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

بررسی روش های مختلف توليد برق از انرژی جزر و مد

بررسی روش های مختلف توليد برق از انرژی جزر و مد

جذب انرژي جزر و مدي و تبديل آن به انرژي الكتريكي با استفاده از دريا و يك حوضچه مصنوعي امكان پذير خواهد بود. با توجه به شكل 1 براي توليد برق در اغلب اوقات بايستي بيشتر از يك حوضچه مصنوعي داشته باشيم. بر همين اساس طبقه بندي زير را خواهيم داشت:

1- آرايش يك حوضچه اي

2- آرايش دو حوضچه اي

3- آرايش تركيبي حوضچه ها

4- نيروگاه جزر و مدي در حالت تلمبه ذخيره اي

شکل 1 - ارتباط حوضچه و دريا

سيستم يك حوضچه اي

در آرايش يك حوضچه اي تنها يك حوضچه با دريا ارتباط دارد در حقيقت حوضچه و دريا توسط يك دايك جدا شده اند و جريان بين آنها از طريق مجراي آبگذر (sluice way) كه در امتداد دايك قرار دارد عبور مي كند.

تولید قدرت در آرایش یک حوضچه ای

در اين آرايش توليد قدرت مي تواند به سه صورت زير باشد:

1- سيستم يك حوضچه اي با جريان از سوي حوضچه به دريا

2- سيستم يك حوضچه اي با جريان از سوي دريا به حوضچه

3- سيستم دو طرفه حوضچه به دريا و بالعكس

سيستم يك حوضچه اي با جريان از سوي حوضچه به دريا

در اين سيستم در زمان جزر دريا برق توليد مي شود. در اين سيستم جريان آب از حوضچه بر روي توربين ها ريخته مي شود و با توجه به اينكه در دريا جزر شده اختلاف ارتفاع لازم وجود دارد يعني آب از حوضچه برروي توربين مي ريزد و بعد در دريا تخليه مي شود. به اين روش توليد در جزر (Ebb Generation) نيز گفته مي‌شود. روند توليد برق در يك سيكل شامل مرحله پرشدن حوضچه در طي زمان مد از طريق مجراي آبگذر مي باشد. زمان انتظار براي كسب حداقل ارتفاع روي توربين ها و سپس شروع توليد انرژي تا وقتي ارتفاع كاركرد توربين اجازه بدهد مي باشد در شكل 2 اين مطلب تشريح شده است در اين شكل به ترتيب زمان هاي پرشدن، انتظار و توليد نمايش داده شده است.

شكل 2 - سيكل كاركرد سيستم يك حوضچه اي با جريان از سوي حوضچه به دريا

سيستم يك حوضچه اي با جريان از سوي دريا به حوضچه

در اين سيستم توليد برق در زماني انجام مي شود كه دريا در حالت مد قرار دارد در اين سيستم آب دريا را از روي توربين ها به سوي حوضچه عبور مي دهند. هنگاميكه مد تمام شده و سطح آب دريا پائين آمد، زمان توليد پايان مي پذيرد. حوضچه از طريق مجراهاي آبگذر در دريا تخليه مي شود شكل 3 ارتفاع هاي نسبي آب دريا و حوضچه را نشان مي‌دهد. بديهي است كه مدت زمان توليد برق بستگي به اختلاف ارتفاع بين دريا و حوضچه دارد (تا حداقل ارتفاعي كه براي كار كردن توربين لازم است فراهم گردد) به اين روش توليد در مد (Flood Generation) نيز گفته مي‌شود.

شكل 3 - سيستم توليد انرژي با جريان از سوي دريا به حوضچه

اگر آب همزمان با زمان مد روي توربين ها ريخته شود ممكن است، در زمان هايي ارتفاع روي توربين ها خارج از محدوده كاركرد عملي آن قرار بگيرد. مطلب ياد شده به اين دليل بوجود مي آيد كه نرخ رها كردن آب از توربين و نرخ پائين آمدن آب حوضچه و دريا يكي است. پس براي ايجاد هد (ارتفاع) لازم براي توربين ها، سطح آب در حوضچه به نحوي تعيين مي شود كه ارتفاع آب بسيار آهسته نسبت به افت مد در دريا كاهش پيدا كند. اگر چه دو سيستم جريانهاي حوضچه به دريا و دريا به حوضچه ممكن است شبيه بهم باشند ولي بايستي يادآور شده كه سيستم يك حوضچه اي با جريان از سوي حوضچه به دريا يا توليد به روش جزر داراي مزيت‌هاي بيشتري است. از آنجا كه پروژه هاي جزر و مدي در دهانه ورودي رودخانه ها به درياها، تنگه ها و خليج ها واقع شده اند، زمان جريان از حوضچه به دريا (Ebb-Bide) در مقايسه با زمان جريان دريا به حوضچه دوره طولاني تري دارد. البته اين زمان براي تمام ارتفاع ها در حوضچه هاي طبيعي ثابت نيست اما در اين حوضچه ها با افزايش ارتفاع، مساحت حوضچه نيز افزايش مي يابد و بنابراين هزينه هاي ساختماني بيشتري را ايجاب مي نمايد. اين مسئله تأثير مهمي روي كاركرد سيكل هاي منفرد (تك حوضچه اي) و يا دوتايي (دو حوضچه اي) مي گذارد. در سيستم دريا به حوضچه (مد) احتياج به حوضچه گودتري داريم تا بتوانيم آب بند دريچه مجراي آبگذر را پائين تر بگذاريم، بنابراين هزينه‌ هاي ساختماني افزايش مي يابد. تخمين زده شده است كه انرژي توليد شده توسط سيكل حوضچه به دريا (جزر) حدود 5/1 برابر سيكل دريا به حوضچه (مد) مي باشد.

سيستم دو طرفه حوضچه به دريا و بالعكس

در اين سيستم در هر دو زمان جريان از ساحل به دريا و بالعكس فقط با استفاده از يك حوضچه امكان بهره برداري از واحد و توليد برق وجود دارد. جهت جريان آب ورودي توربين ها بسته به زمان جزر يا مد عوض مي شود. اما ماشين در هر دو زمان جزر و مد به عنوان توربين كار مي كند. در اين روش توليد برق در هردو سيكل پرشدن و تخليه حوضچه انجام مي پذيرد با توجه به شكل 4 در زمان T1 دريچه هاي مجراي آبگذر بسته مي شوند (هنگامي كه ارتفاع مخزن و سطح آب در زمان مد يكي هستند) در زمان T2 هنگامي كه ارتفاع آب در دريا به عمقي معادل ارتفاع حداقل توربين ها افت كرده انرژي توليد شده و سپس تخليه حوضچه آغاز مي شود.

شكل 4 - سيستم سيكل دو طرفه با يك حوضچه

اما توليد تا زمان T3 كه حداقل ارتفاع قابل دسترسي توربين ها موجود است به طول مي ‌انجامد در اين زمان دريچه ها باز مي شوند تا مجدداً به حداقل ارتفاع آب قابل قبول براي عملكرد توربين ها برسيم. در زمان T4 وقتي كه ارتفاع حوضچه و دريا متعادل شد دريچه ها دوباره بسته مي شوند تا زمان T5 كه حداقل ارتفاع لازم براي عملكرد توربين فراهم گردد. توربين ها دوباره مي توانند تا زمان T6 كار كنند در حاليكه حوضچه در حال پرشدن مي باشد. در زمان T6 توربين ها خاموش خواهند شد در اينجا دوباره دريچه ها باز مي شوند تا سطح آب در حوضچه به سرعت بالا بيايد براي آنكه سطح آب در حوضچه با سطح آب مد در T7 متعادل شود. اگرچه در سيستم سيكل دو طرفه در كل پريود كار فقط زمان هاي توقف كوتاهي در توليد انرژي وجود دارد، ولي به دليل همين توقفهاي كوتاه تاكنون امكان ايجاد يك سيستم توليد قدرت پيوسته فراهم نشده است.

سيستم دو حوضچه اي

در اين سيستم، دو حوضچه بسيار نزديك به هم مي باشند و به نوعي نوبتي كار مي‌كنند مثلاً وقتي اولين حوضچه در زمان مد دريا توليد برق مي نمايد حوضچه ديگر در زمان جزر دريا به توليد برق مي پردازد. ممكن است براي دو حوضچه يك نيروگاه در نظر گرفته شود و يا هركدام يك نيروگاه جداگانه براي خودشان داشته باشند. در هر دو حالت و با انتخاب پارامترهاي طراحي مناسب مي توان به توليد يكنواخت مطلوبي دست يافت. شكل 5 نحوه عملكرد يك سيستم دو حوضچه اي را با دو نيروگاه جداگانه تشريح مي كند.

شكل 5 - سيستم دو حوضچه اي

سيستم تركيبي شامل دو حوضچه

اين سيستم از دو حوضچه كه از طريق توربين ها بهم مرتبط مي باشند و در ارتفاع هاي مختلف قرار دارند تشكيل مي گردد. د وسري مجراي آبگذر يك سري در حوضچه با ارتفاع بالاتر و سري ديگر در حوضچه با ارتفاع پائين تر حوضچه ها را به دريا متصل مي كنند. مجراي آبگذر حوضچه بالاتر را مجراي ورودي و مجراي آبگذر حوضچه پائين تر را مجراي خروجي مي نامند.

روش بهره برداري سيستم تركيبي شامل دو حوضچه

در ابتدا مجراهاي ورودي بسته مي شود تا حوضچه با ارتفاع بالا از آب پرگردد، جريان از حوضچه بالا به سوي حوضچه پائين از روي توربين ها انتقال داده مي‌شود. نتيجتاً سطح آب در حوضچه بالاتر افت مي كند در همين حال در حوضچه پائين تر سطح آب بالا مي رود. در لحظه اي كه ارتفاع آب در حوضچه پائين تر در حال بالا آمدن است و ارتفاع مد در حال نزول است، دريچه هاي خروجي باز مي‌شوند و هنگامي كه جزر به پائين ترين سطح خود مي رسد دريچه هاي خروجي بسته مي‌شوند. با بالا آمدن مد هنگامي كه اختلاف ارتفاع بين حوضچه هاي بالا و پائين با حداقل ارتفاع مورد نياز براي عملكرد توربين معادل شد همزمان توربين ها از طريق هدايت آب حوضچه بالا به حوضچه پائين كار مي كنند. وقتي كه مد به حد بالاي خود رسيد دريچه هاي ورودي بسته مي شوند و از اينجا به طور مشابه به سيكل دوم شروع به كار مي كند. در شكل 6 سيستم دو حوضچه اي تركيبي نشان داده شده است.

شكل 6 - سيستم دو حوضچه اي تركيبي

نيروگاه هاي جزر و مدي در حالت تلمبه ذخيره اي

در نيروگاه هاي تلمبه ذخيره اي واحد در ساعت غير پيك كه انرژي مازاد در شبكه وجود دارد به پمپاژ آب از مخزني كه در ارتفاع پائين قرار دارد به مخزني كه در ارتفاع بالا قرار دارد مي پردازد و سپس در ساعات پيك آب از مخزن بالايي به پائيني منتقل مي شود و با عبور از بين پره هاي تروبين انرژي الكتريكي توليد مي شود و اين سيكل مجدداً تكرار مي شود. مهم ترين فايده اين روش امكان توليد برق در ساعات حداكثر نياز مصرف (پيك) مي باشد. در نيروگاه هاي جزر و مدي توربين و ژنراتور در حالت تلمبه ذخيره اي بطور افقي نصب مي شوند. از آنجا كه پره‌هاي توربين بطور معكوس هم كار مي كنند واحد هم به عنوان توربين و هم به عنوان پمپ مي تواند كار كند. بنابراين واحد قادر خواهد بود حوضچه بالايي را تا ارتفاع بالاتري پركند و بطور معكوس حوضچه پائيني را مي‌توان توسط عمل پمپاژ تخليه نمود. با تأمين مشخصات و نحوه عملكرد فوق اين امكان فراهم مي گردد كه از يك نيروگاه جزر و مدي بصورت اقتصادي توجيه پذير بعنوان يك منبع انرژي مطمئن (Frim Energy) كه نيازهاي شبكه سراسري برق را تأمين مي نمايد استفاده نمود. اين سيستم مزاياي ديگري نيز دارد. براي مثال در زمان غيرپيك (off-peak) كه در شبكه انرژي لازم براي پمپاژ موجود است و اختلاف ارتفاع بين دريا و حوضچه كم است مي توان آب را به سمت مقابل پمپ نمود تا با فراهم آوردن اختلاف ارتفاع زياد در ساعات پيك توليد انرژي انجام بگيرد. منحني عملكرد نيروگاه جزر و مدي در حالت تلمبه ذخيره اي در پيوست آمده است.

نظرات