الطاقة الكهربائية البحرية

📅 آخر تحديث: ٢ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة

تستطيع التيارات البحرية نقل كميات كبيرة من المياه، مدفوعةً بشكل أساسي بالمد والجزر ، الناتجين عن تأثيرات الجاذبية لحركة الأرض والقمر والشمس. وتزداد سرعة التدفق في المناطق التي تلعب فيها تضاريس قاع البحر في المضائق بين الجزر واليابسة، أو في المياه الضحلة حول الرؤوس، دورًا رئيسيًا في تعزيز سرعة التدفق، مما ينتج عنه طاقة حركية ملحوظة. [ 1 ] وتُعد الشمس القوة الدافعة الرئيسية، إذ تُسبب الرياح واختلافات درجات الحرارة. ونظرًا لوجود تقلبات طفيفة فقط في سرعة التيار وموقعه مع تغيرات طفيفة في الاتجاه، فقد تكون التيارات المحيطية مواقع مناسبة لنشر أجهزة استخلاص الطاقة مثل التوربينات. [ 2 ] كما تُعد تأثيرات أخرى، مثل الاختلافات الإقليمية في درجة الحرارة والملوحة، وتأثير كوريوليس الناتج عن دوران الأرض، من العوامل المؤثرة الرئيسية. ويمكن تحويل الطاقة الحركية للتيارات البحرية بنفس طريقة استخلاص توربينات الرياح للطاقة من الرياح، باستخدام أنواع مختلفة من الدوارات ذات التدفق المفتوح. [ 3 ]

إمكانات خاصة

مخطط متجهي لتدفق التيار على طول الساحل الشرقي للولايات المتحدة.

تُقدّر الطاقة الإجمالية المُستمدة من تيارات المحيطات عالميًا بنحو 5000 جيجاواط، بكثافة طاقة تصل إلى 15  كيلوواط/م². وتبلغ كثافة الطاقة القابلة للاستخراج، الثابتة نسبيًا، قرب سطح تيار مضيق فلوريدا حوالي 1  كيلوواط/م² من مساحة التدفق. وتشير التقديرات إلى أن استغلال 1/1000 فقط من الطاقة المتاحة من تيار الخليج ، الذي تبلغ طاقته 21000 ضعف طاقة شلالات نياجرا، في تدفق مائي يعادل 50 ضعف إجمالي تدفق جميع أنهار المياه العذبة في العالم، كفيل بتزويد فلوريدا بـ 35% من احتياجاتها من الكهرباء. تُظهر الصورة على اليمين كثافة التدفق العالية على طول الساحل، مع ملاحظة التدفق الأبيض عالي السرعة باتجاه الشمال، وهو مثالي لاستخراج طاقة تيارات المحيطات. ومن بين الدول المهتمة بتطبيق تقنيات طاقة تيارات المحيطات والتي تسعى إلى تطويرها: الاتحاد الأوروبي [ 4 ] ، واليابان [ 5 ] ، والولايات المتحدة [ 6 ] ، والصين [ 7 ] .

إن إمكانات توليد الطاقة الكهربائية من تيارات المد والجزر البحرية هائلة. وهناك عدة عوامل تجعل توليد الكهرباء من هذه التيارات جذاباً للغاية مقارنةً بمصادر الطاقة المتجددة الأخرى:

  • عوامل التحميل العالية الناتجة عن خصائص المائع. إمكانية التنبؤ بالمورد، بحيث يمكن معرفة توافر الطاقة في المستقبل والتخطيط له، على عكس معظم مصادر الطاقة المتجددة الأخرى. [ 3 ]
  • يُعد هذا المورد الكبير المحتمل استغلاله مع تأثير بيئي ضئيل، مما يوفر أحد أقل الطرق ضرراً لتوليد الكهرباء على نطاق واسع. [ 8 ]
  • جدوى استخدام محطات الطاقة التي تعمل بالتيارات البحرية لتوفير الطاقة الأساسية للشبكة الكهربائية، خاصة إذا تم ربط مجموعتين أو أكثر من المصفوفات المنفصلة ذات فترات ذروة التدفق المتداخلة.

تقنيات توليد الطاقة من التيارات البحرية

رسم توضيحي لتوربين ذي تدفق محوري مستوحى من طاقة الرياح، يُستخدم لتوليد الطاقة البحرية

توجد أنواع عديدة من أجهزة التدفق المفتوح التي يمكن استخدامها في تطبيقات الطاقة من التيارات البحرية؛ والعديد منها عبارة عن تطويرات حديثة لعجلة الماء أو ما شابهها. مع ذلك، فإن التصاميم الأكثر تطورًا من الناحية التقنية، والمستمدة من دوارات طاقة الرياح، هي الأرجح لتحقيق فعالية من حيث التكلفة وموثوقية كافية لتكون عملية في سيناريو مستقبلي واسع النطاق للطاقة من التيارات البحرية. على الرغم من عدم وجود مصطلح متفق عليه عمومًا لهذه التوربينات المائية ذات التدفق المفتوح ، إلا أن بعض المصادر تشير إليها باسم توربينات التيارات المائية. هناك ثلاثة أنواع رئيسية من توربينات التيارات المائية التي يمكن أخذها في الاعتبار: مراوح ذات محور أفقي وتدفق محوري ( بزوايا متغيرة أو ثابتة)، وطائرات ورقية تحت الماء ، ودوارات داريوس ذات التدفق العرضي . يمكن دمج أنواع الدوارات مع أي من الطرق الرئيسية الثلاث لدعم توربينات التيارات المائية: الأنظمة العائمة المثبتة، والأنظمة المثبتة في قاع البحر، والأنظمة الوسيطة. تشكل الهياكل أحادية الركيزة المثبتة في قاع البحر الجيل الأول من أنظمة الطاقة من التيارات البحرية. تتمتع هذه التقنيات بميزة استخدام المعرفة الهندسية الموجودة (والموثوقة)، لكنها تقتصر على المياه الضحلة نسبياً (عمق يتراوح بين 20 و40 متراً (66 إلى 131 قدماً) ). [ 3 ]

التاريخ والتطبيق

بدأ الاهتمام بإمكانية استخدام التيارات البحرية كمصدر للطاقة في منتصف سبعينيات القرن الماضي بعد أزمة النفط الأولى . في عام ١٩٧٤، عُرضت عدة تصاميم مفاهيمية في ورشة عمل ماك آرثر للطاقة، وفي عام ١٩٧٦، أجرت شركة جنرال إلكتريك البريطانية دراسة ممولة جزئيًا من الحكومة، خلصت إلى أن طاقة التيارات البحرية تستحق مزيدًا من البحث المعمق. بعد ذلك بوقت قصير، نفّذت مجموعة ITD في المملكة المتحدة برنامجًا بحثيًا تضمن عامًا من اختبارات الأداء لدوار هيدروداريوس بطول ٣ أمتار، تم نشره في جوبا على النيل الأبيض .

شهدت ثمانينيات القرن الماضي عددًا من المشاريع البحثية الصغيرة لتقييم أنظمة توليد الطاقة من تيارات المد والجزر. وكانت المملكة المتحدة وكندا واليابان من أبرز الدول التي أُجريت فيها هذه الدراسات. وفي الفترة 1992-1993، حددت مراجعة طاقة تيارات المد والجزر مواقع محددة في المياه البريطانية ذات سرعة تيار مناسبة لتوليد ما يصل إلى 58 تيراواط/ساعة سنويًا. وأكدت المراجعة وجود مورد إجمالي لطاقة تيارات المد والجزر قادر نظريًا على تلبية نحو 19% من الطلب على الكهرباء في المملكة المتحدة.

في الفترة 1994-1995، حدد مشروع EU-JOULE CENEX أكثر من 100 موقع أوروبي تتراوح مساحتها بين 2 و200  كيلومتر مربع من قاع البحر، يتميز العديد منها بكثافة طاقة تتجاوز 10 ميغاواط/كيلومتر مربع . وقد التزمت كل من حكومة المملكة المتحدة والاتحاد الأوروبي باتفاقيات دولية مُتفاوض عليها تهدف إلى مكافحة ظاهرة الاحتباس الحراري. وللامتثال لهذه الاتفاقيات، سيتطلب الأمر زيادة في توليد الكهرباء على نطاق واسع من مصادر الطاقة المتجددة. وتملك التيارات البحرية القدرة على تلبية جزء كبير من احتياجات الاتحاد الأوروبي المستقبلية من الكهرباء. [ 3 ] وأظهرت دراسة أجريت على 106 مواقع محتملة لتوربينات المد والجزر في الاتحاد الأوروبي إمكانية إجمالية لتوليد الطاقة تبلغ حوالي 50 تيراواط/سنة. وإذا ما تم استغلال هذا المورد بنجاح، فإن التكنولوجيا اللازمة قد تُشكل أساسًا لصناعة جديدة رئيسية لإنتاج طاقة نظيفة للقرن الحادي والعشرين. [ 9 ]

يمكن الاطلاع على التطبيقات المعاصرة لهذه التقنيات هنا: قائمة محطات الطاقة المدية . ونظرًا لتأثير المد والجزر الكبير على التيارات المحيطية، وثبات أنماط تدفقها، تُقام العديد من محطات استخراج طاقة التيارات المحيطية في مناطق ذات معدلات تدفق مدية عالية. [ 10 ]

تُجرى الأبحاث المتعلقة بطاقة التيارات البحرية في جامعة أوبسالا في السويد، من بين جامعات أخرى، حيث تم بناء وحدة اختبار مزودة بتوربين من نوع داريوس ذي شفرات مستقيمة ووضعها في نهر دال في السويد. [ 11 ] [ 12 ]

التأثيرات البيئية

تُعدّ التيارات المحيطية عاملاً أساسياً في تحديد المناخ في العديد من مناطق العالم. ورغم قلة المعلومات المتوفرة حول آثار إزالة طاقة التيارات المحيطية ، إلا أن تأثيرات إزالة هذه الطاقة على البيئة البعيدة قد تُشكّل مصدر قلق بيئي كبير. لا تزال المشكلات المعتادة للتوربينات ، كاصطدام الشفرات، وتشابك الكائنات البحرية، والتأثيرات الصوتية، قائمة؛ إلا أن هذه المشكلات قد تتفاقم نتيجةً لوجود تجمعات أكثر تنوعاً من الكائنات البحرية التي تستخدم التيارات المحيطية لأغراض الهجرة . قد تقع هذه المواقع على مسافة أبعد من الشاطئ، مما يستلزم مدّ كابلات طاقة أطول، الأمر الذي قد يؤثر على البيئة البحرية من خلال الإشعاع الكهرومغناطيسي. [ 13 ] توفر قاعدة بيانات تيثيس إمكانية الوصول إلى الأدبيات العلمية والمعلومات العامة حول الآثار البيئية المحتملة لطاقة التيارات المحيطية. [ 14 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ بهاج، أ.س. (14 يناير 2013). "تحويل طاقة التيارات البحرية: فجر عصر جديد في إنتاج الكهرباء" . المعاملات الفلسفية للجمعية الملكية أ: العلوم الرياضية والفيزيائية والهندسية . 371 (1985) 20120500. رمز Bibcode : 2013RSPTA.37120500B . doi : 10.1098/rsta.2012.0500 . ISSN 1364-503X . PMID 23319714 .  
  2. ↑ سعد، فؤاد (2016). صدمة التحول في مجال الطاقة . دار بارتردج للنشر، سنغافورة. رقم ISBN 978-1-4828-6495-3.
  3. 1 2 3 4 بونتا، فلوريدا؛ بي إم جاكوفكيس (أبريل 2008). "توليد الطاقة من تيارات البحر بواسطة توربينات مائية عائمة مُعززة بمُشتتات". الطاقة المتجددة . 33 (4): 665-673 . Bibcode : 2008REne...33..665P . doi : 10.1016/j.renene.2007.04.008 .
  4. ↑ دياز دورادو، إيلوي؛ كاريلو، كاميلو؛ سيدراس، خوسيه؛ رومان، ديفيد؛ غراندي، خافيير (مارس 2021). "تقييم أداء ونمذجة توربين تيارات أتير البحرية" . مجلة IET لتوليد الطاقة المتجددة . 15 (4): 821-838 . Bibcode : 2021IRPG...15..821D . doi : 10.1049/rpg2.12071 . hdl : 11093/3139 . ISSN 1752-1416 . 
  5. ↑ أوينو، توموهيرو؛ ناغايا، شيغيكي؛ شيميزو، ماسايوكي؛ سايتو، هيرويوكي؛ موراتا، شو؛ هاندا، نوريهيسا (مايو 2018). "تطوير واختبار تجريبي لنظام توربينات تيارات المحيط العائمة في تيار كوروشيو". مؤتمر OCEANS - MTS/IEEE Kobe Techno-Oceans (OTO) لعام 2018. كوبي: IEEE . الصفحات 1-6 . doi : 10.1109/OCEANSKOBE.2018.8558792 . ISBN  978-1-5386-1654-3. S2CID 54453908 . 
  6. ↑ ر. إيتيكي، ب. ر. تشودري، ف. كمال، م. مانجريكار، ب. تشودري، و ج. ج. بونر (2021). "طريقة لتقدير الطاقة الحركية المائية البحرية بناءً على بيانات الرادار عالية التردد" . مؤتمر OCEANS 2021: سان دييغو - بورتو . الصفحات 1-7 . doi : 10.23919/OCEANS44145.2021.9705675 . ISBN  978-0-692-93559-0. S2CID 246872045 . تم الاسترجاع في 11 مارس 2022 . {{cite book}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  7. ↑ دائرة إدارة المعادن، برنامج الطاقة المتجددة والاستخدام البديل، وزارة الداخلية الأمريكية (مايو 2006). "إمكانات طاقة تيارات المحيط على الجرف القاري الخارجي للولايات المتحدة" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 29 مايو 2019 .
  8. ↑ بهاج، أ.س.؛ ل.إ. مايرز (نوفمبر 2003). "الأسس التطبيقية لاستخدام توربينات التيارات البحرية لإنتاج الطاقة" (مقال) . الطاقة المتجددة . 28 (14): 2205-2211 . Bibcode : 2003REne...28.2205B . doi : 10.1016/S0960-1481(03)00103-4 . تاريخ الاسترجاع: 12 أبريل 2011 .
  9. ↑ هامونز، توماس (2011). البنى التحتية للكهرباء في السوق العالمية . BoD – كتب حسب الطلب. ISBN 978-953-307-155-8.
  10. ↑ الطاقة، فريق كراود. "طاقة التيارات البحرية" . CrowdEnergy.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 29-04-2019 .
  11. ^ يوان ، كاتارينا. لوندين، ستافان؛ جرابي، مارتن؛ لالاندر، إميليا؛ جود، أندرس. ليجون ماتس (2011). "مشروع سودرفورس: إنشاء محطة طاقة هيدروكينية تجريبية" . المؤتمر الأوروبي التاسع لطاقة الأمواج والمد والجزر، ساوثامبتون، المملكة المتحدة، 5-9 سبتمبر 2011 .
  12. ^ لوندين ، ستافان. فورسلند، يوهان؛ كاربمان، نيكول؛ جرابي، مارتن؛ يوان، كاتارينا؛ أبلفرويد، سيناد؛ جود، أندرس. ليجون، ماتس (2013). "مشروع سودرفورس: نشر محطة الطاقة الهيدروكينية التجريبية والنتائج الأولى" . المؤتمر الأوروبي العاشر لطاقة الأمواج والمد والجزر (EWTEC)، 2-5 سبتمبر 2013، ألبورج، الدنمارك .
  13. ↑ "تيار المحيط" . تيثيس . مختبر شمال غرب المحيط الهادئ الوطني.
  14. ↑ "تثيس" . تثيس . مختبر شمال غرب المحيط الهادئ الوطني.