امواج دگرگون ساز

افزایش میزان استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر در تولید برق در شمار بالاترین اولویت‌های بسیاری از كشورهاست. اما استفاده از نیروی امواج دریا برای تولید برق، چنان كه باید، توسعه نیافته است. پروژهای در بریتانیا در حال آزمایش این فناوری است تا عملی بودن این گزینه را برای آینده ثابت كند.
اگر چه دولت انگلستان برنامهای درازمدت برای انرژیهای تجدیدپذیر و سبز تا سال ۲۰۱۰ و ۱۰ درصد افزایش آن تا سال ۲۰۲۰ دارد اما پروژههای مربوط به انرژیهای تجدیدپذیر همان تجربه موسوم به Nimby (در قلمرو من،نه!) را به عنوان یك عارضه دنبال میكنند. این رویكرد باعث ایجاد مانع وسرخوردگی توسعه‌دهندگان طرحهای انرژی تجدیدپذیر و برق بادی به طور اخص میشود. سكنه محلی اغلب با طرحهای برق بادی به دلیل تاثیر نامطلوب آنها در چشمانداز و نوفه (Noise) هایی است كه توربینها ایجاد میكنند.
در حال حاضر سهم انرژیهای تجدیدپذیر در كل تولید برق انگلستان كمتر از یك درصد است. پیشبینی طرح‌هایی كه تصویب سریعتر پروژه‌های تجدیدپذیر را برای رسیدن به هدفها میسركند، امری ضروری است. اگر چه گفته میشود طرحهای برق بادی رایجترین در اروپاست اما ملاحظات زیست‌محیطی و محدودیتهای برنامه‌ریزی مانعی برای توسعه طرحها در انگلستان است. به این ترتیب چرخشی در زمینه افزایش توسعه (تاسیسات) بادی فراساحلی مورد انتظار است.
توسعه مزارع بادی در انگلستان كاملاً محدود است چرا كه تنها شامل ۸۰ پروژه با ۱۰۰۷ توربین و ظرفیت كل ۵/۵۵۷ مگاوات است. مسایلی كه توسعه‌دهندگان طرحهای مزرعه بادی تجربه كردهاند، فرصت را برای توسعه شكلهای دیگر انرژی تجدیدپذیر فراهم میكند و هنگامی كه در شمال اروپا در آینده انرژی خورشیدی سهم چندانی ندارد، به نظر میرسد این منطقه هنوز نتوانسته قدرت و نیروی خطوط ساحلی و مصب رودخانه را شكوفا كند.
بر توسعه انرژیهای تجدیدپذیر در پروتكل كیوتو تاكید شده است. اگر چه «براین ویلسن» وزیر انرژی انگلستان بر اهمیت برق هستهای در برآوردن تعهدات كیوتو تاكید میورزد اما توجه بر انرژیهای سازگار با محیطزیست ادامه دارد. به نظر میرسد دولت انگستان حسی جدید از اضطرار دراین زمینه را ترویج میكند و از توسعه‌دهندگان میخواهد تا گام‌هایی شجاعانه بردارند و هدف‌های انرژی تجدیدپذیر را محقق سازند.
گذشته از مساله چشمانداز تاسیسات و معایب برق بادی به دلیل متغیر و موسمی بودن باد كه برای شبكه مساله‌آفرین میشود و نیاز به ظرفیت اضافی در سیستم انرژی، برای زمانی كه باد نمیوزد، ایجاد میكند.
●برق موج دریا
تولید برق به كمك موج دریا به نظر جذاب میآید زیرا طبیعت امواج آن را قابل پیشبینی و چرخه منظم تولید را تضمین میكند كه در برنامه‌ریزی و پایداری انرژی عنصری مهم است. با این كه شكل و قدرت امواج كاملاً به باد محیط بستگی دارند و در نتیجه ممكن است مثل انرژی باد موسمی باشند، اما میتوان با مرحلهبندی چرخه (فراز و فرود) آن، اوج قدرت و میزان آن در زمانهای مختلف، وضعیت با ثباتتری را برای رژیم انرژی شبكه موجی خطوط ساحلی انگلستان ایجاد كرد.
میزان انرژی حاصل از جریان امواج، مانند باد،به چگالی و سرعت آن بستگی دارد، از آنجا كه چگالی آب دریا ۸۰۰ برابر هوا و جریان آن بین ۸/۱۲-۸/۴ كیلومتر/ ثانیه است واضح است كه این انرژی قابلیت دسترسی بیشتری در صورت یافته شدن و كاربردی كردن فناوری خاص خود دارد.
با ساختن یك دیواره در مصب رودخانه میتوان برق حاصل از موج را به كار انداخت. جریان امواج توربینها را برای تولید برق میگرداند. تنها ایستگاه برق موجی در اروپا در حال حاضر در «رنس» فرانسه قرار دارد. پایگاههایی مناسب در انگلستان برای ایجاد چنین مكانهایی وجود دارد. اما یك دلیل اكراه آنجاست كه چنین طرحهایی به زندگی پرندگان دریایی و ماهیان به دلیل دگرگونی شرایط طبیعی لطمه میزند.
بنا به توصیه شورای جهانی انرژی بسیار منطقی است كه انگلستان طرحهای برق موجی را تا حدی توسعه دهد كه بتواند ۲۰درصد برق مورد نیاز خود را از این طریق تامین كند (Twh ۵۰ در سال ) ۹۰ درصد این توان را در هشت مصب بزگر «سورن»، «دی»، «موركعب»، «بی»، «سولوی»، «هامبر» و «واش» میتوان ایجاد كرد.
فناوری استخراج قدرت از چرخه امواج بر دو نوع است.
۱) سد خاكی موجی كه دیوارهای ایجاد میشود كه تغییرات موج را مانع شود و از این سطح نوسان آب برای تولید انرژی و گرداندن توربین استفاده كند. این مدل در فرانسه، كار گرفته شده و سد خاكی در مصب رودخانه ایجاد شده و سیستم سالهاست كه عمل میكند.
۲) ژنراتورهای جریانی موجی كه انرژی جریان امواج را با جذر و مد آن جذب میكند.
●تامین مالی
تولید برق با استفاده از نیروی امواج یكی از قابل اتكاترین و قابل پیش‌بینی‌ترین راههای تولید برق است. عدهای استدلال میكنند كه عدم بهره‌گیری از این راه مفید تولید برق كاری غیرمنطقی است. رفتار امواج قابل پیشبینی سالانه است. این امر كار تامینكنندگان مالی طرحها را تسهیل میكنند. آنها گزارشی دقیق با تولید و منافع احتمالی – موارد ضروری برای تصمیم به تامین مالی- به دست میآورند. عوامل درون صنعت باور دارند كه برق حاصل از امواج كاری است كه میتواند تا بینهایت ادامه داشته و مقادیر عظیمی انرژی پایدار تولید كند.
دولت انگلستان اشتیاق خود را بر دنبال كردن طرحهای انرژی موجی علنی كرده است. ارقام قابل دسترسی گویای قابلیت دسترسی به هزاران مگاوات برق حاصل از موج دریا در تمامی پیرامون انگلستان هستند. به همین دلیل است كه احتمال دارد این طرحها قادر به جذب منابع مالی مورد نیاز برای توسعه خود باشند. وزارت تجارت و صنعت انگلستان (DTI) ۶/۱ میلیون پوند (۵/۲ میلیون دلار) برای نمایش این طرح اختصاص داده و به این شكل میخواهد كاربردی بودن ژنراتور جریان موجی ساخت شركت ژنراتورهای هیدرولیك موجی THGL را به اثبات برساند. ریچاردآیر مدیر پروژه این طرح بوده و اینك مدیر شركت است.
به دنبال كارهای تحقیقاتی و پژوهشی THGL منابع مالی مورد نیاز خود را از موسسه «پارك ملی ساحلی پمبروكشایر» برای امتحان سیستم توربین با تیغههای شش متری دریافت كرد. این نمونه اولیه برای آزمایش فاكتور و عناصری مثل آرایش بهینه تیغه‌ها، برآورد سرعت مختلف جریان و ارزیابی تاثیر بر محیط‌زیست دریایی مورد استفاده قرار گرفت.
مرحله بعدی پروژه شامل ساخت و نصب پنج توربین در كانال مصب سورن/ بریستول در ساحل غربی انگلستان در سال ۲۰۰۴ است. وزن این دستگاه ۱۵۰ تن است و انتظار میرود و در زمانهای اوج یك مگاوات ساعت برق تولید كند. یك جنبه بدیع این دستگاه، استفاده آن از سیستم هیدورلیك كمفشار گردانده با توربین و تبدیل به فشار قوی با استفاده از یك انباشتگر (اكومولاتور) است. این فشار قوی برای گرداندن یك تك ژنراتور استفاده میشود كه باید آن را با سیستمهای دیگری مقایسه كرد كه در آن هر توربین ژنراتور خود را دارد.
THGL بر این باور است كه این طراحی نوآورانه هزینه‌های عملیاتی را پایین میآورد و پایداری برق را افزایش میدهد. مایع مورد استفاده در سیستم هیدرولیك روغن گیاهی است كه به خاطر صدمه نزدن به میحطزیست در صورت خرابی سیستم انتخاب شده است.
«آیر» اشاره میكند كه در مرحله اولیه برنامه‌ریزی، سیستم طراحی باید به این نكته توجه میكرد كه توربین‌ها باید دست كم در عمق ۶۱ متری سطح آب استقرار دریابند تا از هر گونه اثر موج جلوگیری شود. در واقع شمار گستردهای از آرایشهای گوناگون مورد بررسی قرار گرفت تا به لحاظ عدم تخریب بستر دریا تحقیقات لازم انجام گیرد. آیر گفت: این توربین‌ها در بستر دریا باید در حالت تعادل قرار میگرفتند و ثبات دینامیكی خود را پیدا میكردند، كه این عوامل در نهایت منجر به طراحی موجود شد. پارك ملی پول لازم برای مراحل آزمایش و تصدیق تجاری بودن میزان برق تولیدی پرداخت و سبب شد كه ما، در جایگاه فعلی قرار گیریم. آن موقع ما یك دایاموهیتر روی سكو داشتیم و حال یك ژنراتور روی سكو داریم. اما اگر چه سكو دارای یك متغیر به قطر ۶ متر است اما با ظرفیت كامل گردش نمیكند شاید چیزی شكسته شود. ما ارقام جالبی داریم و به همین دلیل است كه وزات تجارت و صنعت مایل به پیشروی طرح است. مرحله بعدی سكوی بستر دریاست كه در كانال بریستول ساخته میشود یعنی در جایی كه بالاترین جریان در آنجاست.
طرح اولیه در آن حد بزرگ نبود كه بتوان آن را به شبكه ملی وصل كرد. در آنجا كه یك ایستگاه تولیدی است كه یك مگاوات برق تولید خواهد كرد. سیستم به لحاظ قابلیت اتكا مورد آزمایش قرار میگیرد تا اطمینان خاطر از كاركرد سدهای آبی، پمپهای هیدرولیك و سایر دستگاهها ایجاد شود.
عمر توربینها ده سال پیشبینی شده است. برای تعمیر باید آنها را از موقعیت خود در بستر دریا جدا كرد. به این ترتیب طرح مقدماتی در جایی بالنسبه كمعمق اجرا میشود كه مهندسان قادر به رسیدن به آن در حالت جذر شوند و برنامههای بعدی استقرار این سیستمها در اعماق بیشتری است. این واحد برای دورهای یك ساله كار میكند و طی آن كاركنان فنی بخشهای آن را جدا میكنند تا نقاط ضعف سیستم را تشخیص دهند.
●هدف‌های پروژه
گروه «بابتای» مشاور فنی و مدیریتی بینالمللی پشتیبان THGL بوده خدمات مدیریت پروژه را تامین و مطالعات توپوگرافی اعماق دریا را برای محل پیشنهادی انجام میدهد، فوندانسیونها را طراحی كرده و به عنوان واسط میان سهامداران – مثل «كراون استیت» آژانس زیستمحیطی و سازمانهای دریایی – عمل میكنند. «بیانیه تاثیر زیستمحیطی» آثار دستگاه را بر عمر دریا و صنعت شیلات بررسی و كاربردهای كارهای ساختمانی و تاثیر هر یك از تجهیزات ساحلی مورد نیاز را مورد مطالعه قرار میدهد.
هدف برنامه نصب دستگاه در اوایل سال ۲۰۰۴ است كه كارهای طراحی و زیست‌محیطی آن باید در ۲۰۰۳ تمام شود. در مرحله ازمایشی، خروجی دستگاه، تلفات كارایی به دلیل برخورد با ملحقات توربین و عملكردهای مختلف توربین بررسی شده در طراحی مجدد مورد استفاده قرار میگیرد. در این بررسی تاثیرات مخرب بر محیط‌زیست دریایی و عمر آن مورد توجه قرار میگیرد. اگر دستگاه نمایش و عرضه كارآمدی را نشان داد امید میرود كه شكل تولیدی آن ساخته و هدفهای تعیین شده انرژیهای تجدیدپذیر انگلستان تا سال ۲۰۱۰ را برآورده كند.
مكانهای تولیدی برای جریان برق موجی مورد تحقیق قرار گرفته و شماری از مناطق دارای ارزش و قابلیت لازم تشخیص داده شده تحت بررسی مجدد قرار دارند. مكانهایی با سرعت بالای جریان موج و حجم وسیع جریان جذابیت دارند و معمولاً مكانهایی هستند كه جریان امواج در آن متمركز و كانالیزه میشود. در مكانهایی چون «پنتلندفیرث» بین شمال «اسكاتلند» و «اوركنی» جزیره راثلین در ایرلند و «مول» در «گالووی» سرعت جریان موج بین ۶/۹-۸/۴ كیلومتر/ثانیه بوده و استعداد تبدیل به مكان برق جریانی موجی را دارند.
افراد دستاندركار پروژه میگویند كه كل فرایندها یك منحنی بزرگ یادگیری است. اگر چه فناوری در دسترس است كه بتوان بر مبنای آن ژنراتور قدرتمندی ساخت اما تیم «بابتای» و اطرافیانشان اعتقاد دارند كه از پروژه‌های جداگانه بیشتر میتوان آموخت.
آیر اشاره میكند: در حقیقت ما اطلاعات كافی برای طراحی داریم اما وقتی چهار پنج گزینه در دسترس است كه چه نوع مهاری انتخاب كنید، مناسب نخواهد بود یكی را برگزینید كه در بستر دریا دوام نیاورد بنابراین باید درباره نوع متصل‌كننده‌های برقی مورد استفاده در مقایسه با تیغه توربین یا ضخامت شفت، بیشتر اندیشید. به هر شكل مساله تجیهزات جنبی است و ما باید به دستیابی به پایداری بیشتر (انرژی برق تولیدی) بیاندیشیم.

مجله PEI – مه ۲۰۰۳

منبع : مجله بولتن بین الملل