وقتی موجهای دریا به برق تبدیل میشوند
شاید در آینده، بخشی از برق مورد نیاز شهرها نه از دل معادن و سوختهای فسیلی، بلکه از حرکت بیپایان موجهایی تأمین شود که هر روز به ساحلها میرسند. فناوریهایی مانند بویههای انرژی موج نشان میدهند که حتی حرکت طبیعی آب نیز میتواند به یک منبع قدرتمند برای آینده انرژی جهان تبدیل شود.
به گزارش گروه علم و تکنولوژی چندثانیه آنلاین: اقیانوسها یکی از بزرگترین منابع انرژی روی زمین هستند؛ میلیونها کیلومتر مربع آب که شبانهروز در حال حرکتاند و امواجی تولید میکنند که حاصل وزش باد، جریانهای دریایی و تغییرات طبیعی جو زمین است. با وجود این ظرفیت عظیم، استفاده از انرژی امواج دریا برای تولید برق هنوز در مقایسه با انرژی خورشیدی و بادی توسعه کمتری پیدا کرده است؛ زیرا محیط دریا یکی از سختترین مکانها برای فعالیت تجهیزات مهندسی محسوب میشود.
امواج قدرتمند، آب شور، طوفانهای شدید و فشار دائمی آب، طراحی دستگاههایی را که بتوانند سالها در دریا کار کنند، به یک چالش بزرگ تبدیل کردهاند. با این حال، نسل جدید فناوریهای تبدیل انرژی موج تلاش میکند این مانعها را پشت سر بگذارد و از حرکت طبیعی دریا برای تولید برق پایدار استفاده کند.
یکی از این فناوریها، استفاده از بویههای شناور بزرگ است؛ سازههایی که روی سطح آب قرار میگیرند و حرکت بالا و پایین امواج را به انرژی مکانیکی و سپس الکتریکی تبدیل میکنند.
در این سیستم، بویه به کمک کابلها و تجهیزات مهندسی به کف دریا متصل میشود. هنگامی که موج از زیر بویه عبور میکند، سطح آب بالا و پایین میرود و بویه نیز همراه با این حرکت جابهجا میشود. این حرکت رفت و برگشتی، نیرویی ایجاد میکند که میتوان از آن برای چرخاندن ژنراتور و تولید برق استفاده کرد.
اما نکته مهم در این فناوری، فقط گرفتن انرژی از حرکت موج نیست؛ بلکه طراحی سیستمی است که بتواند در شرایط مختلف دریا عملکرد مناسبی داشته باشد. امواج دریا همیشه یکسان نیستند. در یک روز آرام، حرکت آب ممکن است کم باشد و در یک طوفان شدید، ارتفاع امواج چندین برابر شود و نیروی عظیمی به تجهیزات وارد کند.
فناوریهایی مانند WaveSpring با هدف حل همین مشکل توسعه یافتهاند. در این طراحی، از یک سیستم پیشتنش پنوماتیک استفاده میشود که عملکرد آن از برخی جهات به سازوکار ذخیره و آزادسازی انرژی در قلب انسان شباهت دارد.
این سیستم کمک میکند بویه فقط در یک جهت انرژی دریافت نکند. در بسیاری از طراحیهای قدیمی، بخش زیادی از انرژی موجود در حرکت برگشتی موج از دست میرفت؛ اما در این فناوری، نیروی بازگشتی نیز مورد استفاده قرار میگیرد تا میزان انرژی استخراجشده افزایش پیدا کند.
یکی از ویژگیهای مهم این فناوری، توانایی تقویت حرکت در شرایط عادی است. برای مثال، یک موج با ارتفاع حدود یک متر میتواند باعث ایجاد حرکتی چند برابر در بخش داخلی سیستم شود. این افزایش حرکت باعث میشود مقدار بیشتری انرژی مکانیکی در اختیار ژنراتور قرار گیرد.
در مقابل، هنگام وقوع طوفان، دستگاه باید بتواند از خود محافظت کند. یکی از مشکلات اصلی فناوریهای قدیمی انرژی موج این بود که در برابر امواج بسیار بزرگ آسیبپذیر بودند. اما در طراحیهای جدید، سیستم میتواند در شرایط شدید دریایی رفتار متفاوتی داشته باشد و با کاهش مقاومت خود، فشار واردشده را کاهش دهد.
به بیان ساده، دستگاه در شرایط معمولی تلاش میکند بیشترین انرژی ممکن را دریافت کند، اما در شرایط خطرناک تلاش میکند کمتر در برابر نیروی مخرب موج مقاومت کند تا آسیب نبیند.
فرایند تبدیل حرکت موج به برق نیز شامل چند مرحله است. ابتدا حرکت خطی بویه در اثر بالا و پایین رفتن موج ایجاد میشود. سپس این حرکت توسط یک سامانه مکانیکی به حرکت چرخشی تبدیل میشود. در مرحله بعد، ژنراتور این انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل میکند تا بتوان آن را به شبکه برق منتقل کرد.
یکی از مزیتهای مهم این فناوری، استفاده از منبعی کاملاً تجدیدپذیر است. برخلاف نیروگاههای سوخت فسیلی که برای تولید برق به مصرف مداوم سوخت و انتشار آلایندهها وابستهاند، انرژی موج از حرکت طبیعی آب دریا استفاده میکند.
همچنین امواج در بسیاری از مناطق جهان نسبتاً قابل پیشبینی هستند و برخلاف خورشید که تنها در طول روز انرژی تولید میکند یا باد که ممکن است نوسان زیادی داشته باشد، حرکت دریا میتواند در ساعات طولانیتری ادامه داشته باشد.
البته توسعه این فناوری هنوز با چالشهایی روبهرو است. هزینه ساخت و نصب تجهیزات دریایی بالا است، نگهداری دستگاهها در محیط شور دریا دشوار است و مهندسان باید راههایی برای افزایش عمر قطعات و کاهش هزینه تولید پیدا کنند.
با این حال، پیشرفت در مواد مقاوم، طراحیهای هوشمند و سیستمهای کنترل پیشرفته باعث شده نسل جدید مبدلهای انرژی موج نسبت به نمونههای قدیمی سبکتر، مقاومتر و کارآمدتر شوند.
برخی توسعهدهندگان این فناوریها اعلام کردهاند که طراحیهای جدید میتوانند چند برابر بیشتر از نمونههای قدیمی انرژی قابل استخراج داشته باشند. افزایش بازده، کاهش وزن تجهیزات و مقاومت در برابر طوفان، سه هدف اصلی در مسیر تجاریسازی این فناوری هستند.
اگر این فناوری بتواند از مرحله آزمایشهای محدود عبور کند و هزینههای آن کاهش یابد، در آینده ممکن است مزارع بزرگی از بویههای تولیدکننده برق در دریاها ساخته شوند؛ سازههایی که بدون اشغال زمینهای وسیع، از حرکت دائمی اقیانوسها برای تولید انرژی استفاده میکنند.
شاید در آینده، بخشی از برق مورد نیاز شهرها نه از دل معادن و سوختهای فسیلی، بلکه از حرکت بیپایان موجهایی تأمین شود که هر روز به ساحلها میرسند. فناوریهایی مانند بویههای انرژی موج نشان میدهند که حتی حرکت طبیعی آب نیز میتواند به یک منبع قدرتمند برای آینده انرژی جهان تبدیل شود.