مزرعة المد والجزر

📅 آخر تحديث: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة
توربينات قاع البحر

مزرعة المد والجزر هي مجموعة من مولدات تيارات المد والجزر تُستخدم لإنتاج الطاقة الكهربائية . ويُحدّ من إمكانات مزارع المد والجزر عدد المواقع المناسبة حول العالم، نظرًا لوجود متطلبات خاصة لجعل مزرعة المد والجزر فعّالة من حيث التكلفة ومراعية للبيئة. [ 1 ]

البحث والتطوير

تُعدّ مزارع المد والجزر شكلاً حديثاً نسبياً من أشكال الطاقة المتجددة. ويُستثمر الكثير في تطويرها، فضلاً عن دراسة آثارها طويلة الأجل وحالات استخدامها. [ 1 ]

في عام 2016، تم إنشاء مزرعة طاقة مد وجزر على بعد 16 ميلاً قبالة سواحل بريتاني، فرنسا. صُممت المزرعة لإثبات إمكانات توربينات المد والجزر المتصلة. إلا أن المشروع فشل في عام 2017 بسبب التآكل، وتمت إزالة التوربينين. [ 2 ]

في إيران، ازداد الاهتمام بتطوير طاقة تيارات المد والجزر نظرًا لاستقرارها. وقد حددت كلية الهندسة المدنية بجامعة تربية مدرس مواقع محتملة لإقامة هذه المزارع، تشمل الخليج العربي، وبحر عُمان، ومضيق خوران، وجزيرة هنغام، وجزيرة طنب الكبرى. كما قام فريق البحث الجامعي بتحليل ودراسة عوامل عدة، منها تكلفة الطاقة، وإنتاج الطاقة، وتعريفات الطاقة، والعائد المتوقع على الاستثمار. [ 3 ]

أُجريت أبحاث في قناة بريستول حول الآثار البيئية المحتملة لمزارع الطاقة المدية. وخلصت الدراسة إلى ضرورة إجراء تقييم بيئي مناسب لكل موقع. [ 4 ]

تكنولوجيا

يُستخدم أسلوب التحسين الرياضي لتصميم تخطيطات مزارع التوربينات. وتُستخدم هذه النماذج لتحديد ما إذا كان الموقع المحتمل يتمتع بجغرافيا مناسبة، وتأثير بيئي ضئيل، وجدوى اقتصادية. ومن خلال البحث والتطوير، يمكن اختبار عوامل مثل عدد التوربينات، وموقعها، وإجمالي ربح المزرعة بدقة والتنبؤ بها. [ 5 ]

تستخدم مزارع المد والجزر مولدات تيارات المد والجزر المجمعة معًا لإنتاج الكهرباء . تستغل هذه المولدات حركة المد والجزر لتدوير توربينات تشبه إلى حد كبير توربينات الرياح المستخدمة على اليابسة. تضمن قوة المحيط والتكنولوجيا المتقدمة للتوربينات إنتاج طاقة أكثر استقرارًا من توربينات الرياح التقليدية. عادةً ما تُوضع التوربينات في مناطق ذات نشاط مد وجزر عالٍ لضمان أعلى كفاءة ممكنة للمولدات. ما يميز مزارع المد والجزر هو تركيبها في مجموعات لزيادة إنتاج الطاقة بشكل كبير. تُوصل المولدات بمحطات فرعية على الشاطئ لتحويل الجهد من مرتفع إلى منخفض، أو العكس. يمكن أن تكون هذه المولدات شبه غاطسة أو مثبتة في قاع البحر. تتميز التوربينات المستخدمة ببطء حركتها نظرًا لكثافة المياه، مما يُعدّ مفيدًا جدًا للحياة المائية، حيث يسمح للأسماك بالمرور بحرية دون التعرض لخطر الموت. يمكن استخدام بعض التوربينات أيضاً في قنوات الري والأنهار والسدود سواء كان تدفق المياه سريعاً أم بطيئاً. [ 6 ]

قادة في الممارسة

تُعدّ اسكتلندا من الدول الرائدة في مجال استغلال طاقة المد والجزر كمصدر بديل للطاقة . ففي عام 2012، قامت شركة "سكوتش باور" بتركيب توربين بطول 30 قدمًا قبالة جزر أوركني بعد إجراء اختبارات أولية لهذه التقنية الجديدة. [ 7 ] واليوم، لا تزال اسكتلندا تتبوأ مكانة رائدة عالميًا في مجال مزارع طاقة المد والجزر. وتفتخر شركة "أوربيتال مارين باور" الاسكتلندية بامتلاكها توربينات قوية تعمل بطاقة المد والجزر، بما في ذلك مشروع ضخم قبالة سواحل أوركني. ويستطيع توربين "أوربيتال أو2" توليد 2 ميغاواط من الطاقة، وقد تم تركيبه في عام 2021. [ 8 ]

استخدمت شركة أوشن فلو تقنية سيمنز لتصميم توربين شبه غاطس. وقد أثبتت النماذج المُصممة قدرتها الفائقة على تحمل ظروف البحر القاسية. وتدّعي الشركة أن نموذجها يُحدث اضطرابات أقل في النظام البيئي المحيط به، كما أنه أقل تكلفة في النشر. ومن أبرز ميزات هذا النموذج المنصة التي يرتكز عليها التوربين، والتي طُوّرت في كلية علوم وتكنولوجيا البحار بجامعة نيوكاسل عام 2006. وتتميز هذه المنصة بقدرتها على تحمل الظروف القاسية في أعماق المحيط. وقد علّق مارك كنوس، كبير مهندسي التطوير في أوشن فلو، على المشروع قائلاً إنهم صمموا نموذجًا بمقياس 1/40 ونموذجًا آخر بمقياس 1/10 لاختبارهما. وقد أظهر كلا النموذجين نتائج واعدة. [ 9 ]

توليد الطاقة من مزارع المد والجزر في أمريكا الشمالية

تضم أمريكا الشمالية عددًا أقل من محطات توليد الطاقة المدية مقارنةً بأي منطقة جغرافية أخرى مماثلة، سواءً من حيث الناتج المحلي الإجمالي أو عدد السكان. وتشير التقديرات إلى أن الطاقة المدية قادرة على تغطية 15% من استهلاك الولايات المتحدة للطاقة في حال استغلالها بالشكل الأمثل. [ 10 ] أُنشئ أول مشروع لتوليد الطاقة المدية في أمريكا الشمالية، والذي تم ربطه بشبكة الكهرباء، عام 2012 في خليج كوبسكوك بولاية مين، بواسطة شركة أوشن للطاقة المتجددة . [ 11 ] يولد الجهاز الأولي 180 كيلوواط عند التشغيل بكامل طاقته. وتم تعليق خطط تركيب جهازين إضافيين اعتبارًا من عام 2013. وفي عام 2009، قامت شركتا أوبن هايدرو وإيميرا بتركيب مولدات الطاقة المدية في خليج فندي . وقد تعرضت هذه المولدات لأضرار، حيث فقدت عدة شفرات نتيجةً لقوة المد والجزر في الخليج. في خريف عام 2016، نجح مشروع مشترك بين الشركتين نفسيهما في تركيب مولد طاقة مد وجزر بقدرة 2 ميغاواط في خليج فندي، الذي يُعد خليج كوبسكوك جزءًا منه. [ 12 ] وقد أدى دمج مولدات طاقة المد والجزر الجديدة بنجاح مع محطات توليد الطاقة المحلية، وشبكة الكهرباء المتصلة بها، إلى تزويد ما يُقدّر بنحو 150 إلى 200 منزل يوميًا بالكهرباء. [ 11 ]

الأنواع

• تُعدّ التوربينات شبه الغاطسة أغلى ثمناً، لكنها على المدى الطويل أرخص وأكثر فعالية من حيث التكلفة. تتصل هذه التوربينات بعمود ثابت، ويمكن رفع مولد التوربين وخفضه في أي وقت للصيانة.

• تشبه التوربينات ذات المحور الأفقي إلى حد كبير توربينات الرياح. تدور الشفرات حول محور مركزي موازٍ لاتجاه التدفق.

تدور شفرات التوربين ذي المحور الرأسي حول محور مركزي عمودي على اتجاه التدفق، وعادةً ما يكون معلقًا فوق سطح الماء. ومن مزايا هذا النموذج كفاءته بغض النظر عن اتجاه حركة الماء.

• تحتوي المولدات المتذبذبة على جناح مائي متصل بذراع رافعة يرتفع وينخفض ​​مع تحرك الماء فوقه.

• الطائرات الورقية المدية هي نوع من المولدات التي يتم تثبيتها في قاع المحيط بواسطة كابل وتسمح بنطاق حركة كبير للتحرك في الماء.

• تدور مولدات لولب أرخميدس مع حركة الماء عبر شكل اللولب. وهي فعالة بشكل خاص في المناطق المدية ذات مستويات المياه المنخفضة. [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]

مشاكل

من بين الجوانب البيئية القليلة غير المعروفة لمزارع المد والجزر، التهديد الذي قد تشكله على الحياة النباتية في المناطق التي ستُقام فيها التوربينات. [ 16 ] ولكن من خلال تشغيل شفرات التوربينات بسرعة أقل من المعتاد، يمكن التخلص من بعض المشاكل البيئية المحتملة. ومن المشاكل الأخرى التي قد تحدث، ضرورة جعل التوربينات محكمة الإغلاق لمنع مياه البحر من تآكل الأجزاء المعدنية الداخلية.

يكلف

من أبرز عيوب مزارع المد والجزر حاليًا ارتفاع تكلفتها نسبيًا مقارنةً بمصادر الطاقة المتجددة الأخرى. إذ قد تصل تكلفة الكهرباء المنتجة من هذه المزارع إلى ما بين 7 و14 ضعف تكلفة الكهرباء المنتجة من طاقة الرياح. [ 17 ] كما تتطلب مزارع المد والجزر حاليًا استثمارًا كبيرًا. ونظرًا للخصائص الفريدة لكل موقع، يلزم إجراء بحوث مكثفة وتحسينات دقيقة لتصميم كل مجموعة توربينات بهدف تعظيم إنتاج الطاقة. ومن أهم العوامل التي تختلف من موقع لآخر: العمق، وانحدار قاع المحيط، وسرعة تدفق المياه. وتؤثر هذه العوامل الطبيعية على نوع المولد المستخدم وكيفية ترتيبه. [ 5 ]

من التكاليف الأخرى المرتبطة بمزارع الطاقة المدية الصيانة. في حين أن معظم أعمال الصيانة روتينية وتُجرى مرة أو مرتين في السنة، إلا أن الصيانة الطارئة قد تصبح مكلفة إذا تطلب الأمر استخدام آلات ضخمة، مثل رافعة، لإصلاح عطل ما. [ 18 ]

التأثيرات على جغرافية المحيط وأنماط المد والجزر

تُحدث مزارع المد والجزر العديد من التغيرات البيئية والإيكولوجية المحتملة في البيئة المحيطة بها. تُؤدي هياكل هذه المزارع إلى تغييرات في أنماط المد والجزر، وتدفق الرواسب ، واضطراب عمود الماء . [ 19 ] يمكن أن تتأثر أنماط المد والجزر بطرق مختلفة تبعًا لهيكل المزرعة نفسها. ويُقصد بالهيكل هنا الحجم ومساحة المقطع العرضي، لأن عدد الشفرات أو الحمل الواقع على المزرعة لا يُحدث فرقًا كبيرًا في الارتفاع الكلي للماء. ويمكن ملاحظة أن هذه التأثيرات تُؤدي إلى انخفاض كل من المد والجزر، مما يعني انخفاض مستوى الماء إجمالًا. [ 20 ] ومع ذلك، يُؤثر عدد الشفرات والحمل الواقع على النظام بشكل كبير على نطاق المد والجزر . ويمكن أن ينخفض ​​نطاق المد والجزر بنسبة تصل إلى 42%، مع ملاحظة أن المزارع الأكثر كثافة قد تُسبب تدميرًا لـ 32% من المناطق المحيطة بها، ولكن يُمكن السيطرة على ذلك. يمكن تقليل الضرر إلى 19% باستخدام توربين ذي دوارين متباعدين ، وإلى 5.4% فقط باستخدام توربين ذي خمسة دوارات متباعدة. ويتحقق ذلك بتوزيع طاقة الماء على مساحة سطحية كبيرة على التوربين نفسه للحد من تغير تدفق عمود الماء. [ 21 ]

يتأثر تدفق الرواسب بإنشاء مزارع المد والجزر في منطقة ما. فهي لا تُحدث اضطرابًا يُحرك الرواسب فحسب، بل تُغير النظام البيئي المحيط بها أيضًا. فبنقل المزيد من الرواسب إلى مناطق لم تكن تكتسب الكثير منها سابقًا، قد تُزال أماكن مثل المروج البحرية نتيجة تغطيتها بالرواسب. كما ستتغير جغرافية قاع المحيط بفعل أنماط تدفق الرواسب الجديدة نتيجة للاضطراب الجديد. وقد تتشكل عوائق جديدة مثل الكثبان الرملية حول المزارع، مما يُسبب تأثيرًا أكبر على البيئة المحيطة من خلال إحداث تغييرات أكثر مما كان متوقعًا في الأصل. [ 19 ]

يواجه عمود الماء أيضًا تحديات متعددة، إذ تمتص مزارع المد والجزر القوة التي ينقلها عبر الاضطراب. ستتأثر الأمواج بشكل مباشر بانخفاض الطاقة الكامنة وراء الماء، مما يؤدي إلى ضعفها، وهو ما قد يدمر بدوره العديد من النظم البيئية. كما سيؤثر ذلك على المناطق المدية، حيث يقل الاضطراب الذي تعتمد عليه العديد من الكائنات الحية، كالأسماك وسرطان البحر، في غذائها وبقائها. وتشكل عوامل أخرى، كالضوضاء والمجالات الكهرومغناطيسية، مشاكل بيئية أيضًا، ولكن ليس بنفس حجم التأثيرات السابقة على جغرافية النظام البيئي وحياته. [ 19 ]

التأثيرات على البيئة

يُفضل إنشاء مزارع المد والجزر في السدود والمستنقعات والبحيرات الشاطئية وغيرها من المسطحات المائية الواقعة بين المد والجزر، والتي تُعد موطنًا شائعًا للطيور المهاجرة في الأراضي الرطبة. يؤدي إنشاء هذه المزارع إلى رفع منسوب المياه إلى درجة تغمر مناطق تغذية الطيور، مما يؤدي إلى زيادة معدلات النفوق نتيجة فقدان هذه المناطق. [ 22 ] علاوة على ذلك، أجرت كلية من جامعة إكستر دراسات على طيور الأراضي الرطبة في سولواي فيرث بالمملكة المتحدة، وخلصت هذه الدراسات إلى أن تأثير أنواع معينة من مزارع المد والجزر ضئيل. كما وُجد أن تأثير هذه المزارع على موائل الطيور المائية في سولواي فيرث منخفض نسبيًا، حتى في أكبر الحالات. [ 22 ] وأكدت الدراسة أن المنشآت الحالية ذات القدرات المماثلة لتلك المستخدمة في المحاكاة تُسبب فقدانًا أقل في مساحة المد والجزر مقارنةً بنظيرتها المُولّدة حاسوبيًا . [ 22 ] كان أحد الاستنتاجات التي تم التوصل إليها هو أن الدراسات المستقبلية يجب أن تركز على مدى تأثر نوع معين، مقارنة بالتأثير على الطيور البحرية ككل.

يُعدّ بناء السدود المدّية داخل الخلجان أو المداخل أو مصبات الأنهار من الحالات النادرة التي تأثرت فيها العلاقات بين الأنواع بشكلٍ شامل. إذ يُغيّر احتجاز مياه المدّ الجدول الزمني للأنواع التي تهيمن على الموائل الساحلية العليا والمتوسطة. وفي الوقت نفسه، يبقى الشاطئ السفلي مغمورًا لفترات أطول. ويُؤدي هذا النظام البيئي القسري الناتج إلى اضطرابٍ في معظم الأنواع الموجودة، باستثناء الأسماك التي تتغذى على مياه المدّ. وتُتيح فترات المدّ العالية الممتدة فرصًا أكبر للبحث عن الغذاء، وبالتالي يُمكن ملاحظة نموّ في أعداد الكائنات الحية في هذه الحالات. [ 19 ]

تُغيّر هياكل السدود المدية الكبيرة من عمليات التعرية والترسيب في بيئاتها. ويُقصد بالتعرية والترسيب حركة وتبادل الرواسب على طول قاع المسطح المائي. وقد ذكر مركز أبحاث وتطوير مهندسي الجيش الأمريكي في فيكسبيرغ، ميسيسيبي، أن انقطاع الترسيبات الطبيعية للرواسب يؤدي مباشرةً إلى زيادة معدل نفوق الأعشاب البحرية، حيث لا تستطيع براعمها النمو بشكل سليم في قاع البحر المتغير. وسيكون هذا الأمر أكثر تدميراً للحياة القاعية التي تعيش تحت قاع المحيط، لأنها تتأثر بسهولة بتغيرات التيار فوق قاع المحيط. كما يصعب منع ذلك أيضاً، لأن هذه الكائنات لا تنتقل بسهولة نظراً لحساسيتها الشديدة لتغيرات بيئتها. [ 19 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 فونك، إس دبليو؛ كرامر، إس سي؛ بيغوت، إم دي (2016-12-01). "تحسين التصميم وتقييم الموارد لمزارع الطاقة المتجددة في تيارات المد والجزر باستخدام نهج جديد للتوربينات المستمرة" . الطاقة المتجددة . 99 : 1046-1061 . arXiv : 1507.05795 . Bibcode : 2016REne...99.1046F . doi : 10.1016/j.renene.2016.07.039 . ISSN 0960-1481 . 
  2. ↑ "مشروع بايمبول-بريهات التجريبي للمد والجزر | تيثيس" . tethys.pnnl.gov . تم الاطلاع عليه بتاريخ 27-02-2024 .
  3. ↑ رادفار، بناهي، جواهرجي، فيلم، مازياكي. نوفمبر 2017. أ. نظرة شاملة على مزارع طاقة تيارات المد والجزر في إيران. مراجعات الطاقة المتجددة والمستدامة [سلسلة إلكترونية]. متاح من: Academic Search Premier
  4. ↑ ويليس، م (2009). "نشر توربينات المد والجزر في قناة بريستول: دراسة حالة" (ملف PDF) . مؤسسة المهندسين المدنيين : 93-105 .
  5. 1 2 يانغ، تشي شيو؛ رين، تشو يانغ؛ لي، هوي؛ بان، تشن؛ شيا، وي يي (2024-01-01). "مراجعة لتخطيط مزارع توليد الطاقة من تيارات المد والجزر: المنهجيات والخصائص والتحديات" . الطاقة المتجددة . 220 119603. Bibcode : 2024REne..22019603Y . doi : 10.1016/j.renene.2023.119603 . ISSN 0960-1481 . 
  6. ↑ هولزمان، دي سي (2007). "الطاقة الزرقاء: تحويل المد والجزر إلى كهرباء" . مجلة منظورات الصحة البيئية . 115 (12): A590–3. doi : 10.1289/ehp.115-a590 . PMC 2137118. PMID 18087578 .  
  7. ↑ ماكغواير، إيوجان (1 يونيو 2012). "التوجه نحو الطاقة تحت سطح البحر" . سي إن إن .
  8. ↑ "Orbital Marine Power O2 at EMEC" .
  9. ↑ أخبار عالم ما تحت سطح البحر. "شركة أوشن فلو تستخدم تقنية سيمنز لتوربينات المد والجزر شبه الغاطسة"
  10. ↑ ليفيتان، ديف (8 يوليو 2011). "أداة رسم خرائط جديدة تُظهر إمكانات طاقة المد والجزر" . معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات . مؤرشف من الأصل في 24 أبريل 2018. تم الاطلاع عليه في 23 أبريل 2018 .{{cite web}}: CS1 maint: bot: حالة عنوان URL الأصلي غير معروفة ( رابط )
  11. 1 2 ليفيتان، ديف (18 سبتمبر 2012). "بدء تدفق أول طاقة مد وجزر في الولايات المتحدة إلى الشبكة" . معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات . مؤرشف من الأصل في 24 أبريل 2018. تم الاسترجاع في 23 أبريل 2018 .{{cite web}}: CS1 maint: bot: حالة عنوان URL الأصلي غير معروفة ( رابط )
  12. ↑ تومسون، أفيري (23 نوفمبر 2016). "أول مولد طاقة مد وجزر في أمريكا الشمالية يعمل الآن" . مجلة بوبيولار ميكانيكس . مؤرشف من الأصل في 24 أبريل 2018. تم الاطلاع عليه في 23 أبريل 2018 .{{cite web}}: CS1 maint: bot: حالة عنوان URL الأصلي غير معروفة ( رابط )
  13. ↑ "مولد تيارات المد والجزر - التثقيف في مجال الطاقة" . energyeducation.ca . تم الاطلاع عليه بتاريخ 27-02-2024 .
  14. ↑ "أجهزة المد والجزر: المركز الأوروبي للطاقة البحرية (EMEC)" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 27-02-2024 .
  15. ↑ "براغي أرخميدس لتوليد الطاقة الكهرومائية الصغيرة | شركة تيثيس للهندسة" . tethys-engineering.pnnl.gov . تاريخ الاسترجاع: 22 يناير 2024 .
  16. ↑ حصل توربين المد والجزر من طراز SeaGen الذي صممه بول تايلور على موافقة كاملة من الدراسات البيئية والعلمية
  17. ↑ "لماذا لا نستخدم طاقة المد والجزر بشكل أكبر؟ | بوابة المناخ في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا" . climate.mit.edu . تاريخ الاسترجاع: 27 فبراير 2024 .
  18. ↑ لي، يي؛ لينس، باربرا جيه؛ كاليسال، ساندر إم. (2011). "نموذج متكامل لتقدير تكلفة الطاقة لمزرعة توربينات تيارات المد والجزر". تحويل الطاقة وإدارتها . 52 (3): 1677-1687 . doi : 10.1016/j.enconman.2010.10.031 .
  19. 1 2 3 4 5 فريد؛ ديبيستيل؛ جود؛ ريحان؛ روجرز؛ كينشينغتون؛ أندونيجي (2012). "التفاعلات البيئية لأجهزة توليد طاقة المد والجزر والأمواج". مراجعة تقييم الأثر البيئي . 32 (1): 134-138 . Bibcode : 2012EIARv..32..133F . doi : 10.1016/j.eiar.2011.06.002 .
  20. ↑ غارسيا-أوليفا؛ ديورديفيتش؛ تابور (2017). "تأثير هندسة القناة على استخراج طاقة المد والجزر في مصبات الأنهار". الطاقة المتجددة . 101 : 514-525 . Bibcode : 2017REne..101..514G . doi : 10.1016/j.renene.2016.09.009 . hdl : 10871/23988 .
  21. ↑ ناش؛ أوبراين؛ أولبرت؛ هارتنيت (2014). "نمذجة التأثيرات الهيدرو-بيئية البعيدة المدى لمزارع المد والجزر - التركيز على نظام المد والجزر، والمناطق بين المد والجزر، والتدفق". الحوسبة وعلوم الأرض . 71 : 20-27 . Bibcode : 2014CG.....71...20N . doi : 10.1016/j.cageo.2014.02.001 .
  22. 1 2 3 غارسيا-أوليفا؛ هوبر؛ ديورديفيتش؛ بيلمونت (2017). "استكشاف آثار نشر مزارع المد والجزر على موائل طيور الأراضي الرطبة في مصب نهري شديد الحماية". السياسة البحرية . 81 : 359-367 . Bibcode : 2017MarPo..81..359G . doi : 10.1016/j.marpol.2017.04.011 .