشور هاي در حال توسعه قرار دارند و يك منبع طبيعي و بومي براي آنها به شمار مي روند.

انرژي اختلاف غلظت نمك

بين آب شيرين و آب دريا اختلاف فشار اسمزي بزرگي (معادل 240 متر ارتفاع) وجود دارد. در تئوري اگر بتوان از اين فشار استفاده نمود، هر متر مكعب آب كه از رودخانه به دريا سرازير مي شود. مي تواند 65/0 كيلووات ساعت برق توليد كند. جرياني به ميزان يك متر مكعب در ثانيه مي تواند تبديل به خروجي توان، به ميزان 2340 كيلووات گردد.بطور مفهومي مي توان گفت كه ارتفاع تئوريك با جريان يافتن آب شيرين از طريق يك غشاء نيمه تراوا به داخل يك مخزن آب شور ايجاد مي شود. با فرض اينكه ميزان شوري در طول فرآيند كاهش نيابد. فشار كافي براي بالابردن سطح آب مخزن تا ارتفاع 240 متري وجود خواهد داشت. سپس مي توان آب را از طريق يك توربين تخليه نمود و انرژي آن را بازيابي كرد. در تئوري و به فرض اينكه تمام رودخانه‌هاي جهان را بتوان با دستگاه هايي با راندمان كامل مهار نموده، تواني به اندازه 6/2 تراوات بدست خواهد آمد.

تكنولوژي اختلاف غلظت نمك

در دهه 1970 تحقيقاتي براي يافتن راههاي عملي استخراج انرژي گراديان نمك صورت گرفت. عملاً مشكلاتي را در سر راه خود داشت. آب شيرين در عمل آب نمك را رقيق مي كند و براي حفظ گراديان غلظت نمك، بايد آب شور بيشتري به مخزن وارد كرد. اگر فرآيند پيوسته باشد، تراز سطح آب مخزن به 240 متر بالاتر از سطح دريا خواهد رسيد و در اين حالت قدرت بسيار زيادي براي پمپ كردن آب شور در مقابل چنين ارتفاعي لازم است. متأسفانه بهترين روش هاي عملي كه در نتيجه تحقيقات مشخص شده‌اند بسيار گران هستند. فرآيند الكترودياليز معكوس، با انرژي مشابه يك باتري نمكي، براي استخراج انرژي از آب شور پيشنهاد شده است. در يك مقاله منتشر شده به سال 1987، هزينه سرمايه گذاري معادل 50000 دلار آمريكا به ازاء هر كيلووات گزارش شده است.

هزينه پيش بيني شده در روش استفاده از اسمز معكوس براي بالابردن سطح آب و در نتيجه تغذيه توربين 10 تا 14 سنت آمريكا براي هر kwh است. روش سومي كه از نظر فني امكانپذير به نظر رسيده است،‌ بر اختلاف فشار بخار آب و آب نمك استوار است. آب مي بايست بخار شده و در آب شور تقطير شود و جريان بخار براي گرداندن يك توربين به كار مي رود. در اين فرآيند شرايط توربين نظير نيروگاه هاي OTEC سيكل باز است،‌ و در نتيجه ماشين آلاتي با قيمت تقريباً مساوي مورد نياز خواهد بود. اما اين سيستم چون آب شيرين را مصرف مي كند، نسبت به OTEC سيكل باز كه آب شيرين توليد مي كند بطور اصولي در موقعيت پائين تري قرار دارد.

نتيجه گيري

با توجه به سرمايه گذاري زيادي كه لازم است بر روي پروژه هاي توليد برق از طريق اختلاف غلظت نمك آب درياها صرف شود، همچنين راندمان پائين اين نيروگاه ها و همچنين مطالعات و تحقيقات دانشمندان در دهه 1970 باعث دلسردي و توجه كمتر به اين موضوع مي شود. در سال هاي اخير مبحث گراديان نمك هيچ گونه تلاش تحقيقاتي را به خود جذب نكرده است. در نتيجه شكل هاي ديگر انرژي هاي دريايي،‌ اهداف سودمندتري براي تلاش هاي توسعه در آينده به نظر مي رسد.

نظرات