كيف يتم استخدام طاقة الأمواج لتوليد الكهرباء؟

يأتي الجزء الأكبر من الكهرباء التي تزود العالم الصناعي بالطاقة من المولدات الحثية. أولها ظهر على الإنترنت في عام 1896 وكان مدعومًا من سلسلة المياه المتساقطة وهي شلالات نياجرا. معظم المولدات الحثية الحديثة تعمل بالبخار ، وعلى الرغم من ذلك ، فإن أنواع الوقود المختارة لتسخين المياه كانت منذ فترة طويلة عبارة عن لفائف وبترول وغاز طبيعي - ما يسمى بالوقود الأحفوري.

اعتبارًا من عام 2011 ، كان الوقود الأحفوري يوفر 82 في المائة من كهرباء العالم ، لكن الأدلة لا تزال تتزايد على الآثار المدمرة الناتجة عن الاحتراق على البيئة. اعتبارًا من أكتوبر 2018 ، كان العلماء يحذرون من أن الاحتباس الحراري ، الذي يعد احتراق الوقود الأحفوري مساهماً رئيسياً فيه ، يقترب بسرعة من نقطة تحول لا رجعة فيها. كانت نتيجة هذه التحذيرات تحولًا بعيدًا عن الوقود الأحفوري ونحو مصادر الطاقة المتجددة ، مثل الألواح الكهروضوئية والطاقة الحرارية الأرضية وتوربينات الرياح.

تعد طاقة الموجة أحد الخيارات المطروحة على الطاولة. تمثل المحيطات خزانًا هائلاً للطاقة غير المستغلة. وفقًا لمعهد أبحاث الطاقة الكهربائية ، تبلغ طاقة الموجة المحتملة حول الولايات المتحدة الساحلية ، بما في ذلك ألاسكا ، حوالي 2640 تيراواط / ساعة / سنة. هذه طاقة كافية لتشغيل 2.5 مليون أسرة لمدة عام كامل. هناك طريقة أخرى للنظر إليها وهي أن موجة واحدة لديها طاقة كافية لتشغيل سيارة كهربائية لمئات الأميال.

توجد أربع تقنيات رئيسية لتسخير طاقة الأمواج. يعمل البعض بالقرب من الشاطئ ، والبعض الآخر في البحر والبعض الآخر في أعماق البحار. تم تصميم محولات طاقة الأمواج (WECs) لتبقى على سطح الماء ، لكنها تختلف في توجهات المجمعات لحركة الأمواج والطرق المستخدمة في التوليد كهرباء. الأنواع الأربعة لمولدات كهرباء الأمواج هي ماصات النقاط ، وأجهزة الإنهاء ، وأجهزة التجاوز والمخففات.

صدق أو لا تصدق ، طاقة الأمواج هي شكل آخر من أشكال الطاقة الشمسية. تقوم الشمس بتسخين أجزاء مختلفة من الكرة الأرضية بدرجات مختلفة ، وتؤدي الاختلافات الناتجة في درجات الحرارة إلى الرياح التي تتفاعل مع مياه المحيط لتكوين الأمواج. يخلق الإشعاع الشمسي أيضًا اختلافات في درجات الحرارة في الماء نفسه ، وهذا يقود التيارات تحت الماء. قد يكون من الممكن تسخير طاقة هذه التيارات في المستقبل ، ولكن في الوقت الحالي ، يتركز معظم اهتمام صناعة الطاقة على الموجات السطحية.

في السدود الكهرومائية ، تقوم طاقة المياه المتساقطة بتدوير التوربينات التي تولد كهرباء التيار المتردد. يتم استخدام هذا المبدأ دون تغيير تقريبًا في بعض أشكال توليد الموجات ، ولكن في حالات أخرى ، يتم استخدام طاقة يجب أن يمر الماء الصاعد والهابط عبر وسط آخر قبل أن يتمكن من القيام بعمل الغزل عنفة. هذا الوسط غالبا ما يكون الهواء. يتم غلق الهواء في حجرة ، وتضغطه حركة الأمواج. ثم يُدفع الهواء المضغوط من خلال فتحة صغيرة ، مما يخلق نفثًا من الهواء يمكنه القيام بالعمل اللازم. في بعض التقنيات ، يتم نقل طاقة الأمواج إلى طاقة ميكانيكية بواسطة المكابس الهيدروليكية. تقوم المكابس بدورها بتشغيل التوربينات التي تولد الكهرباء.

لا تزال طاقة الموجة إلى حد كبير في المرحلة التجريبية ، وقد تم تسجيل براءة اختراع لمئات من التصميمات المختلفة ، على الرغم من تطوير جزء بسيط منها بالفعل. واحدة كانت تزود الطاقة التجارية تعمل قبالة سواحل البرتغال في عامي 2008 و 2009 ، وتتطلع الحكومة الاسكتلندية إلى تطوير مشروع كبير نزل المياه المتقطعة لبحر الشمال. تم التخطيط لمشروع مماثل قبالة سواحل أستراليا. توجد أربعة أنواع رئيسية من مولدات الموجات حاليًا:

نقطة الامتصاص هي في الأساس جهاز في أعماق البحار. يظل ثابتًا في مكانه ويتأرجح لأعلى ولأسفل على الأمواج العابرة. يتكون من أسطوانة مركزية تطفو بحرية داخل غلاف ، ومع مرور الموجة ، تتحرك الأسطوانة والمبيت بالنسبة لبعضهما البعض. تحرك الحركة جهاز الحث الكهرومغناطيسي أو المكبس الهيدروليكي ، مما ينتج الطاقة اللازمة لتشغيل التوربين. نظرًا لأن هذه الأجهزة تمتص الطاقة ، فقد تؤثر على خصائص الأمواج التي تصل إلى الشاطئ. هذا هو أحد أسباب استخدامها في مواقع بعيدة عن الشاطئ.

عمود الماء المتذبذب (OWC) هو نوع خاص من ماصات النقاط. تبدو أيضًا كأنها عوامة ، ولكن بدلاً من أسطوانة داخلية حرة الطفو ، تحتوي على عمود من الماء يرتفع وينخفض ​​مع الأمواج. تدفع حركة الماء الهواء المضغوط عبر فتحة لتشغيل المكبس.

يمكن أن توجد أجهزة الإنهاء على الشاطئ أو بالقرب من الشاطئ. وهي عبارة عن أنابيب طويلة بشكل أساسي ، وعندما يتم نشرها في الخارج ، فإنها تلتقط المياه من خلال فتحات المنافذ الجوفية. يتم تثبيت الأنابيب لتمتد في اتجاه حركة الموجة ، ويدفع صعود وهبوط سطح المحيط عمودًا من الهواء الملتقط عبر فتحة صغيرة لدفع التوربينات. عندما تقع على الشاطئ ، فإن الأمواج التي تصطدم بالشاطئ هي التي تقود العملية ، لذلك توجد الفتحات في نهايات الأنابيب. يمكن لكل جهاز إنهاء توليد الطاقة في نطاق من 500 كيلوواط إلى 2 ميغاواط ، اعتمادًا على ظروف الموجة. هذه طاقة كافية لحي بأكمله.

المخففات ، مثلها مثل أجهزة الإنهاء ، عبارة عن أنابيب طويلة يتم نشرها بشكل عمودي على حركة الموجة. يتم تثبيتها في أحد طرفيها ومبنية في مقاطع تتحرك بالنسبة لبعضها البعض مع مرور الموجة. تحرك الحركة مكبسًا هيدروليكيًا أو بعض الأجهزة الميكانيكية الأخرى الموجودة في كل جزء ، وتقوم الطاقة بتشغيل التوربينات ، والتي بدورها تنتج الكهرباء.

أجهزة التقليب طويلة وتمتد عموديًا على اتجاه حركة الموجة. إنها تشكل حاجزًا ، يشبه إلى حد كبير جدارًا بحريًا أو سدًا ، يجمع المياه. يرتفع منسوب المياه مع كل موجة عابرة ، وعندما ينخفض ​​مرة أخرى ، فإنه يقود التوربينات التي تولد الكهرباء. يكون التأثير الكلي تقريبًا هو نفس الإجراء المستخدم في السدود الكهرومائية. غالبًا ما توجد التوربينات ومعدات النقل في منصات بحرية. يمكن أيضًا إنشاء أجهزة تجاوز على الشاطئ لالتقاط طاقة الأمواج التي تصطدم بالشاطئ.

على الرغم من الوعود الواضحة بوجود طاقة الأمواج ، فإن التطوير يتخلف كثيرًا عن الطاقة الشمسية وطاقة الرياح. لا تزال المنشآت التجارية واسعة النطاق شيئًا من المستقبل. يشبه بعض خبراء الطاقة حالة كهرباء الأمواج بحالة كهرباء الطاقة الشمسية وطاقة الرياح قبل 30 عامًا. جزء من سبب ذلك متأصل في طبيعة أمواج المحيط. إنها غير منتظمة ولا يمكن التنبؤ بها. يمكن أن يختلف ارتفاع الأمواج وفتراتها ، وهي المسافة بينها ، من يوم لآخر أو حتى من ساعة إلى ساعة.

مشكلة أخرى هي نقل الطاقة. لا يمكن أن تخدم قوة الأمواج أي غرض حتى تنتقل إلى الشاطئ. تشتمل معظم WECs على محولات لزيادة الجهد لنقل أكثر كفاءة على طول خطوط الطاقة تحت الماء. عادةً ما ترتكز خطوط الطاقة هذه على قاع البحر ، ويضيف تركيبها بشكل كبير إلى تكلفة محطة توليد طاقة الأمواج ، خاصةً عندما تكون المحطة بعيدة عن الشاطئ. علاوة على ذلك ، هناك قدر معين من فقدان الطاقة المرتبط بأي نقل للطاقة الكهربائية.