عنوان                                                                                      صفحه

مقدمه                                                                                        6

فصل اول: انرژيها قابل حصول از دريا                                                       8

1-1- معرفي انرژيهاي قابل حصول از درياها                                       9

1-2- انرژي جزر و مد دريا                                                             9

1-3- انرژي امواج دريا                                                                   10

1-3-1- مبدل هاي انرژي امواج                                                        13

1-3-2- اثرات زيست محيطي                                                           19

1-3-3- نتيجه گيري                                                                      20

1-4- انرژي حرارتي دريا                                                                21

1-4-1- تكنولوژي حرارتي دريا                                                        22

1-4-2- اثرات زيست محيطي                                                           25

1-4-3- نتيجه گيري                                                                      25

1-5- انرژي اختلاف غلظت نمك                                                        26

1-5-1- تكنولوژي اختلاف غلظت نمك                                                27

1-5-2- نتيجه گيري                                                                      28

فصل دوم: جزر و مد                                                                                     29

2-1- منشأ و تاريخچه جزر و مد                                                      30

2-2- مكانيسم تشكيل جزر و مد                                                       31

2-3- تركيب اثر ماه و خورشيد بر روي جزر و مد                                 32

2-4- نسبت نيروهاي مولد جزر و مد ماه و خورشيد                              35

2-5- اثر اينرسي آب برروي جزر و مد                                               37

2-6- اثر عدم تقارن مدار زمين و ماه برروي جزر و مد                           38

2-7- ساير پارامترهاي مؤثر در جزر و مد                                           38

2-8- كاربردهاي جزر و مد                                                             39

2-9- مقدار انرژي قابل استحصال از جزر و مد                                     40

فصل سوم: شرايط بهره برداري از نيروگاه جزر و مدي                        43

3-1- شرايط مكان مناسب براي احداث نيروگاه جزر و مدي                     44

3-2- كشورهاي داراي پتانسيل جزر و مدي بالا                                    46

3-3- عوامل مؤثر بر دامنه جزر و مد                                                 48

3-4- نكات اساسي طراحي نيروگاههاي جزر و مدي                               48

3-4-1- نحوه عملكرد نيروگاه جزر و مدي                                          49

3-4-2- نحوه و تجهيزات آبگيري نيروگاه جزر و مدي                            50

3-4-3- ساختن دايك                                                                     51

3-4-4- طراحي داخلي نيروگاه جزر و مدي                                         52

3-4-5- انواع توربين هاي بكارگرفته شده در نيروگاههاي جزر و مدي        53

3-4-6- طراحي محور توربين                                                          54

فصل چهارم: نيروگاه جزر و مدي                                                               55

4-1- روشهاي مختلف توليد برق از انرژي جزر و مدي                           56

4-2- سيستم يك حوضچه اي                                                          57

4-3- سيستم دو حوضچه اي                                                           62

4-4- سيستم تركيبي شامل دو حوضچه                                             63

4-5- نيروگاههاي جزر و مدي در حالت تلمبه ذخيره اي                          65

4-5-1- مزايا و معايب نيروگاههاي جزر و مدي در حالت تلمبه ذخيره اي     67

4-6- نيروگاههاي جزر و مدي بهره برداري شده                                   69

4-6-1- مشخصات نيروگاه جزر و مدي لارنس فرانسه                           70

4-6-2- مشخصات نيروگاه جزر و مدي آناپوليس كانادا                         71

4-7- بررسي سواحل ايران براي استفاده از انرژي جزر و مدي براي توليد برق     73

4-8- مسائل زيست محيطي نيروگاههاي جزر و مدي                              75

4-9- نتيجه گيري                                                                          79

فصل پنجم: ترجمه مقاله (انرژي تجديد پذير)                                           81

- پيوست                                                                                    114

- منابع و مأخذ                                                                             140

مقدمه:

رشد رو به تزايد مصرف منابع غيرقابل تجديد انرژي و افزايش آلودگي هاي ناشي از بهره برداري هاي بي رويه، توازن اين ذخائر پايان پذير را به مخاطره افكنده و در اين رابطه، بررسي راهكارهاي عملي استفاده از منابع جديد انرژي (انرژي‌هاي تجديدپذير[1]) در دستور كار محققان و دانشمندان قرار داده است.

حفظ سلامت محيط زيست و قابليت بازيافت طبيعي دو خصوصيت مهمي است كه در گزينش نهايي اين منابع مورد توجه بوده و در اين راستا، جذب انرژي مفيد از اقيانوس ها، درياها و رودخانه ها بعنوان يكي از پاكيزه ترين منابع بكر به جهان معرفي گرديده است.

بحران انرژي در دهه 1970 ميلادي، فكر دانشمندان را به سوي منابع انرژي مستقل از سوخت فسيلي كشانده كه از آن جمله استفاده از انرژي پايان ناپذير نهفته در درياها مي باشد.

در اين پايان نامه به چگونگي توليد برق از جزر و مد درياها بعنوان يكي از انرژيهاي پايان ناپذير نهفته در دريا اشاره شده است.

در فصل اول سعي شده تا ابتدا مختصري درباره انرژيهاي قابل حصول از درياها گفته شود تا خواننده اين پايان نامه يك ديد كلي درباره انرژيهاي دريايي پيدا نمايد. در فصل دوم در مورد جزر و مد و چگونگي به وجود آمدن جزر و مد و پارامترهاي موثر در جزر و مد مطالبي ارائه گرديده است. در فصل سوم به شرايط لازم مكاني، براي ايجاد نيروگاههاي جزر و مدي و نكات اساسي طراحي نيروگاههاي جزر و مدي اشاره شده است. در فصل چهارم به روشهاي مختلف توليد برق از طريق نيروي جزر و مدي، همچنين به عنوان نمونه دو نيروگاه جزر و مدي لارنس فرانسه و آناپوليس كانادا كه در حال حاضر از آنها براي توليد برق استفاده مي شود اشاره شده است. و در نهايت به بررسي سواحل ايران براي استفاه از انرژي جزر و مدي براي توليد برق پرداخته شده است. در فصل پنجم هم ترجمه مقاله اي آمده است كه به كوشش حقير انجام شده است.

[1]- Renewable Energy

فصل اول:

انرژيهاي قابل حصول از دريا

1-1- معرفي انرژي هاي قابل حصول از درياها:

در اين فصل انرژي هاي قابل حصول از آب درياها و تكنولوژي استحصال از آنها به اختصار بيان مي شود.

1- انرژي جزر و مد دريا

2- انرژي امواج دريا

3- انرژي حرارتي دريا

4- انرژي اختلاف غلظت نمك آب دريا

1-2- انرژي جزر ومد[1] دريا

در اين فصل به اختصار به انرژي جزر و مد درياها پرداخته شده است و در فصل‌هاي بعد جامع تر بيان خواهد شد.

جزر و مد و جريانات جزر و مدي نتيجه اثر نيروهاي جاذبه اجسام آسماني است. اين نيروها سبب افزايش ارتفاع سطح آب شده كه اين افزايش نيز سبب ايجاد جريانات افقي جزر و مدي مي شود.

انرژي اين جريانات افقي را مي توان از طريق ساختن سدهايي در كنار درياها مهار نمود. از نظر مقايسه انرژي حاصل از جزر و مد بسيار مشابه واحدهاي برق- آبي است. مقدار انرژي بدست آمده از جريانات جزر و مدي بسيار قابل ملاحظه است.

سيكل كاري- چه بسته چه باز- مشابه سيكل مربوط به نيروگاههاي حرارتي متعارف مي باشد، با اين تفاوت كه دماي كار در اين سيكل ها پائين تر است و هزينه سوخت و جود ندارد. گرماي آب سطحي به جاي گرماي احتراق به كار برده مي‌شود.

نيروگاههاي سيكل بسته و باز را هم روي كشتي و هم در ساحل مي توان نصب كرد. نوع سوار بر كشتي نيازمند كابل كشي زيردريايي و يا توليد يك محصول قابل حمل و نقل است، در حاليكه نوع ساحلي به لوله كشي طولاني براي آب سرد نيازدارد كه ممكن است به ناچار از شيب هاي تند بستر دريا عبور كند.

تكنولوژي سيكل بسته براي OTEC

در اين طرح آب گرم سطحي توسط پمپ به بويلر هدايت مي شود يك مايع واسطه كه داراي دماي جوش پائيني است، براثر گرماي آب دريا تبديل به بخار مي شود. كه بخار سپس به توربين هدايت مي شود كه موجب چرخش توربين و ايجاد انرژي الكتريكي مي گردد. بخار خروجي توربين كه انرژي حرارتي خود را از دست داده به صورت مخلوط بخار و مايع در كندانسور كه توسط آبهاي سرد عمقي تغذيه مي‌شود كاملاً به مايع تبديل شده و دوباره براي استفاده به بويلر ارسال مي شود.

شكل 1-5 طرح ساده يك سيكل بسته را براي تبديل انرژي حرارتي نشان مي دهد.

1-4-3- نتيجه گيري

انرژي حرارتي دريايي بطور بالقوه در مناطق حاره و نيمه حاره موجود است. تكنولوژي آن تكامل نيافته است و به نظر مي رسد كه در زمينه كارآيي اقتصادي هنوز جاي پيشرفت بسيار دارد. تحقق يافتن اين پيشرفتها به حمايت مستمر از تحقيق و توسعه نياز دارد.

فصل دوم:

جـزر و مــد

2-1- منشاء و تاريخچه جزر و مد

براساس حفاريهاي بعمل آمده در احمدآباد هند يك حوضچه جزر و مدي تعمير كشتي يافت شده است كه مربوط به 2450 سال قبل از ميلاد مسيح مي باشد كه بيانگر توجه بشر از زمانهاي قديم به اين پديده مي باشد.

در دوران پس از قرون وسطي سه نظريه در مورد جزر و مد ارائه گرديده است.

نظريه اول را گاليله ارائه كرد وي مي گفت گردش سالانه زمين بدور خورشيد و نيز چرخش روزانه آن بدور محور خودش سبب ايجاد حركاتي در درياها مي شود كه با تغييراتي كه ناشي از شكل و هندسه بستر دريا، در هر محل مي باشد جزر و مد را ايجاد مي كند.

نظريه دوم مربوط به فيلسوف فرانسوي دكارت بود كه چنين مي انديشيد كه فضاي اطراف ماه پر از ماده غيرقابل رويتي به نام اتر مي باشد. هنگاميكه ماه به دور زمين مي چرخد اين ماده را فشرده مي سازد و اتر نيز اين فشار را به دريا تحمل مي كند لذا جزر و مد پديد مي آيد.

-3- تركيب اثر ماه و خورشيد برروي جزر و مد

2-3-1 جزر و مد حداكثر[1]

جزر و مد حداكثر زماني رخ مي دهد كه ماه و خورشيد و زمين در يك راستاي مستقيم نسبت به يكديگر قرار بگيرند در شكل 2-1 نشان داده شده است در اين حالت بيشترين جزر و مد و يا جزر و مد كامل داريم. مدهاي كامل بيشترين مقدار و جزرهاي كامل كمترين مقدار را دارند.

2-4- نسبت نيروهاي مولد جزر و مد ماه و خورشيد

طبق قانون جاذبه نيوتن، هميشه دو جسم به يكديگر نيرو وارد مي كنند كه بزرگي اين نيرو با جرم دو جسم رابطه مستقيم و با توان دوم فاصله مركز جرم آنها نسبت عكس دارد از آنجائيكه زمين در حين حركت چرخشي و انتقالي خود، به نوعي در ميدان جاذبه ماه و خورشيد قرار دارد آنها در هر زمان بهم نيرو اعمال مي كنند در اثر نيروي شغلي كه در اثر جاذبه دو جسم بزرگ به وجود مي آيد آنها يكديگر را بوسيله نيروي گريز از مركز كه بوسيله چرخش حول مركز جرم خودشان بوجود مي آيد، دور مي كنند. اين دو نيرو در مركز جرم هركدام از آنها در تعادل مي باشد

نيروگاههاي جزر و مدي در حالت تلمبه ذخيره اي

در نيروگاههاي تلمبه ذخيره اي واحد در ساعت غير پيك كه انرژي مازاد در شبكه وجود دارد به پمپاژ آب از مخزني كه در ارتفاع پائين قرار دارد به مخزني كه در ارتفاع بالا قرار دارد مي پردازد و سپس در ساعات پيك آب از مخزن بالايي به پائيني منتقل مي شود و با عبور از بين پره هاي تروبين انرژي الكتريكي توليد مي شود و اين سيكل مجدداً تكرار مي شود. مهم ترين فايده اين روش امكان توليد برق در ساعات حداكثر نياز مصرف (پيك) مي باشد. در نيروگاههاي جزر و مدي توربين و ژنراتور در حالت تلمبه ذخيره اي بطور افقي نصب مي شوند. از آنجا كه پره‌هاي توربين بطور معكوس هم كار مي كنند واحد هم به عنوان توربين و هم به عنوان پمپ مي تواند كار كند. بنابراين واحد قادر خواهد بود حوضچه بالايي را تا ارتفاع بالاتري پركند و بطور معكوس حوضچه پائيني را مي‌توان توسط عمل پمپاژ تخليه نمود. با تأمين مشخصات و نحوه عملكرد فوق اين امكان فراهم مي گردد كه از يك نيروگاه جزر و مدي بصورت اقتصادي توجيه پذير بعنوان يك منبع انرژي مطمئن
(Frim Energy) كه نيازهاي شبكه سراسري برق را تأمين مي نمايد استفاده نمود.

ب- معايب

عليرغم مزاياي اين روش سيستم فوق داراي معايب اجتناب ناپذيري به شرح زير مي‌باشد:

ب-1) پمپ توربين هاي محوري گران هستند.

ب-2) پمپ توربين ها نياز به مجراهاي آبگذر بزرگي دارند و

- مشخصات نيروگاه جزر و مدي لارنس در فرانسه

نيروگاه جزر و مدي لارنس با ظرفيت 240 مگاوات اولين نيروگاه جزر و مدي بود كه در سال 1966 برروي رودخانه رانس ساخت آن شروع شد. مطالعات اوليه نيروگاه لارنس در سال 1943 شروع شده بود.

مشخصات نيروگاه جزر و مدي آناپوليس كانادا

در گوشه شمال شرقي كانادا و يا دقيقتر، خليج فاندي (Fundy) در نوااسكوتيا (Nova Scotia) بعنوان بزرگترين پتانسيل جزر و مد دنيا مطرح مي باشد حداكثر ارتفاع مد كه بطور متوسط اندازه گيري شده 28/11 متر مي باشد.

خليج فاندي در طي 15 سال مورد مطالعه بسيار وسيع محققين جزر و مد قرار گرفته است مكان هاي زيادي براي سدسازي در اين خليج مطالعه، معرفي و بررسي

بررسي سواحل ايران براي استفاده از انرژي جزر و مدي براي توليد برق

با توجه به اينكه در درياي خزر عملاً جزر و مدي وجود ندارد (دامنه جزر و مد خيلي كم است) لذا تحقيقات آزمايشگاهي در سواحل جنوبي كشور صورت گرفته است.

براي اين منظور يك سري مكانهاي خاص (36مورد) كه داراي دامنه جزر و مدي نسبتاً خوبي هستند، در نظر گرفته شده است. در اين مكانها اختلاف ارتفاع جزر و مد و ميانگين سالانه پتانسيل توان جزر و مد با استفاده از نرم افزارهاي مربوطه موجود تعيين گرديده كه بين آنها مكانهاي ماهشهر، اروندرود و دهانه خورموسي به ترتيب با دامنه جزر و مد 9/3 و 6/2 و 5/2 متر و ميانگين پتانسيل سالانه توان 57/0 ، 38/0 و 36/0 وات بر مترمربع مساعدترين مناطق بوده اند.

نيروگاه جزر و مدي: طرح و مشكلات

ساخت نيروگاههاي جزر و مدي خيلي گران قيمت است و معمولاً آنها هنگامي ساخته مي شوند كه ما احتياج بيشتري به برق داريم. جريانات جزر و مدي همواره در حال تغيير هستند، اما نياز ما به برق در شب نسبت به روز خيلي كمتر است.

نيروگاههاي جزر و مدي نيز يكي از مشكلات محيطي به حساب مي آيند. بسياري از گونه هاي ماهي ها در دهانه رودخانه ها، جايي كه سدبندي است شنا مي كنند و بوسيله توربين ها كشته مي شوند. همچنين سدبندي اقامتگاه پرندگان دريايي، ماهي‌ها و حيوانات ديگر را ويران مي كند.

نيروگاههاي جزر و مدي با ساختن مانع در سرتاسر دهانه رودخانه بهره برداري مي‌شوند. گردش جريانات جزر و مدي توربين ها را به چرخش درآورده تا برق توليد كنند. يكي از نيروگاههاي جزر و مدي اروپا نزديك رانس در شمال فرانسه مي باشد. تعدادي مكان براي نيروگاه و گاه جزر و مدي در UK (قسمتي از شمال غربي اروپا كه شامل انگليس و شمال ايرلند مي باشد) مي تواند براي بهره برداري توسعه پيدا كند. اشكال اين طرحها اثرگذاشتن به محل سكونت پرندگان دريايي و ماهي ها مي‌باشد.