محطة توليد الطاقة الموجية: مبدأ العمل

2024 مؤلف: Howard Calhoun | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-17 10:18

تخفي مياه المحيطات ثروات لا حصر لها ، ربما يكون أهمها مصادر غير محدودة للطاقة على شكل أمواج بحرية. لأول مرة ، تم التفكير في استخدام الطاقة الحركية للأعمدة المتدحرجة على الشاطئ في القرن الثامن عشر في باريس ، حيث تم تقديم أول براءة اختراع لطاحونة موجية. تقدمت التكنولوجيا الآن إلى الأمام بعيدًا ، وتم إنشاء أول محطة طاقة موجية تجارية من خلال الجهود المشتركة للعلماء ، والتي بدأت العمل في عام 2008.

لماذا هو مفيد؟

ليس سرا أن الموارد الطبيعية على وشك النضوب. احتياطيات الفحم والنفط والغاز - مصادر الطاقة الرئيسية - تقترب من نهايتها. وفقًا لتوقعات العلماء الأكثر تفاؤلاً ، ستكون الاحتياطيات كافية لمدة تتراوح بين 150 و 300 عام. كما فشلت الطاقة النووية في أن ترقى إلى مستوى التوقعات. تدفع الطاقة العالية والإنتاجية تكاليف البناء والتشغيل ، لكن مشاكل التخلص من النفايات والأضرار البيئية ستجبرها قريبًا على التخلي عنها. لهذه الأسباب ، يبحث العلماء عن مصادر طاقة بديلة جديدة. الآن بالفعلتعمل محطات طاقة الرياح والطاقة الشمسية. ولكن على الرغم من كل مزاياها ، فإن لها عيبًا كبيرًا - كفاءة منخفضة. لن يكون من الممكن تلبية احتياجات جميع السكان. لذلك ، هناك حاجة إلى حلول جديدة.

لتوليد الكهرباء ، تستخدم محطة طاقة الأمواج الطاقة الحركية للأمواج. وفقًا للتقديرات الأكثر تحفظًا ، تقدر هذه الإمكانات بـ 2 مليون ميجاوات ، وهو ما يعادل 1000 محطة طاقة نووية تعمل بكامل طاقتها ، وحوالي 75 كيلو واط / متر مكعب لكل متر من مقدمة الموجة. لا يوجد أي تأثير ضار على البيئة على الإطلاق.

مخطط العمل العام

محطات توليد الطاقة الموجية هي هياكل عائمة قادرة على تحويل الطاقة الميكانيكية لحركة الأمواج إلى طاقة كهربائية ونقلها إلى المستهلك. في الوقت نفسه ، يحاولون استخدام مصدرين:

1. احتياطيات حركية. تمر الأعمدة البحرية عبر أنبوب بقطر كبير وتقوم بتدوير الشفرات ، والتي تنقل القوة إلى مولد كهربائي. يتم تطبيق مبدأ الهواء المضغوط أيضًا - الماء ، الذي يخترق حجرة خاصة ، يزيح الأكسجين من هناك ، والذي يتم إعادة توجيهه عبر نظام من القنوات ويدور شفرات التوربينات.
2. طاقة المتداول. في هذه الحالة ، تعمل محطة توليد الطاقة بالأمواج كعوامة. تتحرك في الفضاء جنبًا إلى جنب مع ملف تعريف الموجة ، فهي تجعل التوربين يدور عبر نظام معقد من الروافع.

تستخدم الدول المختلفة تقنيتها الخاصة لتحويل الحركة الميكانيكية للأمواج إلى كهرباء ، ولكن بشكل عاملديهم نفس مخطط العمل

عيوب محطات توليد الطاقة بالموجات

العقبة الرئيسية أمام الانتشار الواسع لمحطات توليد الطاقة بالموجات هي تكلفتها. نظرًا للتصميم المعقد والتركيب المعقد على سطح مياه البحر ، فإن تكاليف تشغيل هذه المنشآت أعلى من تكاليف إنشاء محطة طاقة نووية أو محطة طاقة حرارية.

بالإضافة إلى ذلك ، هناك عدد من أوجه القصور الأخرى ، والتي ترتبط بشكل أساسي بظهور المشكلات الاجتماعية والاقتصادية. الشيء هو أن محطات العوامات الكبيرة تخلق خطرًا وتتداخل مع الملاحة وصيد الأسماك - يمكن لمحطة طاقة الأمواج العائمة أن تجبر الشخص ببساطة على الخروج من مناطق الصيد. هناك أيضًا عواقب بيئية محتملة. يؤدي استخدام التركيبات إلى إطفاء أمواج البحر بشكل كبير ، وجعلها أصغر ويمنعها من الانهيار إلى الشاطئ. وفي الوقت نفسه ، تلعب الأمواج دورًا مهمًا في عملية تبادل الغازات في المحيط وتنظيف سطحه. كل هذا يمكن أن يؤدي إلى تحول في التوازن البيئي

الجوانب الإيجابية لمحطات الطاقة الموجية

إلى جانب العيوب ، تمتلك محطة توليد الطاقة الموجية أيضًا عددًا من المزايا التي لها تأثير إيجابي على الأنشطة البشرية:

• التركيبات ، نظرًا لحقيقة أنها تطفئ طاقة الأمواج ، يمكنها حماية الهياكل الساحلية (الأرصفة ، والموانئ) من الدمار بفعل قوة المحيط ؛
• توليد الكهرباء بأقل تكلفة
• طاقة الموجة العالية تجعل مزارع الرياح أكثر جدوى من الناحية الاقتصادية من محطات الطاقة الشمسية أو الرياح.

تمتلك المياه الأرضية أيضًا احتياطيات الطاقة ، وخاصة الأنهار. إنشاء محطات على الجسور والمعابر والأرصفة هو أفق لتطوير هذا المجال من توليد الكهرباء.

مشاكل يجب حلها

المهمة الرئيسية التي تواجه المجتمع العلمي الآن هي تحسين التصميم ، مما سيقلل من تكلفة الكهرباء المولدة من محطات توليد الطاقة بالموجات. يجب أن يظل مبدأ التشغيل كما هو ، ولكن سيتم استخدام تقنيات ومواد جديدة لإنشاء التركيبات.

متوسط قوة الموجة هو 75-85 كيلو واط / م - هذا هو النطاق الذي يتم ضبط معظم المحطات عليه. ومع ذلك ، أثناء العاصفة ، تزداد قوة أمواج البحر عدة مرات وهناك خطر تدمير المنشآت. تم بالفعل تجعد أو ثني أكثر من شفرة بعد عاصفة. لحل هذه المشكلة ، يقلل العلماء بشكل مصطنع من القوة المحددة للأمواج. تتمثل إحدى المشكلات في أن الاستخدام المكثف لمحطات الأمواج سيؤدي إلى تغير المناخ. يتم توليد الطاقة الكهربائية بسبب دوران الأرض (هكذا تتشكل الأمواج). سيؤدي الاستخدام الواسع النطاق للمحطات إلى دوران الكوكب بشكل أبطأ. لن يشعر الإنسان بالفرق ، لكن هذا سيدمر عددًا من التيارات التي تلعب دورًا مهمًا في التبادل الحراري للأرض.

أول WPP التجريبي في العالم

ظهرت أول محطة لتوليد الطاقة عام 1985 في النرويج. كانت قوتها 500 كيلوواط ، وهي نفسهاكان نموذجًا أوليًا. يعتمد مبدأ التشغيل على الضغط الدوري وتوسيع الوسيط:

• أسطوانة ذات قاع مفتوح مغمورة في الماء بحيث تكون حافتها أسفل جوفاء الموجة - أدنى نقطة لها ؛
• الماء الجاري بشكل دوري يضغط الهواء في التجويف الداخلي ؛
• عند الوصول إلى ضغط معين ، يفتح صمام ، مما يسمح للأكسجين المضغوط بالمرور إلى التوربين.

أنتجت محطة توليد الكهرباء هذه 500 كيلوواط من الطاقة وهو ما يكفي لتأكيد فعالية التركيبات التي ساهمت في تطويرها.

أول محطة طاقة صناعية في العالم

أول منشأة في العالم على نطاق صناعي هي Oceanlinx offshore Port Kemble ، أستراليا. تم تشغيله في عام 2005 ، ولكن تم إرساله لإعادة الإعمار وبدأ العمل مرة أخرى في عام 2009 ، وهذا هو سبب استخدام كل من محطات توليد الطاقة من المد والجزر في المنطقة الآن. مبدأ التشغيل هو كما يلي:

1. تتدفق الموجات بشكل دوري إلى غرف خاصة ، مما يؤدي إلى ضغط الهواء.
2. عند الوصول إلى الضغط الحرج ، يقوم الهواء المضغوط بتدوير المولد الكهربائي عبر شبكة من القنوات.
3. لالتقاط حركة الأمواج وقوتها ، تغير ريش التوربينات زاوية ميلها.

قدرة التركيب حوالي 450 كيلوواط ، على الرغم من أن كل قسم من أقسام المحطة قادر على إيصال من 100 كيلوواط ساعة إلى 1.5 ميغاواط ساعة من الطاقة الكهربائية.

أول مزرعة رياح تجارية في العالم

أول محطة طاقة موجية تجاريةحصل على التعيين في عام 2008 في أجوسادور ، البرتغال. علاوة على ذلك ، فهو أول تركيب في العالم يستخدم بشكل مباشر الطاقة الميكانيكية للموجة. تم إعداد المشروع من قبل شركة بيلاميس ويف باور الإنجليزية.

يشتمل الهيكل على عدة أقسام يتم تحريرها وترتفع جنبًا إلى جنب مع ملف تعريف الموجة. يتم تثبيت الأقسام في النظام الهيدروليكي وتقوم بتشغيله أثناء الحركة. تتسبب الآلية الهيدروليكية في دوران دوار المولد ، بسبب توليد الكهرباء. محطات توليد الطاقة الموجية المستخدمة في البرتغال لها إيجابيات وسلبيات. ميزة التثبيت هي قوتها العالية - حوالي 2.25 ميغاواط ، بالإضافة إلى إمكانية تركيب أقسام إضافية. هناك عيب واحد فقط في تركيب النظام - وجود صعوبات في نقل الطاقة الكهربائية عبر الاسلاك الى المستهلك

أول محطة طاقة على الموجة في روسيا

في روسيا ، ظهرت أول مزرعة رياح في عام 2014 في إقليم بريمورسكي. تم تنفيذ التطوير من قبل فريق من العلماء من جامعة الأورال الفيدرالية ومعهد المحيط الهادئ لعلوم المحيطات التابع لفرع الشرق الأقصى التابع لأكاديمية العلوم الروسية. التثبيت تجريبي. تكمن خصوصيته في أنه لا يستخدم طاقة الأمواج فحسب ، بل المد والجزر أيضًا.

في موسكو ، من المخطط بناء مختبر أبحاث يقوم بتطوير وإنشاء أول محطة عائمة محلية. ربما ، بعد ذلك ، سيكون لمحطات الطاقة الموجية في روسيا أيضًا غرض صناعي أو تجاري.