آشنایی با انرژی کشندی (جزر و مدی)

انرژی جز و مدی چیست؟

انرژی جزر و مدی یا انرژی کشندی نوعی نیروی تولید شده از افت و خیز طبیعی جزر و مد ناشی از برهمکنش گرانشی بین زمین، خورشید و ماه است. جریان های جزر و مدی با انرژی کافی برای برداشت و ذخیره سازی، زمانی رخ می دهد که یک کشش گرانشی سبب جرکت سریع تر آب می شود. با استفاده از ژنراتورهای مهندسی شده ویژه مستر شده در مکان‌ مناسب، انرژی جزر و مدی را می‌توان به اشکال مفید نیرو از جمله الکتریسیته تبدیل کرد. اشکال دیگر انرژی نیز می تواند از اقیانوس تولید شود، از جمله امواج، جریان های اقیانوسی پایدار، و تفاوت دما و شوری در آب دریا. در ادامه با مقاله جدید آداک، شرکت سازنده تابلو برق صنعتی در ایران همراه باشید تا درباره این انرژی تجدیدپذیر بیشتر بدانید. 

بهترین مکان برای تاسیس نیروگاه کشندی

موقعیت های مناسب برای گرفتن انرژی جزر و مدی شامل مکان‌هایی است که تفاوت‌های زیادی در دامنه جزر و مد دارند و جایی که کانال‌ها و آبراه‌های جزر و مدی کوچک‌تر و جریان‌های جزر و مدی قوی‌تر می‌شوند.

چرا انرژی جزر و مدی مهم است؟

با افزایش تقاضای جهانی برای برق پاک، سوخت های تجدیدپذیر و مواد حیاتی برای انرژی و فرآیندهای صنعتی، شناسایی و ایمن سازی منابع انرژی پایدار فراتر از آنچه در حال حاضر در دسترس است بسیار مهم است. محققان پتانسیل وسیع اقیانوس را برای تولید انرژی قابل اعتماد و تجدیدپذیر برای مصارف مختلف تشخیص می دهند. دفتر فناوری های نیروی آب وزارت انرژی (DOE) تخمین می زند که انرژی ناشی از امواج، جزر و مد و جریان های اقیانوسی پتانسیل ترکیبی برای تولید برق کافی برای تامین انرژی میلیون ها خانه را دارد.

انرژی باد قوی تر است یا جزر و مدی؟

از آنجایی که آب چگال تر از هوا است، انرژی جزر و مدی قدرتمندتر از انرژی باد است و به طور تصاعدی قدرت بیشتری را در همان قطر توربین و سرعت روتور تولید می کند. نیروی جزر و مدی نیز نسبت به انرژی باد یا خورشید قابل پیش بینی تر و سازگارتر است که هر دو متناوب و کمتر قابل پیش بینی هستند. این موضوع انرژی جزر و مدی را به یک منبع انرژی تجدیدپذیر جذاب تبدیل می کند. چالش در این است که گرفتن و تبدیل انرژی به توان قابل استفاده در مقیاس تجاری و همچنین یافتن کاربردهای انرژی جزر و مدی در جایی که هزینه ها نسبت به برق شبکه ملی حساس تر است، از نظر تجاری امکان پذیر باشد.

پیش نیاز استفاده از انرژی جزر و مدی

برای استفاده کامل از انرژی جزر و مدی به عنوان یک منبع مهم و مداوم انرژی پاک، بسیار مهم است که محققان راه‌هایی را برای کمک به توسعه فناوری‌ها و روش‌هایی که قابلیت آن را برای کاربردهای تجاری گسترده افزایش می‌دهند، بررسی کنند. این صنعت تا حد زیادی در حال ظهور است، با موانع پیچیده ای که باید قبل از رشد و شکوفایی پایدار بر آن غلبه کرد.

تاریخچه مختصر انرژی جزر و مدی

مردم اروپا بیش از 1000 سال پیش برای اولین بار از انرژی جزر و مد برای راه اندازی آسیاب غلات استفاده کردند. آب جزر و مد ورودی در حوضچه های ذخیره نگهداری می شد و حرکت جزر و مدی خروجی برای تبدیل چرخ های آبی به دانه آسیاب استفاده می شد. این فرآیند استفاده از آب در حال سقوط و چرخاندن توربین ها برای تولید برق در قرن نوزدهم معرفی شد. تلاش‌های اولیه در نیروگاه‌های جزر و مدی، رویکرد سد مانندی را شامل می‌شد. با این حال، این در نهایت تمرکز صنعت باقی نمانده است.

همچنین بخوانید: تابلو توزیع برق چیست؟

چهار مطالعه امکان سنجی اولیه برای نیروگاه های جزر و مدی در مقیاس بزرگ بین سال های 1924 و 1977 در ایالات متحده و کانادا توسط کمیسیون برق ایالات متحده، نور و پاور نوا اسکوشیا و دولت های ایالات متحده و کانادا انجام شد. همه بر مکان های جغرافیایی خاص در اطراف مناطق مرزی بین مین و کانادا متمرکز شده بودند. در حالی که نتایج در مورد امکان سنجی اقتصادی متفاوت بود، آنها پیشرفت قابل توجهی نداشتند.

نمونه نیروگاه های جزر و مدی

نیروگاه بزرگ جزر و مدی در لارنس فرانسه در سال 1966 ساخته شد و هنوز هم با 240 مگاوات ظرفیت تولید برق کار می کند که تا سال 2011 بزرگترین در جهان بود، زمانی که یک آرایه با ظرفیت 254 مگاوات در کره جنوبی افتتاح شد.

مرکز انرژی دریایی اروپا

در دو دهه گذشته، صنعت به سمت تولید انرژی جزر و مدی در جریان رفته است، جایی که یک دستگاه یا گروه‌ها (یا آرایه‌هایی) از دستگاه‌ها در جریان جزر و مد قرار می‌گیرند. مرکز انرژی دریایی اروپا که در سال 2003 تأسیس شد، بزرگترین مرکز جهان برای آزمایش و نشان دادن فناوری‌های امواج و جزر و مد در شرایط واقعی دریا است. این مرکز، که دارای سایت‌های آزمایشی متصل به شبکه برای نمونه‌های اولیه بزرگ‌تر و مکان‌های آزمایش مقیاس برای دستگاه‌های کوچک‌تر است، آزمایش دستگاه‌های انرژی جزر و مدی بیشتری را نسبت به هر مکان دیگری در جهان تسهیل کرده است.

اهمیت و کاربردهای انرژی جزر و مدی

انرژی جزر و مدی یک فرصت قابل توجه برای افزایش ظرفیت تولید انرژی تجدیدپذیر در جهان است. همانطور که کشورها به توسعه خود ادامه می دهند و جمعیت جهان و اتکای آن به انرژی افزایش می یابد، تقاضا برای سیستم های قدرت برای تامین منابع اضافی انرژی پاک افزایش می یابد. انرژی جزر و مدی به طور بالقوه می تواند درصد قابل توجهی از نیازهای برق آینده را تامین کند، اگر موانع، از جمله استحکام دستگاه ها، چالش های زیست محیطی، و مقرون به صرفه بودن کاربرد تجاری آن، با موفقیت برطرف شوند.

توربین های جزر و مدی چطور کار می کنند

توربین های جزر و مدی را می توان در مکان هایی با فعالیت جزر و مدی قوی، به صورت شناور یا در کف دریا، به صورت جداگانه یا به صورت آرایه نصب کرد. آن‌ها بسیار شبیه توربین‌های بادی هستند و از پره‌هایی برای چرخاندن روتوری استفاده می‌کنند که یک ژنراتور را تغذیه می‌کند، اما با توجه به محیط کارشان باید به طور قابل‌توجهی قوی‌تر باشند و از آنجایی که توربین‌های جزر و مدی بسیار کوچک‌تر از توربین‌های بادی بزرگ هستند، توربین‌های بیشتری برای تولید نیاز است. همان مقدار انرژی چندین پروژه نمایش جزر و مد در ایالات متحده در حال انجام است.

توربین هایی که در جریان های جزر و مدی قرار می گیرند، انرژی جریان را جذب می کنند و کابل های زیر آب آن را به شبکه انتقال می دهند. سیستم‌های جریان جزر و مدی می‌توانند انرژی را در مکان‌هایی با سرعت جزر و مد بالا ایجاد شده توسط انقباضات زمین، مانند تنگه‌ها یا ورودی‌ها، جذب کنند. هنگامی که پروژه MeyGen در اسکاتلند به طور کامل عملیاتی شود، بزرگترین ایستگاه تولید جریان جزر و مدی در جهان خواهد بود که ظرفیت تولید تا 398 مگاوات را دارد.

همچنین بخوانید: آشنایی با روش کار تابلو برق فشار ضعیف

آرایه های جزر و مدی مانند سدهایی هستند که بر روی رودخانه ها، خلیج ها و مصب های جزر و مدی ساخته شده اند تا یک حوضه جزر و مدی را تشکیل دهند. توربین‌های داخل آرایه حوضه را قادر می‌سازند در طول جزر و مد ورودی پر شود و در جریان جزر و مد خروجی از سیستم آزاد شود و در هر دو جهت برق تولید کند. این سد بسیار شبیه یک سد رودخانه ای در جذب نیروی آب اطراف عمل می کند. دو تا از بزرگترین نیروگاه های جزر و مدی جهان در کره جنوبی و فرانسه با ظرفیت تولید برق به ترتیب 254 و 240 مگاوات هستند. بزرگترین در کانادا ظرفیت تولید بسیار پایین تری با 20 مگاوات دارد.

تالاب جزر و مدی چیست؟

تالاب های جزر و مدی مانند آرایه ها شبیه به دیوارهای حائلی هستند تا بخشی از حجم زیادی از آب ورودی ورودی را با توربین های تعبیه شده برای جذب انرژی آن در خود جای دهند. آنها همچنین برای تولید نیرو به یک محدوده جزر و مد بزرگ متکی هستند. برخلاف آرایه ها، تالاب های جزر و مدی را می توان در امتداد خط ساحلی طبیعی برای تولید برق مستمر با تغییر جزر و مد قرار داد و به گونه ای طراحی کرد که ردپای محیطی آنها را به حداقل برسد. اگرچه خروجی انرژی از تالاب های جزر و مدی ثابت نشده است، (بدون نمونه فعلی در حال بهره برداری)، تعداد کمی از آنها در چین، کره شمالی و بریتانیا در دست توسعه هستند. با توجه به چالش های زیست محیطی که ایجاد می کنند، آرایه های جزر و مدی و تالاب ها کانون تلاش های توسعه انرژی جزر و مدی در بیشتر مناطق جهان نیستند.

کاربرد اصلی انرژی کشندی

کاربرد غالب انرژی جزر و مدی، تولید برق برای استفاده در ساحل از طریق شبکه برق ملی بوده است. همچنین ارزش بالقوه ای در انرژی جزر و مدی برای پاسخگویی به نیازهای سایر صنایع اقیانوسی موجود یا نوظهور (مانند آبزی پروری، استخراج معدنی اقیانوس، تحقیقات اقیانوس شناسی یا ماموریت های نظامی) وجود دارد، همانطور که در ابتکار اقتصاد آبی DOE ارائه شده است. «اقتصاد آبی» به عنوان استفاده پایدار از منابع اقیانوس برای رشد اقتصادی، بهبود معیشت و مشاغل، در حالی که حفظ سلامت اکوسیستم‌های اقیانوسی تعریف می‌شود.

مزایای انرژی جزر و مدی

انرژی جزر و مدی منبعی پاک، تجدیدپذیر و پایدار است که کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرد و فرصت قابل توجهی برای برآوردن نیازهای رو به رشد جهانی انرژی، چه در حال حاضر و چه در آینده است. آب صدها برابر چگال تر از هوا است، که انرژی جزر و مدی را قوی تر از باد می کند. این انرژی به دلیل چگالی نسبی آن نسبت به انرژی بادی یا خورشیدی کارآمدتر است و گازهای گلخانه ای یا زباله های دیگر تولید نمی کند، که آن را به یک منبع انرژی تجدید پذیر جذاب برای دنبال کردن تبدیل می کند.

همچنین بخوانید: تابلو برق مرکز کنترل موتور چطور ساخته می شود؟

همچنین قابل پیش بینی بودن و قابلیت اطمینان نسبی جزر و مد مداوم است، به ویژه در مقایسه با سایر منابع انرژی تجدیدپذیر مانند باد و خورشید، که تحت تأثیر تغییرپذیری و عدم قطعیت نیروی جوی قرار دارند. پیش بینی چرخه جزر و مد و جزر و مد بسیار آسان است و به ندرت تغییرات غیر منتظره را تجربه می کنند.

سایر مزایای انرژی کشندی

برای درک مزایای انرژی جزر و مدی در مقیاس تجاری، شناسایی فن‌آوری‌ها و روش‌های جدیدی که هزینه‌های نصب و نگهداری را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهند، اثرات زیست‌محیطی را کاهش می‌دهند و مناسب بودن مکان‌های بیشتر را افزایش می‌دهند، برای محققان مهم خواهد بود. چند پروژه جزر و مدی در حال اجرا هستند. با این حال، این صنعت به دلیل موانع ورود و عدم وجود زنجیره تامین به کندی در حال رشد است.

محدودیت های انرژی جزر و مدی

انرژی جزر و مدی به عنوان یک صنعت با چند مانع مهم محدود می شود که هزینه آن چالش برانگیزترین آن است. توسعه آرایه های جزر و مدی و اتصال آنها به شبکه برق نیازمند کار مهندسی و ساخت گسترده و پرهزینه است. در حالی که فناوری‌های جزر و مدی متعددی در حال آزمایش هستند که ممکن است مقرون به صرفه بودن را بهبود بخشند، هیچ یک به عنوان یک رهبر بازار که بتواند به ایجاد زنجیره‌های تامین و شروع کاهش هزینه‌های نصب و نگهداری کمک کند، ظاهر نشده است.

توسعه فناوری های انرژی جزر و مدی کند بوده است و برخی از فعالان صنعت از بازار خارج شده اند. مکان‌های مناسب برای تأسیسات انرژی جزر و مدی ذاتاً محدود است، با توجه به اینکه همه خلیج‌های ساحلی و کانال‌های جزر و مدی شرایط مورد نیاز برای تولید برق مؤثر را تجربه نمی‌کنند. و در میان آن مکان‌های محدود، برخی نزدیک به شبکه نیستند، و نیاز به سرمایه‌گذاری بیشتر برای نصب کابل‌های طولانی زیر دریا برای انتقال برق تولید شده دارند.

علاوه بر محدودیت های هزینه و جغرافیایی، نگرانی قابل توجهی در مورد اثرات زیست محیطی نیز وجود دارد. ساخت و بهره برداری از آرایه های انرژی جزر و مدی بر اساس سازه های عظیم زیر آب ممکن است میدان جریان محیط و کیفیت آب را تغییر دهد و همچنین بر حیات دریاها و زیستگاه آنها تأثیر منفی بگذارد و به طور بالقوه برخورد حیوانات دریایی و ماهی ها با پره های چرخان توربین را تهدید کند و ناوبری حیوانات دریایی را تحت تأثیر قرار دهد. ارتباط با سر و صدای زیر آب این ممکن است باعث شود برخی از گونه های حساس از میدان های الکترومغناطیسی کابل های برق یا تغییر در زیستگاه خود دور شوند.

دستیابی به کاهش هزینه، توسعه دستگاه‌هایی که می‌توانند نیروهای اقیانوسی را تحمل کنند، و به حداقل رساندن اثرات زیست‌محیطی برای بهبود دوام تجاری انرژی جزر و مدی، تمرکز اصلی سرمایه‌گذاری‌های تحقیقاتی در این زمینه است و باید باشد.

پیشرفت های اخیر در انرژی جزر و مد

آرایه‌های نیروی جزر و مدی با اندازه‌های مختلف در حال توسعه هستند یا اخیراً در سرتاسر جهان مستقر شده‌اند، با تمرکز زیادی بر تولید انرژی از جریان‌ها یا جریان‌های جزر و مدی. یک آرایه جریان جزر و مدی واقع در پنتلند فرث در اسکاتلند – بدنه آبی بین سرزمین اصلی اسکاتلند و جزایر شمالی – جدیدترین چیزی است که شروع به کار کرده و اولین در نوع خود است. پروژه انرژی جزر و مدی MeyGen عملیات مرحله‌ای را در سال 2018 آغاز کرد و چهار توربین اول آن تا پایان سال 2020 بیش از 35 گیگاوات ساعت برق تولید کرده و به شبکه تحویل داده‌اند. با استقرار کامل، 61 توربین غوطه‌ور در بستر دریا تولید خواهند کرد. تا 400 مگاوات انرژی از جریان های پرسرعت در منطقه.

بیشتر بدانید: راهنمای بررسی و خرید بدنه تابلو برق

پروژه‌های متعددی در ولز در حال انجام است، که یک کانون نوظهور برای صنعت است. این توسعه شامل یک مرکز برتر برای مهندسی دریایی است که در سال 2020 توسط دولت های بریتانیا و ولز تایید شد و در میان دارایی های خود یک منطقه نمایشی 90 کیلومتری را برای امکان استقرار فناوری های تولید انرژی جزر و مدی در آینده گنجانده است.

سایت‌های آزمایشی و استقرار فناوری دیگری در مراحل مختلف در کشورهایی از جمله اسکاتلند، فرانسه، ژاپن، کره، چین، کانادا، و ایالات متحده وجود دارد، زیرا توسعه‌دهندگان فناوری‌های جاری جزر و مدی جدید و بهبودیافته را ارائه می‌کنند که نویدبخش رفع موانع کلیدی برای دوام تجاری است. . توانایی ارزیابی عملکرد و اثرات زیست محیطی فناوری های جدید در شرایط واقعی دریا برای پیشرفت صنعت پایدار بسیار مهم است.

مهندسان برای بهبود فن آوری های تولید انرژی جزر و مدی تلاش می کنند تا بازده تولید انرژی خود را افزایش دهند، رسوب زیستی را کاهش دهند، اثرات زیست محیطی آنها را کاهش دهند و راهی برای سودآوری تجاری پیدا کنند.

خلاصه مقاله

جزر و مد پدیده ای منظم است. آنها را می توان در طول ماه ها و سال ها از قبل پیش بینی کرد. به همین دلیل است که انرژی حاصل از این حرکت عظیم آب را می توان مهار کرد و به شکل قابل استفاده انرژی تبدیل کرد. در حال حاضر قدرت نهفته در جزر و مد از انرژی باد بیشتر است و تلاش های مختلفی در سطح جهان برای مهار این انرژی و تبدیل آن به الکتریسیته در دست اقدام است. 

سوالات متداول

1-نیروی کشندی چیست؟

جزر و مد امواجی با دوره بسیار طولانی هستند که در پاسخ به نیروهایی که ماه و خورشید اعمال می کنند در اقیانوس حرکت می کنند. جزر و مد از اقیانوس سرچشمه می گیرد و به سمت خطوط ساحلی پیش می رود، جایی که به صورت بالا و پایین رفتن منظم سطح دریا ظاهر می شود.

1-مزایای انرژی جزر و مدی چیست؟

برخی از مزایای انرژی کشندی عبارتند از:

• دوستدار محیط زیست
• یک منبع انرژی بسیار قابل پیش بینی
• چگالی انرژی بالا
• هزینه های عملیاتی و نگهداری کم
• یک منبع تمام نشدنی انرژی

2- معایب و چالش های انرژی کشندی چیست؟

• هزینه های بالای ساخت نیروگاه جزر و مدی
• تأثیر منفی بر اشکال حیات دریایی
• محدودیت های مکان
• شدت متغیر امواج دریا

راهکارهای حرفه ای آداک برای انرژی های تجدیدپذیر

آیا می دانید آداک در راستای گسترش انرژی های تجدیدپذیر از جمله انرژی بیومس، طیف وسیعی از محصولات و خدمات از جمله تابلو برق فشار ضعیف و تابلو برق فشار متوسط را ارائه می کند؟ برای آشنایی بیشتر با راهکارهای حرفه ای آداک در زمینه انرژی های تجدیدپذیر، روی لینک زیر کلیک کنید و یا از طریق تماس با کارشناسان آداک، از خدمات مشاوره ای ما بهره مند شوید. 

راهکارهای آداک برای انرژی های تجدیدپذیر

دفتر مرکزی: کرج، عظیمیه. بلوار 45 متری کاج، پلاک 199، واحد 1 و 3

تلفن: 02634156000

ایمیل: info@adakbn-co.com

دفتر تهران: بزرگراه اشرفی اصفهانی، خیابان مخبری، پلاک 10 واحد 6

تلفن: 02144491255

ایمیل: sales@adakbn-co.com

کارخانه: شهرک صنعتی صفادشت، بلوار فروردین، خیابان فروردین نهم غربی، پلاک 104

تلفن: 02634156000