طاقة الأمواج: التاريخ ، كيف تعمل ، المزايا ، العيوب - بيئة - 2025

و طاقة الأمواج أو موجة - الطاقة هي الطاقة الميكانيكية المتولدة من موجة والتي تتحول إلى طاقة كهربائية. إنها الطاقة الحركية للماء ، التي تنتجها طاقة الرياح في احتكاكها بسطح المسطحات المائية.

يتم تحويل هذه الطاقة الحركية بواسطة التوربينات إلى طاقة كهربائية ، كونها طاقة متجددة ونظيفة. يعود تاريخ استخدام هذه الطاقة إلى القرن التاسع عشر ، ولكن في نهاية القرن العشرين بدأت في الازدهار.

قوة الأمواج. المصدر: Mostafameraji

يوجد اليوم عدد كبير من الأنظمة المقترحة للاستفادة من أشكال طاقة الأمواج. يتضمن ذلك تذبذب الموجة ، صدمة الموجة ، أو تغيرات الضغط تحت الموجة.

يتشابه المبدأ العام لهذه الأنظمة ويتكون من تصميم الأجهزة التي تحول الطاقة الحركية للأمواج إلى طاقة ميكانيكية ثم إلى طاقة كهربائية. ومع ذلك ، فإن التصميم والتنفيذ متغيران بدرجة كبيرة ، ويمكن تثبيتهما على الساحل أو في الخارج.

يمكن أن تكون المعدات مغمورة أو شبه مغمورة أو عائمة أو مبنية على الخط الساحلي. هناك أنظمة مثل Pelamis ، حيث تعمل الحركة الصاعدة للموجات على تنشيط الأنظمة الهيدروليكية عن طريق الدفع الذي ينشط المحركات المقترنة بالمولدات الكهربائية.

يستفيد البعض الآخر من قوة الأمواج عند الانكسار على الساحل ، إما عن طريق دفع المكابس الهيدروليكية أو أعمدة الهواء التي تحرك التوربينات (مثال: نظام OWC ، عمود الماء المتذبذب).

في التصميمات الأخرى ، يتم استخدام قوة الموجة عند كسر الساحل لتوجيهها وملء الخزانات. بعد ذلك ، يتم استخدام الطاقة الكامنة للمياه المخزنة لتحريك التوربينات عن طريق الجاذبية وتوليد الطاقة الكهربائية.

تتمتع طاقة الأمواج بمزايا لا شك فيها ، حيث إنها متجددة ونظيفة ومجانية ولها تأثير بيئي منخفض. ومع ذلك ، فإنه ينطوي على بعض العيوب المرتبطة بالظروف البيئية التي تعمل فيها المعدات وخصائص الأمواج.

تعرض ظروف البيئة البحرية الهياكل للتآكل من الملح الصخري ، وتأثير الحيوانات البحرية ، والإشعاع الشمسي العالي ، والرياح والعواصف. لذلك ، اعتمادًا على نوع النظام ، قد تكون ظروف العمل صعبة ، خاصة في الأنظمة البحرية المغمورة أو الراسية.

وبالمثل ، فإن الصيانة مكلفة ، خاصة في الأنظمة البحرية ، حيث يجب فحص المراسي بشكل دوري. من ناحية أخرى ، اعتمادًا على النظام والمنطقة ، يمكن أن يكون لها تأثير سلبي على أنشطة ركوب القوارب وصيد الأسماك والترفيه.

التاريخ

لها أسلافها في القرن التاسع عشر عندما حصل الإسباني خوسيه باروفيه على براءة اختراع لما أسماه "marmotor". أنتجت هذه الآلة الكهرباء من التذبذب الرأسي للأمواج ولم يتم تسويقها حتى الثمانينيات من القرن العشرين.

يتألف جهاز باروفيت من سلسلة من العوامات التي تتأرجح صعودًا وهبوطًا مع الأمواج ، تقود مولدًا كهربائيًا. لم يكن النظام فعّالًا للغاية ، ولكن وفقًا لمخترعه ، كان قادرًا على توليد 0.36 كيلو واط.

يوجد اليوم أكثر من 600 براءة اختراع لتسخير قوة الأمواج لتوليد الطاقة الكهربائية. يمكن أن تعمل هذه عن طريق القوة الناتجة عن التذبذب العمودي أو تلك الناتجة عن تأثير الموجة على الساحل.

كيف تعمل طاقة الأمواج؟

محول Pelamis في Peniche ، البرتغال. المصدر: Dipl. Ing. Guido Grassow

يعتمد تشغيل أنظمة طاقة الأمواج على الحركة التي تريد الاستفادة منها من الأمواج. توجد أنظمة عائمة أو راسية على الشاطئ ، والتي تستفيد من التذبذب الرأسي للمياه ، بينما يلتقط البعض الآخر قوة صدمة الأمواج على الساحل.

وبالمثل ، هناك أولئك الذين يستخدمون اختلاف الضغط تحت سطح الموجة. في بعض الحالات ، تسمح الطاقة الحركية للأمواج بتخزين مياه البحر والاستفادة من طاقتها الكامنة (انخفاض الجاذبية) لتنشيط التوربينات الكهربائية.

في الأنظمة الأخرى ، تنتج الطاقة الميكانيكية للأمواج حركات مكابس هيدروليكية أو كتل هوائية تنشط المحركات الهيدروليكية أو التوربينات لتوليد الكهرباء.

- أنظمة عائمة أو مثبتة على الشاطئ

يمكن أن تكون هذه الأنظمة شبه مغمورة أو مغمورة وتستفيد من الحركة المتذبذبة التي تسببها الأمواج البرية. تستخدم بعض الأنظمة قوة السطح المنتفخ والبعض الآخر الحركة العميقة.

تضخم السطح

هناك أنظمة من المقاطع المفصلية ، مثل Pelamis أو "ثعبان البحر" ، حيث تحرك الأمواج وحدات مفصلية تنشط أنظمة المحركات الهيدروليكية المقترنة بالمولدات الكهربائية.

البديل الآخر هو Salter Duck ، حيث تؤدي العوامات المثبتة على محور حركة التأرجح مع الأمواج ، وتنشيط المحركات الهيدروليكية أيضًا. من ناحية أخرى ، هناك سلسلة كاملة من المقترحات القائمة على العوامات التي يعمل اهتزازها أيضًا على تنشيط الأنظمة الهيدروليكية.

حركة هزازة عميقة

يتكون مذبذب موجة أرخميدس من أسطوانتين مركبتين في سلسلة على هيكل مثبت في قاع البحر. تحتوي الأسطوانة العلوية على مغناطيسات جانبية وتتحرك عموديًا لأسفل مع ضغط الموجة.

عندما تنخفض الأسطوانة ، تضغط على الأسطوانة السفلية التي تحتوي على الهواء ، وعندما ينتج عن ضغط الموجة ، يدفع ضغط الهواء النظام إلى الأعلى. تسمح الحركة المتذبذبة رأسياً للأسطوانة الممغنطة بتوليد الكهرباء عن طريق ملف.

موجة التنين

وتتكون من منصة عائمة مرتبطة بالقاع بزعانف تسمح لها باستقبال المياه التي تحركها الأمواج ، مما يتسبب في غمر الهيكل. يتراكم الماء ثم يتم تدويره عبر عمود مركزي عبر التوربين.

- الانظمة الساحلية

يتم تثبيت هذه الأنظمة على الساحل والاستفادة من الطاقة الناتجة عن الأمواج المتكسرة. محدودية هذه الأنظمة هي أنها تعمل فقط على السواحل ذات الأمواج القوية.

مثال على ذلك هو النظام الذي صممه المهندس الباسكي Iñaki Valle ، والذي يتكون من منصة مثبتة على الساحل المنحدر بمغناطيس على القضبان. تدفع الموجة المغناطيس لأعلى ، وتنزل عن طريق الجاذبية وتحفز الحركة ملفًا لإنتاج الكهرباء.

النظام

وهو يتألف من نظام من الصفائح التي تتأرجح ذهابًا وإيابًا مع مد وجذر الأمواج وهذه الحركة ، عن طريق مضخة مكبس ، تنشط التوربين الكهربائي.

نظام ال

في هذه الحالة ، يتعلق الأمر باللوحات العائمة المثبتة على الساحل والتي تتلقى قوة كسر الموجة وتنشط النظام الهيدروليكي. يقوم المحرك الهيدروليكي بدوره بتشغيل التوربينات التي تولد الكهرباء.

نظام CETO

وتتكون من سلسلة من العوامات المغمورة المثبتة في قاع البحر والتي يعمل اهتزازها على تنشيط المضخات الهيدروليكية التي تنقل مياه البحر إلى الساحل. تعمل المياه التي يتم ضخها على تنشيط التوربينات لتوليد الكهرباء.

الأنظمة التي تسخر الطاقة الكامنة

هناك عدد من الأنظمة التي تخزن مياه البحر في صهاريج ومن ثم ، عن طريق الجاذبية ، يمكن تفعيل توربينات كابلان وتوليد الكهرباء. يصل الماء إلى الخزانات التي تحركها الموجة نفسها كما في نظام TAPCHAN (نظام طاقة موجة القناة المستدقة) أو SSG Wave Energy (Sea-wave Slot-Cone Generator).

أنظمة عمود الماء والهواء

في حالات أخرى ، تُستخدم قوة الماء التي تحركها الأمواج لتحريك عمود من الهواء يولد الكهرباء عند المرور عبر التوربين.

على سبيل المثال ، في نظام OWC (عمود الماء المتأرجح) ، يدخل الماء في تدفق الموجة عبر مجرى الهواء ويدفع الهواء الداخلي. يرتفع عمود الهواء عبر مدخنة ويمر عبر التوربين ليخرج إلى الخارج.

عندما يتراجع الماء في مد الأمواج ، يدخل الهواء مرة أخرى إلى المدخنة ، ويحرك التوربين مرة أخرى. هذا له تصميم يجعله يتحرك في نفس الاتجاه في كلا التدفقات.

نظام آخر مشابه هو ORECON ، حيث يؤدي تذبذب الماء داخل الغرفة إلى دفع عوامة تضغط بدورها على الهواء لتمر عبر التوربين. يعمل هذا النظام بالتساوي عن طريق تحريك الهواء في كلا الاتجاهين.

مميزات

مزرعة الأمواج. المصدر: P123

طاقة متجددة

إنها طاقة من مصدر طبيعي لا ينضب فعليًا مثل أمواج المحيط.

مصدر الطاقة مجاني

مصدر طاقة الأمواج هو أمواج المحيط ، والتي لا تمارس عليها ملكية اقتصادية.

الطاقة النظيفة

طاقة الأمواج لا تولد نفايات والأنظمة المقترحة حتى الآن لاستخدامها لا تولد نفايات ذات صلة في العملية أيضًا.

تأثير بيئي منخفض

أي تدخل في البيئة المائية أو الساحلية يولد بعض التأثير البيئي ، لكن معظم الأنظمة المقترحة منخفضة التأثير.

الارتباط بأغراض إنتاجية أخرى

تسمح بعض أنظمة طاقة الأمواج باستخراج مياه البحر لإجراء عمليات تحلية المياه والحصول على مياه الشرب ، أو لإنتاج الهيدروجين.

على سبيل المثال ، أولئك الذين تتضمن عملياتهم جمع مياه البحر وتخزينها على الساحل ، مثل TAPCHAN و SSG Wave Energy.

سلبيات

معظم العيوب ليست مطلقة ، ولكنها تعتمد على نظام الموجة المحدد الذي نقوم بتقييمه.

قوة الموجة وانتظامها

يعتمد معدل إنتاج الطاقة على السلوك العشوائي للموجات في الانتظام والقوة. لذلك ، فإن المناطق التي يمكن أن يكون استخدام هذه الطاقة فيها فعالاً محدودة.

تميل سعة واتجاه الموجة إلى أن تكون غير منتظمة ، لذا فإن القوة الواردة عشوائية. هذا يجعل من الصعب على الجهاز الحصول على أقصى أداء على مدى التردد بأكمله وكفاءة تحويل الطاقة ليست عالية.

اعمال صيانة

تستلزم صيانة الهياكل المعنية بعض الصعوبات والتكاليف ، نظرًا للآثار المدمرة للملح الصخري البحري وتأثير الأمواج نفسها. في حالة المرافق البحرية والمغمورة ، تزداد تكلفة الصيانة بسبب صعوبات الوصول والحاجة إلى الإشراف الدوري.

الظروف المناخية والبيئية بشكل عام

تخضع هياكل التقاط طاقة الأمواج وتحويلها إلى طاقة كهربائية لظروف قاسية في البيئة البحرية. وتشمل الرطوبة والملح والرياح والأمطار والعواصف والأعاصير وغيرها.

تشير العواصف إلى أن الجهاز يجب أن يتحمل أحمالًا أكبر 100 مرة من الأحمال الاسمية ، مما قد يتسبب في تلف الجهاز أو تلفه بالكامل.

الحياة البحرية

تعتبر الحياة البحرية أيضًا عاملاً يمكن أن يؤثر على وظائف المعدات مثل الحيوانات الكبيرة (أسماك القرش والحيتانيات). من ناحية أخرى ، تلتصق الطحالب وذوات الصدفتين بسطح الجهاز مما يتسبب في تدهور كبير.

الاستثمار الأولي

الاستثمار الاقتصادي الأولي مرتفع بسبب المعدات المطلوبة وصعوبات تركيبها. تحتاج المعدات إلى مواد وطلاءات خاصة وأنظمة محكمة ومثبتة.

التأثير على الأنشطة البشرية

اعتمادًا على نوع النظام المستخدم ، يمكن أن يؤثر ذلك على الملاحة وصيد الأسماك والجذب السياحي في المنطقة.

الدول التي تستخدم طاقة الأمواج

محطة توليد كهرباء Motrico Wave (إسبانيا). المصدر: Txo

إسبانيا

على الرغم من أن إمكانات البحر الأبيض المتوسط ​​منخفضة من حيث طاقة الأمواج ، إلا أنها عالية جدًا في بحر كانتابريا وفي المحيط الأطلسي. في مدينة موتريكو الباسكية ، توجد محطة لتوليد الطاقة تم بناؤها في عام 2011 مع 16 توربينًا (300 كيلوواط).

توجد في سانتونيا (كانتابريا) محطة طاقة موجية أخرى تستخدم 10 عوامات مغمورة للاستفادة من طاقة التذبذب الرأسي للأمواج وتوليد الكهرباء. يوجد في جزر الكناري العديد من المشاريع من أجل تعزيز طاقة الأمواج نظرًا للظروف المواتية لسواحلها.

البرتغال

في عام 2008 ، قامت شركة Ocean Power Delivery (OPD) بتركيب ثلاث ماكينات Pelamis P-750 تقع على بعد 5 كيلومترات من الساحل البرتغالي. تقع هذه بالقرب من Póvoa de Varim ، بسعة مركبة 2.25 ميجاوات.

اسكتلندا (المملكة المتحدة)

يتم استخدام تقنية OWC في جزيرة أوركني ، حيث تم تركيب نظام منذ عام 2000 يسمى LIMPET. يبلغ الحد الأقصى لإنتاج هذا النظام 500 كيلو وات.

الدنمارك

في عام 2004 تم تركيب مشروع تجريبي من نوع Wave Dragon في الدنمارك ، تبلغ أبعاده 58 × 33 م وبطاقة قصوى تبلغ 20 كيلو وات.

النرويج

يجري الآن تركيب محطة لنظام SSG Wave Energy في سفاهيا (النرويج).

الولايات المتحدة

في عام 2002 ، تم تركيب مشروع تجريبي لجهاز Power Buoy في نيوجيرسي ، مع عوامة بحرية يبلغ قطرها 5 أمتار وطولها 14 مترًا وبقوة قصوى تبلغ 50 كيلو وات.

في ولاية أوريغون ، تم تركيب محطة تجريبية SSG Wave Energy في ميناء غاريبالدي. وبالمثل ، في هاواي يروجون لمصادر الطاقة المتجددة ، وفي حالة جزيرة ماوي ، فإن المصدر الرئيسي المتجدد هو طاقة الأمواج.

المراجع

1. أموندارين إم (2012). الطاقة المتجددة من الأمواج. إيكاستوراتزا. المجلة الإلكترونية للتعليمات 8. تمت مراجعتها في 08/03/2019 من ehu.eus
2. كويفاس تي وأولوا أ (2015). طاقة الأمواج. ندوة سوق الطاقة التقليدية والمتجددة للمهندسين المدنيين. كلية العلوم الفيزيائية والرياضيات ، جامعة تشيلي. 13 ص.
3. Falcão AF de O (2010). استخدام طاقة الأمواج: مراجعة التقنيات. مراجعات الطاقة المتجددة والمستدامة 14: 899-918.
4. رودريغيز آر وشيمبو إم (2017). استخدام طاقة الأمواج في الإكوادور. إنجينيوس 17: 23-28.
5. Suárez-Quijano E (2017). الاعتماد على الطاقة وطاقة الأمواج في إسبانيا: الإمكانات العظيمة للبحر. إجازة في الجغرافيا والتخطيط المكاني ، كلية الفلسفة والآداب ، جامعة كانتابريا. 52 ص.
6. Vicinanza D و Margheritini L و Kofoed JP و Buccino M (2012). محول طاقة الموجة SSG: الأداء والحالة والتطورات الأخيرة. الطاقات 5: 193-226.

   Weebly. عبر الإنترنت: taperedchannelwaveenergy.weebly.com