اين حركت ها توسط مبدل مكانيكي بصورت حركت دوراني درآمده و موجب دوران بازوي ارتباطي و در نتيجه چرخش ژنراتور مي گردد.
نمونه آزمايشي اين طرح در سال 1980 در حوضچه آزمايش شده است. براي يك موج 90 وات مقدار 20 وات صرف تلفات مكانيكي و الكتريكي گرديده است و در نتيجه خروجي خاصل 70 وات تحويل داده است در اين طرح يك شناور به ابعاد 5/0×1×3 متر، استفاده شده است كه توان خروجي، يك رابطه بصورت زير دارد:
P/L=1.74a2?
P/L : توان در واحد طول، kw/m
a: دامنه موج ، m
?: پريود موج، s
بنابراين براي موج به طول 2 متر و پريود 6 ثانيه توان خروجي برابر است با:
kw/m 10. در نتيجه اگر رشته اي از اين واحدها در طول 1 كيلومتر قرار بگيرد قادر به توليد 10 مگاوات خواهد شد.
1-3-2- اثرات زيست محيطي
قدرت حاصل از امواج اساساً غيرآلاينده است و به هر ميزان كه جايگزين سوخت‌هاي هيدروكربني شود منافع زيست محيطي حاصل شده است.
در مورد تجهيزات منفرد انرژي موجي از نوع شناور، صدمات زيست محيطي قابل توجهي پيش بيني نمي شود. خطري كه احتمال وقوع آن وجود دارد و جلوگيري از آن ضروري است، تداخل با ترافيك دريايي است كه با انتخاب صحيح محلهاي استقرار و بكارگرفتن وسايل و علائم ناوبري قابل پيش گيري است.

توسعه زياد سيستمهاي موجي در يك قسمت از ساحل مي تواند بحدي از امواج انرژي بگيرد كه برجابجايي رسوبات و بارهاي بستر دريا تأثيربگذارد. با توجه به ويژگي هاي محل ممكن است اختلاط، تشكيل لايه ها و گل آلودگي آبها نيز تحت تأثير قرار بگيرد. چنين تغييراتي از نقطه نظر زيست محيطي ممكن است خوب يا بد تلقي شوند، كه اين امر نيز به مشخصات مكان بستگي دارد. از نظر زيبايي نيز ممكن است اثرات منفي ايجاد شود كه بويژه در نواحي پرجمعيت و تفريحي داراي اهميت خواهد بود.
1-3-3- نتيجه گيري
انرژي موجي از چندين نظر، جوان و تكامل نيافته به حساب مي آيد. با هيچ درجه اي از قطعيت نمي توان گفت كه دستگاههايي كه تابحال بكارگرفته شده اند از نظر فني پيشرفته ترين بوده اند، يا اينكه دستگاههاي بهتري در آينده جايگزين آنها خواهد شد. هنوز تجربه كافي براي پيش بيني طول عمر سيستمهاي فعلي در شرايط واقعي كاركرد وجود ندارد. هنوز تجربه كافي در دست نيست كه بتوان نيازهاي بهره برداري و نگهداري را پيشگويي نمود و يا اينكه با طراحي مناسب، آنها را حداقل كرد.
در حال حاضر آمار و ارقام در مورد وضعيت بازاريابي فقط جنبه آزمايشي و پيشنهادي دارد، ولي چنين به نظر مي رسد كه تحت سناريوي نسبتاً مساعد، انرژي امواج بتواند تا سال 2020 هر ساله بالغ بر 12 تراوات4 ساعت توليد كند. ارقام متناظر براي بدترين سناريو در حدود 1 تراوات ساعت در سال و براي مساعدترين سناريو (اما غيرمحتمل) تقريباً 100 تراوات ساعت مي باشد.
اين مقادير به ترتيب معادل 5/2، 2/0 و 3/22 Mtoe5
1-4- انرژي حرارتي6دريا
ويژگي هاي منبع
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 آبهاي 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 دورافتاده اند و بعلاوه 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 كشورهاي درحال توسعه قرار دارند و يك منبع طبيعي و بومي براي آنها به شمار مي روند.
1-4-1- تكنولوژي حرارتي درياها
نيروگاههاي تبديل انرژي حرارتي يا OTEC7 مي توانند در سه نوع سيكل بسته، باز و يا تركيبي كار كنند. در سيكل بسته از آب گرم سطحي براي تبخير يك مايع واسطه نظير آمونياك، فرئون يا پروپان استفاده مي شود. (سيكل بسته در ادامه به اختصار توضيح داده خواهد شد).
در سيكل باز، آب سطحي خود سيال عامل است. اين آب در فشاري كمتر از فشار بخار خود تبخير شده، سپس از توربين گذشته سرد و تقطير مي شود. در اين روش خلاء لازم براي حركت دادن بخار و گردش توربين و ژنراتور توسط عمل ميعان فراهم مي شود.
سيكل كاري- چه بسته چه باز- مشابه سيكل مربوط به نيروگاههاي حرارتي متعارف مي باشد، با اين تفاوت كه دماي كار در اين سيكل ها پائين تر است و هزينه سوخت و جود ندارد. گرماي آب سطحي به جاي گرماي احتراق به كار برده مي‌شود.
نيروگاههاي سيكل بسته و باز را هم روي كشتي و هم در ساحل مي توان نصب كرد. نوع سوار بر كشتي نيازمند كابل كشي زيردريايي و يا توليد يك محصول قابل حمل و نقل است، در حاليكه نوع ساحلي به لوله كشي طولاني براي آب سرد نيازدارد كه ممكن است به ناچار از شيب هاي تند بستر دريا عبور كند.
برخلاف انرژي امواج و جزر و مد، انرژي حرارتي درياها منبعي با توان ثابت بشمار مي رود. نيروگاههاي OTEC به جز در مواقع لازم براي تعمير و نگهداري مي توانند بطور نامحدود و دائمي كار كنند، و از اين رو براي توليد بار پايه8بسيار مناسب هستند. همچنين امكان توليد محصولات جنبي مزيت مهم ديگر اين نيروگاههاست. سيكل باز بطور طبيعي آب شيرين توليد مي كند، بخار تقطير شده تقريباً عاري از نمك است و به آساني مي توان آن را از آب سرد خنك كننده جدا نمود. در هردو سيكل باز و بسته آب خنك كننده كه از اعماق دريا كشيده شده است، سرشار از مواد غذايي بوده و مي توان از آن براي كشت آبي استفاده كرد.
استفاده از انرژي حرارتي اقيانوس ها اولين بار توسط دارسونوال فيزيكدان فرانسوي در سال 1881 مطرح شد و در دهه 1930 يكي از شاگردان وي بنام كلود يك نيروگاه آزمايشي در كوبا تأسيس كرد.
تكنولوژي سيكل بسته براي OTEC
در اين طرح آب گرم سطحي توسط پمپ به بويلر هدايت مي شود يك مايع واسطه كه داراي دماي جوش پائيني است، براثر گرماي آب دريا تبديل به بخار مي شود. كه بخار سپس به توربين هدايت مي شود كه موجب چرخش توربين و ايجاد انرژي الكتريكي مي گردد. بخار خروجي توربين كه انرژي حرارتي خود را از دست داده به صورت مخلوط بخار و مايع در كندانسور كه توسط آبهاي سرد عمقي تغذيه مي‌شود كاملاً به مايع تبديل شده و دوباره براي استفاده به بويلر ارسال مي شود.
شكل 1-5 طرح ساده يك سيكل بسته را براي تبديل انرژي حرارتي نشان مي دهد.
شكل 1-5- طرح يك نيروگاه سيكل بسته OTEC
اولين واحد بهره برداري از انرژي حرارتي درياها كه بصورت سيكل بسته طراحي شده، در تابستان 1979 با هزينه ساخت سه ميليون دلار در سواحل هاوايي طراحي شده است.
اين واحد شامل مبدل حرارتي از نوع صفحه از جنس تايتانيوم است كه براي راه‌اندازي يك واحد الكتريكي 50 كيلوواتي طراحي شده است.
آب سرد عمق دريا، توسط يك لوله به طول 660 متر و قطر 6/0 متر منتقل مي شود. اما خروجي خالص اين نيروگاه 12 تا 15 كيلووات است. كشورهاي ديگري كه هم اكنون روي اين طرح كار مي كنند عبارتند از:
ژاپن، فرانسه، سوئد و آلمان
1-4-2- اثرات زيست محيطي
مطالعات انجام شده در مورد صدمات زيست محيطي نيروگاههاي OTEC، برخي نگراني هاي بالقوه را روشن نموده است كه عمده ترين آنها به لزوم برداشت و تخليه آب در حجم هاي بزرگ مربوط مي شود. پيش بيني مي شود كه موجودات زنده شامل تخمها، لاروها و گونه هاي مختلف ماهي همراه آب مكيده و در نتيجه تلف خواهند شد. اين مسئله را علاوه بر مشكل زيست محيطي مي توان يك مشكل كاري نيز به شمار آورد. كه احتمالاً با انتخاب مناسب محل مكش قابل كنترل خواهد بود.
آزادشدن دي اكسيد كربن از آبهاي گرم سطحي به اتمسفر، بويژه در سيستم هاي از نوع سيكل باز ممكن است پيش بيايد، ولي در بدترين حالت، مقدار آن فقط مقدار متناظر مربوط به نفت و مربوط به ذغال سنگ است.
1-4-3- نتيجه گيري
انرژي حرارتي دريايي بطور بالقوه در مناطق حاره و نيمه حاره موجود است. تكنولوژي آن تكامل نيافته است و به نظر مي رسد كه در زمينه كارآيي اقتصادي هنوز جاي پيشرفت بسيار دارد. تحقق يافتن اين پيشرفتها به حمايت مستمر از تحقيق و توسعه نياز دارد.
اين نيروگاهها قادر به جايگزيني توليد ديزلي در مناطق دورافتاده مي باشند و نيز مي‌توانند ارزانترين روش را براي تهيه آب شيرين فراهم كنند.
پيش بيني هاي توسعه نشان مي دهند كه توليد سالانه انرژي OTEC تا سال 2020 تحت سناريوي كمتر مساعد به مقدار 35 تراوات ساعت و تحت سناريوي مساعدتر به مقدار 168 تراوات ساعت بالغ خواهد شد. اين رقم هاي كلي كه شامل صرفه جوئي انرژي بخاطر توليد محصولات جانبي (آب شيرين و آب سرد) نيز مي شوند به ترتيب معادل 8/7 و 4/37 Mtoe مي باشد.
1-5- انرژي اختلاف غلظت نمك9
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 دستگاههايي با راندمان كامل مهار نموده، تواني به اندازه
6/2 تراوات بدست خواهد آمد.
1-5-1- 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 50000دلار 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 تقطيرشود و جريان بخار براي گرداندن يك توربين بكار مي رود. در اين فرآيند شرايط توربين نظير نيروگاههاي 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.
1-5-2- نتيجه گيري
با توجه به سرمايه گذاري زيادي كه لازم است برروي پروژه هاي توليد برق از طريق اختلاف غلظت نمك آب درياها صرف شود، همچنين راندمان پائين اين نيروگاهها و همچنين مطالعات و تحقيقات دانشمندان در دهه 1970 باعث دلسردي و توجه كمتر به اين موضوع مي شود. و در سالهاي 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.
فصل دوم:
جـزر و مــد
2-1- منشاء و تاريخچه جزر و مد
براساس حفاريهاي بعمل آمده در احمدآباد هند يك حوضچه جزر و مدي تعمير كشتي يافت شده است كه مربوط به 2450 سال قبل از ميلاد مسيح مي باشد كه بيانگر توجه بشر از زمانهاي قديم به اين پديده مي باشد.
در دوران پس از قرون وسطي سه نظريه در مورد جزر و مد ارائه گرديده است.
نظريه اول را گاليله ارائه كرد وي مي گفت گردش سالانه زمين بدور خورشيد و نيز چرخش روزانه آن بدور محور خودش سبب ايجاد حركاتي در درياها مي شود كه با تغييراتي كه ناشي از شكل و هندسه بستر دريا، در هر محل مي باشد جزر و مد را ايجاد مي كند.
نظريه دوم مربوط به فيلسوف فرانسوي دكارت بود كه چنين مي انديشيد كه فضاي اطراف ماه پر از ماده غيرقابل رويتي به نام اتر مي باشد. هنگاميكه ماه به دور زمين مي چرخد اين ماده را فشرده مي سازد و اتر نيز اين فشار را به دريا تحمل مي كند لذا جزر و مد پديد مي آيد.
نظريه سوم را كپلر ارائه كرد، وي يكي از بنيانگذاران ايده اعمال جاذبه از ماه بر آبهاي اقيانوسها بود و بر اسا اين پديده آبهاي اقيانوسها بالا كشيده مي شود و اين جاذبه با نيروي جاذبه اي كه از سوي زمين به آبهاي اقيانوسها اعمال مي گردد متعادل مي گردد.
به تدريج وقتي كه ايده مركز بودن خورشيد و چرخش هريك از سيارات منظومه شمسي به دور خورشيد جا افتاد نظريات كپلر بيشتر مورد توجه قرار گرفت. با اين حال اين نظريات قادر نبودند علت اينكه دو بار جزر و مد در يك روز قمري (در برخي مناطق) رخ مي دهد را بيان كنند لكن با ظهور قانون نيوتن به اين سوال نيز چنين پاسخ داده شد كه هردو جسمي يكديگر را با نيرويي كه متناسب با جرم آن در جسم و نسبت عكس با مجذور فاصله آن دو جسم دارد مي كشند.
2-2- مكانيسم تشكيل جزر و مد
جزر و مد (Tide) و جريانات جزر و مدي نتيجه اثر نيروهاي جاذبه اجسام آسماني خصوصاً ماه و خورشيد است اين نيروها سبب افزايش ارتفاع سطح آب شده كه اين افزايش نيز سبب ايجاد جريانات افقي جزر و مدي (Tidalstream) مي گردد.

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

همچنانكه زمين به دور خود مي چرخد تغييرات ارتفاع سطح آب نيز در هردو نقطه روي اين كره رخ مي دهد و هر لحظه در دو نقطه مقابل روي كره زمين سطح آب بالا و در دو نقطه ديگر سطح آب پائين خواهد آمد. بالاآمدن سطح آب ناشي از نيروهاي جاذبه اجسام آسماني را پديده مد (High Tide) گويند و پائين آمدن سطح آب ناشي از اثر اين نيروها را پديده جزر (Low Tide) مي گويند. اختلاف ارتفاع سطح آب مد و آب جزر را دامنه يا اختلاف سطح جزر و مد (Tidal Range) مي نامند.
از بين اجسام آسماني (ماه و خورشيد) نيروي جاذبه ماه طبق قانون جاذبه نيوتن از نيروي جاذبه خورشيد خيلي بيشتراست. (در همچنين فصل محاسبه شده است) و به همين علت بيشترين سهم را روي بوجودآمدن جزر و مد دارد.
زمانبندي جزر و مد از روزي به روز ديگر متفاوت است و آن هم به خاطر آنكه مدار ماه برحسب منظم 24 ساعت اتفاق نمي افتد. در عوض چرخش ماه به دور زمين هر 24 ساعت و 50 دقيقه يكبار رخ مي دهد. در بين اين مدت، جزر و مد دوبار رخ مي‌دهد كه در نتيجه سيكل آن كمتر از 12 ساعت و 25 دقيقه است.
جزر و مد وابسته به جاذبه خورشيد هر 12 ساعت يك مرتبه ظاهر مي شود كه دامنه آن خيلي كم است.
2-3- تركيب اثر ماه و خورشيد برروي جزر و مد
2-3-1 جزر و مد حداكثر10
جزر و مد حداكثر زماني رخ مي دهد كه ماه و خورشيد و زمين در يك راستاي مستقيم نسبت به يكديگر قرار بگيرند در شكل 2-1 نشان داده شده است در اين حالت بيشترين جزر و مد و يا جزر و مد كامل داريم. مدهاي كامل بيشترين مقدار و جزرهاي كامل كمترين مقدار را دارند.
شكل 2-1- جزر و مد حداكثر
1-3-4- جزر و مد حداقل11
جزر و مد حداقل زماني رخ مي دهد كه خورشيد، زمين و ماه يك زاويه قائمه با يكديگر بسازند آنگاه برآمدگي هاي ناشي از خورشيد و ماه هم فاز نمي باشند و اثر يكديگر را خنثي مي كنند. كه اين حالت را نيز جزر و مد كمترين مي گويند. در اين حالت مدهاي كامل كمتر از ديگر مواقع مد و جزرهاي كامل بسيار كمتر از ديگر مواقع هستند. در شكل 2-2 نحوه قرارگرفتن زمين، ماه و خورشيد در حالت جزر و مد حداقل نشان داده شده است.
شكل 2-2- جزر و مد حداقل
طبق محاسبات انجام شده12 جزر و مد حداكثر در طول يكماه دوبار خواهيم داشت.
نمودار تغييرات دامنه جزر و مد براي يك ماه قمري در شكل 2-3 آمده است.
شكل 2-3- تغييرات دامنه جزر و مد براي يك ماه قمري
2-4- نسبت نيروهاي مولد جزر و مد ماه و خورشيد
طبق قانون جاذبه نيوتن، هميشه دو جسم به يكديگر نيرو وارد مي كنند كه بزرگي اين نيرو با جرم دو جسم رابطه مستقيم و با توان دوم فاصله مركز جرم آنها نسبت عكس دارد از آنجائيكه زمين در حين حركت چرخشي و انتقالي خود، به نوعي در ميدان جاذبه ماه و خورشيد قرار دارد آنها در هر زمان بهم نيرو اعمال مي كنند در اثر نيروي شغلي كه در اثر جاذبه دو جسم بزرگ به وجود مي آيد آنها يكديگر را بوسيله نيروي گريز از مركز كه بوسيله چرخش حول مركز جرم خودشان بوجود مي آيد، دور مي كنند. اين دو نيرو در مركز جرم هركدام از آنها در تعادل مي باشد ولي در سطح زمين اين نيروها با يكديگر در تعادل نيستند كه اين امر علت اصلي بوجود آمدن جزر و مد در كره زمين مي باشد.
طبق رابطه زير، مقدار مطلق نيروي اعمال شده خورشيد به نقاط مختلف كره زمين 177 برابر نيروي اعمال شده از طريق ماه مي باشد:

ولي در بوجودآوردن جزر و مد همانطور كه قبلاً اشاره شد ماه مؤثرتر از خورشيد مي باشد. چرا كه علت اصلي بوجود آمدن جزر و مد اختلاف نيروهاي بين مقادير Fa و Fb (نيروهاي اعمال شده توسط ماه) و اختلاف F’a و F’b (نيروي اعمال شده توسط خورشيد) مي باشد. نسبت اين نيروها از رابطه زير بدست مي آيد:
در روابط فوق:
: فاصله مركز جرم ماه تا زمين
: فاصله مركز جرم خورشيد تا زمين
: نسبت جرم خورشيد به زمين
: نسبت جرم ماه به زمين
: ثابت جهاني شتاب جاذبه
: شعاع كره زمين
قابل ذكر است كه جرم زمين، خورشيد و ماه به ترتيب 1024×6 و 1030×963/1 و 1022×342/7 كيلوگرم مي باشد.
همانطور كه از روابط فوق مشخص شد در تشكيل جزر و مد نيروي اعمال شده از طرف خورشيد به اندازه 46 درصد نيروهاي اعمال شده از طرف ماه به زمين نقش دارد.
با توجه به رابطه اي كه براي نسبت مقادير جزر ومد ماه و خورشيد نشان داده شده اثر فاصله بسيار بيشتر از جرم مي باشد (با مجذور فاصله نسبت دارد) لذا مي توان نتيجه گرفت درصورتيكه آناليز مشابهي براي اثر جاذبه ساير سيارات برروي كره زمين انجام دهيم با توجه به بعد مسافت، اثر ناچيزي برروي دامنه جزر و مد در روي زمين خواهند داشت. از اين رو خورشيد و ماه تنها سياراتي هستند كه اثر قابل ملاحظه و عمده اي برروي جزر و مد در روي زمين دارند.
2-5- اثر اينرسي آب برروي جزر و مد
آنچه تاكنون گفته شد حالت ساده اي بود كه كره زمين را تماماً آب فرا گرفته و از اثر اينرسي آب اغماض گرديده است ولي در عالم واقع بدين گونه نمي باشد. براي مثال طبق تئوري تعادل (Equilibrium Theory) ما انتظار داريم كه مد حداكثر در يك محل خاص هنگامي كه ماه از نصف النهار گذشته از آن محل عبور كند رخ مي دهد. اما آنچه كه در طبيعت مشاهده مي كنيم اين است كه مد حداكثر با كمي تأخير بعد از اينكه ماه نصف النهار مربوطه را قطع كرده رخ مي دهد كه اين امر ناشي از اينرسي سيستم جزر و مدي مي باشد.
همچنين برطبق تئوري تعادل انتظار داريم كه وقتي ماه و خورشيد در يك راستا نسبت به زمين قرار مي گيرند. بيشترين جزر و مد را داشته باشيم حال آنكه عملاً
1 تا 3 روز تأخير داريم كه اين نيز ناشي از اينرسي سيستم جزر و مدي مي باشد و 1 تا 3 روز تأخير را تأخير جزر و مد (Aye of the Tide) گويند.
2-6- اثر عدم تقارن مدار زمين و ماه برروي جزر و مد
عامل پيچيده اي كه برروي جزر و مد اثر مي گذارد عدم يكنواختي فواصل بين زمين و ماه از يكسو و از سوي ديگر زمين و خورشيد مي باشد. مدار گردش زمين به دور خورشيد يك بيضي مي باشد كه خورشيد در مركز اين بيضي قرار ندارد. لذا فلاصله زمين و خورشيد متغير است همانطور كه ديديم نيروي مولد جزر و مد با مكعب فاصله نسبت عكس دارد و بر اساس بررسي هاي بعمل آمده نيروهاي مولد جزر و مد ناشي از خورشيد تا 5± درصد از مقدار متوسط تغيير مي كند.
مدار گردش ماه به دور زمين نيز يك بيضي مي باشد كه زمين در مركز بيضي نمي‌باشد و براساس محاسبات به عمل آمده نيروي مولد جزر و مد ناشي از ماه تا 16± درصد از مقدار متوسط تغيير مي كند.
2-7- ساير پارامترهاي موثر در جزر و مد
علاوه بر اجسام سماوي پديده هاي ديگر نيز هستند كه برروي جزر و مد اثر مي‌گذارند:
1- بازتاب امواج از سواحل نامنظم اقيانوسها و درياها
2- مقاومت اصطكاكي كف دريا در آبهاي كم عمق
3- باد هم مي تواند بر تراز آب اثر بگذارد.
4- زلزله هايي كه در درياها و اقيانوسها رخ مي دهد.
2-8- كاربردهاي جزر و مد
همانطور كه قبل از اين اشاره شد در زمانهاي گذشته و حتي قبل از ميلاد حضرت مسيح از انرژي جزر و مدي براي اهدافي خاص استفاده مي شده. در اين بخش به طور مختصر به ديگر كاربردهاي انرژي جزر و مد اشاره شده است:
1- توليد برق
از اختلاف ارتفاعي كه از پديده جزر و مد، در سطح درياها بوجود مي آيد مي توانيم با روشهاي خاص برق توليد كنيم. (اين موضوع بطور مفصل در فصل هاي بعدي بيان شده است)
2- استفاده از انرژي جزر و مد در نجات كشتي ها
در اين روش شناورهايي متناسب با وزن جسم غرق شده انتخاب و به هنگام جزر محكم به جسم غرق شده متصل مي گردند. اين شناورها عموماً بارجها و يا شبكه‌هاي آب بندي شده مي باشند. با شروع مد،‌شناور بطرف بالا حركت و زمان بالاآمدن، جسم مغروق را از بستر جدا مي كند.
3- آبياري زمين هاي ساحلي
در اين روش كانالهاي مزارع كه هم تراز با سطح متوسط آب رودخانه مي باشند به هنگام جزر و مد كه معمولاً دوبار در روز مي باشد،‌به هنگام مد آب دريافت كرده و آن را به سطح مزارع منتشر مي كنند. به هنگام جزر سطح آب رودخانه پائين آمده و كانالها خشك مي شوند. به اين ترتيب زمين ها بطور خودكار دوبار در روز آبياري مي شوند.
4- استفاده از جزر و مد براي ماهيگيري
در مناطقي كه داراي اختلاف جزر و مد قابل توجهي مي باشند مي توان با بستن تورهاي عمودي در بخش هايي كه در آب مد پرشده و در آب جزر خشك مي شوند براي ماهيگيري استفاده كرد.
2-9- مقدار انرژي قابل استحصال از جزر و مد
به گفته كارشناسان كل توان جزر و مدي پراكنده در جهان حدود 106×4/2 مگاوات (پتانسيل) مي باشد كه حدود يك سوم مصرف برق جهان در اوائل دهه 1970 مي‌باشد. در حدود 106مگاوات از اين مقدار در آبها و سواحل كم عمق بوجود مي آيد كه با توجه به سرمايه گذاري عظيم لازمه، قابل استحصال نمي باشد. تنها بخشي كوچك از توان باقيمانده قابل حصول به نظر مي رسد.
انرژي پتانسيل قابل استحصال در جزر و مد كه با دامنه R برحسب متر وارد حوضچه اي به مساحت A برحسب كيلومتر مربع مي‌شود برابر است با:
حاصلضرب نيرويي كه به خاطر كنترل حركت جريان آب در دسترس مي باشد در متوسط فاصله عمودي پيموده شده توسط آب، يعني:
فاصله × نيرو = W
g: شتاب جاذبه زمين (m/s2)
?: دانسيته آب (kg/m3)
A: مساحت حوضچه (km2)
R: دامنه جزر و مد (m)
از آنجائيكه جزر و مد در طول هر روز جزر و مدي، دوبار وارد مخزن سد مي گردد. بنابراين در هر 8/24 ساعت، 4 حالت جزر و مد داريم لذا بيشترين انرژي كه به صورت تئوريكي مي توان بدست آورد به صورت زير مي باشد:
اما بعلت افت هاي گوناگوني كه وجود دارد، انرژي واقعي در دسترس حدود 25 درصد مقاديري است كه توسط فرمول فوق بيان شده است.
يعني:
بعنوان مثال در حوضچه اي به اندازه km3×km20 با دامنه جزر و مد m5/1 بيشترين انرژي الكتريكي كه بصورت تئوري مي توان به دست آورد برابر با
MW7/29 و انرژي واقعي آن با فرض 25 درصد استحصال MW42/7 مي باشد.
فصل سوم:
شرايط بهره برداري از نيروگاه جزر و مدي
3-1- شرايط مكان مناسب براي احداث نيروگاه جزر و مدي
مكانهاي مناسب براي احداث يك نيروگاه جزر و مدي،‌خليج ها يا خورهاي كوچك و يا ورودي رودها به درياها مي‌باشند. زيرا در محل ورود يك رود به دريا و يا يك خليج است كه مي توان با احداث يك دايك13 (Dyke) حوضچه‌اي را بنا كرد كه در ارتباط با دريا باشد. محلي كه براي احداث نيروگاه جزر و مدي در نظر گرفته مي‌شود بايد واجد شرايط زير باشد:
1- ارتفاع جزر و مد در محل موردنظر در طول سال بايد از محدوده مناسبي برخوردار باشد.
2- خور يا محل ورودي به دريا بايد از شكل هندسي مناسبي برخوردار باشد. به نحوي كه با احداث يك دايك بطول نسبتاً كم يك حوضچه (Basin) با حجم مناسب ايجاد كرد. (در اين حالت هزينه‌هاي سدسازي و دريچه هاي سد كاهش مي يابد)
3- در آن مكان سيكل جزر و مد بصورت دوبار در روز باشد.
4- محل موردنظر نبايد بار رسوبي زياد داشته باشد، زيرا در معرض افزايش سريع رسوب در دهانه خور قرار مي گيرد.
5- محل موردنظر بايد به اندازه كافي از امواج دريا دورباشد.
6- منطقه داراي بار ترافيك دريايي نباشد.
7- فاصله تأسيسات جزر و مدي تا حد امكان تا مصرف كننده ها كوتاه باشد كه نتيجتاً سبب كاهش هزينه حمل و ارسال انرژي به مصرف كننده مي شود.
براي توجيه هزينه بسيار گزاف ساختن حوضچه هاي عظيم و خريد و يا توليد تجهيزات هيدروالكتريك مربوطه بايد دامنه جزر و مد (Range Tide) در نقطه موردنظر خيلي بالا باشد كه اين امر تنها در نقاط محدودي در دنيا اتفاق مي اتفد.
طبق آمارهاي جهاني حداقل ارتفاع يا دامنه جزر و مدي مطلوب براي احداث نيروگاه جزر و مدي 5 متر مي باشد. (بايد توجه داشت كه داشتن دامنه جزر و مدي شرط لازم است نه شرط كافي)
در شكل 3-1 مكانهايي كه براي ساختن ايستگاههاي جمع آوري انرژي جزر و مد از نظر في داراي پتانسيل بالايي هستند (بدون توجه به ملاحظات زيست محيطي) نشان داده شده است.
شكل 3-1- مكانهاي مناسب براي بهره برداري از انرژي جزر و مد
3-2- كشورهاي داراي پتانسيل جزر و مدي بالا
كشورهايي كه از پتانسيل جزر و مدي خوبي برخوردار هستند و دامنه جزر و مد در آن مناطق نسبتاً قابل ملاحظه است عبارتند از:
1- انگليس 2- كانادا 3- فرانسه 4- روسيه 5- آرژانتين 6- ايالت متحده 7- برزيل
8- ايرلند شمالي 9- چين 10- هند 11- كره 12- آلاسكا 13- استراليا
مشخصات محل هايي كه براي توسعه انرژي جزر و مدي در نظر گرفته شده اند آمار و اطلاعات مربوط به محل هايي كه تابحال شناسايي شده اند در جدول 3-1 ارائه شده است. در اين جدول كشور موردنظر و محل موردنظر در آن كشور آورده شده است و اطلاعاتي همچون دامنه متوسط جزر و مد، مساحت حوضچه، ظرفيت نصب تقريبي و خروجي سالانه را به ما مي هد.
جدول 3-1 محل هايي كه براي توسعه انرژي جزر و مدي در نظر گرفته شده اند.
سايتدامنه متوسط
جزر و مد (m)مساحت حوضچه (km2)ظرفيت نصب تقريبي (MW)خروجي سالانه (TWH)آرژانتينسان خوزه9/568000/20استرالياخليج سكيورI9/104/2خليج سكيورII 9/104/5كاناداكوبك0/1224053380/14كومبرلند9/109014004/3شپودي0/1011518008/4هندخليج كاچ0/51709007/1خليج كامباي0/7197070000/15كرهگاروليم8/41004805/0چئون سو5/42/1انگلستانسه ورن0/952086400/17مرزي5/6617005/1كان وي2/56341/0(مورد ديگر، كوچك)10000/2ايالات متحدهپاساماكوادي5/5نيك آرم5/729004/7تورناگين آرم5/765006/16روسيهمزنسكايا0/62640150000/42توگور7/5112068000/16پن ژينسك2/66788214004/71كولسكايا3/2632
3-3- عوامل موثر بر دامنه جزر و مد
دامنه جزر و مد همانگونه كه نشان داده شده در نقاط مختلف جهان بسيار متفاوت است، عوامل اصلي موثر بر دامنه جزر و مد عبارتند از:
1- شكل خط ساحلي
2- عمق آب
3- پروفيل بستر دريا
4- عرض جغرافيايي
وقتي عوامل فوق در يك محل داراي تركيب مناسبي باشند نوعي اثر تشديد كننده (Resonanse) بوجود مي آيد كه منجر به يك جزر و مد با دامنه بسيار بالا مي شود.
3-4- نكات اساسي طراحي نيروگاههاي جزر و مدي
در اين قسمت سعي شده تا تفاوت‌ها و شباهت‌هاي نيروگاههاي آبي سنتي و جزر و مدي تا حد امكان نيز آورده شود.
تفاوت عمده نيروگاههاي جزر و مدي با نيروگاههاي آبي سنتي در نحوه استفاده از منابع آب مي باشد. در نيروگاههاي آبي سنتي با ايجاد يك مانع بوسيله سد (Dam) در مسير رودخانه اي كه با شيب خاصي جريان دارد، اختلاف ارتفاعي پديد مي آيد كه رهاسازي آب از آن ارتفاع و عبور آن از بين توربين ها سبب تبديل انرژي مي‌شود.
در نيروگاههاي جزر و مدي بطور خودبه خود اختلاف ارتفاع موردنياز براي عملكرد توربين وجود ندارد و تنها در هنگام رخ دادن پديده جزر و مد اين اختلاف ارتفاع ايجاد مي گردد. در نيروگاههاي جزر و مدي بايستي به نحوي از ارتفاع ايجادشده در اثر بالارفتن آب دريا و پائين آمدن آن استفاده نمود.
طراحي نيروگاههاي جزر و مدي مشابه نيروگاههاي آبي سنتي شامل سه قسمت جداگانه زير است:
1- نحوه عملكرد نيروگاه جزر و مدي
2- دايك براي ايجاد حوضچه ها و دريچه ها براي عبور آب از دريا به حوضچه ها و بالعكس


پاسخ دهید